Docente/i: Mario Fugazza   Ugo Moisello  

Denominazione del corso: Idrologia e sistemazioni idrauliche()
Codice del corso: 502561
Corso di laurea: Ingegneria Civile
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ICAR/02
L'insegnamento è caratterizzante per: Ingegneria Civile
Crediti formativi: CFU 12
Sito web del corso: n.d.

Obiettivi formativi specifici

L'insegnamento, composto di due moduli, si propone di fornire sia le nozioni indispensabili alla soluzione dei problemi idrologici che più comunemente si presentano nell'ingegneria, con particolare riferimento all’analisi delle piene, sia gli elementi fondamentali dell'utilizzazione, della difesa e del risanamento del territorio, con particolare riferimento ai problemi dei bacini montani. Il primo modulo fornisce anche gli elementi di statistica necessari ad adeguare la progettazione delle opere al grado di rischio voluto. Alla fine del corso lo studente deve essere in grado di effettuare le più comuni elaborazioni idrologiche, di riconoscere i problemi e di proporre le opportune soluzioni nel campo del drenaggio e della bonifica idraulica, delle sistemazioni montane e dell'utilizzazione agricola del terreno.

Programma del corso

Programma del modulo di Idrologia

Lezioni
(40 ore)

• Introduzione al corso. Origine e classificazione delle precipitazioni. Temporali, uragani. I fattori del regime pluviometrico. I regimi pluviometrici italiani.
• Pluviometri. Tabelle degli Annali Idrologici con osservazioni pluviometriche. Calcolo dell'afflusso meteorico a un bacino (con il metodo delle isoiete e con quello dei topoieti).
• Variabili casuali, probabilità e assiomi, probabilità di non superamento e densità di probabilità.
• Il bacino idrografico: definizione e caratteristiche principali. Forme di scorrimento. La determinazione del tempo di corrivazione.
• Parametri delle distribuzioni, momenti. Variabili funzioni di variabili casuali. Il tempo di ritorno. La distribuzione binomiale.
• Le perdite del bacino e le forme di immagazzinamento dell'acqua. L'immagazzinamento nelle depressioni superficiali (cenni). La legge di Dalton. I fattori dell'evaporazione e l'evaporazione a regime. Evaporimetri (cenni). Diverse forme di evaporazione (cenni). Evapotraspirazione reale e potenziale. Infiltrazione (cenni).
• La distribuzione normale e altre distribuzioni di variabile continua.
• La determinazione pratica delle perdite.
• Il problema dell'inferenza. Frequenza, momenti del campione. Determinazione della funzione di probabilità. Carte probabilistiche. Stima dei parametri. Il metodo dei momenti.
• Portate e livelli. Idrometri e idrometrografi. Mulinelli. Calcolo della portata con il metodo delle parabole.
• I test statistici. Il test di adattamento di Pearson.
• La scala delle portate. I regimi di deflusso dei corsi d'acqua italiani. Tabelle degli Annali Idrologici con osservazioni idrometriche. Analisi dell'idrogramma di piena.
• Proiezione e commento di diapositive di strumenti di misura.
• Analisi statistiche delle piene: classificazione. Le analisi statistiche locali. Relazione tra massimi annuali delle portate al colmo e delle portate medie giornaliere. La distribuzione della portata massima in N anni.
• Dipendenza dell'altezza di pioggia dalla durata e dall'area.
• Ietogrammi di progetto.
• La trasformazione afflussi-deflussi. Modelli e relazioni matematiche. Il metodo razionale. Modelli concettuali ed empirici. Modelli completi e di piena. La determinazione della pioggia netta e del deflusso di pioggia. - Sistemi lineari e stazionari. L'idrogramma unitario istantaneo e l'applicazione ai modelli del deflusso di pioggia. La discretizzazione dell'idrogramma unitario istantaneo.
• Modelli lineari e stazionari in serie e in parallelo. Canale lineare e modello della corrivazione. Serbatoio lineare, invaso lineare e modello di Nash.
• La determinazione del modello: scelta del tipo e individuazione dei parametri. Il metodo dei minimi quadrati e quello dei momenti.
• Illustrazione di diapositive relative a strumenti e metodi di misura.

