Giovanni de Marinis

Battle of the Water Networks II

The Battle of the Water Networks II (BWN-II) is the latest of a series of competitions related to the design and operation of water distribution systems (WDSs) undertaken within the Water Distribution Systems Analysis (WDSA) Symposium series. The BWN-II problem specification involved a broadly defined design and operation problem for an existing network that has to be upgraded for increased future demands, and the addition of a new development area. The design decisions involved addition of new and parallel pipes, storage, operational controls for pumps and valves, and sizing of backup power supply. Design criteria involved hydraulic, water quality, reliability, and environmental performance measures. Fourteen teams participated in the Battle and presented their results at the 14th Water Distribution Systems Analysis conference in Adelaide, Australia, September 2012. This paper summarizes the approaches used by the participants and the results they obtained. Given the complexity of the BWN-II problem and the innovative methods required to deal with the multiobjective, high dimensional and computationally demanding nature of the problem, this paper represents a snap-shot of state of the art methods for the design and operation of water distribution systems. A general finding of this paper is that there is benefit in using a combination of heuristic engineering experience and sophisticated optimization algorithms when tackling complex real-world water distribution system design problems

Hydraulic Transients in Viscoelastic Branched Pipelines

AbstractPlastic pipes are widely used in pressurized water systems. Their viscoelastic behavior has to be taken into account in the design phase as well as in the interpretation of water-hammer signals for diagnostic purposes. The aim of the present paper is to experimentally investigate the transient waves’ transmission and reflection in branched networks of high density polyethylene (HDPE) pipes and to test the efficacy of a viscoelastic model for the interpretation of the results. Two laboratory Y-shaped systems were built in the Water Engineering Lab of the University of Cassino and Southern Lazio (Italy) and a set of water-hammer tests was conducted on them. A significant variation of transmission and reflection coefficients at the pipe junction is observed in comparison with the values suggested in classical textbooks. The strong agreement between the experimental pressure values and those obtained using the viscoelastic model suggests that the differences from the classical theory are due to the vi...

Air-water flows in circular drop manholes

Drop manholes, a typical element of urban drainage networks in steep catchments and in reaches of supercritical flow, enhance air entrainment and entrapment. The air flow across drop shafts can be remarkably high. This paper discusses the air transport phenomena and the effects of ventilation absence in drop manholes. Based on an extensive experimental study, air entrainment mechanisms have been accurately described and air demand has been evaluated in different flow regimes. In addition, the effects of ventilation absence on the hydraulics of circular drop manholes, with emphasis on sub-atmospheric pressure onset and pool depth raising, have been investigated. The effects of a possible air flow recirculation have also been evaluated. Issues regarding any scale effects have been discussed. The influence of the main hydraulic and geometric parameters on drop manhole performance was contemplated to provide improved design concepts for sewer systems.

Flow-improving elements in circular drop manholes

ABSTRACT Drop manholes are widely employed in urban drainage systems. They experience operating conditions in which insufficient energy dissipation leads to hydraulic problems that are enhanced by particular configurations of the manhole bottom. Therefore, specific jet-breaker devices were considered to improve the flow conditions. Two different types of jet-breakers have been tested in the present work: plane jet-breaker (PJB) and wedge jet-breaker (WJB). Both have proved to be effective in inducing adequate energy loss, if properly sized, and to improve the overall drop manhole performance. The selection of a jet-breaker element should account for additional features of the drop manhole hydraulics, including the pool depth, the air entrainment phenomena, as well as further practical aspects including cost-effectiveness, simplicity of realization and clogging risk. This study provides the hydraulic basis for the design of the jet-breakers, particularly of the PJB, which has an overall optimum performance, as laboratory experiments have shown.

A stochastic approach for the water demand of residential end users

Reliable hydraulic modeling of water distribution networks requires a deep knowledge of water demand. In the past few years, technical literature has been enriched with many contributions aimed at realistically representing the residential water demand of end users. The proposed models generally represent water demand through rectangular pulses, describing demand as the sum of the requests from single domestic appliances. This paper proposes a new stochastic model - Overall Pulse (OP) - which allows the generation of the overall domestic demand as displayed at the house water meter. The proposed model allows the taking into account of the randomness of the arrivals rate and the demand persistence phenomenon. The effectiveness of the proposed model has been tested, comparing the generated data series with those measured for residences with different lifestyles. The generation of the synthetic data series has been made by means of the OP model with the Monte Carlo method.

