Monitoraggio Reti Idriche Integrato

LE PREMESSE

Riscaldamento globale: necessità di adottare le giuste politiche di contrasto

Gli effetti del riscaldamento globale sono già riconoscibili per l’aumento di eventi estremi, esondazioni o siccità prolungate e diffuse.

Sul piano locale le politiche di adattamento sono le sole leve utilizzabili per contrastare gli effetti negativi che si possono manifestare.

Il Ciclo Integrato delle Acque è un percorso essenziale per ogni territorio ed è da preservare e proteggere proprio per la sua vulnerabilità e importanza in tutte le sue aree: acquedotti, collettori fognari e impianti di depurazione.

La sua importanza è evidente e riconosciuta, e la sua integrità impatta positivamente sulla salvaguardia ambientale, l’equilibrio e la resilienza del territorio in cui insiste.

La gestione di un sistema depurativo, che impatta sull’ambiente idrico, non può prescindere da un insieme di misure che consenta decisioni consapevoli: il valore dell’informazione, messo in relazione alle alternative gestionali o infrastrutturali che possono essere attuate, rappresenta la base su cui prendere decisioni efficaci, efficienti ed economiche.

Il sistema di drenaggio trasforma le piogge in acque portate in modo estremamente complesso:

  • per la variabilità del modo di piovere
  • per la complessità delle connessioni e delle opere di drenaggio (come sollevamenti e sfioratori)

Non è possibile prevedere uno stato di criticità unicamente dalle previsioni meteo. È necessario implementare un Sistema di Supporto alle Decisioni (DSS) in grado di adattarsi e fronteggiare la complessità del fenomeno.

CASE STUDY

Impianto di depurazione delle acque del territorio di Acerra (Italia)

L’afflusso delle acque reflue risulta critico nell’impianto di depurazione in quanto non è possibile riuscire a prevedere le caratteristiche qualitative e quantitative afferenti.

Le criticità riguardano:

  • in Tempo Secco, l’afflusso episodico di reflui non in linea con le caratteristiche di qualità attese
  • in Tempo di Pioggia e per specifici eventi, l’afflusso elevato di volumi di acque estremamente diluite per il trattamento depurativo

Le criticità riscontrate in esercizio rendono necessaria l’implementazione di una struttura di monitoraggio wireless del sistema fognario, al fine di ottimizzare la pianificazione e la gestione delle opere di raccolta, collettamento e depurazione e minimizzare i rischi legati sia in Tempo Secco quanto in Tempo di Pioggia:

  • 3 postazioni di misura sui tre collettori terminali alla rete per conoscere e differenziare le portate confluenti nella condotta principale
  • 2 postazioni di misura immediatamente a monte del depuratore per avere un mezzo di confronto con le misure effettuate nei collettori terminali
MONITORAGGIO

Per salvaguardare l’integrità del sistema è necessario un accurato monitoraggio, il più possibile puntuale e in tempo reale, per prevenire eventuali problematiche e attivare tempestivamente le dovute azioni correttive.

In questa fase, volgendo l’attenzione al solo ciclo delle acque reflue (collettori fognari e impianti di depurazione), l’afflusso risulta critico soprattutto negli impianti di depurazione, in quanto non è possibile riuscire a prevedere le caratteristiche qualitative e quantitative afferenti.

MODELLAZIONE DEI DATI

Per superare queste criticità si attua un rigoroso approccio metodologico:

  • Un sistema fortemente ottimizzato per il trasporto, la distribuzione e lo smaltimento e il trattamento dell’acqua attraverso un costante flusso bidirezionale di informazioni tra “campo” e “centro di controllo”
  • Conoscenza in tempo reale del comportamento della rete, estendendo il monitoraggio e “disseminando in modo appropriato” sensori di varia tipologia sull’intera rete
  • Informazioni acquisite tramite sensoristica, integrate sia da dati provenienti da fonti esterne (come satelliti, dati meteo, dati sociodemografici) sia mediante tecniche di analisi in logica Big Data (data mining, machine learning)
  • Modellizzazione dei fenomeni di interesse e calcolo dei relativi KPI
CYBERSECURITY

L’integrazione di soluzioni di Cybersecurity Industriale permette all’impianto di depurazione di monitorare le attrezzature delocalizzate e i processi industriali, ottenendo visibilità completa sugli assets, rilevando rapidamente e ponendo rimedio alle minacce informatiche.

L’utilizzo di sistemi centralizzati di monitoraggio, aiuta a concentrare gli sforzi riducendo il tempo medio di riparazione (MTTR) e includendo la modellazione dei dispositivi siano essi IoT o Scada che dialogano con i PLC dell’impianto.

Tutte le funzionalità dei sensori istallati nei punti d’interesse sono integrate nei sistemi Security Operations Centre (SOC) presenti presso l’impianto di depurazione, per fornire un unico pannello di controllo per tutti gli ambienti IT e OT.

MODELLAZIONE IDRAULICA PREDITTIVA

Per valorizzare le opere esistenti e implementare un Sistema di Supporto alle Decisioni (DSS) è imprescindibile l’utilizzo di un Modello Idraulico (MI) che utilizzi (prima) i dati provenienti da campagne di misure e (poi) dal sistema di monitoraggio.

Il sistema di monitoraggio, ovvero il suo dimensionamento e posizionamento, è supportato dal Modello Idraulico (MI) per l’ottimizzazione dei punti più efficaci da monitorare (sensor placement).

La modellazione idraulica, fisicamente basata su misure di qualità, portata e pioggia è supportata da tecniche predittive di machine learning, con l’utilizzo di dati già raccolti all’interno dell’impianto di depurazione.

BENEFICI

I benefici attesi dall’implementazione del progetto sono la possibilità di:

  • Costituire un affidabile Sistema di Supporto alle Decisioni (DSS)
  • Pianificare gli investimenti per il miglioramento infrastrutturale del sistema di raccolta e collettamento e per l’impianto di depurazione

Il Sistema di Supporto alle Decisioni (DSS) è supportato da:

  • Un modello predittivo idraulico, calibrato e validato dall’utilizzo dei dati del sistema di monitoraggio
  • Un modello predittivo basato sull’analisi dei dati di input (nel bacino) e dati di output (osservazioni nell’impianto di depurazione e nel corpo idrico recettore finale) con approccio machine learning
  • Informazioni di valore (il sistema di monitoraggio sarà ottimizzato)
  • La possibilità di avere alternative (opzioni reali di intervento come vasche, pompaggi, regolazione sfiori)
  • La capacità di selezionare in tempo utile le alternative, secondo obiettivi riconoscibili (avere preferenze nei trade-off ambiente-impianto, anche in ottica difensiva, ovvero di giustificazione delle scelte operate)

Il Modello Idraulico (MI) è utilizzato per identificare criticità infrastrutturali per un definito livello di sicurezza (o tempo di ritorno) e per il design di opere di mitigazione (vasche di laminazione, pompaggi, regolazione delle soglie di sfioro fisse e paratoie mobili) collegate in tempo reale ai dati di campo e traguardando le previsioni fornite dal modello.

CONCLUSIONI
  • Una soluzione efficace e scalabile per la gestione delle criticità nelle infrastrutture di collettamento e di depurazione delle acque reflue
  • Metodologia integrata sicura, semplice, affidabile
  • Minimo impatto ambientale
  • Costi ottimizzati