Modellazione

I modelli matematici delle reti idriche, in pressione e a pelo libero, appartengono alla categoria dei modelli distribuiti e fisicamente basati e tendono a riprodurre, considerando la variabilità spaziale e temporale, i processi idrologici ed idraulici attraverso le equazioni fondamentali della fisica che ne governano il funzionamento. Per ottenere una simulazione del sistema reale, tali equazioni devono poi essere risolte. Questa soluzione avviene per via numerica, attraverso l’applicazione di specifici algoritmi implementati in codici di calcolo. Modellare un sistema o un fenomeno, in base ai dati iniziali di input inseriti nel modello, consente di fare analisi sugli eventi passati, simulare ciò che sta accadendo e fare previsioni sul futuro. Al fine di riprodurre la realtà il più fedelmente possibile, i modelli devono essere calibrati: la bontà del modello e della calibrazione viene valutata comparando i risultati finali con il dato reale osservato.

La disponibilità delle nuove tecnologie informatiche ha permesso di realizzare modelli sempre più dettagliati e sofisticati. Modelli matematici di ogni livello di complessità vengono ormai utilizzati in svariati settori aziendali, pubblici e privati, dalla meteorologia all’economia.

Nell’ambito dei sistemi idrici integrati, la necessità di ottimizzare ed efficientare i sistemi ha fatto sì che i modelli matematici diventassero un valido strumento tecnico-scientifico per il supporto alle decisioni di investimento e operative, dal momento che permettono di avere un approccio scientifico e oggettivo, simulando scenari ipotetici senza i rischi della sperimentazione su campo.

Profilo idraulico di un collettore misto in caso di pioggia estrema.

La modellazione si occupa della progressiva implementazione dei modelli di acquedotto e fognatura, che permettono di simulare il funzionamento delle rispettive reti.

La modellazione in Lario Reti Holding si inserisce nella Divisione Tecnica. I modelli hanno infatti come duplice obiettivo di supportare la gestione degli investimenti e dei progetti e le operazioni sul campo. Sono utilizzati per migliorare ed approfondire le conoscenze delle complesse reti di distribuzione idrica e collettamento delle acque reflue e servono a contenere i costi di gestione, migliorare l’efficienza del sistema, rispettare le normative e salvaguardare l’ambiente.

In particolare, i modelli sono utilizzati come supporto per:

• Individuare possibili nuovi assetti funzionali delle reti.
• Verificare gli interventi di Piano d’Ambito e delle relative priorità di attuazione in funzione dell’evoluzione dei consumi, delle fonti e degli obbiettivi di miglioramento.
• Ridefinire regole e procedure di gestione in funzione degli obiettivi assunti.
• Interfacciarsi con il sistema di telecontrollo a supporto delle gestioni operative in tempo reale, soprattutto per la gestione degli eventi imprevisti e delle situazioni di crisi, con il fine di ridurre i potenziali disagi all’utenza.

I software informatici utilizzati in Lario Reti Holding consentono di dimensionare e verificare reti di qualsiasi complessità ed estensione, utilizzando algoritmi di calcolo studiati appositamente per ottimizzare la simulazione del processo. I risultati ottenuti dalle simulazioni sono di immediata visualizzazione attraverso tabelle, grafici, profili, viste 3D.

Il modello di un acquedotto è costituito da molteplici elementi fisici, idraulici ed elettromeccanici che interagiscono fra di loro quali: tubazioni interconnesse; pozzi e relative elettropompe sommerse; serbatoi; centrali con elettropompe di spinta; saracinesche; manometri e flussimetri; derivazioni di utenza.

L’implementazione del modello nel software vede una fase di inserimento della rete con le proprie caratteristiche topologiche (tubazioni, pompe, valvole, serbatoi, pozzi, etc.) che, associata all’inserimento delle condizioni al contorno e ai consumi provenienti dall’analisi della domanda dell’utenza, consente di studiare il comportamento della rete in varie condizioni di funzionamento.

