MONITORAGGIO DI UNA RETE IDRICA ESTESA A BASSO INDICE DI CONSUMO

1. MONITORAGGIO DI UNA RETE IDRICA ESTESA A BASSO INDICE DI CONSUMO Presentazione curata da: Alfonso Dal Pan, Umberto Mai, Fabio Bianchini Elaborazione grafica: Manuela Lodi

2. L’azienda, nata nel 1964 come AMAG, Azienda Municipalizzata Acqua e Gas Comune di Mirandola, si espande rapidamente fino a trasformarsi, nel giro di pochi anni, in AIMAG Azienda Intercomunale Municipalizzata Acqua e Gas, che comprende 10 Comuni della Bassa Pianura modenese; in tale assetto permane fino al 1996. Dal 1997 in poi si registra, in rapida successione, l’adesione di 11 nuovi Comuni e l’acquisizione di nuovi servizi. Dal 1° gennaio 2000 il Consorzio Aimag si è unificato, mantenendo la stessa denominazione, con il Consorzio Smaltimento Rifiuti (CSR) di Carpi, operante nell’ambito della gestione dei servizi di igiene ambientale. Il 1° gennaio 2001 da Consorzio AIMAG (ai sensi della L.142 di riforma degli Enti Locali del 1990) l’azienda si trasforma in Società per Azioni.

3. Servizio distribuzione e vendita Gas Abitanti 174.000 Comuni serviti 17 Utenti gas 76.300 Sviluppo rete 1.270 Km Volume gas ceduto 230 milioni mc/anno AIMAG S.p.A. 21 Comuni Soci 858 Kmq di territorio 197.200 Abitanti 311 Dipendenti 190 automezzi e mezzi d’opera 103 MLN € di fatturato 15 società partecipate Servizio Idrico Integrato Abitanti 197.200 Comuni serviti 21 Utenti acqua 96.300 Sviluppo rete 1.995 Km Volume acqua erogato 22 milioni mc/anno Impianti di depurazione 33 Impianti di sollevamento 104 Rete fognaria 893 Km Servizi ambientali Abitanti 148.000 Comuni gestiti 10 Imp. compostaggio 1 Discariche 4 Stazioni ecologiche attrezz. 16 Cassonetti 6.730 Mezzi per raccolta e trasp. 103 Illuminazione pubblica Comuni serviti 10 Punti luce 11.000 Climatizzazione (mediante la controllata SINERGAS) Conduzione e manutenzione centrali termiche e impianti di raffrescamento Punti Calore 830 Informatica Territoriale Base dati cartografica al servizio dei Comuni soci edell’esercizio di retitecnologiche Acquedotto industriale Trattamento terziario dei reflui nell’impianto di depurazione produzione di acqua ad uso industriale 2.500 m³/g (futuri 10.000)

4. SERVIZIO IDRICO INTEGRATO • Bastiglia • Bomporto • Camposanto • Cavezzo • Concordia • Medolla • Mirandola • S. Felice s/P. • S. Possidonio • S. Prospero s/S. • Poggio Rusco • Soliera • Novi di Modena • S. Giacomo d. Segnate • S. Giovanni d. Dosso • Campogalliano • Revere • Carpi COMUNI STORICI dal 1997 dal 1998 dal 1999 • Quistello dal 2000 • Moglia dal 2002 • Borgofranco sul Po

5. POPOLAZIONE NEI COMUNI SOCI Borgofranco 891 S.Giovanni Dosso 1217 S.Giacomo Segnate 1716 Carpi 63329 Revere 2504 Camposanto 3041 Mirandola 22580 Bastiglia 3437 S. Possidonio 3709 Soliera 13782 S. Prospero 4880 Novi 10694 Quistello 5794 Moglia 5772 S. Felice 10247 Medolla 5804 Concordia 8591 Poggio Rusco 6403 Cavezzo 6938 Campogalliano 7935 Bomporto 7992

6. RETE IDRICA PRINCIPALE ADDUTTRICI

7. IL SISTEMA DI MONITORAGGIO OBIETTIVI Quantificare i livelli di perdita per zone, definire i livelli di riferimento, ricercare le fughe occulte. Individuare i punti critici della rete riferendosi in particolare alla pressione assicurata agli utenti e fornendo il suo andamento nell’arco della giornata. Conoscere i disservizi e le pressioni erogate nel tempo agli utenti nei casi di interventi di manutenzione. Acquisire gli elementi necessari per progettare il rinnovo sistematico della rete ed i potenziamenti necessari per eliminare i punti critici e per lo sviluppo in funzione dei PRG comunali. Ottimizzare il funzionamento delle stazioni di pompaggio

