2 CAPITOLO II – ANALISI DELLE ATTUALI STRUTTURE DI APPROVVIGIONAMENTO

2 CAPITOLO II – ANALISI DELLE ATTUALI STRUTTURE DI

APPROVVIGIONAMENTO

2.1 Descrizione della rete di adduzione

Al fine di comprendere quale possa essere l’entità dell’integrazione idrica funzionale alle esigenza dell’area in esame e compatibile con le problematiche ambientali evidenziate nel capitolo precedente è stato effettuato uno studio del sistema di approvvigionamento esistente.

La rete acquedottistica di adduzione a servizio dell’area di Orbetello e Monte Argentario, per buona parte realizzata alla fine degli anni cinquanta, è stata nel tempo potenziata con interventi generalmente non inseriti all’interno di una quadro organico, spesso conseguenti a condizioni di crisi contingenti.

La rete, per la maggior parte della sua estensione, è costituita da tubazioni in acciaio prive di rivestimento protettivo interno, secondo le tecniche in uso all’epoca.

L’elevata concentrazione di cloruri nelle acque di falda destinate ad uso idro-potabile ha accelerato i naturali fenomeni corrosivi e il degrado delle tubazioni, comportando un incremento della frequenza delle rotture e del valore delle perdite in rete. Tutti i principali parametri indicatori dell’aggressività evidenziano nelle acque addotte in rete caratteristiche fortemente corrosive.

LI<0 aggressiva RI>7 aggressiva

LnR>1 forte potere corrosivo

LyR>1,5 _-20 2 4 6 8 10 Ryznar Indice di saturazione

Stante la mancanza di schemi planimetrici e idraulici aggiornati della rete di adduzione, si è resa necessaria una fase preliminare di analisi e studio del sistema con osservazioni e sopralluoghi nei principali nodi di intersezione e regolazione.

2.1.1 Schema funzionale della rete di adduzione

La definizione di un preciso schema funzionale del sistema di adduzione è un passaggio imprescindibile per avere una corretta visione d’insieme del funzionamento del sistema di approvvigionamento a servizio dell’area. E’ stato quindi tracciato un schema funzionale che, stante l’orografia della zona e l’estensione dell’area, cercasse di rispettare per quanto possibile sia l’andamento altimetrico che planimetrico.

Per meglio comprendere gli aspetti funzionali di dettaglio sono state realizzate delle monografie dei nodi principali (si veda 2.1.3), che, per chiarezza rappresentativa non sono state riportate poi nello schema.

Le regolazioni di valvole e saracinesche riportate nello schema e nelle monografie dei nodi sono quelle adottate durante la stagione estiva.

Pozzettone Piezometro Fe DN300 L474m GH DN350 L2687m F e D N 300 L1 9 8 1 F e D N 250 L41 4 6 m F e D N 200 L6 9 1 0 Fe DN350 L650m Le Piane Serbatoio di Terrarossa 50msm Fe DN175 L2664m Fe DN300 L2687m PRFV DN200 L2443m F e D N 175 L8 9 5 7 m S. Liberata Pianone F e D N 200 L1 1 5 3 Pozzo Consani Fe DN150 L499 Serbatoio di Poggio Wongher 100msm Serbatoio La Grotta 105msm La Parrina 135msm Scarancione Tinaro Fe DN200 L3707m F e D N 200 L20 1 0 m F e D N 175 L20 1 9 m Fe DN150 L653m Fe DN350 L3707m F e D N 200 L90 8 8 m

Giardino1 O.I. Giardino2

Pitorsino2 F e D N 350 L13 3 3 m Fe DN300 L349m Fe DN175 L375m Fe DN175 L367m Fe DN200 L20m F e D N 175 L1 0 5 m F e D N 350 L9 8 2 m F e D N 350 L9 8 2 m Fiora da Mandorlaie Fe DN 1 7 5 F e D N 350 L5 3 4 m F e D N 17 5 Fe DN175 Fe DN200 F e D N 11 0 Fe D N 1 2 5 L F e D N 125 L1 1 5 7

strada del Sole-Cacciarella Fe DN175 L1162 Fe DN175 F e D N 150 L3 1 5 m F e D N 100 L3 1 9 m Fiora da Monteti C C Fe DN180 F e D N 175 L 3 0 m Fe DN200 L1621m F e D N 300 L5 0 9 m Fe DN150 L2700m Fe DN300 L195m C C F e D N 150 L5 0 8 m Fe DN125 L1569m Fe DN350 L1416m Fe DN200 L357m C F e D N 200 L7 2 5 m F e D N 250 L3 1 6 m La Carpina Porto Ercole Ansedonia Orbetello adduzione distribuzione serbatoio LEGENDA Serbatoio di Poggio dei Colombi 194msm Pitorsino1 F e D N 300 L14 3 6 m F e D N 400 L14 3 6 m G h D N 350 L8 5 0 m F e D N 400 L 9 5 m G h D N 350 L61 6 8 m F e D N 400 L22 6 9 m Spaccamontagne

2.1.2 Schema planimetrico

Per la definizione dell’assetto planimetrico della rete è stato necessario ripercorrere lo sviluppo temporale che ha subito il servizio di adduzione fino ad arrivare allo stato attuale.

