INDICE
PREMESSA... 5
INTRODUZIONE ... 8
CAPITOLO 1 NORMATIVA ITALIANA DI RIFERIMENTO ... 11
CAPITOLO 2 INDIVIDUAZIONE E GESTIONE DELLE PERDITE ... 14
2.1 VALUTAZIONE DELL’INTEGRITÀ DELLA RETE...14
2.1.1 Osservazione passiva...15
2.1.2 Controllo o Bilancio Idrico...15
2.1.2.1 Bilancio idrico secondo il D.M. 8 gennaio 1997 n. 99...16
2.1.2.2 Gli approcci metodologici internazionali. ...20
2.1.2.3 Indicatori prestazionali per gli schemi acqueddottistici ...23
2.2 GESTIONE DELLE PERDITE...28
2.2.1 Controllo attivo delle perdite ...30
2.2.1.1 Monitoraggio delle perdite...30
2.2.1.2 Controllo della rete con tecniche acustiche ...31
2.2.2 Velocità e qualità delle riparazioni...32
2.2.3 Gestione di tubazioni e asset ...34
2.2.4 Gestione della pressione...34
2.2.4.1 Influenza della pressione sulle perdite...35
CAPITOLO 3 STUDIO DELL’ACQUEDOTTO DI SARZANA ... 39
3.1 CONSIDERAZIONI GENERALI...39
3.1.1 Contesto morfologico ...39
3.1.2 Contesto urbanistico ...39
3.1.3 Contesto economico...39
3.1.4 Contesto demografico ...40
3.1.5 Dotazione idrica pro-capite ...41
3.1.6 Descrizione della rete di adduzione ...42
3.1.7 Schema funzionale dell’intera rete di adduzione...44
3.2 ANALISI DELLA RETE IDRICA DEL DISTRETTO DI SARZANA...46
3.2.1 Descrizione della rete idrica ...46
3.2.1.1 Scelta del distretto ...46
3.2.1.2 Cenni storici...46
3.2.2.1 Cenni sulla cartografia informatizzata...47
3.2.2.2 Controllo cartografia esistente ...48
3.2.3 Schema funzionale della rete...49
3.3 ANALISI DELLE PERDITE...50
3.3.1 Dati e informazioni raccolte ...50
3.3.2 Bilancio idrico secondo i principi dettati dal D.M. 8 gennaio 1997 n.99...53
3.3.3 Calcolo del bilancio idrico con metodologie internazionali...57
3.3.3.1 Volumi per il bilancio idrico ...57
3.3.3.2 Dati delle infrastrutture e pressione ...64
3.3.4 Calcolo degli Indicatori prestazionali ...68
3.4 GESTIONE DELLE PRESSIONI...74
3.4.1 Calcolo della pressione media e critica. ...74
3.4.2 Interventi effettuati. ...78
3.4.3 Conclusioni. ...80
3.5 MODELLAZIONE MATEMATICA DELLA RETE...81
3.5.1 Costruzione topografica della rete. ...82
3.5.2 Assegnazione dei consumi. ...85
3.5.3 Calcolo dell’indice lineare di perdita. ...87
3.5.4 Calcolo delle perdite (litri/giorno/km/mm) ...89
3.5.5 Prove di campo. ...89
3.5.6 Calibrazione. ...102
CAPITOLO 4 OTTIMIZZAZIONE DELLA GESTIONE ... 107
4.1 ANOMALIE DI FUNZIONAMENTO DELLA RETE E POSSIBILI INTERVENTI...107
4.2 DISTRETTUALIZZAZIONE...110
4.2.1 Progettazione dei distretti...110
4.2.2 Realizzazione dei distretti...118
4.2.3 StepTesting ...119
4.2.4 Localizzazione puntuale delle perdite ...120
CAPITOLO 5 STRUMENTAZIONE PER L’ACQUEDOTTISTICA ... 121
5.1 STRUMENTI DI MISURA DELLA PORTATA...121
5.2 STRUMENTI DI MISURA DELLA PRESSIONE...123
5.3 STRUMENTI ACUSTICI PER LA LOCALIZZAZIONE DELLE PERDITE...123
CONCLUSIONI ... 129
APPENDICE ... 130
INDICE DELLE FIGURE
Figura 2-1 - Schema di impianto acquedottistico standardizzato indicato dal DM 8
gennaio 1997 n. 99 ... 16
Figura 2-2 -Individuazione degli input e output nei sistemi acqudottistici (da IWA blue pages “Losses from Water Supplì Systems: Standar Terminology and Recomended Performance Measures”, october 2000)... 21
Figura 2-3 - Componenti del bilancio idrico per un sistema di adduzione o distribuzione. ... 22
Figura 2-4 -I quattro metodi per la gestione delle Perdite Reali e Inevitabili (UARL)... 30
Figura 2-5 Il volume disperso da una perdita in funzione del tempo (A=Tempo di Allarme; L=Tempo di Localizzazione e R=Tempo di Riparazione)... 33
Figura 2-6 –Relazione tra l’esponente N1 e l’ ILI, con p = % di perdite reali localizzabili su tubi rigidi... 36
Figura 2-7 Relazione tra Pressione e Perdite. ... 37
Figura 3-1 –Grafico della demografia della popolazione residente nell’ultimo ventennio. ... 40
Figura 3-2 - Percentuali dei materiali della rete in funzione della loro lunghezza. ... 49
Figura 3-3 Volumi del bilancio idrico per la rete di distribuzione del distretto di Sarzana... 58
Figura 3-4 volumi del bilancio idrico per l’intero acquedotto. ... 59
Figura 3-5 Caratteristiche di precisione dei contatori a mulinello (nel grafico è presentata una tipica curva di precisione, sull’asse delle x i valori di Qmin, Qt, Qn e Qmax sono fortemente distorti) ... 62
Figura 3-6 L’influenza dei consumi minimi (Q<<Qm)... 63
Figura 3-7 Dati del sistema richiesti per il distretto di Sarzana ... 65
Figura 3-8 Dati del sistema richiesti per l’intero acquedotto ... 65
Figura 3-9 –determinazione della lunghezza degli allacci e del valore Lp nelle situazioni tipo riscontrabili... 66
Figura 3-10 Indicatori di prestazione del settore di Sarzana. ... 70
Figura 3-11 Indicatori di prestazione dell’intero acquedotto. ... 70
Figura 3-12 bilancio idrico e indici di performance del settore Castelnuovo Magra-Ortonovo... 71
Figura 3-13 The Infrastructure Leakage Index ILI data set for Italy ... 72
Figura 3-14 Infrastructure Leakage Index for 27 supply Systems from 20 countries. ... 73
Figura 3-15 –Collocazione dei punti rappresentativi della rete. ... 75
Figura 3-16 Calcolo del livello medio pesato del terreno. ... 76
Figura 3-17 Confronto tra Pressioni nelle 24-ore al Punto Critico e Medio e il Minimo Standar di Servizio della pressione... 77
Figura 3-18 Grafico della variazione di pressione al Punto Medio... 79
Figura 3-19 Grafico della variazione di Pressione al Punto Critico... 79
Figura 3-20 –Consumi domestici e commerciali-ospedaliero tipici del comune di Sarzana... 86
Figura 3-21- calcolo dei fattori di perdita. ... 88
Figura 3-22 –Indicatori di prestazione. ... 88
Figura 3-23 – Fotografia impianto di sollevamento Le Ghiare... 92
Figura 3-24 –Fotografia impianto di sollevamento Centrale XXI, nella foto a sinistra è ripreso il punto in cui è stata installata la quadrina. ... 94
Figura 3-26 –Fotografie impianto le Missioni, le foto in alto indicano i punti in cui
sono state istallate le quadrine ... 96
Figura 3-27 –Fotografia impianto di sollevamento Sarzanello. ... 97
Figura 3-28 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 98
Figura 3-29 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 98
Figura 3-30 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 99
Figura 3-31 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 99
Figura 3-32 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 100
Figura 3-33 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 100
Figura 3-34 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 101
Figura 3-35 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 101
Figura 3-36 –punto di misura e grafico della pressione giornaliero. ... 102
Figura 3-37 –Distribuzioni delle pressioni attuali nella rete alle ore 9:00 ... 105
Figura 3-38 –Distribuzioni delle pressioni attuali nella rete alle ore 4:00 ... 106
Figura 4-1 –Relazione tra la frequenza delle rotture e la pressione media notturna di un campionamento di dati di una compagnia inglese. ... 107
Figura 4-2 –Divisione della rete in distretti. ... 114
Figura 4-3 –Andamento della pressione nella rete dopo la distrettualizzazione alle ore 9:00 (di massimo consumo) ... 116
Figura 4-4 –Andamento della pressione nella rete dopo la distrettualizzazione alle ore 4:00 (di minimo consumo)... 117
Figura 5-1 –Portaflow 216... 121
INDICE DELLE TABELLE Tabella 2-1 Perdite in fase di collaudo delle tubazioni analizzate. ... 38
Tabella 3-1 Variazione dei dati riferiti al Turismo dal 1999 al 2004... 41
Tabella 3-2 Produzione acqua nel 2005. ... 43
Tabella 3-3 Sintesi delle informazioni raccolte relative alla azienda acquedottistica ACAM di La Spezia ... 51
Tabella 3-4 Dati medi del Bilancio Idrico del triennio 2003-2005 ... 54
Tabella 3-5 Parametri caratterizzanti il funzionamento del servizio e delle perdite secondo il DM 8 gennaio 1997 n.99... 55
Tabella 3-6 –Volumi caratteristici e delle Perdite. ... 89
Tabella 3-7 –Patterns riferiti ai due momenti più significativi per il funzionamento dell’acquedotto... 103
Tabella 3-8 Confronto tra i valori di pressione registrati e quelli ricavati dal modello. ... 104
- 5 -
PREMESSA
Uno dei problemi che in futuro si presenteranno in maniera drammatica è quello della difficoltà di reperimento d’acqua potabile in quantità sufficiente a soddisfarne il crescente fabbisogno.