8. La creazione e calibratura di un modello della rete (SW adottato: WESNET fino al 2002 e successivamente INFOWORKS con migrazione dei dati da WESNET) • La suddivisione delle reti in distretti per il controllo delle perdite con verifica della loro funzionalità e di quella delle reti in progettazione, tramite il modello • La metodica di monitoraggio e gestione dei distretti • La gestione dei modelli ARTICOLAZIONE DEL PROGETTO Il progetto comprende:

9. Specifiche tecniche e fasi di realizzazione dei progetti Fonti e zone di pressione • 5 campi acquiferi • 22 serbatoi pensili o interrati di diverse caratteristiche • 25 zone di pressione dipendenti dalle altezze dei serbatoi e dai pompaggi delle centrali; non sono presenti riduttori o vasche di rottura, il territorio è pianeggiante, il massimo dislivello altimetrico è di 36 metri Creazione di un modello della rete • calibratura calcolando i consumi giornalieri di ciascuna area, i prelievi delle diverse tipologie della domanda in litri/proprietà/giorno con il loro profilo giornaliero ed i livelli di perdita in litri/allacciamento/giorno Rilievi in campo • pressioni piezometriche di ogni singolo sistema idraulico: livelli d'acqua nei serbatoi pensili o nei punti di ingresso alla rete • portate in ingresso ed in uscita dalle zone in esame che corrispondono quasi sempre alla struttura del distretto esistente o da creare • pressioni nei nodi chiave Ogni rilievo in campo comprende un intervallo di tempo di una settimana con l'impiego di sensori di pressione e portata collegati a data-logger per registrare i dati

10. PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DEI DISTRETTI PER IL CONTROLLO DELLE PERDITE Suddivisione in distretti Con l'impiego del modello si sono eseguite simulazioni per definire la suddivisione in distretti in modo da adottare la soluzione più razionale: ·88 distretti monitorati in modo permanente attraverso 117 punti di misura di portata: 74 di tipo elettromagnetico 14 ad ultrasuoni 2 ad inserzione 27 Woltman

11. DISTRETTI

12. CRITERI DI DIMENSIONAMENTO CONTATORI I misuratori di portata devono consentire l'accurata misura e registrazione di portate relativamente piccole. Nel dimensionamento dei contatori di distretto si è tenuto conto delle portate massime e minime previste, in modo da avere velocità tali da restare all’interno del campo per il quale viene normalmente garantita la precisione dell’1%, verificando contemporaneamente che le perdite di carico introdotte non penalizzino in modo significativo la rete.

13. STRUTTURA DEI DISTRETTI (ZONA NORD)

14. MONITORAGGIO E GESTIONE DEI DISTRETTI Alla creazione dei distretti è seguita l'adozione di un sistema di gestione articolato in due fasi: • riduzione iniziale del livello di perdita e definizione dei livelli di riferimento • monitoraggio ordinario di routine I dati vengono forniti dalla lettura periodica dei contatori • scarico dati in un computer palmare • impiego di un programma sviluppato da Aimag per calcolare per ogni singolo distretto i volumi immessi e la portata minima notturna • per ogni distretto infatti il valore rilevato per la portata minima notturna viene confrontato con i valori registrati precedentemente Qualora vengano riscontrati aumenti ingiustificati si esegue uno step-test notturno per l’ubicazione di massima della rottura.

15. Personal computer per l'impiego del programma di modellazione delle reti e dei programmi di configurazione della strumentazione impiegata Misuratore portatile ad ultrasuoni Personal computer portatile per step test Cercatubi/cercametalli/cercachiusini Geofono Data logger programmabili di portata Correlatore Computer palmare per la lettura ed archiviazione dei dati memorizzati nei data logger sui contatori elettromagnetici Data logger programmabili di pressione Registratori a microprocessore di portata STRUMENTAZIONE IMPIEGATA

16. Soglia per intervenire con uno step-test La soglia per intervenire con uno step-test, più che da considerazioni economiche (rapporto costi-benefici), è determinata dal grado di approssimazione delle perdite stimate. Per i distretti più piccoli (n. di utenze 300/400) e con portate minime abbastanza stabili viene preso come soglia un aumento intorno a 0.5 l/s. Per i distretti più grandi (n. utenze 1500/2000) si arriva anche a 1.5-2 l/s.

