Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà aver acquisito le conoscenze di base relative all’idrologia delle piene, propedeutica agli insegnamenti più applicativi che incontrerà se proseguirà nel corso di laurea magistrale in Ingegneria Civile o Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio.
Competenze:
Al termine del percorso di studio lo studente sarà in grado di elaborare statisticamente le piogge e le portate di piena, di analizzare un bacino idrografico con applicativi GIS, di applicare modelli di formazione delle piene e di tracciare profili di moto permanente nei corsi d’acqua. In definitiva lo studente sarà in grado di elaborare una relazione idrologica, propedeutica alla stesura di progetti di sistemazione idraulica e di pianificazione territoriale.
Autonomia di giudizio:
Al termine della preparazione lo studente sarà in grado di interpretare autonomamente dati idrologici e di valutare criticamente relazioni idrologiche altrui.
Capacità comunicative:
Al superamento dell’esame orale lo studente avrà maturato una sufficiente proprietà di linguaggio riguardante la terminologia tecnica specifica dell’insegnamento e dovrà essere in grado di presentare in maniera chiara ed efficace i risultati di elaborazioni mediante l’utilizzo di grafici, tabelle e testi.
Prerequisiti
Si considerano acquisiti alcuni argomenti sviluppati negli insegnamenti di analisi matematica e di Idraulica, che si consiglia quindi di aver studiato in precedenza.
E’ utile avere una conoscenza di base del software Excel.
Contenuti dell'insegnamento
L'insegnamento intende fornire le conoscenze di base necessarie per comprendere il ciclo dell'acqua e affrontare i problemi idrologici che più comunemente si presentano nell'ingegneria. Particolare attenzione verrà data al monitoraggio ed elaborazione delle grandezze idrologiche, all'analisi delle piene fluviali e dei processi idrologici e alla stima delle portate di piena utili alla progettazione delle opere di difesa idraulica del territorio.
L’insegnamento richiede parte delle conoscenze acquisite nell'insegnamento di Idraulica e si pone come utile base per quelli di Infrastrutture Idrauliche, Sistemazione dei Bacini Idrografici, Protezione Idraulica del Territorio, Idrologia Sotterranea ed Impianti Idraulici.
Argomenti teorici:
1. Idrologia statistica
2. Pluviometria
3. Caratteristiche del bacino idrografico
4. Idrometria
5. Processi idrologici
6. Piene fluviali
7. Metodologie statistiche e tecniche di regionalizzazione per la stima delle piene fluviali
8. Moto uniforme e permanente a superficie libera
Esercitazioni
Svolte in aula informatica con l’ausilio di alcuni software (Excel, Matlab, QGIS).
Programma esteso
Argomenti teorici:
1. Idrologia statistica. Interpretazione delle variabili idrologiche come variabili casuali; rappresentazione delle serie empiriche; misure di tendenza centrale e di dispersione dei campioni di variabili aleatorie. Distribuzioni di probabilità dei valori estremi; Stima dei parametri: metodi dei momenti e dei minimi quadrati; rappresentazione dei campioni di osservazioni sperimentali su carte probabilistiche. Tempo di ritorno.
2. Pluviometria. Pluviometri, pluviografi; informazioni contenute negli Annali Idrologici, parte I; scale temporali di interesse ai fini progettuali; regimi pluviometrici italiani; metodi di stima spaziale delle precipitazioni; elaborazione statistica dei dati pluviometrici: curve di possibilità pluviometrica; coefficienti di riduzione all'area.
3. Caratteristiche del bacino idrografico. Curva ipsografica, pendenza dei versanti, fattori di forma, leggi di Horton-Strahler.
4. Idrometria. Metodi di misura dei livelli idrometrici e della velocità: idrometri, mulinelli; metodi di calcolo della portata; scale di deflusso; informazioni contenute negli Annali Idrologici, parte II; curve di durata delle portate; regimi idrologici italiani.
5. Processi idrologici. Volume di controllo; processi idrologici: intercezione, evapotraspirazione, infiltrazione, scorrimento superficiale. Equazione di bilancio idrologico.
6. Piene fluviali. Caratteristiche e cause; analisi dell'idrogramma di piena e metodi di separazione delle componenti superficiale e sotterranea; modellazione matematica della trasformazione afflussi-deflussi: modelli di piena e modelli completi; modelli lineari: ipotesi e limiti, integrale di convoluzione, teoria dell'Idrogramma Unitario Istantaneo (IUH); IUH di più modelli in serie o parallelo; modelli concettuali: ipotesi ed equazioni costitutive, IUH per i modelli dell'invaso, di corrivazione, di Nash; metodologie di stima dei parametri dei modelli concettuali: metodo dei momenti e dei minimi quadrati.
