ACQ-0014 · Acquedotti · Livello avanzato

Come modellare le perdite idriche nella rete

Metodi demand-driven e pressure-driven per rappresentare perdite diffuse e localizzate

Ultimo aggiornamento: 2026-09-08

In sintesi

Le perdite reali non sono generalmente costanti: dipendono da pressione, caratteristiche delle rotture, materiale, stato della rete e tempo. Possono essere rappresentate come domande nodali assegnate, come emissioni dipendenti dalla pressione oppure mediante formulazioni pressure-driven. La scelta dipende dallo scopo del modello e dai dati disponibili. Le perdite diffuse devono essere distribuite con criteri coerenti, mentre le rotture note possono essere localizzate. Prima della modellazione occorre costruire un bilancio idrico per separare consumi autorizzati, perdite apparenti e perdite reali. La calibrazione non deve utilizzare le perdite per compensare errori di domanda, scabrezza, quota o valvole.

Se la domanda nodale è stata ricavata dalla portata totale immessa, può già comprendere una quota di perdita. Aggiungere emettitori senza correggere la domanda base sovrastima il volume richiesto.

Errori di misura, consumi non autorizzati e inesattezze amministrative appartengono alle perdite apparenti. Nel modello idraulico non devono essere trattati automaticamente come portate fisiche disperse nel terreno.

Il problema progettuale

Le perdite influenzano portate nei rami, pressioni, energia e bilancio dei serbatoi. Un modello che rappresenta soltanto i consumi fatturati tende a sottostimare le portate realmente trasportate.

Una semplice maggiorazione percentuale può essere utile in fase preliminare, ma non riproduce la variazione con la pressione né aiuta a individuare le zone critiche.

Perdite reali e apparenti

Le perdite reali sono fuoriuscite fisiche da condotte, giunti, prese e serbatoi. Le perdite apparenti derivano invece da errori di misura, consumi non autorizzati o gestione dei dati.

Il modello idraulico rappresenta portate fisiche. Prima di assegnare una portata di perdita occorre quindi ricavare, per quanto possibile, la componente reale dal bilancio idrico.

Tre modalità di rappresentazione

Le perdite possono essere schematizzate come:

• domande nodali aggiuntive costanti o con profilo temporale;
• emettitori con portata dipendente dalla pressione;
• componenti specifiche di un'analisi pressure-driven.

La prima modalità è semplice ma non reagisce alle variazioni di pressione. Le altre rappresentano meglio il legame pressione-perdita, purché coefficienti ed esponenti siano calibrati.

Confronto tra perdita assegnata costante, emettitore dipendente dalla pressione e analisi pressure-driven.

Perdite come domanda assegnata

Una portata totale stimata può essere ripartita sui nodi in proporzione a lunghezza, numero di allacci, superficie servita, materiale, età o indicatori di rischio.

Questo approccio conserva facilmente il volume assegnato ed è adatto a scenari quasi stazionari. Tuttavia la portata non diminuisce se la pressione cala e può rendere irrealistiche le condizioni di emergenza.

Perdite mediante emettitori

Una relazione comunemente utilizzata è:

q_leak = C · p^n

dove C è un coefficiente equivalente, p la pressione disponibile e n un esponente. Per un orifizio ideale n è circa 0,5, ma nelle reti reali la deformazione di fessure e giunti può richiedere valori differenti.

Coefficiente, unità ed esponente devono essere compatibili con il software. Il parametro C non può essere trasferito tra sistemi di unità senza conversione.

Analisi pressure-driven

In un'analisi demand-driven le domande assegnate vengono considerate soddisfatte anche quando la pressione calcolata è insufficiente. Nell'analisi pressure-driven la domanda effettivamente erogata dipende dalla pressione disponibile tra una soglia minima e una pressione di pieno servizio.

Questo approccio è utile per guasti, incendio, serbatoi scarichi e reti insufficienti. La relazione pressione-domanda degli utenti è distinta dalla relazione pressione-perdita degli emettitori, anche se entrambe dipendono dalla pressione.

Distribuzione spaziale delle perdite diffuse

Ripartire uniformemente le perdite su tutti i nodi può essere inadeguato quando materiali, età e pressione cambiano molto. Sono preferibili zone omogenee con coefficienti differenti.

L'attribuzione può seguire la lunghezza delle condotte afferenti, gli allacci o indicatori derivati da rotture e portata minima notturna. Il criterio deve essere documentato e non deve creare discontinuità arbitrarie ai confini.

Perdite localizzate e rotture note

Una perdita individuata può essere associata al nodo più vicino o a un nodo inserito nella posizione reale lungo la condotta. La seconda soluzione rappresenta meglio portate e pressioni ai due lati della rottura.

