Efficent sensor placement for new rupture localization in the E-NET benchmark network

Over the last decades, numerous algorithms and methodologies have been developed to improve the management of water distribution networks (WDNs). However, the quantitative effectiveness of most of these approaches has been assessed primarily through numerical benchmark models. To overcome this limitation, a scaled physical WDN (E NET) is currently being developed at the Hydraulic Laboratory of Politecnico di Milano. This thesis applies a new rupture localization method based on pressure sensitivity analysis to a widely used benchmark network introduced by Araujo and to its scaled physical counterpart (length scale 1:44), the E-NET. The transferability of the results between the two networks is evaluated to assess the reliability of E-NET as an experimental testing platform. Additionally, a search space reduction (SSR) criterion based on the distance of adjacent nodes is proposed to further optimize the sensor placement problem, whose combinatorial nature entails high computational costs even for relatively small networks. Results support the use of E-NET as a reliable experimental benchmark, and the SSR criterion introduced provides consistent results while significantly reducing the computational burden. This work thus represents a remarkable step towards the application of active monitoring strategies for new rupture localization to real networks.

Negli ultimi decenni sono stati sviluppati numerosi algoritmi e metodologie per migliorare la gestione delle reti di distribuzione idrica. Tuttavia, l’efficacia quantitativa della maggior parte di questi metodi è stata verificata principalmente tramite modelli numerici di letteratura. Per superare tale limitazione, è attualmente in fase di sviluppo presso il Laboratorio di Idraulica del Politecnico di Milano una rete di distribuzione idrica fisica in scala ridotta (E-NET). In questo lavoro si applica un metodo basato sull’analisi della sensibilità di pressione su un noto caso di studio ampiamente utilizzato in letteratura, introdotto da Araujo, e su una sua versione scalata (rapporto di scala delle lunghezze 1:44), la rete E-NET. Si valuta la trasferibilità dei risultati tra le due reti, al fine di verificare l’affidabilità della rete E-NET come piattaforma di prova sperimentale. Inoltre, si propone un criterio per la riduzione dello spazio di ricerca basato sul concetto di prossimità di nodi adiacenti, per ottimizzare ulteriormente il problema del posizionamento dei sensori, la cui natura combinatoria comporta gravosi costi computazionali anche per reti di piccole dimensioni. I risultati ottenuti confermano la rete E-NET come un valido strumento per la validazione di metodi numerici e rimangono consistenti anche in seguito all’applicazione del criterio. Questo studio rappresenta quindi un passo notevole verso l’applicazione a reti reali di strategie di monitoraggio attivo per la localizzazione di nuove perdite.