LA DISTRETTUALIZZAZIONE PRATICA

DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE

di Marcello MENEGHIN

Una delle più importanti conquiste dell'acquedottistica moderna consiste senza dubbio nell'aver adottato, nella grande generalità dei casi, la rete magliata con interconnessioni ed anelli multipli sovrabbondanti. Sono molti i vantaggi che ne derivano e tra di essi una pressione diffusa uniformemente in aree notevolmente vaste, un trasporto di grandi portate con perdite di carico molto contenute, la possibilità di chiudere condotte singole senza problemi per le restanti, la grande stabilità ed uniformità di pressione anche in caso di prelievi eccezionalmente intensi di qualche utente. L'ipotesi che tutti questi vantaggi possano essere in gran parte annullati qualora si voglia mettere in pratica la distrettualizzazione secondo le modalità oggi correnti, appare assolutamente inaccettabile alla luce dei concetti propugnati da molto tempo da chi scrive. E' ben noto come la distrettualizzazione che viene comunemente sollecitata si basi sulla intercettazione delle condotte sovrabbondanti in modo da alimentare ogni distretto tramite singole adduttrici munite di misuratori ed isolandolo affinché non possa cedere alcuna portata ai distretti vicini oppure, in caso di necessità di alimentazione di qualche altro distretto posto più a valle, con misura delle portate in uscita. Una parzializzazione della rete così concepita consente due modalità di utilizzazione e cioè quella provvisoria, tesa alla determinazione delle perdite una volta tanto, e quella permanente che, oltre alla definizione in continuo delle perdite stesse, consente anche di attuare agevolmente il controllo e la regolazione minuta della pressione distretto per distretto. In linea teorica si tratta di due risultati importanti ma, mentre la prima modalità può essere normalmente adottata dato che i disservizi sono temporanei, così non è nel secondo caso in quanto si ritiene inammissibile che, nella reale gestione degli acquedotti, si possa togliere alla rete la gran parte dei benefici prima elencati. Nella presente nota si vuole invece proporre una diversa distrettualizzazione che, invece di penalizzare l'esercizio, contribuisca a migliorarlo.
E' ben vero che la rete magliata unificata per tutto il territorio servito lamenta, soprattutto in aree ad altimetria diversificata, il difetto di non consentire una piezometrica sempre parallela al suolo, però non si ammette che per ovviarvi si abbia da spezzettarla in tante piccole parti provocando gli inconvenienti di cui si è detto. Un buon risultato deve invece essere ottenuto con altre modalità, alcune delle quali, come ampiamente documentato negli appositi articoli del sito http://altratecnica.it , consistono nella suddivisione per fasce altimetriche, nel pompaggio a pressione variabile, nella regolazione tramite valvole diffuse in rete o infine adottando particolari artifici costruttivi e di gestione.
Nei riguardi della distrettualizzazione, da ritenere in ogni caso una pratica da applicare in tutte le reti, si ipotizzano modalità di esecuzione totalmente diverse da quelle citate ma da sottoporre a conferme pratiche essendo condizionate da alcune pesanti pregiudiziali come la possibilità, ancora non attuabile ma di cui sono in corso numerose sperimentazioni, che i contatori d'acqua delle utenze private siano sostituiti da moderni apparecchi di misura dei volumi consumati fino all'istante considerato e con trasmissione automatica al centro dei dati.
Le operazioni seguenti consistono nel calcolare due dati essenziali relativi a ciascun nodo e cioè la portata da esso consumata nel periodo in esame e che sarà utilizzata nei calcoli ed inoltre la superficie totale interna delle tubazioni che confluiscono al nodo stesso e che sarà usata come indice di ripartizione tra tutti i nodi della portata di perdita sempre riferita al periodo considerato. Allo scopo sarà sufficiente considerare suddivise in due parti uguali tutte le condotte ed assegnare al nodo di confluenza tutte le semicondotte che vi sono collegate e tutti gli utenti ivi allacciati.
