Modelado hidráulico y calibrado de la Red de Abastecimiento de agua potable de la Comarca de Pamplona

Abstract

[ES] La Red de Abastecimiento de la Comarca de Pamplona abastece a 360.142 usuarios y tiene una producción anual de 30.087.916 m3. La red se abastece de 3 fuentes de suministro situadas estratégicamente en el perímetro de la propia Comarca y a una cota superior a la misma, por lo que la mayoría del suministro se realiza por gravedad, habiendo algunas estaciones de bombeo para suministrar algunos puntos a cotas superiores.

La Red se controla desde el telemando situado en Pamplona y es ahí donde se realizan las maniobras principales en la red y se toman las decisiones de actuación. La red está dotada de caudalímetros, medidores de presión, medidores de cloro, niveles de depósitos y válvulas que mandan señales instantaneas al SCADA del telemando.

A pesar de ser una Red con tecnología suficiente, carece de un modelo hidráulico calibrado en el cual se puedan simular diferentes escenarios para optimizar su explotación, mejorar la planificación y poder anteponerse a diferentes situaciones.

El objeto de este trabajo es construir y calibrar dicho modelo en regimen cuasi-estático (de 24 horas, intervalo de tiempo de 1 hora) usando como soporte el software epanet y la herramienta de toolkit. Para ello, se parte del modelo GIS en el que se encuentra la totalidad de la red con los detalles de la misma.

Debido a la gran extensión de la red, el primer paso es la simplificación de la misma, con el objetivo de conocer la red y simplificar la calibración. La simplificación se hará de manera que se respetan las proiedades hidráulicas sin alterar los resultados y se representen los puntos más importantes de la red. La representación de la red se hará en forma de sinoptico alterando la escala real representando los nudos importantes de la red y acortando los kilómetros de tuberías irrelevantes. Además los operarios del telemando interpretarán la red mejor de esta manera.

Una vez construido correctamente el modelo, se añadirán las curvas de las bombas, y toda la lógica de arranque, paro y regulación de bombas y válvulas motorizadas, válvulas altimetétricas y de corte.

La calibración se hará de la siguiente manera: El primer paso será ajustar las valvulas de regulación de la red de las cuales se desconoce el grado de apertura. Al mismo tiempo, se iran corrigiendo los errores que hayan surgido durante la simplificación de la red y la interpretación de la misma. Una vez que los resultados empiezan a tener cierta concordancia con los obseravados, se añadiran las fugas dependientes de la presión en el modelo haciendo uso de los históricos del ANR. A la vez que se ajustan las presiones de la red se ajustarán los coeficientes emisores variandolos ligeramente por sectores con el fin de calibrar el caudal fugado. Por último, se ajustarán manualmente las rugosidades y los coeficientes de pérdidas de las tuberías para una mayor afinación de las presiones y los caudales de la red.

El objetivo de la calibración es intentar bajar del 10% de error en los caudale del modelo y niveles de los depósitos respecto a los de la realidad, y bajar del 5% en presiones. Para ello, se hará la comprobación con los datos históricos de 51 puntos de la red donde se han tomado mediciones instantaneas durante varios años.

