Criticità nella stima delle perdite idriche utilizzando le linee guida da IWA Good Practices (EU Reference Document) Per Gentile Concessione G. Ceseri *, A. Mesturini ** * Giuliano Ceseri, giuliano.ceseri@prometeoweb.it  ** Andrea Mesturini, andrea.mesturini@gmail.com Abstract: Gli algoritmi standard comunemente utilizzati per la stima delle perdite idriche in un DMA presentano alcune significative difficoltà computazionali, particolarmente evidenti in specifiche tipologie di Distretti: DMA in aree turistiche o in aree metropolitane commerciali/sportive (centri fieristici o simili). Le problematiche sono principalmente legate alla difficoltà di stimare correttamente il numero di abitanti serviti quotidianamente e il consumo idrico legittimo notturno. Questo articolo affronta le problematiche computazionali e la possibile entità degli errori di stima. Questa situazione suggerisce vivamente di ricercare alternative meno soggette a questo tipo di errori (un esempio è fornito dall’algoritmo di Web HPLeakage Detector). Keywords: Active Leakage Control (ALC) Systems; Algoritmi di stima delle perdite idriche Dal IWA Reference Document EU (p. 52) [1] vediamo di seguito lo schema concettuale per il calcolo della perdita di un DMA:   Figura 1 Schema concettuale per la stima delle perdite in un DMA Le formule standard per il calcolo delle perdite reali sono le seguenti: QL =QDMA-QCNU Dove QL è la portata notturna in m3/h imputabile alle perdite, QDMA è la portata notturna totale (MNF) che entra nel DMA (Bilancio distrettuale notturno) e QCNU il consumo legittimo notturno degli utenti                                                                 QCNU=NU*CI QCNU è a sua volta dato dal prodotto del numero di utenti serviti per il legittimo consumo notturno di un singolo utente. Infine VL=QL*HDF Dove VL è il volume delle perdite giornaliere in m3/g e HDF è il cosiddetto fattore ora-giorno, che considera la differenza di pressione nelle varie ore del giorno e la natura dei materiali delle tubazioni. La formula per HDF è la seguente: HDF=∑I=1,24 (PI / PN)N1 dove PI è la pressione all’ora I in un punto significativo (AZP) del DMA, PN è la pressione media notturna e N1 è un esponente da scegliere in base ai materiali delle tubazioni. Un calcolo accurato dell’HDF è piuttosto complesso (e sicuramente soggetto a un certo livello di errore) e potrebbe quindi generare ulteriori notevoli variazioni sul risultato finale della stima delle perdite, considerando che a pagina 53 di [1] troviamo quanto segue: le NDF (acronimo alternativo per HDF) possono variare da 15 ore al giorno a 30 o più, a seconda della variazione di pressione. Vediamo il dettaglio del problema con un esempio concreto di calcolo applicato ad un Comune rurale del Nord-Ovest d’Italia. I dati comunicati dal Gestore per questo Comune sono i seguenti: Km di rete 13,1 NU  abitanti 2300 Pressione media 35 m Utenze 800 CI     consumo notturno per abitante 1,3 l/ora HDF hour-day-factor 24 Tabella 1 Dati principali del DMA Qui già iniziano a presentarsi le difficoltà, perché mentre ovviamente il Gestore conosce perfettamente il numero di utenze, non altrettanto può dirsi per gli altri dati: Supponiamo per ora trascurabili le considerazioni precedenti ed applichiamo il calcolo al DMA in esame per Martedì 26 Settembre 2023. Di seguito riportiamo la portata media immessa nelle prime ore del giorno. Tabella 2 Portate immesse nel DMA Data/ora l/s 26/09/2023 00:00 2,474 26/09/2023 00:15 3,019 26/09/2023 00:30 2,012 26/09/2023 00:45 2,026 26/09/2023 01:00 1,846 26/09/2023 01:15 1,622 26/09/2023 01:30 1,549 26/09/2023 01:45 1,299 26/09/2023 02:00 1,402 26/09/2023 02:15 1,42 26/09/2023 02:30 1,367 26/09/2023 02:45 1,37 26/09/2023 03:00 1,373 26/09/2023 03:15 1,298 26/09/2023 03:30 1,326 26/09/2023 03:45 1,355 26/09/2023 04:00 1,37 26/09/2023 04:15 1,609 26/09/2023 04:30 1,476 26/09/2023 04:45 1,614 26/09/2023 05:00 2,394 Applicando le formule viste sopra, con i parametri ipotizzati siamo ora in grado di stimare le perdite del DMA: VL = ((1,298*3600)-(2300*1,3))* HDF/1000= 40,39 m3/giorno ovvero 0,467 l/s. Quindi la portata minima notturna delle ore 03:15 è così composta: 1. Consumo legittimo notturno= 0,831 l/s 2. Perdita reale= 0,467 l/s. Quindi la perdita reale è solo il 36% della portata minima notturna (MNF). Sappiamo però che ovviamente i consumi notturni d’utente incrementano la Domenica, rispetto al Martedì e questo in funzione di caratteristiche specifiche del DMA. In questo caso il Gestore ci ha indicato il 10% come percentuale di incremento del consumo, esso deve essere considerato nel calcolo della perdita che altrimenti risulta falsata nella seguente maniera: VL = (((1,298+0,831*0,1)*3600-(2300*1,3))* HDF/1000= 47,57 m3/giorno (+18%) D’altra parte sappiamo anche che i consumi notturni d’utente incrementano in Luglio o Agosto, rispetto a Settembre e questo in funzione di caratteristiche specifiche del DMA. In questo caso il Gestore ci ha indicato il 25% come percentuale di incremento del consumo, esso deve essere considerato nel calcolo della perdita che altrimenti risulta falsata nella seguente maniera: VL = (((1,298+0,831*0,25)*3600-(2300*1,3))* HDF/1000= 58,34 