Negli ultimi decenni si è assistito a causa del continuo incremento della richiesta idrica, connesso allo sviluppo economico e all’innalzamento della qualità della vita, ad una intensa ricerca di nuove fonti di alimentazione da parte degli enti gestori. In particolare si evidenzia la proliferazione dei campi-pozzi per lo sfruttamento, sempre più intensivo, delle risorse idriche sotterranee.
Oggi, invece, ci si trova di fronte a diverse e nuove condizioni che devono essere prese in esame in fase di programmazione (o pianificazione) di approvvigionamento idrico. Tali condizioni sono:
• Limitata disponibilità di nuove sorgenti sfruttabili, progressivo esaurimento degli acquifero con la conseguente riduzione del numero di captazioni utilizzabili, frequenti fenomeni di contaminazione delle sorgenti già in utilizzo con conseguenze sulla disponibilità d’acqua;
• Standard di legge più elevati per la qualità dell’acqua potabile, che conducono da un lato ad un aumento significativo dei costi di trattamento della risorsa e dall’altro all’abbandono di diverse fonti di approvvigionamento a causa dell’insufficiente qualità;
• Vincoli ambientali più rigorosi, che impongono maggiori limitazioni all’utilizzo delle sorgenti e un’attenta pianificazione del sistema integrato di approvvigionamento, distribuzione e scarico delle acque reflue;
• Maggiore sensibilità della popolazione ai problemi di inquinamento ambientale e maggiore coinvolgimento della stessa nelle fasi di progettazione delle infrastrutture. Si nota l’esigenza del risparmio idrico nel settore civile, che è perseguibile attraverso l’adozione da parte dei gestori delle reti acquedottistiche di comportamenti e interventi mirati alla razionalizzazione e al risparmio nella fase di adduzione e di distribuzione della risorsa
idrica, quindi alla ricerca e contenimento delle perdite e ad una gestione efficiente dei sistemi acquedottistici.
Questo aspetto assume un’enorme rilevanza nelle reti di distribuzione all’interno delle aree urbane, in quanto in tali zone vengono spesso riscontrate fughe, e quindi acqua non contabilizzata, pari al 30-40% della risorsa idrica immessa nella rete stessa.
Ogni gestore dovrebbe calcolare il livello di perdite economicamente ammissibile ed attuare un programma di gestione della rete idrica che consenta di raggiungere e mantenere livelli di efficienza ottimale in funzione del proprio sistema idrico ottenendo consistenti risparmi della risorsa, con i quali è possibile soddisfare i crescenti fabbisogni idrici attuali e futuri, senza la ricerca e l’impiego di fonti integrative e senza affrontare costi aggiuntivi.
“Per efficienza si intende il livello di utilizzo delle risorse aziendali per la fornitura di un servizio in conformità con prefissati parametri quali-quantitativi (si ha – ad esempio – una elevata efficienza di erogazione del servizio di approvvigionamento idrico nel rispetto delle dotazioni pro-capite stabilite dalle norme (D.P.C.M. 4/3/96), in corrispondenza di una minimizzazione dei prelievi della risorsa idrica dall’ambiente naturale, il che è possibile attraverso il contenimento delle perdite in rete).”
Sempre più di frequente, infatti, si verificano condizioni per le quali una campagna di ricerca fughe consente l’aumento della risorsa idrica disponibile senza incremento dei costi.
Le perdite idriche sono immancabilmente associate alle rotture e la quantità di acqua dispersa dipende dalla portata del tubo interessato dal fenomeno e dalle dimensioni dello squarcio che si crea, ma soprattutto dal tempo che intercorre fra il verificarsi dell’evento e l’individuazione e riparazione della rottura. In generale si può affermare che la fuoriuscita di acqua impiega una quindicina di giorni prima di affiorare sulla superficie stradale, dando luogo ad un allagamento, ma nel caso di terreno drenante si può verificare che l’acqua dispersa venga assorbita senza arrivare mai in superficie. In entrambi i casi, soprattutto nel secondo, assumono fondamentale importanza le tecniche di prevenzione delle rotture, unitamente alla capacità di individuare le perdite occulte e di intervenire tempestivamente.
Il problema della riduzione delle perdite presenta, anche, implicazioni socio-economiche, finanziarie ed ambientali. Quelle socio-economiche sono da ricercare principalmente nei disagi, spesso insostenibili, dovuti alle carenze di erogazione che perdite cospicue di volumi
- 7 - d’acqua, congiuntamente all’espansione delle reti legata all’aumento demografico, possono produrre. Le implicazioni finanziarie si concretizzano nel danno generato dalla perdita di volumi, spesso di elevato costo (acque pompate o trattate), al quale si aggiungono i grandi investimenti nell’espansione dei sistemi di distribuzione e nella ricerca di fonti di approvvigionamento alternative. Inoltre, sottrarre la risorsa non utilizzata al suo naturale ciclo, produce un inutile danno ambientale. Un ulteriore impatto negativo sull’ambiente è determinato dall’interazione del volume perduto con il regime sotterraneo di circolazione dell’acqua del terreno nel quale la rete è posta.
Nella presente tesi si intende studiare la rete idrica di un comune della provincia di La Spezia, particolarmente sensibile al problema perdite, con lo scopo di quantificare le perdite tramite alcuni indici prestazionali e proporre possibili soluzioni per razionalizzare l’uso della risorsa idrica.
E’ presente, inoltre, una breve parte iniziale, relativa alla principale normativa italiana attualmente vigente in materia di gestione delle risorse idriche.
INTRODUZIONE
In Italia la prima indagine ISTAT per stimare la percentuale di perdita complessiva (acqua addotta meno quella erogata) risale al 1975 ed il dato medio a livello nazionale era del 17,1%.
L’ultima ricerca a livello nazionale è stata realizzata dall’ISTAT nel 1987 (pubblicata nel 1991) e riportava un indice di non contabilizzato totale (differenza tra prelevato alle fonti e misurato o fatturato agli utenti) pari al 27%, con una percentuale di perdite nelle reti interne dell’utente (dagli allacciamenti alle utenze) del 5%.
Per perdita idrica o “water loss” si intende generalmente la differenza tra la quantità d’acqua immessa nel sistema e la quantità d’acqua misurata dai contatori d’utenza.