E’ stata effettuata una ricerca degli elaborati progettuali relativi ai primi interventi realizzati nel corso degli anni sessanta, per buona parte ancora conservati negli archivi dell’Acquedotto del Fiora.

Modifiche ed interventi successivi effettuati sulla rete fino ad arrivare ai giorni nostri risultano scarsamente documentati e sono stati ricostruiti attraverso la collaborazione dei tecnici e degli operatori dell’Acquedotto del Fiora.

Al fine di poter fornire una visione d’insieme dello schema planimetrico, con un livello di dettaglio sufficiente alla descrizione del sistema di adduzione a servizio di un’area così estesa, è stato necessario adottare una rappresentazione in scala 1:25.000.

Lo schema planimetrico riporta il sistema di condotte a servizio dei centri abitati di Orbetello, Ansedonia, Albinia, Porto Santo Stefano e Porto Ercole e altri centri minori. Stanti le finalità di questa tesi, il lavoro si è concentrato prevalentemente sull’individuazione dei percorsi delle condotte fino al raggiungimento dei serbatoi capacitivi a servizio dei singoli centri.

L’area servita dal sistema acquedottistico si presenta prevalentemente pianeggiante nei centri ubicati in prossimità della Laguna: Orbetello, Albinia, Ansedonia e lungo i due Tomboli. Risultano invece più montuosi, il promontorio di Monte Argentario e l’entroterra di Orbetello nel quale sono ubicati i due principali serbatoi di presa a servizio della rete; in questi tratti la lunghezza delle condotte ricavata dal tracciato planimetrico è stata incrementata del 5% per tenere conto dei dislivelli altimetrici.

Per fornire una schematizzazione indicativa del tracciato della rete si può immaginare un ramo di alimentazione che a partire dal nuovo serbatoio di Albinia raggiunge Porto Santo Stefano attraverso il Tombolo della Giannella. Due adduttrici si dipartono invece dal serbatoio di Poggio dei Colombi: una segue la diga di Orbetello e l’altra, percorso il tombolo della Feniglia, si biforca da un lato verso Porto Ercole, ricongiungendosi dall’altro a quello discendente da Orbetello per raggiungere con un’unica tubazione Porto Santo Stefano.

Figura 2-1 Andamento indicativo dei flussi di alimentazione di Monte Argentario a partire dai Serbatoi di Albinia e di Poggio dei Colombi

Lo schema planimetrico di dettaglio è rappresentato nella TAVOLA 2 degli ALLEGATI.

2.1.3 Nodi

I nodi fondamentali per la definizione del funzionamento e delle regolazioni in rete sono stati studiati nel dettaglio e corredati di materiale fotografico.

Convenzioni

Denominazioni dei materiali: FE acciaio al carbonio PEAD polietilene ad alta densità

PRFV poliestere rinforzato con fibra di vetro GH ghisa PVC policloruro di vinile Valvole a saracinesca: C normalmente chiusa R normalmente regolata A normalmente aperta Torre Saline Il pozzetto è ubicato a 1.6 m slm, in località Torre Saline.

Tubazioni in arrivo

Fe DN350 proviene da un pozzetto ubicato lungo la Strada Provinciale ai piedi del nuovo

Serbatoio di Albinia, è alimentato dal nuovo Serbatoio di Albinia, svolge solo funzione di adduzione.

Fe DN175 proviene da Mandorlaie, alimentato dalle Sorgenti del Fiora, fa

Figura 2-2 Ubicazione del pozzetto di Torre Saline

Tubazioni in uscita

Fe DN200 verso Santa Liberata, alimentato dalle acque provenienti dal Fe DN350, svolge solo la funzione di adduzione verso Porto S.Stefano. La tubazione è collegata a un booster di rilancio, Fe DN175 prosecuzione della tubazione proveniente dalle sorgenti del

Fiora, fa distribuzione lungo il Tombolo della Giannella, in prossimità di Santa Liberata sono presenti due stacchi uno per Pozzarello e l’altro sul PRFV DN200 verso il Serbatoio di Terrarossa.

Osservazioni:

L’Fe DN350 e l’Fe DN175 arrivano al pozzetto con un valore di pressione molto prossimo (circa 13,6 at) che consente, all’occorrenza, una miscelazione delle acque.

Schema idraulico verso S. Liberata verso S. Liberata nuovo serbatoio Albinia Fiora da Mandorlaie Fe DN350 Fe DN175 FeDN200 Fe DN175 Fe DN200 A

Figura 2-3 Fotografia del pozzetto di Torre Saline Figura 2-4 Fotografia del pozzetto di Torre Saline

Santa Liberata

In località Santa Liberata, è chiaramente visibile in corrispondenza del Canale l’attraversamento di due tubazioni provenienti da Torre Saline (Fe DN200 adduttrice, FeDN175 distributrice).

