I sistemi di distribuzione idrica intermittenti: monitoraggio, modellazione e miglioramento dell'equità tra gli utenti

Water Distribution Systems (WDSs) are complex infrastructures designed to process, store and supply potable water to consumers continuously and reliably. However, hundreds of millions people around the world receive water intermittently. Despite water resource scarcity is often put forward by water service companies as the primary explanation for intermittent operation, environmental constraints constitute only one aspect of a multi-dimensional problem. Moreover, the analysis of the causal-consequential pathways of such systems highlights that intermittency in water supply has consequences that reinforce its causes in a sort of complex negative feedback loop. In comparison with continuous WDSs, intermittent ones are less studied despite of the size of population affected by this supply management. The available literature on the topic mostly focuses on the analysis of causes and consequences of intermittent WDSs at a macro-scale. Very few studies concern the hydraulic behaviour of such complex systems. Experimental data on intermittent WDSs are rather scarce. Moreover, traditional software tools for the modelling of continuous WDSs are not suitable for the simulation of water distribution networks subject to intermittency. As a consequence of all the above, there is a gap in knowledge concerning the behaviour of intermittent WDSs. This gap also prevents the planning of design/managing strategies aimed at mitigating the negative impacts of intermittency in water supply. The aim of this research is to make a step forward in the analysis of intermittent WDSs both from experimental and modelling side. In particular, the first objective is to select a proper software tool for the modelling of intermittent WDSs, based on a preliminary theoretical study of the hydraulic behaviour of such systems. In order to test the ability of the selected software to correctly reproduce complex phenomena occurring in intermittent WDSs, experimental data on real intermittent water networks have been collected to validate the simulation results. The second objective of the research is the proposal of relatively simple and cheap operational/managing strategies aimed at improving (in the short term) the level of equity in existing intermittent WDSs.

I sistemi di distribuzione idrica sono infrastrutture complesse progettate per trattare, immagazzinare e fornire acqua potabile ai consumatori in modo continuo e affidabile. Tuttavia, centinaia di milioni di persone in tutto il mondo ricevono acqua in modo intermittente. Nonostante la scarsità delle risorse idriche sia spesso identificata dai gestori del servizio idrico come la principale causa dell’intermittenza, i vincoli ambientali costituiscono solo un aspetto di un problema multidimensionale. Inoltre, l'analisi dei percorsi causa-effetto di tali sistemi evidenzia che l'intermittenza nell'approvvigionamento idrico ha conseguenze che ne rafforzano le cause in una sorta di complesso loop di feedback negativi. Rispetto ai sistemi di distribuzione idrica tradizionali a funzionamento continuo, quelli intermittenti sono meno studiati nonostante la dimensione della popolazione interessata dal rifornimento intermittente. La letteratura scientifica disponibile sull'argomento si concentra principalmente sull'analisi delle cause e delle conseguenze dei sistemi idrici intermittenti su macro-scala. Pochissimi studi riguardano il comportamento idraulico di questi sistemi complessi. I dati sperimentali sui sistemi intermittenti sono piuttosto scarsi. Inoltre, i tradizionali strumenti software per la modellazione dei sistemi continui non sono adatti per la simulazione di reti di distribuzione idrica soggette a intermittenza. Da tutto ciò ne consegue una lacuna nella conoscenza del comportamento dei sistemi di distribuzione idrica intermittenti. Questo gap impedisce anche la pianificazione di strategie di progettazione/gestione volte a mitigare gli impatti negativi dell'intermittenza nell'approvvigionamento idrico. Lo scopo di questa ricerca è quello di fare un passo avanti nell'analisi dei sistemi di distribuzione idrica intermittenti sia da un punto di vista sperimentale che modellistico. In particolare, il primo obiettivo è quello di selezionare uno strumento software adeguato per la modellazione dei sistemi di distribuzione idrica intermittenti, sulla base di un preliminare studio teorico del comportamento idraulico di tali sistemi. Al fine di testare la capacità del software selezionato di riprodurre correttamente i complessi fenomeni che si verificano nelle reti intermittenti, sono stati raccolti dati sperimentali su reali reti idriche intermittenti per convalidare i risultati della simulazione. Il secondo obiettivo della ricerca è la proposta di strategie operative/gestionali relativamente semplici ed economiche volte a migliorare (a breve termine) il livello di equità in esistenti sistemi di distribuzione idrica intermittenti.