Innanzi tutto occorre distinguere le perdite dagli sprechi, dovuti ad un uso non corretto dell’acqua. A loro volta poi le perdite si distinguono in:
• Perdite reali o fisiche, le quali possono essere classificate, secondo il metodo utilizzato nella letteratura internazionale, nelle seguenti tre categorie:
o Perdite di sottofondo (Background Losses), dovute ad infiltrazioni per mancanza di tenuta in tutti i tipi di giunzioni ed a fessure di piccole dimensioni;
o Perdite da rotture segnalate (Reported Burst), rappresentate da perdite idriche visibili in seguito all’affioramento superficiale dell’acqua o all’interruzione del servizio;
o Perdite da rotture non segnalate (Unreported Burst), costituite da quelle rotture individuabili solamente mediante delle attività di ricerca fughe, in quanto le condizioni locali non portano ad affioramenti ovvero a peggioramenti nel servizio.
Le perdite di sottofondo, provenendo da giunti o fessure di piccole dimensioni, non sono generalmente rintracciabili con le attività di ricerca perdite, se non per la parte relativa ai tratti muniti di pozzetti di ispezione.
- 9 -
o Volumi utilizzati per i servizi pubblici, ossia volumi d’acqua utilizzati da utenti autorizzati senza passare da un apparecchio di conturazione (bisogni pubblici quali idranti o bocche antincendio, lavaggio delle strade, innaffiamento di giardini, lavaggi e spurghi della rete, pulizia dei serbatoi). Quest’aliquota delle perdite amministrative, non è proprio una vera perdita, infatti se tali servizi sono amministrati dallo stesso ente gestore dell’acquedotto non può essere eliminata;
o Volumi erroneamente perduti a seguito di una non corretta gestione dell’acquedotto o di incidenti (sfiori di serbatoi o errate aperture degli organi di scarico);
o Volumi prelevati illegalmente (perdite dovute a prese ed allacci abusivi o alla manomissione dei contatori);
o Volumi dovuti a difetti di conturazione, ovvero dovuti al cattivo funzionamento dei contatori presso le utenze e agli errori di rilevazione. Le perdite reali rappresentano in media circa il 70% delle perdite globali e per tale ragione su di esse vengono in prevalenza concentrati gli sforzi di riduzione. L’aliquota maggiore di queste perdite si verifica nelle reti di distribuzione per vari motivi, quali la presenza di:
un numero molto elevato di pezzi speciali e di apparecchiature di regolazione, controllo e misura;
collegamenti tra tubazioni di diverso materiale;
maggiori sollecitazioni dei tubi, per effetto delle azioni esterne dovute al traffico; maggiori difficoltà e costi elevati di intervento, per cui a volte vengono mantenuti
in esercizio tratti della rete che sarebbe opportuno riparare o sostituire.
Da un punto di vista esclusivamente economico, però, non conviene spingere la ricerca della riduzione delle perdite reali al di sotto di un dato limite, almeno nel caso in cui la disponibilità idrica sia sufficiente a soddisfare la richiesta anche in presenza delle fughe. Infatti, come si può vedere dalla figura a, in questa situazione il costo delle perdite, essendo costituito dai costi di produzione (somma dei costi di pompaggio e di quelli di trattamento), si può ritenere che aumenti in modo lineare con le perdite stesse, mentre il costo dell’individuazione e degli interventi per la riduzione delle fughe, che dipende da
numerosi fattori, presenta un andamento solitamente assunto iperbolico, in quanto risulta rapidamente crescente al diminuire dell’entità delle perdite stesse.
Se si considera la funzione somma di questi due andamenti si può posso osservare che è presente un minimo, corrispondente a quel valore delle perdite al di sotto del quale non risulta più economicamente conveniente intervenire.
Nella pratica risulta estremamente difficile individuare tale valore, anche perché il problema non può essere affrontato solo in termini economici, ma bisogna tener conto del fatto che l’acqua rappresenta di per sé un bene di enorme valore e quindi è necessario assegnare un valore all’acqua che si perde, indipendentemente dalla disponibilità idrica. Solitamente per le perdite si assume un valore economico pari al costo della mancata fatturazione.
Data la complessità del problema della determinazione del valore limite del livello di perdita al di sotto del quale non esiste convenienza tecnico-economica ad intervenire, normalmente, in base all’esperienza, si assume tale limite variabile tra il 5 e il 10% del volume d’acqua captato.
perdite (m³/ sec) (€) C 1 2 3= 1+ 2
Figura a -Costi delle perdite d’acqua (1), degli interventi di riduzione delle perdite (2) e costi globali (3)
- 11 -
NORMATIVA ITALIANA DI RIFERIMENTO
Con la L. 36/94 , “Disposizioni in materia di risorse idriche”, denominata Legge Galli, si ha finalmente il tema del risparmio idrico e delle perdite, che comincia ad essere affrontato anche in Italia in modo sistematico.
Questa Legge ha posto le basi per la ricomposizione del settore idrico, mirando all’integrazione gestionale dei servizi, prevedendo la definizione di nuovi ambiti territoriali e prescrivendo nuovi criteri gestionali. La ristrutturazione viene demandata ai Comuni e principalmente alle Regioni che, in relazione agli obiettivi da perseguire, devono operare mediante:
− l’organizzazione dei “servizi idrici integrati”, per superare la forte frammentazione territoriale ed usufruire dei vantaggi economici offerti dalle economie di scala; − la suddivisione in “ambiti territoriali ottimali” (i cosiddetti ATO), allo scopo di
superare il confine politico-amministrativo e di considerare prevalentemente la realtà territoriale del bacino;
− il trasferimento dell’onere dell’erogazione del servizio dal pubblico al privato, separando il soggetto titolare dal soggetto gestore, al fine di introdurre criteri di gestione industriale ed imprenditoriale.
In attuazione della L. 36/94, il D.P.C.M. 4 marzo 1996 al punto riguardante l’efficienza e l’efficacia della gestione indica che:
“l’attività di gestione deve tra l’altro garantire il risparmio idrico, attraverso l’adozione di misure mirate alla riduzione delle perdite in rete, al recupero dell’acqua non contabilizzata, al contenimento degli sprechi ed alla gestione della domanda in condizioni di scarsità della risorsa idrica”.
Nel contesto dell’analisi dei fabbisogni il Decreto ritiene tecnicamente accettabili perdite nelle reti di adduzione e di distribuzione non superiori al 20% e prosegue affermando che ove si superino tali livelli si dovranno prevedere interventi per una diminuzione, entro un ragionevole periodo di tempo, dei volumi d’acqua dispersi.
A livello nazionale finalmente si prende atto della necessità di intervenire e si perviene all’emanazione del Decreto 8 Gennaio 1997 n. 99, intitolato “Regolamento sui criteri e sul
metodo in base ai quali valutare le perdite degli acquedotti e delle fognature”.
Il regolamento definisce i criteri ed il metodo in base ai quali sono valutate le perdite degli acquedotti e delle fognature. Esso indica, altresì, la guida per l’effettuazione delle rilevazioni e l'organizzazione del relativo sistema di monitoraggio, nonché le regole per la stesura dei rapporti che il gestore trasmette all’Osservatorio dei servizi idrici presso il Ministero dei Lavori Pubblici.
Si concorda con l’importanza che il decreto annette alla:
“formulazione di bilanci idrici nelle reti e negli impianti, sia nel loro complesso sia in parte di essi, mediante la compiuta conoscenza dei volumi immessi nel sistema in un prefissato arco temporale e di quelli in uscita. Detti bilanci si fondano su misurazioni di portate, o su stime per quelle non misurabili, integrati in un determinato tempo di osservazione. La stima delle portate non misurabili è effettuata con livelli di attendibilità progressivamente crescenti, mediante l'attuazione, anche con gradualità, di opportuni adeguamenti strutturali dei sistemi di acquedotto e fognature esistenti, al fine di rendere il più possibile obiettivo e certo il metodo di controllo dei volumi in entrata e in uscita.”
In funzione dell'esito dei bilanci, il gestore deve procedere ad un’appropriata e specifica campagna di ricerca delle perdite per provvedere alle necessarie riparazioni. Nella convenzione tra gli Enti locali ed i soggetti gestori devono essere indicati tempi, modalità ed oneri per adeguare le reti e gli impianti esistenti, ai fini della valutazione delle perdite in conformità alle prescrizioni del regolamento.