Figura 2-5 Ubicazione del pozzetto di Torre Saline

Figura 2-6 Fotografia dell’attraversamento presso Santa Liberata delle tubazioni provenienti da Torre Saline che svolgono servizio di adduzione a Porto Santo Stefano

Poco distanti dall’attraversamento ci sono tre pozzetti (8 msm), i primi due più piccoli destinati alle due condotte provenienti da Torre Saline attraversando il Canale di Santa Liberata e il terzo più grande per le interconnessioni dei tubi provenienti dalla Giannella con quelli alimentati da Poggio dei Colombi.

Tubazioni in arrivo

Fe DN200 proveniente dal booster di Torre Saline [J-46], alimentato dal nuovo Serbatoio di Albinia, svolge solo la funzione di adduzione

Fe DN175 proveniente da Mandorlaie, alimentato dalle Sorgenti de Fiora, fa distribuzione lungo la Giannella,

Fe DN300 proveniente da Poggio dei Colombi, attraverso il Tombolo della Feniglia raggiunge il pozzetto di Spaccamontagne, passa dal pozzetto di Le Piane e arriva a Santa Liberata, alimentato dal Serbatoio di Poggio dei Colombi, svolge solo la funzione di adduzione

Fe DN175 proveniente da Poggio dei Colombi, passa da Orbetello, ha uno stacco in corrispondenza del Serbatoio di Terrarossa e raggiunge Santa Liberata, svolge solo la funzione di adduzione Osservazioni:

• Sul Fe DN175 in distribuzione alla Giannella si innesta un PRFV DN200 proveniente dal Serbatoio di Terrarossa che a seconda dell’esigenza porta acqua da Terrarossa alla Giannella o viceversa,

• Sul Fe DN175 in distribuzione alla Giannella c’è uno stacco per Pozzarello

• Fe DN200 proveniente da Poggio dei Colombi in questo momento alimenta esclusivamente il Serbatoio di Terrarossa, anche se la tubazione proseguirebbe fino al Pianone, la valvola in corrispondenza di Santa Liberata infatti è chiusa.

Tubazioni in uscita

Fe DN300 verso il Pianone, alimentato da Poggio dei Colombi, pochi metri prima di raggiungere il pozzetto del Pianone si riduce in un Fe DN200 che proseguirà fino a Poggio Wongher

Fe DN175 verso il Pianone, alimentato dal Serbatoio La Parrina, arriva fino al Serbatoio della Grotta

Fe DN 175 verso il Pianone, in questo momento la valvola nel pozzetto è chiusa per cui le acque del Serbatoio di Poggio dei Colombi, non proseguono verso Porto Santo Stefano, alimentando solo il serbatoio di Terrarossa.

Osservazioni

Fe DN300 proveniente da Torre Saline prima di raggiungere il pozzetto di santa Liberata ci sono due stacchi in distribuzione Fe DN110 inattivi e allo stato attuale inutilizzabili.

Schema idraulico Fe DN175 Fe DN1 7 5 Fe DN300 da Spaccamontagne da Orbetello-Le Piane da Torre Saline verso il Pianone Fe DN175 Fe DN300 verso il Pianone C Fe DN2 0 0 da Torre Saline Fe DN175 verso il Pianone C C

Il Pianone

Il pozzetto è ubicato a 76 slm, in Santa Liberata.

Tubazioni in arrivo

Fe DN200 proviene da Poggio dei Colombi, alimentato dal Serbatoio di Poggio di Colombi, svolge solo funzione di adduzione, poco prima di

raggiungere questo pozzetto si riduce da Fe DN300 a Fe DN200

Fe DN175 proveniente da Torre Saline, alimentato dal nuovo Serbatoio di Albinia

Fe DN175 proveniente da Poggio dei colombi, attraverso Orbetello, attualmente inutilizzato nel tratto da S. Liberata al Pianone Osservazioni:

• Il tubo Fe DN200 da Poggio dei Colombi e l’Fe DN175 da Torre Saline sono in collegamento ma in questo momento la valvola di regolazione è chiusa.

• Fe DN175 da Torre Saline e l’Fe DN175 da Santa Liberata si unificano in un solo tubo in corrispondenza di questo pozzetto, a fianco del pozzetto ci sono i venturimetri.

Tubazioni in uscita

Fe DN200 verso il Serbatoio di Poggio Wongher, alimentato dal Serbatoio di Poggio dei Colombi

Fe DN175 verso il Serbatoio della Grotta, alimentato dal nuovo Serbatoio di Albinia

Figura 2-9 Ubicazione del pozzetto del Pianone

Schema idraulico

Fe DN200

da Spaccamontagne Fe DN200 _{verso Poggio Wongher} Fe DN175

da Torre Saline Fe DN175_{verso La Grotta}

C Fe DN175

da Orbetello-Le Piane

C

Pozzetto di Poggio Wongher Il pozzetto è ubicato in prossimità del serbatoio a 105 m slm in località Poggio Wongher.

