La Simulazione (versione 3.5)
La importazione/esportazione del modello Fognature con SWMM
necessita di alcuni approfondimenti e chiarimenti sulle differenze tra
i due strumenti.
Fognature richiede soltanto i dati minimi per effettuare la verifica
delle portate massime, mentre SWMM avrà bisogno di molti più dati e non
nasce con gli stessi scopi.
Una esportazione semplificata da Fognature a SWMM (formato di file INP)
è sempre possibile, ma inevitabilmente la procedura dovrà effettuare
ipotesi semplificative per consentire di creare un file INP valido e
funzionante in SWMM. Ciò però comporterà che l’utente dovrà
direttamente dall’ambiente SWMM integrare gli altri dati necessari alla
simulazione ogni volta che procederà alla esportazione.
Una esportazione più accurata in SWMM richiede evidentemente ulteriori
informazioni che Fognature non possiede per i suoi scopi e pertanto
dovranno essere integrate per poter generare un file INP già pronto per
la simulazione. Fognature, in questo caso, non utilizzerà questi dati
integrativi nel suo modello ma si occuperà soltanto di passarli a SWMM
in modo trasparente. Tuttavia, non disponendo di elementi propri di
SWMM, comunque Fognature non potrà assolutamente creare tutte le
tipologie di reti realizzabile in SWMM. Tale situazione consente di
simulare in SWMM una rete senza modifiche manuali dopo l’esportazione,
ma soltanto per schemi di rete semplificati.
Se è necessario, invece, un controllo assoluto di tutte le features di
SWMM e si vuole operare direttamente da Fognature, si dovrà utilizzare
il modulo di integrazione con SWMM. In tal caso Fognature si arricchirà
nel suo ambiente grafico di tutti (o quasi) gli elementi presenti in
SWMM consentendo tra l’altro di poter operare non lasciando mai
l’ambiente EdilStudio oppure esportando un file INP completo e valido.
In ogni caso ed ad ogni livello di esportazione si vuole rammentare che
Fognature è un software che nasce per la progettazione idraulica
rivolta essenzialmente a progettisti italiani che hanno utilizzato
negli ultimi decenni procedure manuali e/o automatiche basate sui
metodi classici della
corrivazione e dell’invaso e pertanto l’integrazione con tutti gli
elementi di rete che servono per effettuare un’analisi con SWMM non è
immediata e non soltanto per le diversità di lingua o di unità di
misura, ma per l’effettivo scopo per cui si utilizza questo strumento.
Tuttavia con il modulo di integrazione si è voluto fare uno sforzo di
modellazione per consentire a Fognature di poter effettuare tutte le
analisi presenti in SWMM, utilizzando l’engine di SWMM, ma non
effettuando una mera traduzione degli elementi e/o delle funzionalità
di SWMM stesso perché non avrebbe alcun senso, ma al contrario partendo
dalla progettazione, così come implementata in Fognature, per
consentire ai progettisti che già usano questo strumento di poter
eseguire con facilità le analisi che il potente strumento SWMM,
gentilmente concesso dalla EPA, permette di effettuare sulle reti
fognarie esistenti.
Si ricorda, infine, che Fognature, come tutta la suite di EdilStudio
Idraulica, già da tempo oramai ha intrapreso la via della modellazione
infrastrutturale BIM compatibile in luogo della semplice
schematizzazione di calcolo, per consentire all’utente di affrontare la
progettazione idraulica con uno strumento più aggiornato che tiene
conto di tutte le novità informatiche e delle innovazioni tecnologiche
(GIS, IoT,3D/4D/5D,BIM) che il progresso scientifico ci ha oramai
abituati con una frequenza di aggiornamento sempre più alta.
Di seguito, per ogni argomento, si discuteranno le differenze con SWMM
e la strada che si è intrapresa per la creazione di uno strumento che
possa rapidamente e senza trasformazioni consentire il passaggio da
semplici e veloci dimensionamenti o verifiche della rete ad analisi
accurate via via che si entra in possesso di dati più dettagliati o che
ci si spinge verso un’analisi più spinta del funzionamento del sistema
fognario.
Climatologia [Climatology]
In SWMM esistono diversi parametri legati alla climatologia: temperature, evaporazione, vento,
etc.. Tali parametri attualmente dovranno essere inseriti direttamente
nell'ambiente SWMM. In futuro tali parametri saranno disponibili
all'interno del territorio.
