Laboratorio di idrologia applicata e cambiamento climatico ICAR/02 (9 CFU) - (Ingegneria dei rischi ambientali e delle infrastrutture) PdS 2023-2024 - III anno - Indirizzo: Mitigazione dei rischi naturali

Insegnamento	Laboratorio di Idrologia Applicata e Cambiamento Climatico
CFU	9
Settore Scientifico Disciplinare	ICAR-02
Nr. ore di studio autonomo	135
Nr. ore di laboratorio	90
Mutuazione	Nessuna
Annualità	III Anno
Periodo di svolgimento	II Semestre

Docente	Ruolo	SSD docente
Freni Gabriele	PO	ICAR/02

Propedeuticità	Nessuna
Prerequisiti	Per il proficuo studio della materia, è opportuno che lo studente abbia maturato conoscenze e competenze pratiche di base relative all’idraulica delle condotte a pelo libero, alcuni principi della matematica di base e della fisica
Sede delle lezioni	Facoltà di Ingegneria e Architettura (Polo di Santa Panasia)

Orario delle lezioni
Gli orari di lezione e le date di esame saranno pubblicati sulla pagina web del corso di laurea almeno due mesi prima dell’inizio delle lezioni nella sezione “Calendario delle attività” https://gestioneaule.unikore.it/agendaweb_unikore//index.php?_lang=it

Orario delle lezioni

Gli orari di lezione e le date di esame saranno pubblicati sulla pagina web del corso di laurea almeno due mesi prima dell’inizio delle lezioni nella sezione “Calendario delle attività”

https://gestioneaule.unikore.it/agendaweb_unikore//index.php?_lang=it

Obiettivi formativi
L’insegnamento ha l’obiettivo di formare gli studenti nel campo della gestione delle risorse idriche e dei rischi climatici connessi con l’ambiente acquatico: piene e condizioni di siccità. L’insegnamento ha una forte connotazione pratica ed operativa ed è finalizzato all’acquisizione di competenze tecniche nella valutazione e mitigazione dei rischi climatici connessi con l’acqua.

Obiettivi formativi

L’insegnamento ha l’obiettivo di formare gli studenti nel campo della gestione delle risorse idriche e dei rischi climatici connessi con l’ambiente acquatico: piene e condizioni di siccità. L’insegnamento ha una forte connotazione pratica ed operativa ed è finalizzato all’acquisizione di competenze tecniche nella valutazione e mitigazione dei rischi climatici connessi con l’acqua.

