Strategies for the sustainability and resilience of water supply infrastructure under changing scenarios

In recent decades, water resources management has become one of the most pressing global challenges, in a context marked by climate change, population growth, and rapid urbanization in many regions. These pressures have significantly impacted on the availability and quality of water resources, necessitating innovative and sustainable solutions. This thesis proposes three key methodologies aimed at addressing these challenges, focusing on the optimization of water distribution networks (WDNs) and the promotion of sustainable water management practices. The first methodology focuses on the use of smart meters in WDNs to monitor and manage consumption in real-time, offering detailed insights into patterns across different types of users. The second investigates the optimal placement of pressure sensors to enhance leak localization in WDNs, introducing a novel data-driven leak localization technique that integrates hydraulic resistance and topological information to improve localization accuracy. The third examines rainwater harvesting systems (RWHs) as a sustainable solution for reducing reliance on traditional water networks, proposing probabilistic models for the adaptive design of storage tanks to address rainfall variability.

Negli ultimi decenni, la gestione delle risorse idriche è diventata una delle sfide globali più urgenti, in un contesto caratterizzato da cambiamenti climatici, crescita demografica e rapida urbanizzazione in molte regioni. Queste pressioni hanno avuto un impatto significativo sulla disponibilità e sulla qualità delle risorse idriche, rendendo necessarie soluzioni innovative e sostenibili. Questa tesi propone tre metodologie volte a fronteggiare queste sfide, con un focus sull’ottimizzazione delle reti di distribuzione idrica e sulla promozione di pratiche di gestione sostenibile dell’acqua. La prima metodologia si concentra sull’utilizzo dei contatori intelligenti, o smart meters, nelle reti urbane di distribuzione idrica per monitorare e gestire i consumi in tempo reale, fornendo dettagliate informazioni sui modelli di consumo di diverse tipologie di utenti. La seconda indaga sul posizionamento ottimale dei sensori di pressione per migliorare la localizzazione delle perdite nelle reti di distribuzione idrica, introducendo una nuova tecnica di localizzazione basata su dati che integra la resistenza idraulica e le informazioni topologiche per aumentare l’accuratezza nella localizzazione delle perdite. La terza si concentra sull’utilizzo di sistemi di raccolta delle acque piovane (RWH) come soluzione sostenibile per ridurre la dipendenza dalle reti idriche tradizionali, proponendo modelli probabilistici per la progettazione del volume di compenso dei serbatoi, al fine di tener conto, nel dimensionamento, delle caratteristiche stocastiche delle precipitazioni.