17. STEP-TEST Si procede riducendo progressivamente l’estensione del distretto, tramite la chiusura di valvole e registrando le corrispondenti riduzioni di portata. Lo step-test viene eseguito mediante un solo misuratore, mentre tutti gli altri in ingresso ed uscita dal distretto restano chiusi per tutta la durata delle prove. Il tecnico che coordina la squadra che manovra le valvole, basandosi sui dati e sui grafici di portata visualizzati tramite un pc portatile collegato al contatore e avvalendosi delle sequenze di chiusure preelaborate, riesce in questo modo a localizzare il tratto di rete in cui è ubicata la perdita e a definirne l’entità.

19. Inferiori a 20 m.c.a superiori a 30 m.c.a Nel territorio AIMAG le pressioni variano da un minimo di 18 m.c.a ad un massimo di 45 m.c.a in funzione delle altezze delle torri e delle stazioni di pompaggio. • I distretti hanno caratteristiche diverse • L’incidenza delle perdite al di sotto della soglia assunta di 0.5 - 1- 1.5 l/s può essere senz’altro diversa distretto per distretto Non si è considerata l’incidenza di attività commerciali o artigianali che abbiano consumi notturni perché queste sono molto ridotte rispetto alle utenze domestiche e le grosse utenze industriali sono gestite come veri e propri distretti e dotate di contatore elettromagnetico e relativo data logger.

20. DISTRETTI l/s inizio monitoraggio l/s livello di riferimento l/proprietà/ora inizio monitoraggio l/proprietà/ora livello di riferimento n° proprietà 010 4 3 13.1 9.8 1099 011 5 3.6 13.7 9.9 1313 012 7.1 5.7 12.2 9.8 2103 013 1.7 1.5 6.2 5.5 980 014 4.5 4.2 8.3 7.8 1946 061 4.9 3.9 13.0 10.3 1357 112 0.8 0.6 6.9 5.1 420 016 1.5 1 8.3 5.5 650 092 2 1.8 10.0 9.0 719 093 4 2.1 19.8 10.4 728 015 3.3 2.6 11.6 9.1 1023 111 0.4 0.3 13.1 9.8 110 041 7 3.6 9.8 5.0 2582 042 5 3 13.0 7.8 1383 031 1.5 1.6 7.1 7.6 760 103 0.4 0.4 6.7 6.7 215 021 4.5 3.2 9.9 7.0 1637 101 0.5 0.4 4.3 3.4 422 102 2.7 1 20.6 7.6 472 071 2.5 1.5 12.9 7.7 700 072 0.7 0.5 10.1 7.2 250 022 2.4 2.5 8.5 8.9 1012 TABELLA PORTATE MINIME E LIVELLI DI RIFERIMENTO (relativamente 28 distretti da tempo monitorati)

21. Area a bassa densità di consumi Area cittadina lunghezza rete distribuzione 1076 367 Km lunghezza allacciamenti 446 125 Km A09 volume immesso in rete 8406580 7917364 m3 A10 volume fatturato 6447980 6407836 m3 I4 indice lineare di consumo netto 6,657 17,569 m3/metro P3 indice delle perdite in distribuzione 0,219 0,185 I3 indice lineare delle perdite in distribuzione 1,870 3,991 m3/metro I3 indice lineare delle perdite in distribuzione (con allacciamenti) 1,211 2,970 m3/metro INDICI DI PERDITA (DECRETO 99) IN FUNZIONE DELLA LUNGHEZZA RETE Analizzando due sistemi acquedottistici con volumi fatturati equivalenti di oltre 6 milioni di metri cubi/anno, ma con lunghezza delle reti molto diverse risultano indici di perdita P3 e I3 molto diversi ed in contrapposizione, che a seconda che tengano conto della lunghezza della rete attribuiscono risultati migliori all’una o all’altra area.

22. l/s Km m3/Km/giorno Ubicazione % Allacciamenti 20.2 70 24.9 77 Rete distribuzione 6 444 1.1 23 Totale 26.2 514 4.4 100 CONSUNTIVO DELLA GESTIONE DEL MONITORAGGIO NELL’AREA OMOGENEA A BASSO INDICE DI CONSUMO NEL CORSO DI UN DECENNIO • Step- test iniziali e definizione dei livelli di riferimento • Nel territorio considerato sono stati eseguiti 30 step-test iniziali con i quali sono state individuate 31 fughe occulte. • Caratteristiche delle fughe • 77% su allacciamenti d'utenza prima del contatore, • 23% sulla rete di distribuzione con diametri inferiori a 125 mm. • Le fughe sugli allacciamenti sono state causate per il 40% dalla rottura di vecchi tubi in ferro e per il 60% dalla fessurazione di tubi di polietilene o PVC PN6 posati dai privati prima della costituzione del consorzio. • Le fughe sulla rete di distribuzione si sono verificate prevalentemente su tubi in cemento-amianto o su tubi in PVC non correttamente posati. RECUPERO DI PERDITA CONSEGUITO CON GLI STEP INIZIALI