Tubazioni in arrivo

Fe DN175 proviene dal Pianone, alimentato dal nuovo serbatoio di Albinia, mediante uno stacco

alimenta il serbatoio di Poggio Wongher, ma la condotta prosegue fino al serbatoio della Grotta

Fe DN200 proviene da il Pianone, alimentato dal Serbatoio di Poggio dei Colombi, con l’attuale regolazione della valvole manda le sue acque nel DN175 alimentando il serbatoio della Grotta

Tubazioni in uscita

Fe DN175 verso il Serbatoio della Grotta

Fe DN110 verso il serbatoio di Poggio Wongher

Figura 2-10 Ubicazione del pozzetto di Poggio Wongher

Schema idraulico R M A A C Fe DN175 Fe DN200 Fe DN175 Fe DN110 da Spaccamontagne

da Torre Saline verso La Grotta

verso Serbatoio di

Poggio Wongh

er

2.1.4 Serbatoi

Nell’area sono presenti numerosi serbatoi: due, con funzione di presa, (Poggio dei Colombi e Albinia) sono collocati in prossimità delle principali fonti di approvvigionamento; gli altri, destinati alla regolazione in corrispondenza del centri abitati.

Ad un numero di serbatoi così elevato non corrisponde un’adeguata disponibilità di volumi idrici, che spesso risultano insufficienti a svolgere funzioni di regolazione per i centri abitanti e impongono l’utilizzo dei serbatoi di presa anche per le funzioni di compenso rispetto alle punte di consumo giornaliere e orarie.

Un esempio emblematico in questo senso è il serbatoio di Poggio dei Colombi: si tratta di un serbatoio di presa che, con le attuali regolazioni in rete, alimenta direttamente la distribuzione di Orbetello non riuscendo più a svolgere a pieno il ruolo di riserva nei confronti di Monte Argentario. I due serbatoi di presa a servizio dell’intera area sono quelli di Albina e di Poggio dei Colombi.

Serbatoio di Albinia

Situato a 146,3 m slm in località La Parrina, ha un volume complessivo di 700 m3_.

Viene alimentato dal pozzo del Tinaro (qmedia=35 l/s) e quello di

Scarancione (qmedia=50 l/s).

Serve Albinia e le zone limitrofe, il tombolo della Giannella, Porto S.Stefano e a seconda dei consumi in rete il

serbatoio di Terrarossa, attraverso lo stacco sulla condotta in distribuzione alla Giannella.

Serbatoio di Poggio dei Colombi Situato a 193,5 m slm in località La Parrina, ha un volume complessivo di 1.200 m3_.

Viene alimentato dai pozzi Giardino1 e Giardino2 (qmedia=70 l/s), dai pozzi

Pitorsino1 e Pitorsino2 (qmedia=58 l/s) e

dalle acque delle sorgenti di S. Fiora della dorsale proveniente da Monteti.

Serve il centro abitato di Orbetello, Ansedonia, Porto Ercole e Porto S. Stefano.

Figura 2-12 Ubicazione e direzione di alimentazione del Serbatoio di Albinia

Figura 2-13 Ubicazione e direzione di alimentazione del Serbatoio di Poggio dei Colombi

Serbatoio di Terrarossa

Situato a 50 m slm, in località Terrarossa, ha un volume complessivo 1.650 m3_.

Si tratta di un serbatoio di estremità situato al termine della condotta in distribuzione al centro abitato di Orbetello. Riceve parte delle acque provenienti da Poggio dei Colombi attraverso il Tombolo della Feniglia e,

in funzione delle richieste in rete, dal nuovo serbatoio di Albinia attraverso la condotta in distribuzione alla Giannella.

Serbatoio del Pozzarello

Situato a 4 m slm, in località Pozzarello, la vasca ha una dimensione molto ridotta pari a

40 m3_.

Si tratta di un serbatoio di estremità, alimentato da Pozzo Consani

(qmedia=14 l/s) e da Poggio Wongher.

Serve le zone limitrofe e ha la potenzialità di rilanciare acqua al serbatoio di Poggio Wongher mediante una condotta attualmente inutilizzata.

Figura 2-14 Ubicazione e direzioni dei flussi di alimentazione del Serbatoio di Terra Rossa

Figura 2-15 Ubicazione del Serbatoio del Pozzarello

Serbatoio di Poggio Wongher Situato a 105 m slm, in località Poggio Wogher, con un volume complessivo di 1.200 m3_.

Si tratta di un serbatoio intermedio, alimentato dal nuovo serbatoio di Albinia o da Poggio dei colombi a seconda delle regolazioni.

Potrebbe essere rifornito anche da Pozzarello, ma la condotta in questo momento non è in funzione.

Serve la distribuzione delle aree sottostanti e il serbatoio del Pozzarello. Serbatoio la Grotta

Situato a 100 m slm, a Porto S. Stefano, ha un volume complessivo 700 m3_.

Si tratta di un serbatoio di estremità situato al termine della condotta di adduzione a servizio del centro abitato. Riceve le acque del serbatoio di Albinia o quelle provenienti da Poggio dei Colombi a seconda delle regolazioni.

Si compone di tre vasche una principale di accumulo e due più

piccole dotate di un sistema di sollevamento che consente di fornire acqua alle zone del paese a una quota superiore rispetto a quella del serbatoio.

Figura 2-16 Ubicazione del Serbatoio di Poggio Wongher

Figura 2-17 Ubicazione del Serbatoio della Grotta

Serbatoio le Crocine

Un nuovo serbatoio realizzato nell’ultimo anno nel tentativo di attenuare la mancanza dei volumi di compenso necessari per la domanda di Porto S. Stefano, entrerà in servizio prima della prossima estate.

Ubicato a 212 m slm a monte dell’intero contro abitato, ha un volume di 800 m3_{, riceverà acqua dal serbatoio della Grotta ed alimenterà il sistema}

di distribuzione per gravità.

Serbatoio di Poggio alle Bicche

Ubicato a 106,5 m slm con un volume di 450 mc, si tratta di un serbatoio di estremità a servizio dell’abitato di Porto Ercole viene alimentato dal Serbatoio di Poggio dei Colombi attraverso l’adduttrice che percorre il tombolo della Feniglia.

Serbatoio di Ansedonia

Ubicato a 111,1 m slm con un volume di 150 mc, in posizione sopraelevata rispetto all’abitato di Ansedonia, viene alimentato dal Serbatoio di Poggio dei Colombi attraverso uno stacco sull’adduttrice che percorre il tombolo della Feniglia.

2.2 Determinazione della capacità di trasporto della rete esistente

Una volta determinate le tipologie e le esigenze delle utenze da servire e caratterizzate le principali fonti di approvvigionamento a servizio della zona, occorre procedere ad una valutazione delle potenzialità della rete esistente.

Questa è una zona nella quale a fronte di serie problematiche di reperimento della risorsa idrica ed elevate richieste idro-potabili è presente un sistema acquedottistico a servizio di Monte Argentario rimasto praticamente immutato dagli anni ’50.

E’ stata realizzata una simulazione del comportamento dell’intera rete di adduzione a servizio dell’ area di Orbetello e Monte Argentario mediante il software di modellazione Cybernet, cercando di individuare eventuali carenze delle infrastrutture esistenti e verificare l’influenza reciproca della domanda dei diversi centri abitati.

2.2.1 Brevi note sul funzionamento del software di modellazione Cybernet

Cybernet è un software di modellazione dei sistemi acquedottistici progettato, sviluppato e programmato dallo staff di ingegneri civili e informatici di Heastad Method. Il calcolo numerico è basato sulle ricerche condotte dalla U.S. Environmental Protection Agency (EPA) e produce risultati conformi con il programma EPANET.

Una rete si compone di condotte, raccordi, zone di utenza, serbatoi e sorgenti, valvole di regolazione, pompe e strumenti di controllo meccanico ed elettronico.

Nella modellazione gli elementi possono essere suddivisi in tre categorie fondamentali:

1. Nodi di giunzione: le giunzioni sono quei nodi del sistema in cui si verificano variazioni delle caratteristiche geometriche della condotta, delle portate (punti di domanda, idranti antincendio etc.) o punti critici in cui la determinazione del valore delle pressioni è importante ai fini dell’analisi. 2. Nodi di contorno: sono nodi a carico idraulico noto che individuano le condizioni iniziali per l’analisi e costituiscono i vincoli nell’elaborazione sulla base dei quali viene determinato il funzionamento di altri punti della rete. I nodi di contorno sono elementi quali serbatoi, sorgenti e punti a un definito valore di pressione.

3. Collegamenti: includono le tubazioni, pompe e varie tipologie di valvole. Questi sono componenti del sistema che connessi a giunzioni o nodi di confine determinano le portate e le variazioni di energia tra i nodi. Un evento o una condizione in un punto del sistema può influenzare il funzionamento di tutte le altre parti.

I principi che governano il comportamento della rete sono la conservazione della massa, dell’energia e della quantità di moto.

Ci sono due diversi approcci nella modellazione del funzionamento della rete: può infatti essere realizzata una Steady Network Hydraulics (analisi istantanea) e/o una Extended Period Simulation (analisi su un periodo esteso).

Steady State Network Hydraulics

Mediante un’analisi istantanea della rete può essere determinato il comportamento del sistema in un particolare momento, sotto determinate condizioni al contorno. Questo tipo di analisi può essere utile per determinare gli effetti a breve termine sul sistema prodotti da richieste antincendio o particolari condizioni di domanda.

Nel procedimento di analisi le equazioni che governano il comportamento della rete sono determinate e risolte considerando i serbatoi come condizioni al contorno con un prefissato valore di carico.

Extended Period Simulation

Quando le variazioni delle condizioni di esercizio sono importanti ai fini dell’analisi risulta preferibile una simulazione su un periodo esteso. Questo approccio consente una modellazione del sistema che tiene conto della variabilità delle grandezze in gioco (il riempimento o lo svuotamento di un serbatoio, la diversa regolazione delle valvole, i cambiamenti di pressioni e portate in funzione della domanda).

Mentre una modellazione istantanea fornisce informazioni in merito ad una particolare domanda in rete, una simulazione su un periodo esteso consente di comprendere se il sistema è in grado di mantenere un determinato livello di servizio per un certo intervallo di tempo.

Simulazioni di questo tipo possono inoltre essere utilizzate per valutare il consumo di energia o per lo studio della qualità dell’acqua.

I dati richiesti nella modellazione su un periodo esteso sono maggiori rispetto a quelli necessari per una simulazione istantanea, devono infatti essere inseriti anche le curve di variazione della domanda, informazioni dettagliate circa i serbatoi e il funzionamento di pompe e valvole.

Questo programma calcola la distribuzione delle portate e delle altezze piezometriche utilizzando l’ Algoritmo Gradiente.

L’algoritmo di risoluzione della rete viene formulato sull’intero sistema di equazioni di continuità e di conservazione dell’energia, che vengono bilanciate e risolte ad ogni passo di iterazione; il metodo consente quindi di ottenere lo stesso livello di accuratezza di altri algoritmi collaudati da anni.

I vantaggi che presenta questo algoritmo sono:

• consentire una risoluzione diretta sia di reti con maglie chiuse che parzialmente ramificate senza ricorrere a reti equivalenti;

• in caso di disconnessione di valvole regolatrici di flusso o di pressione o per un errore del modellatore il sistema, a differenza di altri, non diventa numericamente instabile;

• viene generato un sistema di equazioni con una struttura tale da consentire l’utilizzo di risolutori di matrici rapidi ed affidabili.

Una rete avente come incognite n valori del carico in corrispondenza dei nodi e p valori di portata, con b condizioni al contorno, può essere descritta mediante due matrici di incidenza, una per i carichi e l’altra per le portate.

Per assegnare alle matrici i valori viene utilizzata la seguente convenzione A(i,j)=1 se la portata del tratto i entra nel nodo j

A(i,j)=0 se la portata del tratto i non entra nel nodo j A(i,j)=-1 se la portata del tratto i esce dal nodo j

La domanda in corrispondenza dei nodi invece viene assegnata mediante un vettore (1xn) qT =[q₁,q₂,...,q_n]

Il valore del carico in corrispondenza dei nodi invece viene definito con un vettore (1xB) HbT =[Hb₁,Hb₂,...,Hb_b]

L’incremento o la perdita di carico viene espresso con una matrice ] ,..., , [ ) ( _{1 2 p} T f f f Q F =

( )

Gli elementi della matrice che definiscono condizioni della rete note o ricavabili per iterazione, vengono utilizzate per calcolare il funzionamento stazionario finale in termini di valore di portate e carichi inizialmente incogniti.

I valori delle portate incogniti sono definiti mediante un vettore (1XP) ] ,..., , [ _{1 2 p} T Q Q Q Q =

I carichi incogniti in corrispondenza dei nodi sono definiti con un vettore (1Xn) HT =[H₁,H₂,...,H_n]

L’insieme di queste matrici possono essere generalizzate in un’unica equazione matriciale utilizzando le leggi di conservazione della massa e dell’energia Hb A Q F H A12× + ( )=− 10× q Q A12× =

Introducendo una seconda matrice diagonale (che consente il cambiamento dei coefficienti associati ai carichi) :

⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = − − − 1 3 3 3 1 2 2 2 1 1 1 1 11 n n n Q R Q R Q R A

Si ottiene l’espressione complessiva del comportamento della rete in forma matriciale: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡− = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ q H A H Q A A A 10 0 0 21 12 11

Per la risoluzione di questo sistema di equazioni non lineari viene utilizzato il metodo di Newton-Raphson differenziando entrambi i lati dell’equazione rispetto a Q e H, ottenendo: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡− = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × dq dE dH dQ A A A N 0 21 12 11 con ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = p n n n N O 2 1

La forma ricorsiva dell’algoritmo di Newton Raphson può essere derivata a seguito di un’inversione della matrice e varie trasformazioni e sostituzioni matematiche.

Il sistema di equazioni per ciascuna iterazione k è espresso nella seguente forma

(

)

{

(

) (

)

}

(

)

(

)

La soluzione del sistema per ciascuna condizione di carico incognita richiede un grande quantitativo di calcoli, per la veloce risoluzione dei quali viene utilizzato un solutore di matrici (sparse matrix solver) specificamente adattato a questo sistema di equazioni.

Il metodo del gradiente coniugato (Coniugate gradient method) è un metodo che teoricamente converge verso la soluzione esatta in un limitato numero di passaggi e può essere espresso per una rete con funzionamento in pressione mediante equazioni del tipo:

b Ax= dove = k+1 H x

(

) (

)

{

}

La struttura del sistema matriciale A in corrispondenza della soluzione assume una forma simmetrica, definita positiva

(

)

21N A 1A A D A

A

A= × − = × ×

A causa della simmetria, il numero di elementi non nulli necessari eguaglia il numero dei nodi più il numero dei collegamenti. Questo porta a una forma matriciale a bassa densità e fortemente sparsa ne consegue che è preferibile una soluzione iterativa piuttosto che una soluzione per inversione diretta per evitare un incremento dello sforzo computazionale. Poiché il sistema è simmetrico e definito positivo può essere utilizzata la fattorizzazione di Cholesky ottenendo

T

L L

A= ×

L’utilizzo di questa fattorizzazione consente di risolvere il sistema in due passaggi b L y= −1

( )

L’impiego di questo approccio rispetto a quello utilizzato da altri risolutori di matrici sparse che implementano il metodo tradizionale di Gauss senza considerare la simmetria delle matrici, consente di diminuire fortemente il tempo di calcolo.