Novel Approach for Side Weirs in Supercritical Flow

AbstractSide weirs are hydraulic structures widely used in practice and extensively studied in the technical literature. The flow along a side weir is a classic example of spatially varied flow, the study of which is generally performed by means of a momentum or energy approach. The momentum approach is usually more accurate but requires the experimental estimation of correction coefficients leading to a formulation that is difficult to apply to a practical design. The energy approach, instead, is not as accurate when the flow depths on the side weir are significantly higher than the same weir crest. A novel, simplified theoretical model for the study of single side weir in a circular pipe, operating in supercritical flow, is proposed. The model originates from an experimental analysis of the flow power variation along the side weir. The proposed model has shown good performance in free surface representation and is capable of estimating the lateral outflow with good accuracy. The suggested formulation is...

Illicit intrusion characterization in sewer systems

Abstract A very important aspect in sewer systems management is represented by the detection of illicit intrusions, which recently supported the development of online sensors for wastewater quality monitoring. The present paper proposes a new methodology for characterizing an illicit intrusion in a sanitary or combined sewer system, using on-line pollutant concentration measurements. The source identification is formulated as an optimization problem, solved combining the hydraulic and quality simulation tool storm water management model (SWMM) with the GALib code. The methodology, which includes a pre-screening procedure useful for complex and large systems, is applied to a literature scheme and a real test-case, showing promising results. An uncertainty analysis is also performed for checking its robustness with respect to inflow uncertainty and in the presence of measurement errors.

Water Infrastructure Protection Against Intentional Attacks: The Experience of Two European Research Projects

In the last years many interesting studies were devoted to the development of technologies and methodologies for the protection of water supply systems against intentional attacks. However, the application to real systems is still limited for different economical and technical reasons. The Water Engineering Lab (L.I.A.) of the University of Cassino (Italy) was involved in two research projects financed by the European Commission in the framework of the European Programme for Critical Infrastructure Protection (E.P.C.I.P.). Both projects, developed in partnership with a large Italian water company, have the common objective of providing guidelines for enhancing security in water supply systems with respect to the intentional contamination risk. The final product is represented by the arrangement of a general procedure for protection systems design of water networks. In particular, the procedure is described through the application to two real water systems, characterized by different size and behavior.

Experiments and numerical modeling of dam-break dry granular flows.

PIETRO; Passadore, Giulia; Garbin, Silvia; B., Matticchio; F., Visentin; I., Brunet; R., Lago; F., Facco; Botter, Gianluca; Carniello, Luca. ELETTRONICO. (2016), pp. 1119-1122. ((Intervento presentato al convegno Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche tenutosi a Bologna nel Settembre 2016. Original Citation: Un sistema modellistico integrato per la previsione in tempo reale delle piene del Muson dei Sassi (Pd)La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Universita di Bologna, si e svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale e tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessita delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre piu profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunita tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si e posta come punto d’incontro della comunita tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si e svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi piu caratteristici e belli della citta ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attivita di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Universita di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-societa: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa piu sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastita e la diversita delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessita delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunita Scientifica Italiana e dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoche uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilita di stesura in inglese e stata concessa con l’auspicio di portare la visibilita del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale e dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume.

Una caratterizzazione sperimentale del campo di moto lungo una soglia sfiorante mediante la tecnica PIV

PIETRO; Passadore, Giulia; Garbin, Silvia; B., Matticchio; F., Visentin; I., Brunet; R., Lago; F., Facco; Botter, Gianluca; Carniello, Luca. ELETTRONICO. (2016), pp. 1119-1122. ((Intervento presentato al convegno Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche tenutosi a Bologna nel Settembre 2016. Original Citation: Un sistema modellistico integrato per la previsione in tempo reale delle piene del Muson dei Sassi (Pd)La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Universita di Bologna, si e svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale e tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessita delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre piu profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunita tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si e posta come punto d’incontro della comunita tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si e svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi piu caratteristici e belli della citta ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attivita di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Universita di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-societa: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa piu sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastita e la diversita delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessita delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunita Scientifica Italiana e dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoche uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilita di stesura in inglese e stata concessa con l’auspicio di portare la visibilita del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale e dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume.