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Closure to “Head Reconstruction Method to Balance Flux and Source Terms in Shallow Water Equations” by Enrico Creaco, Alberto Campisano, Alexander Khe, Carlo Modica, and Giovanni Russo
No full textOperation and Cost-Effectiveness of Local and Remote RTC
No full textThis paper analyses the cost-effectiveness of two different variants of real-time pressure control (RTC) of valves in water distribution networks (WDNs), namely, the local and remote RTC. The system considered for RTC application is made up of a WDN pressure zone fed through a single-control valve. Whereas both variants of RTC are based on dynamically adjusting the valve settings, the main difference lies in the source of the measurements used, that is, local measurements taken at the valve site and remote measurements from the critical node, respectively. The analysis was carried out considering RTC installation costs and operational costs associated with water production and expected pipe burst repairs, while taking as benchmark the no-control scenario. The two kinds of operational cost were evaluated through pressure-driven extended-period simulation with stochastic nodal demands and empirical modeling, respectively. The results pointed out that the local RTC is more cost-effective for small pressure zones. Resorting to remote RTC is justified only for larger systems
Embedding linear programming in multi objective genetic algorithms for reducing the size of the search space with application to leakage minimization in water distribution networks
No full textThis paper shows how embedding a local search algorithm, such as the iterated linear programming (LP), in the multi-objective genetic algorithms (MOGAs) can lead to a reduction in the search space and then to the improvement of the computational efficiency of the MOGAs. In fact, when the optimization problem features both continuous real variables and discrete integer variables, the search space can be subdivided into two sub-spaces, related to the two kinds of variables respectively. The problem can then be structured in such a way that MOGAs can be used for the search within the sub-space of the discrete integer variables. For each solution proposed by the MOGAs, the iterated LP can be used for the search within the sub-space of the continuous real variables. An example of this hybrid algorithm is provided herein as far as water distribution networks are concerned. In particular, the problem of the optimal location of control valves for leakage attenuation is considered. In this framework, the MOGA NSGAII is used to search for the optimal valve locations and for the identification of the isolation valves which have to be closed in the network in order to improve the effectiveness of the control valves whereas the iterated linear programming is used to search for the optimal settings of the control valves. The application to two case studies clearly proves the reduction in the MOGA search space size to render the hybrid algorithm more efficient than the MOGA without iterated linear programming embedded
A new algorithm for real-time pressure control in water distribution networks
No full textThis paper presents a new logic algorithm for real-time control of regulation valves in water distribution networks. This method entails identifying in real time the appropriate closure setting of regulation valves in order to reach and keep the desired piezometric height at the control node(s), by making use of measurements concerning both the piezometric height at the control node(s) and the water discharge in the pipes fitted with regulation valves. In the numerical application herein described this control algorithm is implemented within a hydraulic simulation model and is tested in the case study of a real distribution network, in which there is only one control valve, installed in the pipe linking the serving tank to the network. Results showed excellent performance in terms of pressure regulation (with very small deviations from the desired set-point value) and leakage reduction under various operation conditions
Analisi economica del controllo della pressione per la riduzione di perdite e rotture nelle reti di distribuzione idrica
No full textUna procedura di progetto delle reti idriche basata sui costi di investimento e manutenzione e sull’affidabilità
No full textIn questa memoria viene presentata una semplice procedura per la progettazione ottimale delle reti idriche. Essa è basata sulla minimizzazione dei costi di investimento e manutenzione e sulla valutazione a posteriori dell’affidabilità della rete a fronte di diversi scenari di funzionamento. Con riferimento ai costi, la procedura si poggia su di una consolidata modellistica delle rotture per valutare e attualizzare i costi di manutenzione relativi a ogni diametro considerato. Il costo unitario complessivo del generico diametro è infatti ottenuto sommando il costo di acquisto e installazione con quello relativo alla manutenzione opportunamente attualizzato. Con riferimento all’affidabilità, viene mostrato come l’applicazione ripetuta della progettazione a minimo costo complessivo (investimento più manutenzione) vincolata al rispetto di un valore crescente del carico di pressione minimo nel generico nodo, superiore a quello strettamente necessario per soddisfare la domanda di punta a tubazione ormai vecchie, consenta di creare una relazione fra costi minimi e affidabilità, quest’ultima valutata tramite indici di surplus e prestazione. L’analisi e il confronto fra le diverse soluzioni in termini di costi e affidabilità permette di
