Análisis de la agregación de las demandas reales en una red de abastecimiento de agua potable con telelectura horaria

Abstract

[ES] Hoy en día, los modelos matemáticos tienen una importancia cada vez más relevante en la gestión de los sistemas de distribución del agua urbana. Gracias a los modelos matemáticos podemos analizar el comportamiento hidráulico de las redes de abastecimiento y con ello hacer simulaciones y prevenir problemas difíciles de detectar sin ellos, permitiendo incluso encontrar mejoras para optimizar el funcionamiento de la red. En definitiva, los modelos permiten simular el comportamiento de la red para analizar su funcionamiento, detectar anomalías, proponer mejoras e incluso buscar alternativas de suministro ante averías o cierres de tuberías en servicio. En este proyecto se ha realizado primeramente un compendio de todo el proceso que conlleva la obtención del modelo matemático, comenzando por los fundamentos teóricos, los tipos de modelos existentes, así como sus aplicaciones, explicando cada una de las fases que conducen a obtener finalmente un modelo fiable de la red. Una vez explicado de forma genérica como se obtiene un modelo matemático, pasamos a centrarnos en el municipio objeto de estudio, describiendo la configuración hidráulica del abastecimiento. Esta población es el municipio de Rafelbuñol, ubicado en la provincia de Valencia, y que actualmente está siendo gestionado por la empresa Global Omnium-Aguas de Valencia S.A. Tras la descripción del municipio, se explican más detalladamente los pasos seguidos para generar el modelo hidráulico del mismo, desde la obtención de la topografía del terreno, pasando por captura de los elementos que configuran la red y la declaración de sus propiedades, la asignación de las demandas en los nudos junto con sus curvas de modulación, y la declaración de las leyes de control que regulan su comportamiento, hasta conseguir una red en Epanet que emule prácticamente el funcionamiento de la red real. La aportación más importante realizada en este trabajo es el análisis de las demandas y sus fluctuaciones horarias, gracias a disponer de datos de telelectura en el municipio elegido. En dicho análisis se ha considerado tanto la variabilidad espacial como la temporal de las demandas, así como la determinación de las curvas de modulación de la demanda en función del grado de agregación de los abonados, y su repercusión en los resultados proporcionados por el modelo, en contraste con las técnicas habituales empleadas para cargar el modelo. A tal fin se han creado tres modelos distintos: al primero se le asigna a cada nudo la curva de demanda del pueblo, al segundo se le asigna a cada nudo la curva de demanda del sector al que pertenece y al tercero se le asigna la curva de demanda de cada acometida gracias a la telelectura. Finalmente se han comparado los resultados. En último lugar, tras realizar un análisis completo de la red se proponen mejoras, en particular la inserción de una nueva válvula reductor de presión para las altas presiones que sufre la red en una zona, y la sustitución de un tramo de tubería próximo al punto de entrada principal del agua, donde se ha detectado una velocidad y caída de presión excesivas.