23. l/s Km m3/Km/giorno % Allacciamenti 96 70 117 86 Rete distribuzione 15 444 2.9 14 Totale 111 514 18.5 100 MANTENIMENTO DEI LIVELLI DI RIFERIMENTO Recuperi nei distretti presi in considerazione dal 1994 al 2003 L’analisi delle due tabelle evidenzia che le fughe occulte si sono manifestate prevalentemente su derivazioni d’utenza. Nel secondo periodo (1994-2003) è ulteriormente aumentata l’incidenza di quelle sugli allacciamenti

24. GESTIONE CONGIUNTA DEL SERVIZIO IDRICO INTEGRATO E FLUSSI DELLE INFORMAZIONI SEGNALAZIONE DISSERVIZI RICHIESTE DI INTERVENTO COMUNICAZIONE PRESENZA ACQUA IN FOGNATURA RICEZIONE CLASSIFICAZIONE ASSEGNAZIONE DELLE SEGNALAZIONI DI DISSERVIZI PROBLEMI DI PRESSIONE MONITORAGGIO RETI GESTIONE DISTRETTI ESERCIZIO FOGNATURE SEGNALAZIONE DI FUGHE OCCULTE UBICATE RICHIESTA VERIFICA FOGNATURA REGISTRAZIONE CARATTERISTICHE DELLE ROTTURE REGISTRAZIONE DATI STEP TEST E VERIFICHE DI PRESSIONE RIPARAZIONE FUGHE

25. ULTERIORI EFFETTI DERIVANTI DALL’INTRODUZIONE IN AIMAG DEL SISTEMA DI MONITORAGGIO RETI E COSTI DEL SISTEMA • Individuazione anomalie (strozzature, valvole semichiuse) • precisa individuazione dei potenziamenti necessari • sostituzione di valvole inefficienti • individuazione ed eliminazione di immissioni in rete da parte di utenti Il costo medio di realizzazione è stimabile intorno 1 €/metro di rete. E’ infatti difficile distinguere le attività direttamente indotte dall’introduzione di questo sistema. Si può ritenere che al costo citato concorrano percentualmente le seguenti voci: • 25% realizzazione punti di misura permanenti • 25% realizzazione modelli • 50% attività indotte di manutenzione straordinaria, aggiornamento cartografia, formazione personale

26. INDICATORI DI PERDITA E COMPARABILITA’ DEI DATI DECRETO 99 • tiene conto delle caratteristiche fisiche della rete con l’indice lineare di perdita e l’ indice superficiale delle perdite totali • trascura la pressione d’esercizio e l’influenza della “densità” degli allacciamenti e della loro lunghezza • essendo basato su bilanci idrici effettua una valutazione del rendimento idraulico del servizio che tiene conto anche del fatturato. PORTATE MINIME NOTTURNE • i sistemi basati sulle portate minime notturne sono più orientati alle attività di ricerca delle perdite occulte e sono quindi più direttamente legati ad aspetti operativi • consentono di comparare distretti diversi attraverso il parametro “Portata minima notturna / n° proprietà“

27. LIMITI, APPROSSIMAZIONI ED ERRORI DI MISURA Indicatori previsti dal decreto 99 • influenza della precisione dei contatori sia di quelli di utenza, sia di quelli installati sulla rete, sugli impianti e sui pozzi • grado di approssimazione dei dati relativi a: volume consumato dalle utenze e non misurato, volume perso per manutenzione e lavaggi, volume perso per disservizi accidentali, volume sottratto senza autorizzazione, sui quali possono incidere notevolmente delle stime • volumi fatturati con possibili approssimazioni derivanti da sfasamenti delle letture contatori che un anno incidono favorevolmente sugli indici di perdita a discapito dell’anno successivo, o viceversa