scegliere con maggiore consapevolezza quella più opportuna
Comparison of newton-raphson global and loop algorithms for water distribution network resolution
No full textThis paper presents the comparison of two algorithms for water distribution network resolution in terms of computational efficiency: the Newton-Raphson Global (NR-GA) and the Newton-Raphson Loop Flows (NR-LF). Both algorithms use the hydraulic equations linearized by the Newton-Raphson method; however, whereas NR-GA solves the equations projected onto network nodes and pipes, the NR-LF solves the equations projected onto network loops and then requires the loop matrix to be determined prior to its application. In particular, the computational efficiency of the latter algorithm turns out to be maximized when reference to the sparsest possible loop matrix is made. In a bid to apply efficiently the NR-LF to high complexity case studies, a new automatic procedure for the identification of the basis of minimum loops from the topological viewpoint (i.e.,of the basis of independent loops made up of the lowest number of pipes) is presented. The comparison between the NR-GA and NR-LF points out the slight superiority of the latter, which offers shorter computation times above all for case studies of low-intermediate topological complexity. However, an increase in network topology complexity affects the performance of the NR-LF more than that of the NR-GA, thus leading to an almost identical performance in case studies of very complex topology
Exploring Numerically the Benefits of Water Discharge Prediction for the Remote RTC of WDNs
Full text linkThis paper explores numerically the benefits of water discharge prediction in the real time control (RTC) of water distribution networks (WDNs). An algorithm aimed at controlling the settings of control valves and variable speed pumps, as a function of pressure head signals from remote
nodes in the network, is used. Two variants of the algorithm are considered, based on the measured water discharge in the device at the current time and on the prediction of this variable at the new time, respectively. As a result of the prediction, carried out using a polynomial with coefficients
determined through linear regression, the RTC algorithm attempts to correct the expected deviation of the controlled pressure head from the set point, rather than the currently measured deviation. The applications concerned the numerical simulation of RTC in a WDN, in which the nodal demands are reconstructed stochastically through the bottom-up approach. The results prove that RTC benefits from the implementation of the prediction, in terms of the closeness of the controlled variable to the set point and of total variations of the device setting. The benefits are more evident when the water discharge features contained random fluctuations and large hourly variations
Nuova metodologia multiobiettivo per il progetto di reti di distribuzione idrica resilienti
No full textQuesta memoria presenta una metodologia per il progetto multi-obiettivo delle reti di distribuzione idrica, volto alla minimizzazione dei costi e alla massimizzazione della resilienza. Tale metodologia si basa su di un algoritmo specificamente sviluppato per il progetto di reti reali, composte da un numero elevato di nodi e di tronchi. Le elaborazioni numeriche considerano inizialmente una semplice rete per meglio evidenziare i diversi aspetti della metodologia proposta. Successivamente l’algoritmo viene applicato ad un caso studio assai complesso, costituito da una rete reale. L’analisi dei risultati e il confronto con una metodologia di letteratura mostrano i vantaggi derivanti dall’adozione della nuova metodologia che è in grado di fornire, con tempi di calcolo ridotti, soluzioni vantaggiose in termini di compromesso tra costi e resilienza anche nel caso di reti reali dotate di un numero elevato di nodi e di tronchi
Gestione sostenibile dei deflussi urbani
No full textNegli ultimi decenni l’elevata intensità degli eventi meteorici e i processi di urbanizzazione hanno determinato l’aumento del deflusso superficiale in ambito urbano nel corso degli eventi di pioggia, con un notevole incremento delle portate, dei volumi idrici
e degli inquinanti da smaltire attraverso le reti fognarie e da riversare nei corpi idrici ricettori.
Da un punto di vista generale, per il controllo quantitativo e qualitativo delle crescenti portate meteoriche, possono essere utilizzate due diverse tipologie di rimedi: strutturali e non strutturali. Nella presente memoria vengono inizialmente descritti alcuni rimedi strutturali, facendo particolare riferimento alle tecniche di “Best Management Practices”, che utilizzano un approccio di tipo sostenibile basato principalmente sull’aumento
della capacità di invaso e di infiltrazione delle superfici del bacino e che sono utilmente da integrare e, ove possibile da sostituire, agli interventi di adeguamento delle vecchie reti di drenaggio urbano e alla realizzazione di nuove reti. Si fa successivamente
cenno ai rimedi non strutturali che sono rimedi non fisici, generalmente miranti all’abbattimento delle vulnerabilità del territorio, ovvero alla riduzione dell’esposizione dello stesso al rischio di danni conseguenti a eventi calamitosi. Nell’ultima parte della presente memoria viene presentata una metodologia per il dimensionamento delle trincee di infiltrazione
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