[CAT] Hui dia, els models matemàtics tenen una importància cada vegada més rellevant en la gestió dels sistemes de distribució de l'aigua urbana. Gràcies als models matemàtics podem analitzar el comportament hidràulic de les xarxes de proveïment i amb això fer simulacions i previndre problemes difícils de detectar sense ells, permetent fins i tot trobar millores per a optimitzar el funcionament de la xarxa. En definitiva, els models permeten simular el comportament de la xarxa per a analitzar el seu funcionament, detectar anomalies, proposar millores i fins i tot buscar alternatives de subministrament davant avaries o tancaments de canonades en servei. En aquest projecte s'ha realitzat primerament un compendi de tot el procés que comporta l'obtenció del model matemàtic, començant pels fonaments teòrics, els tipus de models existents, així com les seues aplicacions, explicant cadascuna de les fases que condueixen a obtindre finalment un model fiable de la xarxa. Una vegada explicat de manera genèrica com s'obté un model matemàtic, passem a centrar-nos en el municipi objecte d'estudi, descrivint la configuració hidràulica del proveïment. Aquesta població és el municipi de Rafelbunyol, situat a la província de València, i que actualment està sent gestionat per l'empresa Global *Omnium-Aigües de València S.A. Després de la descripció del municipi, s'expliquen més detalladament els passos seguits per a generar el model hidràulic d'aquest, des de l'obtenció de la topografia del terreny, passant per captura dels elements que configuren la xarxa i la declaració de les seues propietats, l'assignació de les demandes en els nusos juntament amb les seues corbes de modulació, i la declaració de les lleis de control que regulen el seu comportament, fins a aconseguir una xarxa en *Epanet que emule pràcticament el funcionament de la xarxa real. L'aportació més important realitzada en aquest treball és l'anàlisi de les demandes i les seues fluctuacions horàries, gràcies a disposar de dades de *telelectura en el municipi triat. En aquesta anàlisi s'ha considerat tant la variabilitat espacial com la temporal de les demandes, així com la determinació de les corbes de modulació de la demanda en funció del grau d'agregació dels abonats, i la seua repercussió en els resultats proporcionats pel model, en contrast amb les tècniques habituals empleades per a carregar el model. A tal fi s'han creat tres models diferents: al primer se li assigna a cada nus la corba de demanda del poble, al segon se li assigna a cada nus la corba de demanda del sector al qual pertany i al tercer se li assigna la corba de demanda de cada escomesa gràcies a la *telelectura. Finalment s'han comparat els resultats. En últim lloc, després de realitzar una anàlisi completa de la xarxa es proposen millores, en particular la inserció d'una nova vàlvula reductor de pressió per a les altes pressions que pateix la xarxa en una zona, i la substitució d'un tram de canonada pròxim al punt d'entrada principal de l'aigua, on s'ha detectat una velocitat i caiguda de pressió excessives.

[EN] Nowadays, mathematical models have an increasingly relevant importance in the management of urban water distribution systems. Thanks to mathematical models we can analyze the hydraulic behavior of supply networks and thereby perform simulations and prevent problems that are difficult to detect without them, even allowing us to find improvements to optimize network operation. In short, the models allow the behavior of the network to be simulated in order to analyze its operation, detect anomalies, propose improvements and even look for supply alternatives in the event of breakdowns or closures of pipes in service. In this project, a compendium of the entire process involved in obtaining the mathematical model has been carried out, beginning with the theoretical foundations, the types of existing models, as well as their applications, explaining each of the phases that lead to finally obtaining a mathematical model. reliable model of the network. Once we have explained in a generic way how a mathematical model is obtained, we turn to focus on the municipality under study, describing the hydraulic configuration of the supply. This population is the municipality of Rafelbuñol, located in the province of Valencia, and which is currently being managed by the company Global Omnium-Aguas de Valencia S.A. After the description of the municipality, the steps followed to generate its hydraulic model are explained in more detail, from obtaining the topography of the land, through capturing the elements that make up the network and declaring its properties, assigning the demands on the nodes together with their modulation curves, and the declaration of the control laws that regulate their behavior, until achieving a network in Epanet that practically emulates the operation of the real network. The most important contribution made in this work is the analysis of the demands and their hourly fluctuations, thanks to having remote reading data in the chosen municipality. In said analysis, both the spatial and temporal variability of the demands have been considered, as well as the determination of the modulation curves of the demand based on the degree of aggregation of the subscribers, and its repercussion on the results provided by the model, in contrast to the usual techniques used to load the model. To this end, three different models have been created: the first is assigned to each node the demand curve of the town, the second is assigned to each node the demand curve of the sector to which it belongs and the third is assigned the curve demand for each connection thanks to remote reading. Finally, the results were compared. Finally, after carrying out a complete analysis of the network, improvements are proposed, in particular the insertion of a new pressure reducing valve for the high pressures that the network suffers in one area, and the replacement of a section of pipe near the point main water inlet, where excessive velocity and pressure drop have been detected.