Il Decreto individua inoltre le cause delle perdite:
“Le perdite negli acquedotti possono essere presenti in ogni componente degli impianti, dovute in generale a difetti di costruzione, a vetustà o ad inadeguata manutenzione e ad errori di gestione. In particolare si evidenzia la possibilità di perdite negli impianti di trasporto primario e secondario, per perdita di processo negli impianti di trattamento, per errori di regolazione o misura nelle connessioni con altri impianti ai quali si fornisce acqua, per consumi anomali in utenze autorizzate senza contatore (ad es. degli idranti, fontane, etc.), per manutenzione e servizi degli impianti, per disservizi occasionali dovuti a rotture o a scarichi di troppopieno nei serbatoi, per utenze abusive,
- 13 -
per perdite di tenuta nelle condotte e nei serbatoi, per consumi anomali consentiti da malfunzionamenti dei contatori.”
Il Decreto stesso sottolinea poi che, pur essendo alcune delle perdite citate da considerarsi non eliminabili, esse devono comunque essere minimizzate. Questa minimizzazione può essere perseguita con un’attenta azione di monitoraggio, mirata all’individuazione tempestiva dei guasti, ma anche con una politica di prevenzione delle rotture.
Un ulteriore indicazione è quella contenuta nella Delibera del CIPE (Comitato Interministeriale per la Programmazione Economica) n. 57 del 2 agosto 2002, intitolata
“Strategia d’azione ambientale per lo sviluppo sostenibile in Italia”. Nella parte che
riguarda le risorse idriche è definito tra gli altri un obiettivo di riduzione delle perdite nei sistemi di adduzione-accumulo-distribuzione. Questo obiettivo richiede:
• censimento dei punti di approvvigionamento reali e misura dei relativi prelievi; • dotazione di sistemi di monitoraggio e controllo più efficienti (telecontrollo); • razionalizzazione e ottimizzazione della gestione dei sistemi idrici, in particolare i
serbatoi multiuso, attraverso strumenti modellistico-informatici; • manutenzione ordinaria delle reti esistenti;
• rifacimento di porzioni consistenti dei sistemi di distribuzione, soprattutto nel settore civile.
Alla tradizionale separazione degli aspetti di pianificazione, tecnici, economici e gestionali dei sistemi di approvvigionamento, controllo di qualità della risorsa, adduzione, distribuzione, gestione del servizio, si è così progressivamente sostituita una visione integrata dei sistemi in grado di garantire, con elevata efficacia, efficienza ed economicità, livelli minimi di servizio.
INDIVIDUAZIONE E GESTIONE DELLE PERDITE
Le tecniche per l’individuazione delle perdite nelle reti di distribuzione idrica sono tecniche di intervento “a posteriori”, cioè a rottura avvenuta, e necessitano di un’approfondita conoscenza della rete, dell’impiego di tecnologie appropriate e di personale specializzato. Il loro obiettivo primario è quello di consentire l’individuazione tempestiva delle fughe d’acqua.
Le dispersioni, attraverso parti danneggiate della rete, possono essere segnalate da un disservizio, ad uno o più utenti, in termini di riduzione della portata e della pressione di esercizio (rari sono i casi di interruzione del servizio idrico), oppure, ad esempio, dal fatto che l’acqua affiori in superficie. In queste circostanze la comunicazione all’ente gestore è seguita, in tempi brevi, dall’individuazione puntuale del guasto e dalla riparazione.
Può capitare però che la fuga non segnali la sua presenza né in termini di visibilità esterna né in termini di disagio all’utente e che le rotture diventino, per abbassamento della pressione in rete, potenziali punti di infiltrazione di liquidi o di altre sostanze inquinanti presenti nella zona circostante, rendendo pericolosa sotto il profilo igienico l’acqua distribuita.
In questo contesto lo scopo deve essere quello di individuare le fughe in breve tempo o, poiché le perdite per difetti di tenuta sono inevitabili, mantenerle entro limiti ragionevoli. Le attività connesse alle perdite idriche possono sinteticamente distinguersi in:
• valutazione dell’integrità della rete;
• localizzazione puntuale delle perdite, tramite tecniche comunemente adottate e tecniche innovative;
• riduzione delle perdite.
Valutazione dell’integrità della rete
Controlli idrici che coprano ampi settori di una rete dovrebbero essere condotti di routine, per fornire una prima indicazione di perdite eccessive.
- 15 - I metodi disponibili per valutare l’integrità complessiva di una rete di distribuzione idrica sono:
o osservazione passiva;
o controllo o bilancio idrico, anche detta tecnica Top Down. All’interno di questa metodologia rientrano anche la misurazione continua della portata minima notturna MNF (Minimum Night Flow), chiamata anche tecnica Bottom Up e la misura della portata a consumo minimo (o metodo del consumo zero).
Questi metodi sono essenzialmente delle tecniche di prelocalizzazione delle perdite idriche, in quanto consentono di accertarne la presenza e di stimarle, ma non permettono una loro individuazione puntuale.
Osservazione passiva
L’osservazione passiva è utile solo per localizzare perdite manifeste e ben visibili, cioè dovute a rotture che, per grandezza o durata, determinano un affioramento in superficie dell’acqua o un calo di pressione nella rete. Tali malfunzionamenti possono essere segnalati dagli utenti o durante i controlli di routine.
Questo metodo di valutazione dell’integrità della rete è molto semplice da adottare, ma non consente una tempestiva individuazione delle rotture e spesso non permette l’individuazione di molte perdite, anche se di una certa entità. Ne consegue che non può essere applicato singolarmente, bensì deve essere integrato con gli altri metodi disponibili.
Controllo o Bilancio Idrico
Il bilancio idrico presume che la differenza tra la quantità d’acqua pompata nel sistema di distribuzione presso l’impianto e gli usi, noti o stimati, uguagli l’ammontare delle perdite. Affinché questa valutazione delle perdite non sia soltanto un indicatore delle effettive dispersioni, ma anche sintomo di difetti di tenuta, quindi dell’efficienza della rete, e consenta di capire i problemi e le cause all’interno di un sistema, occorre tenere presente la distinzione tra perdite reali e perdite apparenti.
Bilancio idrico secondo il D.M. 8 gennaio 1997 n. 99.
Il Decreto Ministeriale LL.PP. 8 gennaio 1997 n. 99 prevede, all’ articolo 3, che i gestori trasmettano una serie di dati al Ministero dei Lavori Pubblici per una valutazione oggettiva del funzionamento del servizio e delle perdite. Al riguardo il decreto indica una standardizzazione dei diversi termini e componenti che partecipano alla formazione dei bilanci idrici nei servizi di acquedotto; tali dati sono elencati e specificati nell’allegato del decreto stesso.
Si riporta inseguito lo schema e la definizione dei diversi termini che concorrono a formare la standardizzazione del bilancio idrico relativo agli acquedotti contenuta nel Decreto.