Contenuti del Programma

N.	Argomento	tipologia	Durata
1	Meccanismi di formazione delle precipitazioni. L’equazione del bilancio idrologico. Il bacino idrografico: definizione, caratteristiche topografiche e morfometriche, schemi ordinativi dei reiticoli idrografici (Horton-Stralher e Shreve). I meccanismi di formazione del deflusso superficiale: hortoniano e dunniano. Le perdite idrologiche: l’infiltrazione. Metodi per la modellazione dell’infiltrazione (equazioni di Richards, Philip e Green-Ampt, equazione di Horton, equazione di Horton in forma integrata). Le perdite idrologiche: l’evapotraspirazione effettiva e l’evapotrasp. potenziale. Metodi per la stima della evapotrasp. potenziale (Equazione di Thorntwaite, equazione di Penman Monteith). Cenni ai moti di filtrazione e alle acque sotterranee. La misura della pioggia. Pluviometri e pluviografi. I regimi pluviometrici la distribuzione spaziale della precipitazione. La determinazione dell’altezza di pioggia ragguagliata: metodo dei topoieti, dei piani inclinati, delle isoiete. La formula di Fornari e dell’USWB. La misura delle portate. Gli idrometri, i mulinelli, le scale delle portate, gli stramazzi e i modulatori. I regimi fluviali. Gli annali del Servizio Idrografico Italiano	Laboratorio	10h
2	Concetto di variabile aleatoria. Popolazione e campione. Frequenza e frequenza cumulata. Indici statistici: media, scarto quadratico medio, coefficiente di variazione, asimmetria. Probabilità e densità di probabilità Tempo di ritorno. Funzioni di distribuzione di probabilità: legge di Gauss, legge lognormale, legge di Gumbel, TCEV. La stima dei parametri. Grandezze caratteristiche delle distribuzioni di probabilità. Criteri per la individuazione della legge di distribuzione di probabilità che meglio si adatta al campione. Plotting position. Le carte probabilistiche. I test statistici: Kolmogorov, chi-quadro. Correlazione, covarianza e coefficiente di correlazione. La regressione semplice. L’indice di regressione. Il metodo dei minimi quadrati. Regressione multipla	Laboratorio	8h
3	La formazione delle piene. Descrizione dell’idrogramma di piena. Metodi di stima delle portate di piena: metodi diretti, indiretti, formule empiriche e curva inviluppo del S.I.I. L’elaborazione statistica delle portate registrate. Curva di possibilità e di probabilità pluviometrica. Piogge di progetto. Ietogrammi sintetici: uniforme, triangolare, emisimmetrico, Chicago. Modelli di pioggia netta: metodo dell’indice , il metodo del Curve Number (CN) del Soil Conservation Service. Modelli di trasferimento del deflusso. I modelli lineari e stazionari. L’Idrogramma Unitario Istantaneo (IUH): ipotesi e definizione. La risposta a gradino, l’idrogramma unitario (UH). Caratteristiche dell’IUH. Sistemi a memoria finita e a memoria infinita. Il modello del serbatoio lineare. Il modello del canale lineare. IUH cinematico (o della corrivazione). Curva aree-tempi. Tempo di corrivazione (Giandotti, Kirpich, velocità). La discretizzazione dell’integrale di convoluzione. IUH invaso. Metodo dell’invaso. I modelli lineari in serie e in parallelo. Modello di Nash. La formula razionale. La curva dei contributi unitari di piena. Cenni sulla regionalizzazione delle portate	Laboratorio	12h
4	Basi di sistemi informativi territoriali. Gli strumenti open-source per la gestione geografica dei dati. Gli strati informativi scalari e vettori. I modelli digitali delle elevazioni. Il tracciamento automatico dei bacini e dei reticoli idrografici. La stima delle portate di piena e l’integrazione con i modelli numerici di calcolo.	Laboratorio	12h
5	La valutazione delle risorse idriche in una sezione di chiusura. Applicazione del modello HEC-HMS per la stima dei volumi idrici utilizzabili. Le dighe di ritenuta. Il Deflusso Minimo Vitale. La stima del volume morto e dell’erosione dei versanti. Le opere accessorie delle dighe.	Laboratorio	8h
6	Caratteristiche dei sedimenti (curva granulometrica, legge di Stokes). Classificazione dei corsi d’acqua. Fenomeni di erosione e deposito; inizio del moto. Parametri di controllo del trasporto solido attraverso l’analisi dimensionale (Teorema p). Criteri di equilibrio limite: formula di Thiery, criterio di Shields e sue limitazioni di applicabilità ed estensioni. Modalità di trasporto solido: trasporto al fondo ed in sospensione. Forme di fondo: classificazione ed effetti sulla resistenza al moto (Engelund), previsione delle forme di fondo.. Trasporto Solido al fondo: formule Du Boys, Shields, Meyer-Peter e Muller. Trasporto Solido in sospensione: derivazione della legge di variazione verticale della concentrazione di materiale in sospensione, valutazione del trasporto.	Laboratorio	10h
7	La valutazione del rischio idraulico. Il D. Lgs. 152/2006. I piano di assetto idro-geologico. La valutazione della pericolosità, dell’esposizione e della vulnerabilità idraulica del territorio. La stima e la perimetrazione del rischio. I modelli matematici per la stima del rischio idraulico. Gli interventi per la prevenzione e la mitigazione del rischio idraulico.	Laboratorio	10h
8	Derivazione della capacità di trasporto e della portata di modellamento dell’alveo. Analisi delle alterazioni della pendenza di fondo indotte da interventi di restringimento o allargamento della sezione trasversale. Interventi correttivi di tendenze marcate all’erosione o al sovralluvionamento. Criteri di dimensionamento degli interventi di sistemazione per alvei con tendenza al sovralluvionamento (es.: restringimento della sezione) o all’erosione (es.: riduzione della pendenza con soglie di fondo). Interventi di sistemazione per alvei montani. Richiami sulle sistemazioni con briglie di consolidamento. Briglie selettive e di trattenuta. Opere longitudinali.	Laboratorio	5h
9	Classificazione degli interventi di difesa idraulica del territorio (interventi strutturali/non-strutturali; intensivi/estensivi). Interventi strutturali. Arginature. Serbatoi di laminazione (scarichi liberi e controllati). Casse di espansione delle piene, in linea ed in derivazione. Interventi di ricalibratura dell’alveo fluviale, riduzione della scabrezza dell’alveo. Diversivi, raddoppi e scolmatori. Criteri progettuali, metodologie costruttive ed esame delle problematiche associate alla realizzazione dei vari interventi. Vantaggi e svantaggi per ciascuna soluzione progettuale.	Laboratorio	10h
10	La Protezione Civile. La previsione in tempo reale delle piene. Caratteristiche dei sistemi di monitoraggio idrologico e di preannuncio. Modelli matematici per la previsione in tempo reale delle piene (cenni). I piani operativi di protezione civile. La mappatura delle aree esondabili ad assegnato livello di rischio (cenni). Le fasce di pertinenza fluviale. La copertura assicurativa del rischio idrogeologico. Tendenze attuali e prospettive future per il controllo del rischio idraulico, con particolare riferimento al territorio regionale	Laboratorio	5h

