La Simulazione (versione 3.5)

La importazione/esportazione del modello Rete di bonifica con SWMM necessita di alcuni approfondimenti e chiarimenti sulle differenze tra i due strumenti.
Reti di bonifica 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 Reti di bonifica 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 Reti di bonifica non possiede per i suoi scopi e pertanto dovranno essere integrate per poter generare un file INP già pronto per la simulazione. Reti di bonifica, 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 Reti di bonifica, si dovrà utilizzare il modulo di integrazione con SWMM. In tal caso Reti di bonifica 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 Reti di bonifica 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 Reti di bonifica 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 Reti di bonifica, 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 di bonifica esistenti.

Si ricorda, infine, che Reti di bonifica, 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 della rete.

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 Reti di bonifica 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 Reti di bonifica 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 di bonifica 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 canale, 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 Reti di bonifica 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 canali. 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 Reti di bonifica 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 Reti di bonifica soltanto nere il primo obiettivo è immediato e resta solo il secondo utilizzando le tipiche formule di resistenza. Nel caso invece di Reti di bonifica 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.

[JUNCTION]
In Reti di bonifica non esistono i nodi. Ad esempio tre canali in serie (costituiti da linee, non da polilinee) avrebbero quattro nodi, ma la loro presenza non è necessaria per la creazione del modello.
La procedura genererà un apposito elemento junction per connettere gli elementi conduit.


Canali
[CONDUIT]
In Rete di bonifica ogni canale 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 Rete di bonifica.

Scaricatori e deviatori
[DIVIDER/WEIRS]


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.

Il pannello rappresenta il punto di partenza per eseguire una simulazione della rete.
La simulazione viene eseguita interfacciandosi con la procedura SWMM della EPA.

E' possibile limitarsi ad una semplice esportazione della rete, oppure eseguire SWMM in modo integrato recuperando i risultati della simulazione e visualizzandoli all'interno del programma Reti di bonifica.

Se lo si preferisce, è possibile limitarsi ad esportare il modello geometrico in un file .inp e successivamente in SWMM importare il file .inp ed integrare tutti i dati necessari prima di effettuare la simulazione.

Nel caso della simulazione integrata, invece, è necessario integrare e controllare bene tutti i parametri ausiliari necessari a SWMM altrimenti la procedura dell'EPA darà errori durante l'esecuzione.

Le proprietà della simulazione.

I comandi della simulazione.