[CA] La Xarxa de Proveïment de la Comarca de Pamplona proveeix a 360.142 usuaris i té una producció anual de 30.087.916 m³. La xarxa es proveeix de 3 fonts de subministrament situades estratègicament en el perímetre de la pròpia Comarca i a una cota superior a aquesta, per la qual cosa gran part del subministrament es realitza per gravetat. La Xarxa es controla des del telecomandament situat a Pamplona, i és ací on es realitzen les maniobres principals i es prenen les decisions d'actuació. La xarxa està dotada de cabalímetres, mesuradors de pressió, mesuradors de clor, nivells de depòsits i vàlvules que manen senyals instantanis al SCADA del telecomandament. Malgrat ser una Xarxa amb tecnologia suficient, manca d'un model hidràulic calibrat, en el qual es puguen simular diferents escenaris per a optimitzar la seua explotació, poder anteposar-se a diferents situacions i prendre les decisions adequades. L'objecte d'aquest treball és construir i calibrar aquest model en règim quasi-estàtic (de 24 hores, interval de temps de 0.05 hores) usant el programari Epanet i l'eina de Toolkit. Per a això, es parteix del model de GIS en el qual es troba la totalitat de la xarxa amb els detalls d'aquesta. A causa de la gran extensió de la xarxa, ha sigut necessària la esqueletización d'aquesta, amb l'objectiu de simplificar el calibratge. La esqueletización s'ha realitzat respectant les propietats hidràuliques de la xarxa perquè els resultats del model no es vegen alterats. Una vegada construït correctament el model, s'ha fet la càrrega hidràulica del model i s'ha afegit tota la lògica de la xarxa per a procedir al calibratge. El calibratge consisteix a modificar les variables del model amb la finalitat que els valors calculat coincidisquen amb la major exactitud possible amb els valors observats. Les variables que s'han modificat han sigut, les vàlvules de regulació, els coeficients emissors de fugides i el coeficient de pèrdua de càrrega de les canonades. Primer s'han ajustat les vàlvules de regulació de la xarxa de les quals es desconeix el grau d'obertura. Al mateix temps, s'han anat corregint els errors de modelatge que han sorgit durant la simplificació de la xarxa i la interpretació d'aquesta. Una vegada que els resultats comencen a tindre certa concordança amb els observats, s'han afegit les fugides dependents de la pressió en el model, fent ús dels històrics del ANR. Alhora que s'han anat ajustant les pressions de la xarxa s'han ajustat els coeficients emissors variant-los lleugerament per sectors, amb la finalitat de calibrar el cabal escapolit. Finalment, s'han ajustat els coeficients de pèrdues de càrrega de les canonades per a una major afinació de les pressions i els cabals de la xarxa. L'objectiu establit per al calibratge ha sigut baixar l'error mitjà del model del 10% en cabals i del 5% en nivells dels depòsits i pressions. Per a això, s'ha fet la comprovació amb les dades històriques de 53 punts de la xarxa on s'han pres mesuraments instantanis durant els últims 10 anys.

[EN] The Supply Network of the Region of Pamplona supplies 360,142 users and has an annual production of 30,087,916 m3. The network is supplied by 3 supply sources strategically located on the perimeter of the Region itself and at a higher level than the same, so much of the supply is carried out by gravity. The Network is controlled from the remote control located in Pamplona, and it is there that the main maneuvers are carried out and action decisions are made. The network is equipped with flow meters, pressure meters, chlorine meters, tank levels and valves that send instantaneous signals to the remote control SCADA. Despite being a Network with sufficient technology, it lacks a calibrated hydraulic model, in which different scenarios can be simulated to optimize its exploitation, to be able to pre-empt different situations and make the appropriate decisions. The objective of this work is to build and calibrate this model in quasi-static regime (24 hours, time interval 0:05 hours) using the Epanet software and the Toolkit tool. For this, it is based on the GIS model in which the entire network is found with its details. Due to the large extension of the network, it has been necessary to skeletonize it, in order to simplify the calibration. The skeletonization has been done respecting the hydraulic properties of the network so that the model results are not altered. Once the model has been correctly built, the model has been hydraulically loaded and all the network logic has been added to proceed with the calibration. Calibration consists of modifying the variables of the model so that the calculated values coincide as accurately as possible with the observed values. The variables that have been modified have been, the regulation valves, the leakage emission coefficients and the pressure loss coefficient of the pipes. First, the network regulation valves have been adjusted, of which the degree of opening is unknown. At the same time, the modeling errors that have arisen during the simplification of the network and its interpretation have been corrected. Once the results begin to have some agreement with those observed, pressuredependent leaks have been added to the model, making use of the historical ANR. While the network pressures have been adjusted, the emission coefficients have been adjusted, varying them slightly by sector, in order to calibrate the leakage flow. Finally, the pressure drop coefficients of the pipes have been adjusted to further fine-tune the network pressures and flow rates. The objective established for the calibration has been to lower the average error of the model of 10% in flow rates and 5% in levels of deposits and pressures. For this, the check has been made with the historical data of 53 points of the network where instantaneous measurements have been taken during the last 10