28. LIMITI, APPROSSIMAZIONI ED ERRORI DI MISURA INDICATORI BASATI SULLA PORTATA MINIMA NOTTURNA • relativamente agli errori di misura risente unicamente della precisione del contatore di distretto che può essere considerata quasi ininfluente dato che per la gestione dei distretti l’indicatore principale è rappresentato dagli incrementi della portata e non dal valore effettivo della stessa • ha un “valore caratteristico” per ogni distretto e per ogni distretto si assume in pratica come valore ottimale o valore di riferimento la portata minima che si è riusciti a raggiungere con ricerche perdite tramite step test ed altri sistemi già esposti • questi valori di riferimento, anche riparametrati (cioè suddivisi per il numero di proprietà), risultano essere in ogni caso diversi distretto per distretto • anche la portata minima notturna, ai fini della comparabilità di distretti o sistemi diversi non tiene conto dell’influenza della pressione di esercizio e della lunghezza di rete e allacciamenti • usando il rapporto portata minima notturna / n° proprietà si tiene conto dell’incidenza degli allacciamenti

29. % fughe su rete Guasto Presa Sabbia Guasto Staffa Presenza di sassi/rottami Fessura % fughe su allacciamenti Guasto Giunto Terreno naturale Corrosione 33% 67% 20% 13% 67% 11% 5% 77% 1% 6% Considerare un singolo indicatore è fuorviante. Per comparare l’efficienza delle reti è importante considerare anche la lunghezza e la densità degli allacciamenti e la pressione di esercizio Distribuzione media delle fughe totali riparate negli ultimi tre anni nella rete AIMAG CONDIZIONI DI POSA RISCONTRATE IN OCCASIONE DELLE RIPARAZIONI

30. INDICATORE “INFRASTRUCTURE LEAKAGE INDEX” PROPOSTO DALL’INTERNATIONAL WATER ASSOCIATION Technical Indicator for Real Losses (TIRL) (litri/connessioni/giorni rete in pressione) NC numero di connessioni Np numero di giorni durante l’anno in cui la rete di distribuzione è in pressione Unavoidable Average Real Losses (UARL) Lm lunghezza della rete in Km, NC numero di connessioni, Lp della lunghezza totale degli allacci compresi dalla condotta fino al contatore espressa in Km p(m) pressione media che si ha quando la rete è in pressione: (litri/connessioni/giorni rete in pressione); coefficienti A = 18, B= 0,8, C= 25, (Lambert,1999) Infrastructure Leakage Index (ILI)

31. Area a bassa densità di consumo Area cittadina ILI 4,05 9,31 INDICATORE “INFRASTRUCTURE LEAKAGE INDEX” PROPOSTO DALL’INTERNATIONAL WATER ASSOCIATION I valori assoluti che si ottengono sono legati ai valori assegnati ai parametri A, B, C e: • alla semplificazione adottata prendendo come numero delle “connection” quello relativo agli allacciamenti • alla semplificazione di trascurare l’errore dei contatori di utenza • alla semplificazione di non considerare la lunghezza delle reti antincendio Questo porta ad una sovrastima degli indici ILI.

32. Area a bassa densità di consumi Area cittadina ILI Infrastructure Leakage Index 4,05 9,31 P3 indice delle perdite in distribuzione 0,219 0,185 I3 indice lineare delle perdite in distribuzione 1,870 3,991 m3/metro I3 indice lineare delle perdite in distribuzione (con allacciamenti) 1,211 2,970 m3/metro Al di là quindi dei valori ottenuti (che per quanto riguarda l’area cittadina non sono da considerarsi come valore di riferimento in quanto il sistema di monitoraggio non è ancora stato esteso a tutta l’area stessa) si può confrontare il loro rapporto con quello degli altri indicatori tenendo conto che le realtà Aimag considerate hanno entrambe reti interamente in pianura e per le quali la pressione media impiegata per il calcolo di UARL è pressoché identica ovvero intorno a 26.00. I valori degli indici ottenuti tenendo conto delle caratteristiche della rete, confermano la necessità di ultimare il sistema anche nella zona cittadina per abbassare gli indici di perdita e forniscono un riferimento importante per la destinazione di risorse in rinnovi di rete e allacciamenti.

33. Realizzazione di distretti temporanei APPLICAZIONE: • nel caso si intenda fare una valutazione dell’indice di perdita tramite la portata minima notturna e, se necessario, ricercare le perdite tramite step test in aree non suddivise in distretti permanenti • nel caso si intenda fare una valutazione dell’indice di perdita tramite la portata minima notturna e, se necessario, ricercare le perdite tramite step test in aree nelle quali la suddivisione in distretti permanenti comporterebbe abbassamenti eccessivi della pressione di esercizio IMPIEGO DI: • indicatori e relativi valori di riferimento tratti dalle esperienze fatte con distretti permanenti • contatori portatili (a ultrasuoni, o quadrine a inserzione)