In particolare, è possibile avere informazioni sulle pressioni in ogni nodo e le portate di ogni ramo dell’acquedotto per ciascun passo temporale. Altre informazioni reperibili da un modello riguardano le caratteristiche dell’acqua in rete (concentrazione delle sostanze disciolte, tempo di permanenza, etc.), l’energia assorbita e l’efficienza del sistema e delle singole parti.

I modelli idraulici delle reti acquedotto consentono inoltre di:

• verificare l’adeguatezza del livello di servizio alle utenze (portate e pressioni in rete);
• progettare nuove reti o nuovi collegamenti a reti esistenti;
• implementare distretti per il controllo della pressione;
• ottimizzare i pompaggi;
• elaborare piani di gestione in caso di emergenze (rotture, black-out)
• elaborare piani di manutenzione (rifacimenti, potenziamenti);
• verificare il grado di utilizzo dei serbatoi;
• valutare la qualità dell’acqua in rete (con gli opportuni dati di input inseriti).

Attualmente Lario Reti dispone del modello idraulico di più della metà delle reti di acquedotto gestite. Se storicamente la modellazione delle reti di acquedotto è stata più al servizio della pianificazione degli investimenti, in tempi più recenti, grazie al continuo sviluppo tecnologico e alla spinta del PNRR (https://www.larioreti.it/investimenti/investimenti-strategici/pnrr/), i modelli sono sempre più coinvolti nella gestione dell’operatività quotidiana delle reti. In particolare, sono in corso di implementazione i seguenti progetti:

• Digital twin della rete di Lecco: modello digitale in real time collegato con i punti di misura dislocati in rete che permetterà un più efficace monitoraggio della rete e una simulazione di eventi nelle condizioni correnti.
• Diffusione ai diversi livelli di operatività di modelli semplificati delle reti comprese nell’Area di Intervento PNRR per una valutazione delle conseguenze delle attività quotidiane dei tecnici (per esempio l’impatto di chiusure di valvole sulle pressioni di rete) 

Inoltre, accanto al consolidato uso dei modelli per gli scopi sopra elencati, sono in corso sperimentazioni per applicazioni della modellazione a supporto delle attività di ricerca perdite.

Il modello della fognatura

Il modello di una fognatura è costituito da molteplici elementi fisici, idraulici ed idrogeologici che interagiscono tra loro quali: interconnessione delle tubazioni, caratteristiche geometriche dei condotti (sezioni circolari, ovoidali, policentriche e rettangolari), caratteristiche del sistema di collettamento (sistemi di tipo unitario o separato), funzionamento in pressione o a gravità della rete; stazioni di sollevamento; scolmatori di piena; caratteristiche idrologiche dei bacini.

L’implementazione del software vede una fase di inserimento della rete con le proprie caratteristiche topologiche (pozzetti, tubazioni, sifoni, sfioratori di piena, impianti di sollevamento, etc.) e dei sottobacini associati con le relative caratteristiche idrologiche (grado di copertura, coefficiente di permeabilità, coefficiente di ruscellamento, etc.) che, associata all’inserimento delle condizioni al contorno provenienti all’analisi degli eventi meteorici e delle condizioni evidenziate in campo (fenomeni di esondazione, videoispezioni, etc.) consente di studiare la rete nelle varie condizioni di funzionamento.

In particolare si può studiare il comportamento della rete durante il tempo asciutto, con il solo deflusso in rete derivante dagli scarichi civili, e durante il tempo di pioggia, con gli eventi meteorici combinati con gli scarichi civili.

I modelli idraulici delle reti di fognatura consentono inoltre di:

• Verificare l’adeguatezza dei diametri delle condotte esistenti (presenza di rigurgiti e funzionamento in pressione di tratti a gravità);
• Verificare l’adeguatezza dei manufatti esistenti (sfioratori, vasca di laminazione, etc.);
• Progettare nuove reti o nuovi collegamenti a reti esistenti;
• Elaborare piani di manutenzione

Ietogramma sintetico per evento di pioggia estremo.