7. Metodologie statistiche e tecniche di regionalizzazione per la stima delle piene fluviali. Analisi statistiche dirette; metodo della portata indice; metodologie indirette basate su modelli afflussi-deflussi; durata critica; formule empiriche.
8. Moto uniforme e permanente a superficie libera. Formula di Chezy; energia specifica; coefficienti di scabrezza; alvei a debole e a forte pendenza; correnti lente e veloci; spinta totale; risalto idraulico e sua localizzazione; tracciamento e calcolo dei profili in alvei prismatici e naturali; brusche variazioni di sezione: passaggi sotto paratoie, attraverso strettoie e su soglie.
Esercitazioni:
1. Elaborazione delle curve di possibilità pluviometrica, con metodo diretto e vincolato.
2. Individuazione delle caratteristiche morfologiche di un bacino idrografico tramite un applicativo GIS.
3. Costruzione del solido di pioggia. Separazione dell’idrogramma di piena nelle sue componenti superficiale e profonda. Individuazione della pioggia netta.
4. Determinazione dei coefficienti di ragguaglio all’area per un bacino idrografico.
5. Taratura di un modello di trasformazione afflussi-deflussi a due parametri mediante il metodo dei momenti ed il metodo dei minimi quadrati. Ricostruzione di un’onda di piena mediante discretizzazione dell’integrale di convoluzione.
6. Elaborazioni statistiche delle portate al colmo massime annue e/o delle portate medie giornaliere massime annue. Interpretazione mediante distribuzioni di probabilità.
7. Tracciamento qualitativo e quantitativo di un profilo di moto permanente in alveo prismatico con il metodo diretto in presenza di passaggi di corrente da lenta a veloce e viceversa, con individuazione dei risalti idraulici.
Bibliografia
Principale:
Slides proiettati durante le lezioni, testi e dati per lo svolgimento delle esercitazioni (disponibili su piattaforma web learning di ateneo: http://elly2024.dia.unipr.it)
Di approfondimento:
Maione U., “Le piene fluviali”, La Goliardica Pavese, 1995 (Disponibile in Biblioteca).
Moisello U., “Idrologia Tecnica”, La Goliardica Pavese, 2018 (Disponibile in Biblioteca).
Citrini D., Noseda G., "Idraulica", Ed. CEA 1987 (Disponibile in biblioteca)
Metodi didattici
Il corso si articola in:
-una serie di lezioni in presenza (56 ore), avvalendosi della proiezione di slides;
-una serie di esercitazioni (24 ore) svolte in aula informatica su calcolatore elettronico con l’ausilio di alcuni software (Excel, Matlab, QGIS).
Modalità verifica apprendimento
Almeno dieci giorni prima della data dell’appello d'esame lo studente dovrà trasmettere al docente una relazione sulle esercitazioni svolte durante il corso.
La verifica della preparazione consiste in un colloquio orale in presenza durante il quale allo studente verranno poste due/ tre domande su argomenti svolti nelle lezioni/ esercitazioni. Lo studente dovrà dimostrare di aver assimilato i principali concetti e termini tecnici, di essere in grado di analizzare problemi analoghi (anche se non identici) a quelli svolti durante il corso, di avere chiari gli ordini di grandezza e di avere una sufficiente proprietà di linguaggio. Lo studente dovrà anche essere in grado di fare i necessari collegamenti con altre discipline (matematica, fisica, idraulica).
La verifica è così pesata:
-60% domande teoriche (conoscenza)
-20% proprietà di esposizione (capacità comunicativa)
-20% applicazioni originali della teoria (autonomia di giudizio)
Altre informazioni
Sito web del corso su: http://elly2024.dia.unipr.it
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
GOAL 6: Acqua pulita e servizi igienico-sanitari
Target 6.4: Entro il 2030, aumentare sostanzialmente l'efficienza idrica da utilizzare in tutti i settori e assicurare prelievi e fornitura di acqua dolce per affrontare la scarsità d'acqua e ridurre in modo sostanziale il numero delle persone che soffrono di scarsità d'acqua
GOAL 11: Città e comunità sostenibili
Target 11.5: Entro il 2030, ridurre in modo significativo il numero di morti e il numero di persone colpite da calamità, compresi i disastri provocati dall’acqua, e ridurre sostanzialmente le perdite economiche dirette rispetto al prodotto interno lordo globale, con una particolare attenzione alla protezione dei poveri e delle persone in situazioni di vulnerabilità
GOAL 13. Lotta contro il cambiamento climatico
Target 13.1: Rafforzare la resilienza e la capacità di adattamento ai rischi legati al clima e ai disastri naturali in tutti i paesi