Modellazione idrologica [Hydrology]
In SWMM esistono diversi elementi per la modellazione idrologica. In fognature vengono gestiti i rain gages e gli subcatchments,
mentre aquifers, snow packs, unit hydrographs e LID controls devono essere immessi direttamente nell'ambiente SWMM.
Dati di pioggia
La differenza sostanziale è che Fognature utilizza per modellare i dati
di pioggia una curva di possibilità pluviometrica nelle sue diverse
forme (monomia, bilatera, tre parametri, vapi) in quanto interessa
essenzialmente l’individuazione della pioggia critica, mentre SWMM si
basa essenzialmente sulla introduzione del pluviogramma/ietogramma di
progetto con cui sollecitare la rete fognaria per analizzarne il
comportamento.
Il progettista idraulico è abituato a parlare di legge di pioggia,
curva di possibilità pluviometrica, costruendosi la curva a partire dai
dati presenti negli annali idrologici cartacei (almeno fino a quando il
SMNI non è stato trasferito alle regioni nel 2002) negli ultimi anni ha
dovuto cominciare ad adottare la metodologia VAPI, che è tuttora in
corso di aggiornamento, per cui non è abituato a parlare di ietogramma
di progetto.
Nel caso di dimensionamento o verifica del sistema fognario,
interessano soltanto le portate massime che si possono raggiungere
nelle sezioni di chiusura dei singoli collettori e in special modo in
quella relativa al recapito finale e pertanto interessa individuare la
pioggia critica ovvero quella che, per il bacino e per la rete in
specie, dà la portata massima. Tale pioggia critica, che sappiamo
corrispondere a quella avente una durata pari a tempo di corrivazione
del bacino stesso, viene inglobata nelle procedura di calcolo
utilizzate negli ultimi decenni (invaso e corrivazione) ai fini di
produrre un valore massimo stimato della portata.
In Fognature è possibile inserire una legge di pioggia unica oppure più
stazioni di pioggia ad ognuna delle quali viene associata una legge di
pioggia diversa.
Vediamo quindi, di seguito, come Fognature opera una trasformazione tra il proprio modello a quello di SWMM.
[RAINGAGE]
Nel primo caso viene creato un unico RainGage a cui dovrà essere
associato un ietogramma di progetto ben preciso. Tale ietogramma viene
ricavato dalla legge di pioggia in base alla scelta della forma
impostata (costante, triangolare, chicago, ecc).
Nel secondo caso verranno creati tanti elementi RainGage, uno per ogni
stazione di pioggia, a cui verranno associati tanti ietogrammi ricavati
dalla legge o utilizzati dati di pioggia presenti nella stazione.
Aree colanti [SUBCATCHMENT]
Nella verifica e/o dimensionamento di una rete fognaria sia con
software di calcolo automatici, che con semplici fogli di calcolo in
Excel, o semplicemente a mano, per la stima delle portate massime di
ciascun collettore, sono stati sempre assegnati dai progettisti un
valore dell’area colante Ac associata al tratto ed un valore del
coefficiente di deflusso Phi. Successivamente si assegna un tempo di
ruscellamento (metodo della corrivazione) o un valore dei piccoli
invasi (metodo dell’invaso) che tiene conto dell’effetto ritardante
dell'afflusso alla rete (dipendente dal metodo adottato). Tali
parametri nascono dalla esigenza di stimare esclusivamente i valori
massimi che si possono avere nella sezione di chiusura di ogni singolo
collettore con tutti i limiti che si basano sulle ipotesi di base
relative ai metodi concettuali.
In SWMM invece, dove la modellazione dell’afflusso alla rete è
evidentemente completa e soprattutto in funzione del tempo, ci sono
molti altri parametri da inserire fino ad introdurre appositi elementi
appositamente creati come il subcathment e le subarea, ecc. SWMM
schematizza l’infiltrazione che avviene nel sottosuolo con modelli
presenti in letteratura (Es. Horton) e pertanto ha necessità di
modellare altri elementi ed associarli alla rete.
L’elemento minimo è il subcathment
con cui si schematizza un’area su cui cade la pioggia e si ha un
deflusso che si divide in parte di afflusso verso la rete, una parte di
infiltrazione ed una parte di evaporazione. Il recapito di quest’area,
inoltre, non è un collettore fognario o tratto (link), ma un nodo
(joint) in quanto tale indicazione è senz’altro più corretta perché
altrimenti non si saprebbe la sua distribuzione lungo il tratto e non
sarebbe possibile valutare il profilo del pelo d’acqua nel tempo.