m3/giorno (+44%), Ovviamente in un giorno festivo di Luglio o Agosto i due effetti si combinerebbero, peggiorando ulteriormente la situazione. Risulta quindi chiaro che, volendo fare misure accurate delle perdite, non è possibile mantenere il valor medio di CI  per il calcolo in tutti i mesi dell’anno e in tutti i giorni della settimana e questo richiede quindi aggiornamenti continui del parametro CI  per le varie giornate di calcolo. Inoltre questi aggiornamenti sono diversi in funzione delle caratteristiche del DMA (ad esempio dell’età media della popolazione servita). La conclusione è quindi molto semplice, soprattutto tenendo conto che abbiamo valutato possibili errori di parametrizzazione per il solo fattore CI : a meno di un enorme lavoro di continuo affinamento e aggiustamento dei parametri di calcolo, le formule classiche per la stima delle perdite, sebbene formalmente corrette, sono, all’atto pratico, passibili di errori enormi; errori di stima che rendono complesso per il Gestore definire in modo ottimale la priorità di intervento per ricerca perdite e riparazione delle stesse. Va anche considerato che il caso in esame era particolarmente semplice, perché in un DMA come quello esaminato il numero di abitanti serviti NU è facilmente valutabile e tendenzialmente stabile. Per questo motivo, potrebbe essere molto utile adottare algoritmi che non richiedono un lungo e complesso raffinamento dei parametri computazionali (un’attività che può richiedere anni per essere eseguita correttamente). Un esempio di algoritmo

Le Reti Idriche per la distribuzione dell’acqua potabile sono soggette a falle o rotture. In alcuni casi la fuoruscita dell’acqua in superficie segnala la presenza della perdita, consentendone la localizzazione e riparazione In molti casi la fuoriuscita dell’acqua in superficie non avviene e la perdita idrica rimane occulta. In questi casi l’esistenza di perdite idriche viene individuata in seguito alle valutazioni di efficienza della Rete Idrica e misurata o stimata con la realizzazione di sistemi di monitoraggio di manutenzione predittiva (DMAs, Digital Twin, Leakage Detector System etc.). Una volta individuata l’esistenza di perdite occulte, per la loro localizzazione è consolidato, tra gli altri, l’uso di metodi di ricerca con strumenti elettroacustici. La fuoriuscita di acqua in pressione dalla condotta idrica produce vibrazioni e rumore che può essere rilevato con idonei strumenti elettroacustici. In ragione della diversa tipologia di rumore da rilevare e delle diverse condizioni di campo varia il metodo e il tipo di strumento elettroacustico da utilizzare. L’acqua in pressione che fuoriesce dalla condotta. produce due tipi di rumore: Il primo tipo, ovvero il rumore in alta frequenza che si propaga sulle condotte può essere rilevato e registrato con noise logger, si tratta di data logger che registrano livello, frequenza e ampiezza del rumore che si diffonde dalla perdita in più direzioni sulla rete idrica. L’impiego dei noise logger sostituisce o integra l’attività di sounding con le aste di ascolto. L’obiettivo dell’impiego di questi strumenti è quello di fare la “prelocalizzazione” delle perdite idriche in modo da restringere il campo di ricerca per le attività che consentono il tracciamento a terra del punto di scavo per la riparazione della perdita. Il tracciamento a terra del punto di scavo è fatto con la ricerca correlativa, che rileva la stesse fascia di frequenze dei noise logger e le utilizza per calcolare la posizione della perdita (fonte di rumore). Il dettaglio sull’impiego del correlatore, così come dei singoli strumenti elettroacustici sarà oggetto degli articoli di prossima pubblicazione. Invia esemplificativa si riporta di seguito lo schema di funzionamento di accelerometri e unità centrale. Il secondo tipo di rumore (in bassa frequenza) è rilevato a terra con il geofono posto sulla verticale della condotta ed utilizzato per tracciare a terra il punto di scavo per il ritrovamento e la riparazione della perdita idrica. Il geofono può essere utilizzato sia come conferma del dato di correlazione che autonomamente, nel caso che sia stato già possibile definire l’intorno della perdita con l’uso di noise logger, sounding di rete o test di tenuta della singola condotta. Oltre al rumore prodotto dalle perdite, la rete idrica genera, raccoglie e trasporta altri rumori come quelli dei pompaggi o del transito dell’acqua in condotta, oppure il rumore del traffico veicolare e degli altri sottoservizi (fognature, cavidotti, gasdotti). Possiamo dire che ogni rete di distribuzione possiede una propria unica “firma acustica” che cambia da un punto del sistema ad un altro e da un orario all’altro della giornata Per questo gli strumenti elettroacustici sono stati sviluppati con particolari filtri di riduzione dell’impatto dei rumori di fondo. Per questo è indispensabile avere una conoscenza dettagliata della struttura della rete idrica oggetto di ricerca ma, soprattutto curare la formazione del personale di campo e scegliere di volta in volta le metodologie di impiego degli strumenti in ragione della tipologia di materiale e condizioni di posa delle reti idriche oggetto della ricerca.