Figura 0-1 - Schema di impianto acquedottistico standardizzato indicato dal DM 8 gennaio 1997 n. 99
Per un impianto di acquedotto vengono definite le seguenti grandezze, prefissata un'unità di tempo (il pedice "p" sta per primario e "s" sta per secondario - gli impianti primari sono relativi all'acqua grezza da sottoporre a trattamento e quelli secondari all'acqua pronta all'uso, salvo sedimentazione e disinfezione):
- 17 -
- A01 volume d'acqua dell'ambiente complessivamente concesso o riservato per l'uso acquedottistico (da sorgenti, corsi d'acqua - regolati o non -, falde, ecc.);
- A02 volume d'acqua dell'ambiente complessivamente concesso o riservato per l'uso acquedottistico (da sorgenti, corsi d'acqua - regolati o non -, falde, ecc.);
- A03 volume delle perdite e di eventuali apporti (contributo negativo) di acqua negli impianti di trasporto primario (A03p) e secondario (A03s);
- A04 volume in ingresso agli impianti di trattamento;
- A05 volume di perdita di processo negli impianti di trattamento;
- A06 volume prodotto dagli impianti di trattamento, costituito dall'acqua complessivamente uscita dagli impianti per essere immessa all'utilizzazione (A06=A02 p-A03p-A05);
- A07 volume prelevato da altri sistemi di acquedotto (A07p relativo all'acqua grezza e A07s
per l'acqua pronta all'uso secondo le specifiche del ricevente);
- A08 volume consegnato ad altri sistemi di acquedotto (A08p relativo all'acqua grezza e
A08s per l'acqua pronta all'uso secondo le specifiche del fornitore);
- A09 volume in ingresso alla distribuzione (A09=A02s+A06-A03s+A07s-A08s);
- A10 volume misurato dell'acqua consegnata alle utenze;
- A11 volume consumato dalle utenze e non misurato (per usi autorizzati senza contatore; la presenza di questi deve essere progressivamente minimizzata);
- A12 volume perso per manutenzione e servizi agli impianti (ad esempio acque di lavaggio, scarico di serbatoi, ecc.);
- A13 volume perso per disservizi (accidentali - ad esempio per rotture -, per scarico da troppo-pieno, ecc. salvo che questo non sia esercitato nelle opere di captazione o che lo sfioro non danneggi o impedisca altre utilizzazioni);
- A14 volume sottratto (costituito da acqua derivata senza autorizzazione);
- A15 volume perduto nella distribuzione (perdite dai serbatoi, dalle condotte, ecc.);
- A16 differenza tra il volume fornito e quello misurato in distribuzione per errori di misura a causa dell'imprecisione o del malfunzionamento degli apparecchi di misura (positivo se il probabile valore vero erogato supera quello approssimativamente misurato);
- A17 volume perso in distribuzione (A17=A13+A14+A15+ A16); - A18 volume utilizzato (A18=A10+A11+A12+A14+A16);
- A19 volume immesso nel sistema acquedottistico (A19=A02+A07);
La valutazione dei volume d'acqua deve essere eseguita sia per gli impianti nella loro interezza, sia per le loro parti definite dai distretti e dai settori.
Il Decreto prevede che i gestori trasmettano annualmente al Ministero dei Lavori Pubblici-Osservatorio dei servizi idrici apposti rapporti, indicanti dati sui volumi d’acqua e degli impianti d’acquedotto, nonché i valori dei parametri di seguito indicati che consentono una valutazione oggettiva del funzionamento del servizio e delle perdite, con riferimento ad un anno solare (e a periodi più limitati, per valutazioni più particolareggiate, con adeguamento dei parametri):
- durata del periodo d'osservazione in giorni: gg [n.]
- popolazione residente servita dalla rete di distribuzione: PR [n.]
- popolazione fluttuante in termini di giorni di presenza nel periodo di osservazione di gg giorni: GF [n.]
- volume impegnato nell'ambiente: A01 [m3]
- volume di acqua prelevato complessivamente dall'ambiente: A02 [m3] - volume in ingresso agli impianti di trattamento: A04 [m3]
- volume in ingresso alla distribuzione: A09 m3 (A09=A02s+A06-A03s+A07s-A08s)
- rendimento al trattamento: RT=A06/A04 [-] - rendimento primario: R1=A10/A09 [-]
- rendimento al consumo: R2=(A10+A11)/A09 [-] - rendimento netto R3=(A10+A11+A12)/A09 [-]
- rendimento idraulico del servizio: R4=(A05+A08+A018)/A19 [-] - indice delle perdite totali in distribuzione: P1=A17/A09=1-R3 [-] - indice dell'acqua non servita all'utenza: P2=(A09-A10- A11)/A09 [-] - indice delle perdite in distribuzione: P3=A15/A09 [-]
- rapporto finanziario: R5=A20/A19 [-]
- indice lineare delle perdite totali: I1=A17/L [m2], ove L rappresenta la lunghezza complessiva della rete
- indice superficiale delle perdite totali: I2=A17/S [m], ove S è la superficie totale interna delle condotte della rete
- 19 - - indice lineare di consumo netto: I4=(A10+A11+A12)/L [m2]
- indice demografico di consumo netto: I5=(A10+A11+A12)/(PR+GF/gg) [m3/ab]
- indice di eccedenza: I6=(A10-Amc)/A10) [-], ove Amc rappresenta la dotazione minima contrattuale stabilita per l'utenza).
Osservazioni:
Il decreto non fa cenno al grado di dettaglio “territoriale” a cui fare riferimento, indica solo che la valutazione dei volumi d’acqua deve essere eseguita sia per gli impianti nella loro interezza sia per le loro parti definite dai distretti e dai settori. La scheda del bilancio idraulico è stata compilata dall’ente gestore considerando il sistema acquedottistico gestito per settori, anche se i diversi schemi non risultano del tutto disconnessi e indipendenti, in questo modo si è ottenuto uno studio più preciso. Il grado di dettaglio relativo all’individuazione delle diverse voci di flusso idrico in
entrata e in uscita dal sistema è molto elevato, addirittura superiore a quello proposto dalle schematizzazioni internazionali di riferimento.
Mentre, sia per quanto riguarda i dati, le caratteristiche geometriche e di funzionamento della rete acquedottistica, che per il calcolo dei valori dei parametri “prestazionali”, lo schema del DM non prende in alcun modo in considerazione gli allacciamenti alle utenze, né in termini di numerosità ne di lunghezza delle connessioni. Infatti, esaminando altri schemi metodologici internazionali indirizzati alla valutazione della performance dei sistemi acquedottistici, il parametro l (“lunghezza complessiva della rete”) viene inteso non comprensivo degli allacciamenti. Tale carenza risulta critica in quanto proprio sugli allacciamenti alle utenze l’esperienza delle aziende acquedottistiche indica il maggior numero di rotture (dal 40-50% fino ad oltre l’80% delle rotture complessive dei sistemi) e una frazione anche molto significativa delle perdite.
Per quanto riguarda i parametri caratterizzanti il funzionamento del servizio e delle perdite, si può notare che lo schema metodologico previsto dal DM 8 gennaio 1997 n. 99 fa riferimento essenzialmente a indicatori molto semplici quali i rendimenti (o i loro complementari, ovvero le perdite percentuali), o indicatori lineari di perdita.
Questi indicatori, molto semplici e fisicamente facilmente interpretabili, non permettono confronti privi di distorsioni fra diversi sistemi acqueddottistici circa l’efficenza della loro gestione:
o i rendimenti e le perdite percentuali rispetto agli immessi in rete dipendono dall’entità dei volumi distribuiti alle utenze nonché dalle caratteristiche geometriche delle reti;
o l’entità delle perdite lineari è connessa anche a fattori quali la pressione di esercizio e il numero di allacci.
Il decreto non fornisce valori di riferimento da perseguire; l’unica indicazione vincolante, contenuta nel DPCM 4 marzo 1996 (“Disposizioni in materia di risorse idriche”) riguarda l’entità delle perdite in adduzione e distribuzione, che devono non essere superiori al 20%.
Un’altra carenza riguarda la descrizione dei diversi sistemi di produzione dell’acqua potabilizzata e dei relativi indicatori prestazionali. Infatti si può notare che all’interno dell’intero sistema acquedottistico ci sono approvvigionamenti sia con acque che vengono immesse in rete con sola disinfezione sia con acque che richiedono trattamenti tecnologici (anche diversificati) più complessi. L’utilizzo di un unico parametro prestazionale riguardo il trattamento risulta in questi casi mediato e assolutamente non rappresentativo del grado di efficienza degli impianti di trattamento, che evidentemente può risultare diversificato sui singoli potabilizzatori.
Gli approcci metodologici internazionali.
L’Iternational Water Association (IWA) nel 1996 ha promosso una specifica task force per analizzare e valutare le metodologie per la comparazione internazionale delle perdite di rete dai sistemi acqudottistici; gli obiettivi principali della task force erano:
• La standardizzazione della terminologia per il calcolo delle perdite reali e apparenti; • La rassegna dei possibili indicatori di performance per una comparazione a livello
internazionale delle perdite, con l’individuazione di quelli preferenziali.
Il lavoro della task force è riassunto nel documento “Losses from Water Supplì Sistems: Standard Terminology and Recomended Performance Measures” (IWA blue pages, october 2000).
- 21 - Tale documento contiene:
− uno schema metodologico standardizzato per la valutazione del bilancio idrico relativo ai sistemi acquedottistici, che costituisce un valido riferimento per una corretta interpretazione e standardizzazione dei flussi idrici; tale schematizzazione, illustrata nella Figura 2.2 può considerarsi come standar metodologico di riferimento nel panorama internazionale.
Figura 0-2 -Individuazione degli input e output nei sistemi acqudottistici (da IWA blue pages “Losses from Water Supplì Systems: Standar Terminology and Recomended Performance Measures”, october 2000)
− uno schema metodologico interpretativo dei diversi flussi idrici in uscita da un sistema di adduzione e/o di distribuzione, finalizzato ad una corretta definizione, nell’ambito della differenza Volumi in egresso – Volumi autorizzati e fatturati alle utenze (“Non Revenue Water”), dei quantitativi effettivamente persi nelle reti di adduzione e distribuzione, nei serbatoi di compenso, negli allacciamenti (“Real Losses”) e di quelli imputabili a usi non fatturati ma autorizzati (“Unbilled Authorised Consumption”), a usi non fatturati e non autorizzati, e ad imprecisioni
nelle misure (“Apparent Losses”); questo schema metodologico illustrato nella Figura 2.3, può essere considerato quale riferimento internazionale per gli studi di settore. E’ da notare che la voce “perdite apparenti” (“Apparent Losses”) comprende nella standardizzazione IWA solo i furti e le sottomisurazioni, mentre gli usi tecnici quali lavaggi, spurghi, ecc, da non considerarsi vere e proprie perdite, ma più usi tecnici all’esercizio e alla manutenzione delle reti, sono da ricomprendersi nella voce “Unbilled Authorised Consumption”.
Figura 0-3 - Componenti del bilancio idrico per un sistema di adduzione o distribuzione.
Osservazioni e confronti tra la schematizzazione IWA e quella del DM 8 gennaio 1997 n. 99: E’ stata riscontra una maggiore chiarezza nella formulazione del bilancio idrico ed in particolare nella terminologia adottata dai sistemi di distribuzione proposto dall’IWA, rispetto alla corrispondente standardizzazione indicata nel D.M. 8 gennaio 1997 n.99.
La schematizzazione proposta dall’IWA definisce con esattezza le diverse componenti del bilancio idrico, con eccezione forse degli usi tecnici che sono verosimilmente riferibili alla voce consumi autorizzati e non fatturati.
- 23 - La schematizzazione IWA è sostanzialmente sovrapponibile, individuando le
opportune corrispondenze, con quella indicata dalla normativa nazionale. I dati A06, A07, A08, A09, A10, A11, A12, A14, A16 del DM 8 gennaio 1997 n. 99 si possono trasferire nella compilazione del bilancio idrico IWA; mentre, nel bilancio IWA, A13 (volume perso per disservizi) non viene mostrato separatamente, ma è considerato parte delle perdite reali.
Un aspetto interessante che emerge dal confronto riguarda proprio la separazione, nell’ambito delle perdite reali, dei quantitativi relativi alla rete principale a agli allacci all’utenza, completamente ignorato nella normativa italiana.
Indicatori prestazionali per gli schemi acqueddottistici
L’individuazione e l’utilizzo di uno o più indicatori prestazionali per i sistemi acquedottistici è finalizzato essenzialmente ai seguenti scopi:
1. quantificare il livello di efficienza;
2. individuare per ogni sistema acquedottistico un livello prestazionale di riferimento da assumere quale obbiettivo;
3. permettere un corretto confronto fra sistemi acquedottistici diversi e con caratteristiche geometriche (lunghezza delle reti, numero e lunghezza degli allacciamenti, ecc) e di esercizio (pressioni, volumi erogati, ecc) non necessariamente assimilabili.
Si nota che quando si vogliano individuare e applicare indicatori di performance per il raffronto di diversi sistemi acquedottistici risulta opportuno esaminare separatamente le fasi di prelievo e produzione dell’acqua e di adduzione e distribuzione dell’acqua potabilizzata, risultando peraltro opportuno focalizzare l’attenzione essenzialmente sulle fasi di adduzione e distribuzione.
Precedentemente si sono analizzati abbiamo analizzato gli indicatori del DM 8 gennaio 1997 n. 99, essi soddisfano il punto 1, infatti il decreto non fornisce valori di riferimento da perseguire (anche se è stato fatto uno studio “Reti di distribuzione idrica urbana” (Franco Angeli, 2000) afferma che “L’opera di risanamento delle reti idriche italiane potrebbe porsi come obbiettivo quello di riportare il valore delle perdite ad un livello accettabile, (generalmente da considerare attorno al 15%”) e non sempre è possibile fare confronti sulla efficienza della gestione fra diversi sistemi acquedottistici.
Analisi compiute a livello internazionale indicano la necessità di introdurre indicatori più efficienti per la valutazione delle performance dei sistemi acquedottistici, al fine di permettere confronti fra diversi sistemi e di individuare i livelli di efficienza conseguibili. Per ciascun sistema idrico, esistono differenti fattori locali che influenzano e possono ridurre la possibilità di gestione delle perdite idriche reali:
il numero delle prese di allacciamento delle utenze;
la localizzazione dei contatori delle utenze nelle reti di servizio; la lunghezza delle condotte;
la pressione media di esercizio;
il periodo durante l’anno, in percentuale, durante il quale la rete è in pressione; la condizione delle infrastrutture, lo stato della rete e la frequenza delle rotture; il tipo di terreno e le condizioni di posa.
E’ quindi molto importante che questi fattori siano tenuti in considerazione nella definizione di indicatori di performance tecnica.
Gli indicatori tradizionali delle perdite reali adottano ognuno formule differenti, che si basano, in genere, su uno dei fattori precedentemente elencati. Questo tipo di indicatori è adatto ad individuare un quadro generale circa l’efficienza dei sistemi, mentre per una gestione operativa delle perdite si preferisce l’uso di un indicatore più complesso.
Riguardo la tematica degli indicatori di performance il “Manual of Best Pratice” (Alegre et al., IWA Publishing, 2000) individua 133 differenti indicatori relativi a diverse funzioni del servizio di acquedotto, quindi non solo relative alle perdite ma in genere alla qualità del servizio, finanziari, operativi, ecc; ogni funzione può avere fino a 4 livelli di indicatori in relazione alla sua importanza quale strumento di gestione. Con riferimento alle perdite sono individuati indicatori di base L1 (Level 1 indicators), relativi ad un quadro generale circa l’efficienza dei sistemi, che raggruppano gli indicatori tradizionali usati nelle diverse nazioni, e indicatori più complessi L3 (Level 3 indicators).
Indicatori di base
Si elencano gli indicatori di base più diffusi nella bibliografia nazionale ed internazionale, definiti dall’IWA indicatori di livello 1. si osserva che in diverse formulazioni viene fatto
- 25 - riferimento, fra i diversi parametri, al numero di giorni del servizio e al numero di ore di pressurizzazione della rete.
Percentuale del volume di ingresso: è l’indicatore più “tradizionale” e più largamente utilizzato, anche attualmente, nella letteratura di settore non strettamente tecnica, in relazione alla sua facilità di stima (portata fatturata/portata immessa ) e alla facile interpretabilità dei valori.
Volume perduto per allacciamento: scarsamente utilizzato in Italia a causa delle incerte conoscenze circa il numero degli allacci relativi ai sistemi acquedottistici. Volume perduto per unità di lunghezza della rete: ideali per stime di acquedotti
rurali, con un numero di prese inferiore a 20 per chilometro di rete.
Volume perduto per utenza: è sicuramente meno significativo del volume perduto per allacciamento, essendo gli allacciamenti ad influire fortemente sull’entità delle perdite, mentre è ininfluente il numero di contatori o di utenti collegati a ciascuno di essi (peraltro il n° utenze/ n° allacci può essere assai variabile); generalmente le aziende sono a conoscenza del numero di contatori installati, mentre sono più incerte le stime riguardo il numero degli allacci.
Volume perduto per unità di lunghezza complessiva della rete e allacci: presumibilmente più corretto del volume perduto rapportato alla sola rete principale, tuttavia calcolabile con maggiore difficoltà in relazione alle problematiche connesse alla conoscenza del numero e della lunghezza degli allacciamenti. Pertanto è da evidenziare che, oltre alla lunghezza degli allacciamenti, è in effetti significativamente influente sulle perdite la loro numerosità.
Indicatori complessi: metodologia ILI proposta dall’IWA
Gli indicatori proposti da IWA e principalmente utilizzati a livello internazionale sono: 1. Technical Indicator for Real Losses (TIRL).