In Fognature il modo più rapido di effettuare una semplice verifica
della rete è quello di inserire i dati minimi e pertanto associare ad
ogni tratto un valore numerico dell’area colante e del coefficiente di
deflusso/afflusso e rapidamente effettuare il calcolo. E’ evidente che
in questo caso il software non potrà trasferire molte informazioni a
SWMM e dovrà modellare un elemento subcathment in modo automatico.
In Fognature è previsto anche un altro tipo di approccio che consente
di disegnare graficamente delle aree colanti con parametri assegnati ed
associarle ai singoli collettori. Tale approccio è assolutamente
trasparente e compatibile con il precedente a tal punto che è possibile
creare delle situazioni miste a seconda dei dati disponibili. In questo
secondo caso il software potrà essere più preciso nel descrivere il
subcathment a SWMM ed in molti caso questo potrebbe essere sufficiente
per l’analisi in SWMM. Usiamo il condizionale perché SWMM prevede
innumerevoli altri parametri, alcuni dei quali poco frequenti, per i
quali Fognature assegnerà valori di default.
Modellazione della rete [Hydraulics]
Nella abituale fase di dimensionamento/verifica di una fognatura la
rete viene tipicamente suddivisa in nodi e tratti. Ogni tratto, tra due
nodi, modella un collettore avente una certa lunghezza, un certo speco
ed una assegnata pendenza. I nodi individuano pertanto,
confluenze e/o cambiamenti di speco e/o di pendenza. L’obiettivo
primario che si prefigge il calcolo è quello di stimare la massima
portata che si avrà nella sezione finale del collettore. Il successivo
passo è quello di verificare la sufficienza dello speco adottato
(dimensionamento). E’ ovvio che nel caso di fognature soltanto nere il
primo obiettivo è immediato e resta solo il secondo utilizzando le
tipiche formule di resistenza. Nel caso invece di fognature bianche o
miste, la componente della portata dovuta alla pioggia è l’effettivo
parametro importante da stimare e deriva direttamente dal modello
afflussi-deflussi utilizzato. La verifica dello speco invece è un
problema condiviso.
Pozzetti
[JUNCTION]
In Fognatura non esistono i nodi ed i pozzetti sono opzionali. Ad
esempio tre collettori in serie avrebbero quattro nodi, ma la loro
presenza non è necessaria per la creazione del modello. I Pozzetti sono
disponibili, ma facoltativi in quanto non entrano nel calcolo dei
valori massimi delle portate di pioggia ed hanno soltanto una funzione
di modellazione della rete.
Se i pozzetti non sono presenti, la procedura genererà un apposito elemento junction per connettere gli elementi conduit, mentre ove sia disponibile un pozzetto, quest'ultimo diviene l'elemento junction.
E' ovvio che la presenza di pozzetti consente di poter valutare
l'innalzamento del pelo libero nel pozzetto stesso dopo l'esecuzione
della simulazione.
Il campo Tag viene riempito con un nome che consente di rintracciare univocamente il pozzetto all'interno del modello della fognatura.
Collettori
[CONDUIT]
In Fognatura ogni collettore di scarico corrisponde esattamento ad un
elemento conduit in SWMM. L'elemento è rappresentato da una polilinea
costituita da due o più vertici. Poichè in SWMM non sono presenti le tipologie
nell'elemento conduit verranno riempiti i valori della geometria
(shape, max.depth) e della scabrezza (roughness) presenti nella
tipologia associata al collettore.
Il campo Tag viene riempito con un nome che consente di rintracciare univocamente il collettore all'interno del modello della fognatura.
Scaricatori e deviatori
[DIVIDER/WEIRS]
Vasche di laminazione
[STORAGE]
Sollevamenti
[PUMP]
Altri elementi opzionali
Vi sono alcuni elementi di una rete idraulica che non ha senso
modellare nel caso di progetto e verifica, mentre possono essere utili
per una più fedele simulazione della rete. In questo paragrafo si
illustra in che modo EdilStudio consenta di tener presente tali
elementi nel caso si voglia procedere alla simulazione della rete.
OUTFALLS
ORIFICE/OUTLET
Modellazione diffusione inquinanti [Quality]
Durante una simulazione è possibile anche valutare il processo di diffusione degli inquinanti lungo gli elementi della rete.
Nella versione attuale i parametri relativi agli inquinanti devono essere immessi direttamente nell'ambiente SWMM.