Roberto Perin

ATTIVITÀ DI RICERCA

OTTIMIZZAZIONE QUALI-QUANTITATIVA DEL SISTEMA FOGNATURA-IMPIANTO DEL CICLO IDRICO INTEGRATO 

DESCRIZIONE DEL PROGETTO DI COLLABORAZIONE

Obiettivo del progetto di ricerca è quello di effettuare uno studio pilota finalizzato alla definizione di un protocollo procedurale standardizzato da applicarsi nella fase di taratura dei modelli numerici per la simulazione del sistema fognatura - impianto di depurazione. Negli ultimi decenni grazie ai notevoli progressi compiuti nel campo dell’informatica si è potuto assistere ad una costante e continua evoluzione delle potenzialità offerte dalla modellistica numerica nel poter simulare sempre più realisticamente e nel dettaglio sia i processi di trasformazione afflussi - deflussi (finalizzati alla stima delle portate e dei volumi idrici generati da ciascun bacino/sottobacino con il quale è stata discretizzata una determinata area urbana) sia i fenomeni di accumulo e dilavamento delle sostanze inquinanti, e relativa propagazione all’interno dei collettori fognari, così come i processi di tipo chimico, fisico e biologico che stanno alla base della depurazione delle acque reflue. Tuttavia qualsivoglia modello di simulazione prima di poter essere efficacemente utilizzato per la soluzione di problemi pratici deve essere necessariamente tarato (calibrato). Propedeutica alla taratura del modello risulta essere la fase nella quale si identificano e si definiscono i parametri che andranno a costituire effettivamente il modello numerico, ovvero individuando quelli più significativi per la riproduzione dei processi che si intende simulare. I valori più appropriati da attribuire ai parametri costituenti il modello possono essere determinati tramite indagini in situ (ovvero nel caso di parametri direttamente misurabili) anche se nella maggior parte delle situazioni tali parametri sono solo rappresentazioni concettuali di caratteristiche astratte del bacino e pertanto devono essere necessariamente determinati attraverso un processo di tipo “trial and error”, ossia modificando di volta in volta il valore dei parametri fino ad ottenere il risultato desiderato. Appare pertanto evidente come l’effettiva utilità dei modelli di simulazione sempre più raffinati e complessi dal punto di vista numerico dipenda sostanzialmente dalla qualità e dall’accuratezza con la quale è stata condotta sia la scelta dei parametri sia la procedura di taratura del modello. Una calibrazione di tipo manuale richiede una conoscenza approfondita del modello numerico utilizzato e del sistema che si intende modellare ed inoltre, nonostante possa portare anche ad ottimi risultati se eseguita da un operatore esperto, non fornisce nessun valore oggettivo (ovvero è caratterizzata da una certa soggettività circa la strategia per la determinazione dei valori da assegnare ai parametri del modello) e può risultare molto dispendiosa in termini di tempo (Duan et al., 1994 - Yapo et al., 1998 - Gupta, 1998). Un'altra problematica è legata inoltre alla possibilità che la presenza di un elevato numero di parametri da calibrare interagenti l’uno con l’altro possa generare risultati imprevedibili, quando vengono modificati simultaneamente più valori, rendendo così difficile effettuare un’analisi di sensitività globale del modello. Per far fronte a questa moltitudine di problematiche l’obiettivo che si intende perseguire risulta essere duplice, ovvero:

1. Definizione di una metodologia operativa standardizzata finalizzata all’individuazione di tutte le fasi e dei parametri necessari per l’implementazione di modelli numerici finalizzati alla simulazione del sistema fognatura - impianto di depurazione in modo tale da prescrivere delle linee guida e dei criteri da osservare in funzione delle caratteristiche (idrauliche, urbanistiche e di utilizzo del suolo) del sistema che si intende modellare;

2. Sviluppo di una procedura di calibrazione automatica per la stima dei valori da assegnare ai parametri costituenti il modello che consentirà di ottenere vantaggi quantificabili sia con una maggiore velocità nella fase di taratura del modello sia con una riduzione del grado di soggettività insito nella procedura di calibrazione qualora eseguita manualmente.