Considera il volume annuo di perdite idriche reali rapportato al numero di connessioni ed al numero di giorni in cui la rete di distribuzione è in pressione:
TIRL = Annual Volume of Real Losses [litri/connessioni/gg]
NCNP
dove: NC rappresenta il numero di connessioni (allacciamenti);
NP è il numero di giorni durante l’anno in cui la rete di distribuzione è in
pressione.
E’ da notare che viene fatto riferimento al numero degli allacciamenti e non al numero delle utenze o dei residenti serviti.
Quando si fa riferimento ai volumi relativi all’intero sistema il TIRL viene denominato CARL (Current Annual Real losses).
2. Unavoidable Average Real Losses (UARL).
Rappresenta una stima della perdita idrica reale media inevitabile per la rete di distribuzione, in funzione delle proprie condizioni locali. Vengono considerati separatamente l’influenza sulla perdita della lunghezza della rete (LM), espressa in
km, del numero di connessioni (NC), della lunghezza totale degli allacci compresi
dalla condotta fino al contatore (LP), espressa in km, e della pressione media (p),
espressa in m, che si ha quando la rete è in pressione:
p N L N L UARL C P C M + + = 18 0,8 25 [litri/connessioni/gg]
La definizione e la derivazione dei coefficienti numerici sono riportate da Lambert (Lambert, 1999) e sono basate sull’analisi statistica di dati internazionali che riguardano 27 reti di distribuzione diverse in 20 paesi.
La metodologia di stima dell’UARL sopra proposta è applicabile per sistemi acquedottistici di medie e larghe proporzioni con caratteristiche geometriche e di esercizio “medie” ed in particolare:
Nc + Ldistribuzione x 20 > 3000
Una densità di connessioni di almeno 20 connessioni per km Pressione di esercizio superiore a 25 metri
E’ da osservare che agli allacciamenti viene attribuita una “propensione alla perdita” superiore a quella delle condotte relative alle reti di distribuzione, esplicitata da coefficienti per unità di lunghezza superiori.
- 27 - La differenza tra TIRL ed UARL rappresenta il massimo raggiungibile con future politiche volte alla diminuzione delle perdite reali.
3. Infrastructure Leakage Index (ILI)
E’ un indice per caratterizzare le condizioni e la gestione delle infrastrutture della rete di distribuzione, per il corrente regime di pressioni di esercizio e di continuità della distribuzione.
E’ una grandezza adimensionale data dal rapporto tra il TIRL e l’UARL:
UARL TIRL ILI =
Un valore dell’indice ILI vicino ad 1 rappresenta un elevato livello di gestione operativa e trova giustificazione economica quando i costi marginali dell’acqua sono particolarmente elevati o in caso di scarsità di acqua o di un insieme delle due motivazioni. Valori superiori possono essere accettati se la risorsa idrica è abbondante e poco costosa; comunque valori superiori a 5 indicano, secondo gli autori che hanno proposto e testato la metodologia, situazione di scarsa efficienza. Per capire il livello di perdita che è economicamente opportuno raggiungere, ogni gestore dovrebbe fare un’analisi economica che includa oltre ai costi della attività di riduzione delle perdite (di breve termine) anche i costi ambientali e sociali.
Un distretto è una porzione di rete i cui confini sono idraulicamente limitati dalla mancanza di connessioni o dalla misura della portata. Sono di estensione variabile e generalmente privi di alimentazione autonoma..
Poiché le portate in una rete di distribuzione cambiano in continuazione, un bilancio idrico dovrebbe essere condotto su un periodo di almeno 24 ore.
L’acquisizione dei dati relativi al controllo idrico per un distretto di una città consente il calcolo di una quantità, chiamata rapporto minimo notturno (MNR), che secondo molti studiosi è il miglior indicatore delle perdite idriche.
La metodologia dell’IWA definisce un rapporto analogo chiamato fattore notte giorno (NDF): è determinato come il rapporto tra la perdita nelle 24 ore (m3/giorno) e la perdita di notte (m3/ora).
Calcolando, quindi, il livello di Perdita di notte (in m3/ora), che si può ottenere in base alle misure di portata notturna, e considerando che le portate delle perdite esistenti variano con la pressione PN1 e che la variazione della Pressione Media della Zona (AZP) nelle 24 ore farà variare il livello di Perdita nelle stesse ore, si può calcolare la perdita media nelle 24 ore; basta moltiplicare il livello di Perdita di notte per un Fattore Notte-Giorno (NDF).
L’interpretazione del Fattore Notte-Giorno (NDF) è basata sulla premessa ragionevole che di notte il consumo idrico autorizzato è più basso, mentre la portata di perdita è abbastanza costante. Il progressivo aumento della portata minima notturna sta ad indicare l’insorgenza di perdite.
Il valore di NDF, in funzione del profilo di pressione nel Punto Medio (AZP) nelle 24 ore, può essere in base alle esperienze pratiche:
minore di 24 ore/giorno, può arrivare ad un minimo di 12 ore/giorno in caso di pressioni notturne molto più elevate delle pressioni diurne;
uguale a 24 ore/giorno se il profilo di pressione nelle 24 ore al Punto Medio è uniforme;
maggiore di 24 ore; può arrivare ad un massimo di 50 ore/giorno in caso di modulazione della portata.
Gestione delle perdite
Seguendo la classificazione riportata da Lambert (1994), le tre principali componenti di perdita sono:
perdite di sottofondo: sono, in genere, costituite da un numero molto elevato di singole perdite di dimensioni contenute che derivano da trafilamenti nelle giunzioni tra condotti, tra organi idraulici e sugli allacci privati. Anche se rappresentano un’aliquota rilevante della perdita totale, esse permangono dalla loro formazione fino al momento in cui il componente danneggiato della rete viene sostituito in quanto, a causa delle loro dimensioni, non è possibile rintracciarle con le attuali tecniche di localizzazione.
perdite da rotture segnalate: costituiscono quegli eventi di fallanza sui quali è possibile intervenire immediatamente perché, dando origine a disservizi nell’erogazione o affiorando al di sopra del piano stradale, sono individuate dagli
- 29 - utenti. Sono, però, caratterizzate da elevati valori di portata persa se si considera che i tempi di intervento sono dell’ordine dei giorni.
le perdite da rotture non segnalate: sono individuabili esclusivamente tramite una campagna di ricerca attiva dalla cui frequenza dipende la permanenze delle perdite stesse. Le caratteristiche di tali rotture, per dimensioni e portata persa, sono paragonabili a quelle delle perdite segnalate.
I volumi persi da ogni singola componente sono, poi, influenzati da quattro aspetti principali (S. Artina, C. Bragalli, S. Sacchi, 2003):
portata uscente alla pressione di riferimento, tempo di permanenza della perdita,
tipo di relazione tra portata e pressione, frequenza degli eventi di rottura.
In particolare fattori come il materiale delle condotte e la pressione di esercizio condizionano il rapporto tra perdite segnalate e non (Farley et al., 2003).
In generale, le componenti di perdita sono presenti in proporzioni diverse in ogni sistema idrico.
La gestione delle Perdite Reali si basa proprio su questi quattro aspetti; infatti in funzione del loro impiego e della loro modalità di applicazione varierà il livello delle Perdite Reali Annuo.
Nella Figura 2-4, l’area del rettangolo grande rappresenta il volume delle Perdite Reali Annuali (Current Annual Real Losses (CARL) per uno specifico sistema idrico. L’Unavoidable Annual Real Losses (UARL) è il volume annuo delle Perdite Reali inevitabile per uno specifico sistema idrico e rappresenta il limite fisiologico di perdita che è tecnicamente raggiungibile.
Ogni acquedotto dovrebbe avere l’obiettivo di raggiungere il valore di perdita economicamente più conveniente (Economic Level of Leakage o ELL) che normalmente corrisponde ad un valore intermedio tra il livello esistente e quello fisiologico.
Figura 0-4 -I quattro metodi per la gestione delle Perdite Reali e Inevitabili (UARL).
Controllo attivo delle perdite
Il Controllo Attivo delle Perdite è finalizzato alla ricerca di perdite non segnalate da terzi e comprende diverse tecnologie, applicabili in alternativa o in combinazione a seconda delle condizioni specifiche della singola rete.