Attività esercitative / Elaborati sviluppati durante il corso:

Il corso prevede lo svolgimento di numerose attività pratiche numeriche che costituiranno anche la base della valutazione alla fine del corso:

Tracciamento di un bacino naturale e definizione dei topoieti
Analisi statistica dei dati pluviometrici e adattamento di una distribuzione di probabilità pluviometrica. Costruzione delle curve di probabilità pluviometrica.
Valutazione delle risorse idriche disponibili ad una sezione di chiusura
Progettazione idraulica di una diga di ritenuta
Perimetrazione del rischio idraulico nell’area valliva
Predisposizione del piano di mitigazione del rischio e progettazione delle opere (vasche di espansione e diversivi) per la mitigazione del rischio.

Specifiche attività di supporto sono previste per gli studenti non frequentanti e lavoratori. Tali attività saranno concordate con i singoli studenti in relazione alle esigenze specifiche che saranno valutate caso per caso.

Risultati di apprendimento (descrittori di Dublino)
Alla fine dell’insegnamento, gli studenti dovranno aver conseguito le seguenti abilità, conoscenze e competenze: Conoscenza e capacità di comprensione: Alla conclusione del corso, lo studente avrà acquisito le conoscenze propedeutiche alla progettazione delle opere di regimentazione dei corpi idrici naturali e avrà acquisito la capacità di analizzare un progetto di difesa idraulica sviluppato da altri e di intervenire sulla progettazione al fine di garantirne l’efficienza idraulica nella mitigazione del rischio Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Alla conclusione del corso, gli studenti avranno acquisito le conoscenze relative al rischio idraulico ed alla sua composizione sulla base di pericolosità, esposizione e rischio; contestualmente, lo studente sarà in grado di estendere le proprie conoscenze anche a contesti legati a normative regionali e di bacino che non sono state espressamente trattate nel corso. Autonomia di giudizio: Lo studente, alla fine del corso, avrà acquisito la capacità di valutare e verificare un progetto di difesa idraulica del territorio dal punto di vista idraulico – strutturale. Lo sviluppo di attività esercitative progettuali indirizzerà gli studenti verso lo sviluppo di una propria idea progettuale della quale lo studente stesso dovrà valutare l’efficacia in relazione al problema concreto da risolve nell’ambito della gestione del rischio idraulico. Abilità comunicative: Lo studente, grazie all’esercitazione di gruppo ed alle revisioni partecipate con tutta l’aula, acquisirà maggiore consapevolezza degli aspetti tecnici della disciplina e maggiore esperienza nel trasferimento delle proprie conoscenze a terzi. Il potenziamento di tale abilità sarà indirettamente oggetto di valutazione perché l’esame si avvierà preliminarmente con la discussione dell’esercitazione progettuale svolta Capacità di apprendere: L’autonomia acquisita nello sviluppo della proposta progettuale si traduce anche in una maggiore facilità nel reperimento di nuove fonti informative tecniche e nella capacità di integrare le proprie conoscenze con informazioni che derivano dai corsi idrici ricettori.

Risultati di apprendimento (descrittori di Dublino)

Alla fine dell’insegnamento, gli studenti dovranno aver conseguito le seguenti abilità, conoscenze e competenze:

Conoscenza e capacità di comprensione:

Alla conclusione del corso, lo studente avrà acquisito le conoscenze propedeutiche alla progettazione delle opere di regimentazione dei corpi idrici naturali e avrà acquisito la capacità di analizzare un progetto di difesa idraulica sviluppato da altri e di intervenire sulla progettazione al fine di garantirne l’efficienza idraulica nella mitigazione del rischio

Conoscenza e capacità di comprensione applicate:

Alla conclusione del corso, gli studenti avranno acquisito le conoscenze relative al rischio idraulico ed alla sua composizione sulla base di pericolosità, esposizione e rischio; contestualmente, lo studente sarà in grado di estendere le proprie conoscenze anche a contesti legati a normative regionali e di bacino che non sono state espressamente trattate nel corso.

Autonomia di giudizio:

Lo studente, alla fine del corso, avrà acquisito la capacità di valutare e verificare un progetto di difesa idraulica del territorio dal punto di vista idraulico – strutturale. Lo sviluppo di attività esercitative progettuali indirizzerà gli studenti verso lo sviluppo di una propria idea progettuale della quale lo studente stesso dovrà valutare l’efficacia in relazione al problema concreto da risolve nell’ambito della gestione del rischio idraulico.

Abilità comunicative:

Lo studente, grazie all’esercitazione di gruppo ed alle revisioni partecipate con tutta l’aula, acquisirà maggiore consapevolezza degli aspetti tecnici della disciplina e maggiore esperienza nel trasferimento delle proprie conoscenze a terzi. Il potenziamento di tale abilità sarà indirettamente oggetto di valutazione perché l’esame si avvierà preliminarmente con la discussione dell’esercitazione progettuale svolta

Capacità di apprendere:

L’autonomia acquisita nello sviluppo della proposta progettuale si traduce anche in una maggiore facilità nel reperimento di nuove fonti informative tecniche e nella capacità di integrare le proprie conoscenze con informazioni che derivano dai corsi idrici ricettori.

Testi per lo studio della disciplina
Testi adottati: Ferro, La sistemazione dei bacini idrografici, Ed. McGraw Hill; Da Deppo, Datei, Salandin Sistemazioni dei corsi d’acqua naturali, Ed. Bios Materiale didattico a disposizione degli studenti per lo sviluppo dell’attività pratico-esercitativa: Materiale fornito dal docente sulla base di linee guida per l’esercitazione, materiale video-tutorial per l’utilizzo degli strumenti software open-source su cui gli studenti si eserciteranno, esempi e casi di studio per la discussione di specifiche funzionalità

Testi per lo studio della disciplina

Testi adottati:

Ferro, La sistemazione dei bacini idrografici, Ed. McGraw Hill;
Da Deppo, Datei, Salandin Sistemazioni dei corsi d’acqua naturali, Ed. Bios

Materiale didattico a disposizione degli studenti per lo sviluppo dell’attività pratico-esercitativa:

Materiale fornito dal docente sulla base di linee guida per l’esercitazione, materiale video-tutorial per l’utilizzo degli strumenti software open-source su cui gli studenti si eserciteranno, esempi e casi di studio per la discussione di specifiche funzionalità

Metodi e strumenti per la didattica
L’insegnamento sarà erogato attraverso lezioni pratico-esercitative e laboratori progettuali che attraverso l’utilizzo di casi di studio reali condurrà gli studenti attraverso le fasi di valutazione dei rischi climatici e delle analisi relative. Gli studenti, sulla base delle piattaforme elettroniche di condivisione messe a disposizione dall’Ateneo, avranno a disposizione i supporti didattici utilizzati per le lezioni, i dati dei casi di studio per lo sviluppo dei laboratori, materiali e documenti su supporto elettronico per lo sviluppo dell’attività pratica (compresi i link per l’accesso ai software opensource che saranno utilizzati), un forum attivo per tutto l’anno accademico su cui potersi confrontare con i colleghi, i docenti e gli esercitatori per la discussione delle tematiche dell’insegnamento. Tali strumenti sono complementari alle ordinarie attività di ricevimento indicate all’interno della presente scheda. Le guide alle esercitazioni saranno rese disponibili durante il semestre, di norma con qualche giorno d’anticipo rispetto alla lezione stessa.