2.2.2 Modellazione della rete

Nella definizione del tracciato delle condotte è stato seguito l’andamento planimetrico importato dall’elaborazione grafica; si è ritenuto infatti che una rappresentazione di questo tipo consentisse una visione più chiara della rete.

Le lunghezze delle condotte sono state determinate sul tracciato planimetrico apportando un incrementato del 5% in corrispondenza dei tratti con variazioni altimetriche di rilievo.

In corrispondenza dei principali nodi di interscambio e regolazione sono stati riprodotti gli schemi idraulici delle monografie precedentemente illustrate, impostando condizioni di funzionamento di valvole e sollevamenti propri del periodo estivo.

Nella modellazione del sistema sono stati introdotti nel programma di calcolo i valori interni del diametro.

Per ottenere una corretta valutazione delle perdite di carico è stato introdotto un valore equivalente della scabrezza nelle tubazioni, che tenesse conto della rugosità propria del materiale e di eventuali variazioni subite nel tempo.

Sulla base di misurazioni effettuate dall’Acquedotto del Fiora nelle condotte in ferro del primo sistema acquedottistico realizzato negli anni cinquanta, è stato adottato un valore della scabrezza equivalente pari a 1 mm.

Per i tratti di tubazione in PRFV recentemente realizzati, a collegamento della distribuzione del tombolo della Giannella con il Serbatoio di Terrarossa, in riferimento a valori tipici riportati in letteratura tecnica per tubazioni idraulicamente lisce, è stata assunta una scabrezza equivalente pari a 0,12 mm.

Le nuove condotte, invece, che dal serbatoio di Albinia raggiungono il sollevamento di Torre Saline, sono realizzate in acciaio con rivestimento esterno in polietilene ed interno in malta cementizia, quindi è stato adottato un valore pari a 0,3 mm.

Nel modello, il calcolo delle perdite di carico distribuite è stato impostato sulla base della formula universale di Darcy-Weisbach valida per le diverse tipologie di condotta e per qualunque regime di deflusso, la perdita di carico per unità di lunghezza è pari a

g V D f L H ⋅ = ∆ 2 2

f coefficiente adimensionale di attrito D diametro della condotta (m)

L lunghezza della tubazione (m)

V velocità dell’acqua in tubazione (m/s)

Per quel che concerne le minor loss questo software considera nella elaborazione queste perdite di carico mediante coefficienti che tengono conto delle variazioni dei regimi di deflusso che si verificano in corrispondenza di valvole, pompe, restringimenti di sezione.

Ciascuna delle fonti di approvvigionamento dei due serbatoi di presa (Albinia e Poggio dei Colombi) è stata rappresentata mediante un inflow (flusso in ingresso) assegnando i valori di portata forniti dall’Unità esercizio reti dell’Acquedotto del Fiora relativamente al mese di Agosto

FONTE l/s

Santa Fiora Mandorlaie 15

Monteti 30 Falde Pitorsino 58 Giardino 70 Scarancione 50 Tinaro 36 locali M.Argenatario 14 TOT 273

La domanda dei diversi centri abitati serviti dalla rete acquedottistica risulta generalmente soddisfatta da un serbatoio a servizio del paese, ma talvolta la rete di distribuzione si presenta direttamente alimentata da uno stacco puntuale sulla condotta in adduzione.

Nel modello sono quindi stati introdotti a seconda dei casi i serbatoi o nodi di domanda concentrati a servizio della distribuzione, sulla base dei valori ricavati dalle elaborazioni sulla popolazione e le dotazioni illustrati nel precedente capitolo.

L’analisi della rete acquedottistica è stata condotta in una condizione di

steady state che consente di determinare il comportamento istantaneo

della rete rispetto ad un prefissato scenario di afflussi e domande.

I due scenari considerati più rappresentativi per la comprensione del funzionamento della rete rispetto alle esigenze di Porto S. Stefano sono quello corrispondente al giorno di massima richiesta e quello in condizioni di domanda nulla da parte dei centri abitati del Comune di Orbetello, in modo da determinare la massima potenzialità di trasporto delle condotte.

2.2.3 Scenario 1 – Nel giorno di massimo consumo

É stata eseguita una simulazione nelle condizioni di esercizio più penalizzanti per il sistema acquedottistico, con una domanda in rete corrispondente al giorno di massimo consumo, i serbatoi di presa vuoti e quelli di estremità, a servizio del centro abitato, pieni.

Sono dunque state impostate, quali condizioni al contorno dell’analisi, i livelli nei serbatoi di Poggio dei Colombi, Albinia e Terrarossa corrispondenti al volume di riserva e nei due serbatoi di Poggio Wongher e della Grotta al massimo livello di riempimento.

Altre condizioni al contorno imposte al funzionamento della rete sono i valori di domanda in corrispondenza dei nodi di collegamento diretto della distribuzione.

Dagli output della modellazione emerge una portata nelle due condotte in adduzione a servizio di Porto Santo Stefano rispettivamente di 37,56 l/s a Poggio Wongher e 37,95 l/s alla Grotta, integrata con 14,0 l/s provenienti da fonti di approvvigionamento.

