Digital Twin Operativo delle Infrastrutture Idriche

Cos’è un Digital Twin Idrico

Un Digital Twin (gemello digitale) è una replica virtuale dinamica di un sistema idrico reale che si aggiorna continuamente con dati operativi. A differenza di un modello statico, il Digital Twin vive e respira con l’infrastruttura che rappresenta.

Da Modello Statico a Gemello Digitale

Modello Tradizionale: Fotografia statica del sistema, aggiornata periodicamente, utilizzata per progettazione e pianificazione.

Digital Twin Operativo: Replica dinamica aggiornata in tempo reale, utilizzata per decisioni operative quotidiane, ottimizzazione e previsione.

La Piattaforma GetOpen

GetOpen implementa Digital Twin operativi basati sulla tecnologia Ribasim di Deltares, il software di riferimento mondiale per la simulazione gestionale dei bacini idrografici.

Ribasim: Simulazione Gestionale

Ribasim (River Basin Simulation Model) simula il comportamento di un intero bacino idrografico considerando:

• Risorse disponibili: Portate naturali, invasi, sorgenti, pozzi
• Domanda: Uso potabile, irriguo, industriale, ambientale, idroelettrico
• Infrastrutture: Dighe, canali, condotte, impianti trattamento
• Regole operative: Priorità allocazione, vincoli ambientali, accordi
• Scenari climatici: Siccità, piene, cambiamenti lungo termine

Integrazione con Delft-FEWS

Il Digital Twin è orchestrato da Delft-FEWS che garantisce:

• Acquisizione automatica dati real-time (SCADA, meteo, idrometrici)
• Esecuzione schedulata delle simulazioni Ribasim
• Aggiornamento continuo del gemello digitale
• Dashboard operative e allertamento

Ottimizzazione con RTC-Tools

RTC-Tools (Real-Time Control Tools) di Deltares aggiunge capacità di ottimizzazione in tempo reale:

• Gestione ottimale invasi (massimizzare utilità minimizzando rischi)
• Allocazione risorse tra usi concorrenti
• Scheduling pompaggi e rilasci
• Risposta automatica a eventi critici

Il Problema che Risolviamo

Gestione della Scarsità Idrica

In contesti di crescente scarsità (cambiamenti climatici, aumento domanda), la gestione dell’acqua diventa un problema di ottimizzazione multi-obiettivo:

• Come allocare risorse limitate tra potabile, irriguo, industriale, ambientale?
• Quando e quanto rilasciare dagli invasi?
• Come preparasi alla siccità con mesi di anticipo?
• Come bilanciare produzione idroelettrica e disponibilità potabile?

Complessità dei Sistemi Idrici

I sistemi idrici moderni sono reti interconnesse con centinaia di nodi decisionali:

• Multiple fonti di approvvigionamento
• Reti di adduzione e distribuzione ramificate
• Serbatoi e invasi con capacità limitate
• Impianti di trattamento con vincoli operativi
• Utenze con profili di domanda variabili

Necessità di Visione Integrata

Tradizionalmente, diversi aspetti della gestione idrica sono gestiti da silos organizzativi separati. Il Digital Twin offre una visione unificata che permette decisioni ottimali a livello di sistema.

Funzionalità Principali

1. Simulazione Scenari What-If

Domanda: Cosa succede se la prossima estate sarà particolarmente siccitosa?

Il Digital Twin permette di simulare scenari:

• Riduzione portate sorgenti del 30%
• Aumento domanda irrigua del 20%
• Guasto impianto trattamento principale
• Combinazione di eventi critici

Output: Piano operativo preparato in anticipo con azioni specifiche per ogni scenario.

2. Ottimizzazione Allocazione Risorse

Il sistema calcola l’allocazione ottimale delle risorse considerando:

• Priorità legali (uso potabile > irriguo > industriale)
• Vincoli ambientali (Deflusso Minimo Vitale)
• Capacità infrastrutturali (portata massima condotte, capacità trattamento)
• Costi energetici (pompaggi in fasce orarie convenienti)

3. Supporto Decisionale Real-Time

Dashboard operative che mostrano:

• Stato attuale del sistema (livelli invasi, portate, pressioni)
• Previsioni a breve termine (24-72 ore)
• Previsioni a medio termine (1-4 settimane)
• Indicatori di criticità e allerte automatiche

4. Pianificazione Infrastrutturale

Valutazione quantitativa di interventi proposti:

• Nuovi invasi o ampliamenti
• Interconnessioni tra sistemi
• Impianti di riuso acque reflue
• Dissalatori

Destinatari della soluzione

Autorità di Distretto Idrografico

Gestione integrata risorse a scala di bacino con simulazione allocazione multi-uso e supporto decisionale per periodi di siccità. Miglioramento coordinamento tra stakeholder.

Consorzi di Bonifica

Ottimizzazione gestione irrigua con previsione domanda per coltura e periodo, scheduling distribuzioni e monitoraggio efficienza distributiva.

Gestori del Servizio Idrico Integrato

Ottimizzazione operativa di tempo reale del binomio idrico-energetico degli impianti energivori come stazioni di sollevamento, impianti di trattamento delle acque chiare e nere, e della produzione di energia rinnovabile.

Concessionari Idroelettrici

Bilanciamento produzione energetica e vincoli ambientali/potabili con ottimizzazione rilasci e massimizzazione ricavi nel rispetto dei vincoli.

Caso Applicativo

Il Consorzio di Bonifica Emilia Centrale

Realizzazione di un Digital Twin delle infrastrutture idriche del bacino dell’Enza, che includono gli invasi esistenti e di progetto, il trasporto in alveo naturale, la rete di canali, le traverse di derivazione, i campi pozzi, gli impianti idroelettrici, i prelievi ad uso civile, industriale e irriguo. Il modello è stato calibrato sui dati storici 1961–2023. Il Digital Twin è stato utilizzato per la valutazione quantitativa dei costi-benefici di scenari di adattamento climatico (nuove dighe, impermeabilizzazione canali, traverse, nuovi pozzi, riuso acque depurate) sotto scenari IPCC RCP4.5 e RCP8.5 con orizzonte al 2069.

Conformità Normativa

• Direttiva 2000/60/CE: Piani di Gestione Distretto con bilancio domanda-offerta
• D.Lgs. 152/2006: Bilancio Idrico e Deflusso Minimo Vitale
• ARERA 637/2023: Macroindicatore M0 (Resilienza approvvigionamento)
• Regolamento UE 2020/741: Valutazione potenziale riuso acque reflue

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Tecnologia: Delft-FEWS, Ribasim, RTC-Tools, EPANET/wntr, PostgreSQL/PostGIS Settori: Autorità Distretto, Gestori SII, Consorzi Bonifica, Concessionari Idroelettrici Conformità: Direttiva 2000/60/CE, D.Lgs. 152/2006, ARERA 637/2023