Metodi e strumenti per la didattica

L’insegnamento sarà erogato attraverso lezioni pratico-esercitative e laboratori progettuali che attraverso l’utilizzo di casi di studio reali condurrà gli studenti attraverso le fasi di valutazione dei rischi climatici e delle analisi relative.

Gli studenti, sulla base delle piattaforme elettroniche di condivisione messe a disposizione dall’Ateneo, avranno a disposizione i supporti didattici utilizzati per le lezioni, i dati dei casi di studio per lo sviluppo dei laboratori, materiali e documenti su supporto elettronico per lo sviluppo dell’attività pratica (compresi i link per l’accesso ai software opensource che saranno utilizzati), un forum attivo per tutto l’anno accademico su cui potersi confrontare con i colleghi, i docenti e gli esercitatori per la discussione delle tematiche dell’insegnamento. Tali strumenti sono complementari alle ordinarie attività di ricevimento indicate all’interno della presente scheda. Le guide alle esercitazioni saranno rese disponibili durante il semestre, di norma con qualche giorno d’anticipo rispetto alla lezione stessa.

Modalità di accertamento delle competenze
Il laboratorio prevede il conseguimento di un’idoneità conclusiva legata alla maturazione di una frequenza minima del 70% del monte ore complessivo ed alla positiva esecuzione delle attività tecnico-pratiche previste: Tracciamento di un bacino naturale e definizione dei topoieti Analisi statistica dei dati pluviometrici e adattamento di una distribuzione di probabilità pluviometrica. Costruzione delle curve di probabilità pluviometrica. Valutazione delle risorse idriche disponibili ad una sezione di chiusura Progettazione idraulica di una diga di ritenuta Perimetrazione del rischio idraulico nell’area valliva Predisposizione del piano di mitigazione del rischio e progettazione delle opere (vasche di espansione e diversivi) per la mitigazione del rischio. Ciascuna attività sarà oggetto di un rapporto individuale descrittivo delle attività svolte e contenente l’analisi e la validazione di dati raccolti durante le attività pratiche

Modalità di accertamento delle competenze

Il laboratorio prevede il conseguimento di un’idoneità conclusiva legata alla maturazione di una frequenza minima del 70% del monte ore complessivo ed alla positiva esecuzione delle attività tecnico-pratiche previste:

Tracciamento di un bacino naturale e definizione dei topoieti
Analisi statistica dei dati pluviometrici e adattamento di una distribuzione di probabilità pluviometrica. Costruzione delle curve di probabilità pluviometrica.
Valutazione delle risorse idriche disponibili ad una sezione di chiusura
Progettazione idraulica di una diga di ritenuta
Perimetrazione del rischio idraulico nell’area valliva
Predisposizione del piano di mitigazione del rischio e progettazione delle opere (vasche di espansione e diversivi) per la mitigazione del rischio.

Ciascuna attività sarà oggetto di un rapporto individuale descrittivo delle attività svolte e contenente l’analisi e la validazione di dati raccolti durante le attività pratiche

Date di esame
Le date di esami saranno pubblicati sulla pagina web del corso di laurea almeno due mesi prima dell’inizio della sessione d’esami nella sezione “Esami” https://gestioneaule.unikore.it/agendaweb_unikore//index.php?_lang=it

Date di esame

Le date di esami saranno pubblicati sulla pagina web del corso di laurea almeno due mesi prima dell’inizio della sessione d’esami nella sezione “Esami”

https://gestioneaule.unikore.it/agendaweb_unikore//index.php?_lang=it

Modalità e orario di ricevimento
Gli orari di ricevimento sono pubblicati nella sezione “Curriculum e ricevimento” della pagina personale del docente. Al fine di ridurre i tempi di attesa, si chiede di voler formalizzare la richiesta di ricevimento tramite E-mail. Nel dettaglio, gli orari di ricevimento saranno pubblicati sulla pagina personale del docente: (Ingegneria dei rischi ambientali e delle infrastrutture) Gabriele Freni

Modalità e orario di ricevimento

Gli orari di ricevimento sono pubblicati nella sezione “Curriculum e ricevimento” della pagina personale del docente. Al fine di ridurre i tempi di attesa, si chiede di voler formalizzare la richiesta di ricevimento tramite E-mail.

Nel dettaglio, gli orari di ricevimento saranno pubblicati sulla pagina personale del docente:

(Ingegneria dei rischi ambientali e delle infrastrutture) Gabriele Freni

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