Si riportano i dati di output del modello relativi ai nodi significativi della rete, in riferimento alle due dorsali principali di approvvigionamento di Porto Santo Stefano, dal serbatoio di Albinia a quello della Grotta (attraverso il tombolo della Giannella) e dal serbatoio di Poggio dei Colombi a quello di Poggio Wongher (attraverso il tombolo della Feniglia).

NOME label_nodo dist parz quota terr [m] quota piez [m] demand [l/s] portata [l/s] diametro [mm] serb Albinia Albinia 0,00 146,30 147,80 79,77 350 nodo SP jd-35 981,80 8,30 145,73 79,77 350 nodo stacco albinia d-albi 3.720,10 0,60 138,10 -27,80 51,97 350 nodo stacco giannella j-31 1.991,50 0,00 136,30 -14,02 37,95 350 p. torre saline monte j-33 2,00 0,00 136,30 37,95 350 p. torre saline valle j-46 0,00 0,00 287,74 37,95 200 santa liberata j-34 9.074,80 5,00 182,98 37,95 175 pianone j-8 386,00 78,00 173,94 37,95 175 nodo monte serb poggio wongher j-9 1.967,00 102,00 124,27 37,95 175 serb poggio wongher Wongher 10,00 105,00 110,50 37,95 175

Tabella 2-2 Dati di out-put relativi alla dorsale che dal Serbatoio di Albinia raggiunge il Serbatoio di Poggio Wongher

NOME label_nodo dist parz quota terr [m] quota piez [m] demand [l/s] portata [l/s] diametro [mm] serb Poggio Colombi Pcolombi 0,00 193,50 196,00 147,95

pozzettone p colombi j-11 1.508,00 18,50 189,97 -57,95 147,95 400,00 nodo stacco

ansedonia d-anse 2.263,00 2,50 182,45 -0,64 90,00 350,00 nodo monte attrav ffss j-16 850,00 1,50 180,34 89,36 350,00 nodo valle attrav ffss j-17 95,00 0,00 180,18 89,36 400,00 nodo fine feniglia j-50 6.166,10 0,00 164,84 89,36 400,00 nodo spaccamontagne spaccamo 2.269,00 64,30 161,98 -51,80 89,36 400,00 nodo le piane j-20 1.982,10 5,00 160,74 37,56 350,00 santa liberata j-25 2.620,00 5,00 157,10 37,56 300,00 pianone1 j-21 367,00 74,50 156,61 37,56 300,00 pianone2 j-22 20,00 75,00 156,38 37,56 200,00 nodo poggio wongher j-10 2.003,50 102,00 132,44 37,56 200,00 serb La Grotta Grotta 1.076,50 100,00 104,50 37,56 175,00

Tabella 2-3 Dati di out-put relativi alla dorsale che dal Serbatoio di Poggio dei Colombi raggiunge il Serbatoio della Grotta

2.2.4 Scenario 2 – Potenzialità di trasporto della rete

Per calcolare le potenzialità di trasporto della rete di approvvigionamento di Porto Santo Stefano è stato simulato un secondo scenario con i serbatoi di presa vuoti e quelli di estremità al massimo livello di riempimento, in questo caso è stato annullato il valore della domanda delle utenze dislocate nei nodi di prelievo a monte di Monte Argentario.

La variazione subita dalla portata erogata all’abitato di Porto Santo Stefano è di soli 7 l/s, conferma del fatto che la mancanza di risorse idriche si accompagna in questa zona ad una inadeguatezza delle strutture

2.2.5 Osservazioni sui risultati della modellazione

I risultati ottenuti dalla modellazione confermano l’insufficienza della dotazione idrica fornita all’abitato di Porto Santo Stefano durante il periodo estivo causato da sottodimensionamento delle condotte di adduzione a servizio di Monte Argentario. Dunque, in ogni caso, il reperimento di ulteriori risorse idriche nell’entroterra non riuscirebbe comunque a raggiungere Porto Santo Stefano con le attuali strutture di accumulo e adduzione.

In questo contesto, per evitare ulteriori riduzioni del flusso idrico addotto a Monte Argentario è necessario che eventuali futuri incrementi delle esigenze idriche di Orbetello vengano soddisfatti da nuove specifiche strutture di adduzione.

2.2.6 Portata assunta a base di progetto

Partendo dalle valutazioni svolte in relazione alla popolazione servita dall’acquedotto, attraverso la definizione della dotazione idrica pro-capite e la verifica delle potenzialità della rete di adduzione a servizio della zona di Orbetello e Monte Argentario, sono stati ottenuti i risultati riepilogati nella seguente tabella relativa all’abitato di Porto Santo Stefano nel giorno di massimo consumo.

Fabbisogno totale comprensivo delle perdite idriche 126,83 l/s Risorsa addotta dal Serbatoio di Albinia - 37,95 l/s Risorsa addotta dal Serbatoio di Poggio dei Colombi - 37,56 l/s Risorsa da fonti di approvvigionamento locali - 14,00 l/s

Integrazione idrica necessaria 37,32 l/s