Risulta inoltre necessario che i programmi di calcolo delle reti magliate siano in grado di aggiornare ad ogni iterazione la portata di perdita in uscita dai nodi in funzione della pressione risultante dai calcoli stessi, il tutto da determinarsi secondo le modalità che saranno appresso indicate.
Considerando completate le operazioni indicate e posti in opera i nuovi tipi di contatori d'utenza, la distrettualizzazione che viene qui proposta deve essere limitata ad un impiego temporaneo e per campioni in modo da poter evitare i danni prima lamentati,
Scelte le aree da esaminare, si provvede a suddividerle in distretti in numero il più basso possibile ma sufficienti per costituire dei campioni rappresentativi delle varie tipologie di rete ed a munirli di apparecchi per la misura delle portate e delle pressioni e quindi in grado di rilevare in ciascun distretto, per un periodo di almeno una settimana e ad intervalli brevi (ad esempio ogni quarto d'ora) i seguenti dati:
- portata prelevata utente per utente
- portata entrante nel distretto
- eventuale portata in uscita di alimentazione dei distretti posti a valle
- pressioni nel punto iniziale di ingresso del distretto e finale all'arrivo in diversi punti di utenza.
Per poter avere una rappresentazione completa del funzionamento idraulico del distretto e soprattutto delle variazioni indotte dalla pressione di esercizio, si alterneranno giornate ed anche periodi brevi a pressione di alimentazione volutamente modificata in più ed in meno rispetto a quella normale.
Ultimato a campioni l'esame di tutta la rete con rilievo e registrazione di tutti i dati, vengono aperte le saracinesche di intercettazione eliminando le parzializzazioni e l'acquedotto può riprendere a funzionare normalmente con tutti gli anelli aperti.
Iniziano quindi le operazioni a tavolino che consistono in un primo tempo nella determinazione degli elementi reali da introdurre nei calcoli di seconda fase. Allo scopo viene effettuata la simulazione al modello matematico separatamente distretto per distretto ed atta a definire, sulla base dei dati effettivamente rilevati, la scabrezza effettiva delle tubazioni e le leggi che regolano l'andamento delle perdite e dei prelievi dell'utenza in funzione delle pressioni di funzionamento delle condotte stradali, pressioni che, come detto, sono state diversificate ad arte. Il primo risultato sarà ottenuto impiegando diverse serie di coefficienti di scabrezza di valore via via crescente e scegliendo quelle che danno risultati più aderenti alla realtà. Per quanto riguarda l'altro elemento determinante la bontà del calcolo del distretto e cioè la portata istantanea prelevata da ciascun nodo e le leggi che ne definiscono le variazioni in funzione della pressione, si devono distinguere due componenti. La portata di base rappresentata dalla portata effettivamente letta ogni quarto d'ora ai contatori privati attribuibili a ciascun nodo, costituisce il componente certo al quale va aggiunto il secondo componente e cioè la perdita occulta che viene valutato distribuendo tra tutti i nodi, in funzione della superficie interna delle tubazioni afferenti a ciascun nodo, la perdita totale del distretto data dalla differenza tra volume totale immessovi ed il corrispondente volume consumato dagli utenti nel quarto d'ora in esame. In sostanza, poiché ciascun distretto è per definizione costituito da un'area omogenea e di piccola entità ed essendo noti i dati di funzionamento reale ad intervalli temporali molto brevi, si ritiene realistico supporre che le perdite occulte si distribuiscano, al suo interno, uniformemente in tutte le condotte.
Ultimata la serie di calcoli di verifica del comportamento idraulico distretto per distretto, saranno noti i seguenti elementi da usare successivamente nei calcoli dell'intera rete applicandoli alle maggiori porzioni di rete che ogni distretto rappresenta:
- i coefficienti reali di scabrezza delle tubazioni ;
- la legge che definisce le variazioni di portata dell'utenza in funzione delle pressioni di rete
- idem per le variazioni di perdita occulta