Il raggiungimento degli obiettivi precedentemente menzionati sarà avvalorato e supportato da un riscontro sperimentale sul campo, ovvero si intenderà individuare alcuni bacini di tipologia urbana da utilizzarsi come laboratorio per l’attuazione delle seguenti fasi:

a. Raccolta ed analisi degli elaborati progettuali della rete fognaria e degli impianti di depurazione esistenti che si intendono modellare;

b. Rilievo topografico di precisione dell’andamento plano-altimetrico della rete fognaria esistente per individuare eventuali differenze tra lo stato di fatto ed il progetto originario della rete fognaria;

c. Installazione di misuratori di portata del tipo area - velocity nei segmenti della rete fognaria al fine di ottenere una acquisizione continua dei dati di portata transitanti all’interno delle tratte fognarie considerate significative per la calibrazione e la validazione del modello numerico di simulazione dei fenomeni di trasformazione afflussi - deflussi;

d. Installazione nei segmenti della rete fognaria ed all’interno dell’impianto di depurazione di campionatori di tipo automatico al fine di ottenere un’acquisizione (durante le fasi considerate come significative) di campioni di refluo da inviare successivamente alle analisi di laboratorio necessarie alla caratterizzazione e quantificazione delle sostanze inquinanti e quindi per la calibrazione e validazione del modello numerico di simulazione dei fenomeni di accumulo e dilavamento delle sostanze inquinanti e dei processi di depurazione;

e. Realizzazione del modello numerico di simulazione attuando la metodologia operativa standardizzata che si intende definire ed esportare;

f. Verifica della capacità del modello numerico nel simulare accuratamente il comportamento del sistema fognatura - impianto di depurazione modellato;

Il risultato finale che si intende perseguire è dunque quello di testare, valutare, validare e disseminare un nuovo approccio metodologico di procedura di tipo standardizzato in grado di fornire uno strumento operativo che consenta di affrontare i problemi di progetto, gestione e riqualificazione del sistema fognatura - impianto di depurazione in modo innovativo in un’ottica di sviluppo sostenibile e di salvaguardia del patrimonio idrico.

Pubblicazioni
  • R. Perin ,  A. Coccolo,  M. Nicolini,  D. Goi: “L.E.D.R.A. (Leading Eco - Engineering Developing for River Assessment) PROJECT - FASE 1”. Rassegna Tecnica FVG, n.1 - anno 2013
  • M. Trigatti , R. Perin , M. Nicolini , D. Goi, “Preliminary Analysis of stormwater runoff and pollutant washoff in an industrial district”, Prooceedings of 13th Specialized Conference on Watershed and River Basin Management, 9-12 September 2014, San Francisco (USA).
  • R. Perin , G. Peressi : “Modelli di formazione e di propagazione dei deflussi di piena a scala di bacino idrografico: il caso del Rio Costa”. Quaderni Tecnici di Ingegneria - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Udine (2015) 
  • M. Trigatti , R. Perin , M. Nicolini , D. Goi, “Quality stormwater modeling in small suburban catchments: a case study” Prooceedings of International Conference on Sustainable Water Management; 29 November to 3 December 2015 at Murdoch University, Perth, Western Australia.
  • M. Trigatti , R. Perin , M. Nicolini , D. Goi, “Using EPA-SWMM in quality stormwater modeling: calibration and design strategies”. In: M.R. Boni, P. Sirini, A. Chiavola, A. Polettini, R. Pomi, P. Viotti, A. Rossi. Book of Abstracts, (2016), X International Symposium on Sanitary and Environmental Engineering, SIDISA 2016. Rome, 19-23/06/2016, 145, ISBN: 978-88-496-391-1.
  • M.Trigatti, R. Perin, M. Nicolini, D. Goi, “Stormwater quantity and quality for sustainable management of runoff in an industrial district. Preliminary analysis and modelling of first foul flush effect”, Journal of Multidisciplinary Engineering Science and Technology (JMEST), Vol. 3 Issue 7, July – 2016; ISSN: 2458-9403. (http://www.jmest.org/vol-3-issue-7-july-2016/)