Per grandi rotture la topologia, il diametro equivalente dell'apertura e l'evoluzione temporale diventano determinanti. La simulazione deve considerare eventuale isolamento mediante valvole.

Variazione temporale e pressione notturna

Le perdite possono aumentare di notte perché la pressione cresce mentre i consumi diminuiscono. Applicare alle perdite lo stesso profilo temporale dei consumi può quindi produrre un andamento opposto a quello fisico.

Con una formulazione dipendente dalla pressione l'andamento emerge dal modello. Con domande assegnate occorre costruire un profilo specifico e motivato.

Coerenza con il bilancio idrico

Il volume simulato deve essere confrontato con il bilancio della zona nello stesso periodo. Portata immessa, variazione degli accumuli e consumi autorizzati permettono di stimare la componente non contabilizzata, da suddividere tra perdite apparenti e reali.

Confrontare grandezze riferite a periodi diversi può attribuire al modello variazioni dovute a stagione, guasti riparati o qualità dei contatori.

Calibrazione dei coefficienti

Pressioni e portate misurate in condizioni diverse aiutano a distinguere domanda e perdita. La portata minima notturna può essere informativa, ma deve essere corretta per consumi notturni legittimi e variazioni dei serbatoi.

Esistono problemi di identificabilità: scabrezza elevata, valvole parzialmente chiuse e perdite possono produrre effetti simili. La calibrazione deve quindi utilizzare più misure e informazioni indipendenti.

Scenari di gestione della pressione

Un modello pressure-dependent permette di confrontare regolazioni delle pressioni, distrettualizzazione e riparazioni. La riduzione di perdita stimata dipende dai coefficienti e dall'esponente adottato.

Non è corretto estendere automaticamente il risultato di una zona all'intera rete. Materiali, giunti e pressioni possono determinare risposte differenti.

Analisi di sensibilità

Quando coefficienti ed esponenti sono incerti, verificare combinazioni plausibili mantenendo il bilancio complessivo. Devono essere osservati volume perso, pressioni, portate di adduzione ed effetti delle manovre.

L'incertezza va comunicata come intervallo, evitando una precisione numerica non sostenuta dalle misure.

Procedura operativa consigliata

1. Definire periodo e confini del bilancio. 2. Separare consumi autorizzati, perdite apparenti e reali. 3. Scegliere rappresentazione costante o pressure-dependent. 4. Suddividere la rete in zone omogenee. 5. Ripartire le perdite con un criterio documentato. 6. Controllare unità, coefficienti ed esponenti. 7. Evitare il doppio conteggio nella domanda base. 8. Calibrare con portate e pressioni di più condizioni. 9. Validare su un periodo indipendente. 10. Eseguire sensibilità e aggiornare il modello dopo le riparazioni.

Errori frequenti da evitare

• Trattare tutte le perdite non contabilizzate come perdite reali.
• Aggiungere perdite a domande già derivate dalla portata immessa.
• Applicare il profilo dei consumi alle perdite.
• Usare lo stesso coefficiente in ogni zona.
• Confondere relazione dell'emettitore e relazione PDA della domanda.
• Copiare coefficienti senza controllare le unità.
• Calibrare soltanto sulla pressione statica.
• Usare le perdite per compensare valvole o diametri errati.
• Non aggiornare il modello dopo una campagna di riparazioni.

Indicazioni conclusive

La modellazione deve partire dal bilancio idrico e distinguere le perdite reali dalle componenti amministrative. Domande aggiuntive ed emettitori rispondono a obiettivi diversi.

Per scenari con pressioni molto variabili è preferibile una rappresentazione dipendente dalla pressione. Qualunque metodo richiede distribuzione spaziale motivata, assenza di doppi conteggi, calibrazione e analisi dell'incertezza.

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Domande frequenti

È un metodo semplice e possibile, ma non rappresenta la dipendenza dalla pressione. Per scenari con forti variazioni può essere preferibile una formulazione pressure-dependent.

Dipende dal tipo di apertura e dal comportamento della rete. Il valore 0,5 rappresenta un orifizio ideale; per reti reali è opportuno utilizzare misure o analisi di sensibilità.

No. Non sono necessariamente portate fisiche disperse e devono essere trattate nel bilancio e nei dati di consumo, non automaticamente come emettitori.

L'emettitore descrive una portata uscente che cresce con la pressione; la PDA limita invece la domanda degli utenti quando la pressione non consente il pieno servizio.

Può fornire un'indicazione, ma occorre sottrarre consumi notturni legittimi e considerare pompe, serbatoi, trasferimenti e variazioni di pressione.

Una causa frequente è il doppio conteggio: domande calibrate sulla portata totale alle quali vengono aggiunte ulteriori perdite.