Hanno inizio poi i calcoli di seconda fase relativi non più ai singoli distretti bensì a tutta la rete non distrettualizzata. Scelta una giornata particolarmente rappresentativa come ad esempio un giorno di consumi molto elevati, si esegue la lettura dei contatori privati ad intervalli brevi (ad esempio ogni quarto d'ora) rilevando contemporaneamente tutti gli altri dati di funzionamento delle centrali, le portate delle condotte munite di misuratori, i livelli dei serbatoi ecc. ecc. e si passa alla verifica dinamica (ad intervalli di un quarto d'ora) della rete con modello matematico.

 La portata da assegnare a ciascun nodo sarà composta da due elementi che vanno sommati tra di loro e cioè, come primo e più importante elemento, dal consumo reale degli utenti afferenti al nodo stesso ed effettivamente rilevato nell'intervallo considerato e, quale secondo, dal volume di perdita ottenuto quarto d'ora per quarto d'ora dalla differenza tra volume totale immesso in rete e volume totale effettivamente consumato dall'utenza ripartito tra tutti i nodi della rete in funzione della superficie interna delle tubazioni attribuibili al nodo stesso. In altri termini si suppone, all'inizio della serie di calcoli, che le perdite siano equamente distribuite in tutta la rete in base alla consistenza delle tubazioni. Durante le iterazioni di calcolo il programma deve modificare di iterazione in iterazione la quota parte di perdita in funzione della pressione risultante dal calcolo stesso ed in base alle leggi di variazione determinate nei calcoli di prima fase, nel mentre la quota parte di consumo derivata dai contatori rimane, ovviamente, quella effettivamente misurata ai contatori stessi. E' infatti ben noto come le perdite in uscita da ciascun nodo siano fortemente influenzate dalla pressione che si ha nella rete nell'istante in esame e che pertanto durante le iterazioni di calcolo debbano essere apportate ai dati iniziali le variazioni del caso. Ad esempio se un nodo, nella iterazione in corso di calcolo, risulta avere pressione zero non solo la portata rilevata all'istante considerato dai contatori sarà pari a zero (e ciò risulterà dalla lettura reale dei contatori) ma dovrà essere nulla anche la perdita assegnata a quel nodo e quindi nel calcolo in corso la procedura di calcolo deve provvedere ad annullarla. In maniera analoga ad un nodo che ha pressione più elevata deve essere maggiorata anche la perdita. In altri termini nel programma deve essere compreso un algoritmo che consenta di aggiornare, in funzione della pressione calcolata, le portate di perdita dai nodi sulla base della legge di variazione di cui si è detto. Risolti questi problemi è possibile arrivare al risultato cercato e cioè determinare il funzionamento teorico di tutta la rete. Occorre notare come la semplificazione adottata nella attribuzione delle perdite ai nodi costituisca una evidente disparità con la realtà in quanto sussistono, oltre alla pressione di funzionamento, altri elementi che incidono sulla localizzazione delle perdite stesse in lungo ed in largo nell'area servita. E' classico il caso delle condotte significativamente dette "colabrodo" che accusano sicuramente perdite più elevate delle condotte nuove. Ma risulta altrettanto chiaramente che sarà proprio il calcolo di seconda fase a segnalare le condotte che accusano questa diversità e quindi ad ubicare le perdite e la necessità delle riparazioni oppure, in caso di discrepanze molto rilevanti, a consigliare la sostituzione delle condotte "colabrodo". Man mano che procederanno i lavori di riparazione ed eliminazione delle perdite, le percentuali assolute di perdita e la sua distribuzione planimetrica nelle varie aree servite dovranno rientrare entro i limiti fisiologici e quindi i calcoli di seconda fase, ripetuti con le stesse modalità, devono dare risultati sempre più aderenti alla realtà. Il risultato finale da raggiungere consiste, oltre che nella eliminazione delle perdite abnormi, in una buona corrispondenza tra dati di funzionamento reali e di calcolo di tutte le strutture acquedottistiche come portata e pressione di partenza e di arrivo, portata delle condotte di rete munite di misuratori, pressioni misurare in rete, livelli dei serbatoi ecc. ecc.
In conclusione la procedura descritta, basandosi su un dato importante come la portata realmente consumata dai nodi quarto d'ora per quarto d'ora ed i corrispondenti dati di funzionamento anch'essi rilevati dagli strumenti di misura, consente di determinare l'ubicazione e quindi l'eliminazione delle perdite ottenendo risultati simili, anche se più approssimati, a quelli offerti dalla distrettualizzazione. Il tutto viene però attuato senza apportare alcun nocumento alla rete che può invece continuare a funzionare normalmente.
Per quanto riguarda il valore della portata di perdita viene definita solo quella complessiva di tutta la rete e data dalla differenza tra portata immessa e portata consumata ai contatori privati: tale valore permette comunque di seguire nel tempo l'evoluzione delle perdite.
Gli altri elementi, essenziali per la vera conoscenza della rete, sono la scabrezza effettiva di tutte le condotte e le leggi di variazione delle perdite occulte e delle portate ai nodi in funzione della pressione. Questi ultimi dati, oltre che per la distrettualizzazione che forma l'oggetto della presente nota, saranno molto utili per qualsiasi tipo di calcolo di verifica della rete magliata da farsi al modello matematico e con l'uso dei molti programmi reperibili in commercio..
Purtroppo l'intera procedura descritta potrà essere realmente utilizzata solo quando sarà modificato il sistema di lettura dei contatori privati d'utenza la cui attuazione è ritenuta comunque improcrastinabile per molte ragioni anche totalmente estranee a quelle indicate nella presente nota. Nel frattempo e qualora si volesse attuale la distrettualizzazione non resta che adottare il metodo classico ma usando, per le ragioni prima indicate, esclusivamente quella di tipo temporaneo.

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