Strumenti avanzati di modellazione idraulica per l’analisi degli acquedotti

1. L’opportunità della
digitalizzazione
per il settore delle utilities
Mercoledì 27 marzo 2024 | Acque del Chiampo – Arzignano (VI)
«Strumenti avanzati di modellazione idraulica
per l’analisi degli acquedotti»
Lucia Costa
Engineer
HR Wallingford rivenditore Autodesk
Con il contributo incondizionato di Sponsorizzato da

2. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Sommario
La modellazione idraulica
Simulazioni ordinarie
Modellazione impianti
Simulazioni avanzate
La buona modellazione idraulica

3. La modellazione idraulica in azienda
Modellazione
idraulica
Informazioni
geografiche e
geometriche
(GIS)
Misure
SCADA
TLC
Consumi da
Fatturazione
e/o
Smart meter
Archivi
informativi
digitali e non
Sistemi di
supporto alle
decisioni
Simulazioni
in tempo
reale
Ricerca
perdite
Indicatori di
qualità del
servizio
Asset
Management
Workforce
management
• Accentratore di dati da fonti
diverse
• Condivisione e validazione
informazioni
• Solida base per elaborazioni
complesse
Caratteristiche
• Analisi dello stato di fatto
• Pianificazione di interventi
ordinari e straordinari
• Previsione di scenari futuri
• Supporto alle decisioni
strategiche
Simulazioni ordinarie

4. • Fascio di curve caratteristiche definito
automaticamente in base al numero di giri
minimo e massimo
• Calcolo automatico del numero di giri
necessario a raggiungere il target di
funzionamento previsto
Pompe a giri variabili
Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Modellazione realistica degli impianti
• Portata uscente calcolata automaticamente
in funzione della pressione calcolata e del
grado di apertura
• Definizione del pattern di apertura o della
portata estratta
Idranti
• Calcolo automatico del grado di apertura
della valvola galleggiante in funzione del
livello del serbatoio
• Possibilità di personalizzare la curva
caratteristica di qualunque valvola
• Definizione immediata di valvole a controllo
remoto
Valvole
19.373888
100.000000

5. Simulazioni avanzate
Valore aggiunto di InfoWorks WS Pro
Funzionalità potenti già incluse, spesso poco note
Simulazioni in batch completamente automatizzate
• Controlli programmabili dall’utente
• Simulazioni pressure driven
• Simulazioni di qualità dell’acqua
• Analisi di criticità
• Analisi antincendio
• Simulazioni multiple automatiche
• Analisi fenomeni transitori
• Stima costi operativi
Esempi di alcune applicazioni

6. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Controlli programmabili dall’utente
• Implementare regole di funzionamento complesse
Obiettivi
• È possibile rappresentare qualsiasi logica di controllo
• Linguaggio IF – THEN – ELSE
• Semplicità implementativa
• Robustezza e potenza di calcolo
• Personalizzazione completa
Caratteristiche
• Codice logico nelle proprietà dell’elemento
Input
• Funzionamento di valvole e pompe secondo regole non
pre-definite
Risultati

7. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Simulazioni pressure driven
• Realizzare una simulazione in cui la domanda complessiva non costituisce
una condizione al contorno predefinita
• Valutare gli effetti della gestione di pressione e la riduzione delle perdite
• Analizzare gli effetti sulla rete di situazioni di prelievo eccezionale
Obiettivi
• II consumo si riduce fino alla soppressione al calare delle pressioni
• Il consumo aumenta con l’aumentare delle pressioni
• Possibilità di personalizzare la correlazione tra portate e pressioni
Caratteristiche
• Modello calibrato
• Curva di correlazione tra le variazioni di pressione e le variazioni di portata
• Percentuale di volume di ogni categoria legato alla variazione della pressione
• Pressione di riferimento per le portate nominali
Input
• Serie storiche di risultati e planimetrie dinamiche
• Portate uscenti calcolate in funzione delle pressioni calcolate per ogni
timestep
• Grafici, tabelle, tematismi comparativi degli scenari
Risultati

8. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Simulazioni di qualità dell’acqua
• Analizzare le dinamiche di spostamento e decadimento delle sostanze disciolte in acqua
• Valutare efficacia e sicurezza dei sistemi di disinfezione attraverso l’analisi della presenza in rete di
cloro e di suoi derivati nel tempo
• Valutare i rischi di contaminazione dall’esterno
• Valutare il livello di torbidità dell’acqua e l’eventuale effetto di lavaggi
Obiettivi
• Modellazione dinamica della qualità dell’acqua
• Rappresentazione completamente integrata nella simulazione idraulica ordinaria
• Tre diversi livelli di complessità della rappresentazione:
• Una sola sostanza, conservativa o non conservativa
• Analisi multi specie, con definizione delle equazioni dominanti
• Equazioni del secondo ordine, per l’analisi dei derivati del cloro
• Modelli di trasporto euleriano e lagrangiano
• Simulazioni su periodi più estesi
Caratteristiche
• Definizione della tipologia di sostanze disciolte
• Livelli iniziali delle sostanze in rete
• Punti, quantità e modalità di ingresso delle sostanze in rete
• Coefficienti reattivi degli elementi di rete
Input
• Serie storiche aggiuntive per le concentrazioni delle sostanze disciolte e prevalenza delle sorgenti
• Calcolo dell'età dell’acqua
• Tracciatura delle sorgenti dominanti, in ogni nodo in ogni timestep di calcolo
• Tracciatura delle sostanza disciolte
Risultati

9. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Analisi di criticità
• Utile per prevedere gli impatti di rotture o fuori servizio e indirizzare gli
investimenti di risanamento preventivo
• Analisi di possibili chiusure per la razionalizzazione della distribuzione o la
creazione di distretti
Obiettivi
• Serie di simulazioni automatiche
• Report degli effetti della chiusura o rottura di uno o più tubi
Caratteristiche
• Definizione di inizio e durata del fuori servizio
• Identificazione delle utenze prioritarie
• Definizione dei livelli di servizio attesi secondo diversi criteri:
• numero di proprietà impattate
• numero di utenze prioritarie impattate
• soglie di pressione residua
Input
• Mappa del grado di criticità calcolata
• Serie storiche di ogni scenario simulato
• Report dei livelli di servizio
Risultati

10. Analisi antincendio
• Verificare la capacità degli idranti di erogare le portate necessaria alle
pressioni richieste
• Verificare la risposta della rete agli eventi eccezionali di apertura idrante
Obiettivi
• Tre tipi di analisi:
• disponibilità di portata antincendio e valutazione degli effetti sulle pressioni
• test idranti automatico per verificare il soddisfacimento dei vincoli imposti
• test automatici con portate predefinite in una selezione di idranti
• Utilizzo dell’equazione dell’orifizio
Caratteristiche
• Vincoli da rispettare per superare i test idranti: pressioni residue in vari punti,
portate erogate
• Selezione idranti da testare
• Eventuali portate di test e altri vincoli
Input
• Tabella sintetica di performance degli elementi testati
• Risultati dinamici di tutti gli scenari testati
Risultati

11. Simulazioni multiple automatiche
• Rappresentare e analizzare simultaneamente una
moltitudine di scenari
Obiettivi
• Strumenti personalizzabili di confronto rapido tra scenari
• Strumenti automatici di selezione degli scenari utili
Caratteristiche
• Definizione degli scenari
• Vincoli di validità dei risultati
Input
• Tabelle di sintesi dedicate e personalizzabili
• Planimetrie tematiche
Risultati

12. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Analisi fenomeni transitori
• Analizzare la propagazione dell’onda di sovrapressione o sottopressione
potenzialmente innescata dalla variazione repentina delle condizioni di un
impianto
• Verificare l’efficacia di interventi di mitigazione con dispositivi di protezione da
transitori
Obiettivi
• Possibilità di utilizzare direttamente il modello ordinario (con alcuni
accorgimenti)
• Metodo di calcolo: Lagrangian Time Driven Wave Characteristic Method
• Serie predefinita di dispositivi di protezione
Caratteristiche
• Caratteristiche geometriche addizionali (celerità onde tubi, inerzia pompe)
• Fenomeno potenzialmente generativo di transitorio (chiusura/apertura valvola,
accensione/spegnimento/blocco pompa, modifica repentina domanda)
• Istante di innesco del fenomeno
Input
• Idraulica ordinaria fino al momento dell’evento
• Fenomeno transitorio risultati dinamici con timestep di millisecondi
Risultati

13. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Stima dei costi operativi
• Valutare i consumi ed i costi operativi degli impianti
• Valutare il costo dell’acqua
• Ottimizzare gli scenari di funzionamento dei sollevamenti
Obiettivi
• Due tipologie di calcolo:
• Costo dell’acqua, che include estrazione, trattamenti chimici e fisici,
acquisto e vendita, trasporto e altro
• Costo operativo degli impianti, in funzione del costo unitario dell’energia
Caratteristiche
• Costi unitari collegati alle diverse fasi di gestione dell’acqua
• Curve di potenza meccanica delle pompe
• Rapporto efficienza meccanica-elettrica
• Tariffe elettriche diversificate
Input
• Serie storiche di costi gestionali, consumi elettrici e costi operativi
• Calcolo dei costi cumulati di esercizio
• Restituzione in grafici, planimetrie, tabelle, report personalizzabili
Risultati

14. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Altri strumenti avanzati
• Interoperabilità tra sistemi e personalizzazione funzioni
InfoWorks Exchange e Ruby scripting
• Ottimizzazione della scelta delle pompe da utilizzare negli impianti di sollevamento
Simulazioni di ricerca del punto di lavoro
• Ottimizzazione automatica della gestione di sollevamenti e invasi
BalanceNet
• Modello di erosione e deposito incorporato per l’analisi del trasporto dei solidi
Simulazione di trasporto sedimenti
• Ottimizzazione della programmazione dei lavaggi tramite aperture di scarichi o idranti
Lavaggi programmati
• Analisi di resilienza dei sistemi tramite rappresentazione di scenari futuri o di emergenza
Scenari con domanda alternativa
… e molto altro ancora

15. Mercoledì 27 marzo 2024, Arzignano (VI)
Conclusioni
• Attività proattiva e dinamica
• Manutenzione e cura nel tempo
• Capacità di analisi critica di dati e risultati
• Competenza e conoscenza
Il ruolo del modellista
• Buoni dati di base
• Strumenti adeguati
• Attenzione ai dettagli
• Ricerca della qualità
Requisiti chiave