Data assimilation techniques for leakage detection in water distribution systems

La gestione delle perdite nelle condotte in pressione è una delle più importanti problematiche nei sistemi di distribuzione, per le preoccupazioni riguardo il rischio per la salute pubblica e per i vincoli economici su energia e risorse. Questa tesi intende analizzare tecniche innovative per l'individuazione delle perdite nei sistemi di distribuzione, basandosi sulla calibrazione dei modelli idraulici delle reti. Lo scopo principale è suggerire un metodo per ridurre i costi delle indagini di campo attualmente richieste dall'attività di ricerca perdite su reti reali. Un modello inverso, basato sull'accoppiamento tra tecniche di assimilazione dati basate sul filtro di Kalman e i modelli idraulici delle reti, è proposto ed analizzato criticamente. Il modello si basa sulla conoscenza di misure di pressione, portata e volume, le quali possono essere facilmente ottenute in ogni rete a costi contenuti e senza problemi tecnici, ad eccezione delle misure di portata. Il presente lavoro analizza differenti aspetti del modello accoppiato proposto, relativamente alla tecnica utilizzata per l'assimilazione dati (Ensemble Kalman Filter o Ensemble Smoother), al tipo di analisi idraulica sviluppata (demand driven attraverso la versione standard di EpaNET o pressure driven), il tipo di parametri da calibrare (le portate di perdita ai nodi oppure i coefficienti di emitter responsabili della perdita ai nodi), oltre che alla distinzione sul tipo di dati assimilati e sul numero e sulle posizioni di misura a disposizione. Nonstante il successo della tecnica proposta dipenda dalle caratteristiche peculiari e dalla struttura topologica della rete analizzata, questo modello accoppiato applicato a reti di distribuzione sintetiche si dimostra efficace per l'individuazione delle perdite e può costituire un'alternativa competitiva rispetto alle tecniche di distrettualizzazione correntemente applicate nei casi reali.