Tra queste tecniche le principali e le più utilizzate sono: • Monitoraggio delle perdite
• Controllo della rete con tecniche acustiche
Monitoraggio delle perdite
Il monitoraggio delle perdite consiste nella misura della portata in ingresso a zone di rete o distretti per misurare le perdite e definire le priorità di intervento per le attività di localizzazione e di riparazione.
- 31 -
“Il concetto di Distretto, inizialmente introdotto nell’industria idrica inglese negli anni
’80, consiste nella creazione di aree di rete distinte in cui viene misurata l’acqua in ingresso ed in uscita.”
L’analisi delle portate, ed in particolare di quelle notturne, consente di calcolare il livello di perdita in ogni singolo distretto e di decidere su quali DMA (District Metered Areas) intervenire in modo prioritario. Una volta raggiunto il livello di perdita ottimale, il ruolo del distretto è quello di consentire il monitoraggio e quindi l’immediata rilevazione di nuove perdite. Questa tecnica, che trova molte applicazioni in tutto il mondo, è spesso la più conveniente dal punto di vista economico.
E’ possibile dividere ulteriormente, in maniera temporanea, i distretti critici in un numero variabile di sub-distretti al fine di individuare con precisione le singole aree nelle quali le perdite sono maggiormente localizzate. Questa metodologia chiamata Step-Test è equivalente da un punto di vista concettuale alla distrettualizzazione.
Durante lo Step Test, eseguito durante le ore notturne per minimizzare i disservizi ed aumentare il grado di sensibilità della ricerca, si procede alla chiusura in tempi successivi di singoli sub-distretti ed alla contemporanea misura delle portate. Una volta stabilito il Consumo Notturno in base ai dati raccolti precedentemente sui consumi, potrà essere determinata la quantità di perdite presenti in ciascun sub-distretto. L'analisi passo-passo o Step-Test viene utilizzata normalmente in reti caratterizzate da un buono stato di conservazione delle saracinesche.
Controllo della rete con tecniche acustiche
Il gestore ha a disposizione numerose tecniche acustiche per il Controllo della rete, tra cui: La tecnica di Correlazione
La tecnica di correlazione consente di rilevare, mediante due sensori posti sulla tubazione, il segnale acustico generato dalla perdita e di localizzarla con precisione, note le caratteristiche della tubazione e la distanza tra i sensori. Questa tecnica di comprovata efficacia, ormai sul mercato da oltre venti anni, è utilizzata in tutto il mondo. L'utilizzo della tecnica di correlazione per la rilevazione di perdite in condotte idriche è stato normalizzato dal gruppo di lavoro Diagnostica strutturale del CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche). Il testo della Raccomandazione Tecnica “Rilevazione di perdite in
condotte idriche con il metodo acustico della mutua correlazione” è stato pubblicato sul n°6/1992 della rivista TSP (Tecnologia dei Servizi Pubblici).
Il Geofono
Per la conferma della localizzazione delle perdite localizzate con il correlatore viene normalmente utilizzato il geofono.
La localizzazione avviene seguendo passo passo sul terreno con lo strumento di ascolto il percorso delle tubazioni e rilevando, all'estradosso della superficie stradale, il rumore che si trasmette attraverso il terreno per effetto della perdita nella tubazione sottostante. Il punto di perdita è generalmente posizionato in corrispondenza della massima intensità del rumore.
I Noise Logger
Per l’individuazione delle perdite, in alternativa alla tecnica dello Step Test, è stata recentemente sviluppata la tecnica dei “noise logger”. Questa tecnica consiste nella disposizione in campo di sensori che, posti a contatto con idranti o altri punti della rete, rilevano il rumore presente in rete e consentono di identificare le perdite presenti. I dati di perdita acquisiti dai noise logger possono essere scaricati sul posto o trasmessi ad un ricevitore che può anche essere montato su un automezzo per consentire una maggiore velocità di ispezione.
Velocità e qualità delle riparazioni
Un elemento importante per il controllo delle perdite reali è la velocità con cui le perdite vengono riparate. Infatti la vita di una perdita è uno dei principali parametri che determinano l’entità dell’acqua persa; risulta quindi importante intervenire rapidamente con la riparazione al manifestarsi di una perdita o non appena è stata localizzata con le specifiche tecniche di ricerca e controllo applicate per ridurre il più possibile il volume disperso.
Il volume disperso da una perdita è il prodotto della portata per il tempo che intercorre tra la nascita e la riparazione della perdita. Questo tempo è costituito da tre componenti: • Tempo di Conoscenza (il tempo che intercorre tra la nascita e la consapevolezza della presenza della perdita)
• Tempo di Localizzazione (il tempo necessario per localizzare la posizione della perdita) • Tempo di Riparazione (il tempo necessario per riparare la perdita)
- 33 -
Figura 0-5 Il volume disperso da una perdita in funzione del tempo (A=Tempo di Allarme; L=Tempo di Localizzazione e R=Tempo di Riparazione).
Uno degli obiettivi della politica di Controllo Attivo delle Perdite è quello di ridurre la durata media delle perdite.
Spesso accade che le perdite più piccole non vengano riparate tempestivamente. Come viene evidenziato nella Figura 2-5, questo comporta uno spreco di acqua anche superiore a quello dovuto alle perdite caratterizzate da una portata più elevata.
Il Tempo di Conoscenza è influenzato dal metodo di raccolta delle informazioni utilizzato, ed esattamente:
• Portate misurate in telemetria – meno di 1 giorno; • Misure mensili della portata notturna – 14 giorni;
• Controlli sistematici – metà del periodo che intercorre tra i due controlli successivi. Il Tempo di Localizzazione dipende principalmente dal numero di personale e dalle attrezzature e tecniche disponibili per il monitoraggio e la localizzazione.
Il Tempo di Riparazione è normalmente lo stesso sia per le perdite segnalate da terzi che per le perdite localizzate con il controllo attivo. In ogni caso una delle priorità di una buona strategia di gestione delle perdite è quella di ridurre il tempo necessario per riparare la perdita una volta che la stessa è stata localizzata.
Gestione di tubazioni e asset
Un elemento importante per il controllo e la riduzione delle perdite è la definizione di un programma di manutenzione e riabilitazione della rete idrica che preveda interventi mirati basati su una precisa conoscenza degli assets, del loro valore e del loro grado d’efficienza operativa. Uno strumento importante in questo senso è la costruzione e l’implementazione di database impianti e di database di manutenzione che possono consentire di individuare gli elementi più critici, di fornire i dati necessari per la progettazione di nuove opere e l’individuazione degli interventi di miglioramento tecnico ed economico da realizzare. E’ importante che il Gestore possa disporre di una effettiva conoscenza delle condizioni operative delle infrastrutture per fare proiezioni sugli investimenti necessari per l’esercizio, la manutenzione, il rinnovamento e l’ottimizzazione delle infrastrutture idriche in modo da soddisfare la domanda dei clienti, rispettare gli standard imposti dal regolatore dei servizi e mantenere il livello desiderato di controllo delle perdite.
Per ogni sistema di distribuzione c’è un livello di perdita al di sotto del quale non è vantaggioso andare in quanto il costo degli investimenti o delle risorse necessari risulterebbe superiore ai benefici ottenibili. Questo valore limite, funzione del costo marginale dell’acqua, viene chiamato Livello Economico di Perdita o ELL (Economic Level of Leakage).
Ogni gestore dovrebbe quindi, in base ai suoi costi ed alla propria situazione specifica, definire il Livello Economico di Perdita del proprio acquedotto e stabilire un programma di intervento che consenta di raggiungere in tempi definiti una gestione efficiente ed economica.
Gestione della pressione
La gestione della pressione rappresenta uno degli aspetti fondamentali di una efficace strategia di gestione delle perdite.
Normalmente le reti idriche vengono dimensionate per garantire una pressione adeguata ad assicurare il rispetto di predefiniti livelli minimi di servizio. Valori in eccesso della pressione comportano costi elevati in termini di acqua persa ed un uso non necessario di energia.
Una migliore comprensione dell’andamento della pressione in rete consente di programmare una riduzione selettiva della pressione nelle ore notturne, riducendo il volume delle perdite di