Esercitazioni
(12 ore)

• Es. n. 1. La determinazione della portata al colmo con tempo di ritorno assegnato con la legge di Gumbel (esecuzione in aula).
• Es. n. 2 ((prima parte, in aula informatica). La determinazione della portata al colmo con tempo di ritorno assegnato con leggi diverse e l'individuazione della distribuzione di probabilità del massimo in N anni (uso del programma MASSIMI).
• Es. n. 2 (seconda parte, in aula). La determinazione della portata al colmo con tempo di ritorno assegnato: scelta della legge e individuazione della distribuzione di probabilità del massimo in N anni (analisi e utilizzazione dei risultati, esecuzione manuale).
• Es. n. 3 (in aula). Determinazione della curva di possibilità climatica.
• Es. n. 4 (in aula informatica). La determinazione della curva di possibilità climatica e degli ietogrammi di progetto (uso del programma PIOGGIA).
• Es. n. 5 (in aula informatica). L'individuazione dell'idrogramma unitario istantaneo di un modello concettuale con il metodo dei momenti (uso del programma SCALA) e la ricostruzione dell'onda di piena.

Programma del modulo di Sistemazioni idrauliche

Lezioni

• Il sistema acqua-terreno (7 ore) Caratteristiche fisico meccaniche dei terreni. I rapporti acqua terreno: umidità, infiltrazione, moto dell’acqua in mezzo saturo, capillarità. Cenni di
• Drenaggio (6 ore) Problematiche e modalità generali di intervento. Tipi di drenaggio: profondo (orizzontale, verticale) superficiale. Tipologie e modalità costruttive. Criteri di dimensionamento dei moduli drenanti orizzontali.
• Bonifica idraulica (9 ore) Problematiche e modalità generali di intervento. Calcolo della portata di progetto: metodi statistici e modelli di trasformazione afflussi deflussi (richiami). La rete drenante: tipologia, dimensionamento dei canali. Serbatoi di laminazione: dimensionamento di massima. Impianti idrovori.
• Erosione del suolo (5 ore) Il problema: cause e grandezze fisiche in gioco, distribuzione spazio-temporale. Modelli interpretativi: l’equazione universale U.S.L.E., cenni sui modelli fisicamente basati. Valori limiti ammissibili, strategie e metodologie di intervento conservativo.
• Sistemazioni montane (9 ore) Problematiche e modalità generali di intervento. Interventi sui torrenti: criteri di dimensionamento delle opere per il controllo dell’erosione e del trasporto solido: briglie, protezioni spondali, arginature piazze di deposito. Interventi sui versanti: regimazione delle acque superficiali, consolidamento, opere in verde.

Esercitazioni

• Es. n. 1. Dimensionamento di un drenaggio di falda mediante pozzi: numero, potenzialità e posizione pozzi. Dimensionamento di un drenaggio di falda orizzontale: numero, base e spaziatura dei dreni. Dimensionamento rete e collettore (5 ore)
• Es. n. 2. Dimensionamento del canale principale di una rete di bonifica: determinazione portata di progetto, calcolo delle sezioni con verifica di stabilità. (5 ore)
• Es. n. 3. Dimensionamento di massima di una vasca di laminazione. (4 ore)
• Es. n. 4. Dimensionamento e verifica di una briglia di consolidamento. (4 ore)

Prerequisiti

Prerequisiti del primo modulo (Idrologia)
Analisi matematica
Concetti di funzione, limite, derivata, integrale. Elementi di calcolo combinatorio. Concetto di equazione differenziale, in particolare lineare a coefficienti costanti. Concetto di funzione di più variabili, di derivata parziale e di equazione alle derivate parziali. Ricerca del massimo (incondizionato) di una funzione di una o più variabili. Conoscenze operative: calcolo di derivate e integrali semplici e uso delle tavole matematiche di limiti, derivate e integrali indefiniti e definiti.
Geometria e algebra
Nozioni elementari di trigonometria. Geometria analitica elementare nel piano e nello spazio. Concetto di scala lineare e non lineare. Matrici e sistemi di equazioni algebriche. Conoscenze operative: applicazioni elementari di trigonometria e di geometria (compreso il calcolo delle aree). Rappresentazione grafica di funzioni, anche con scale non lineari (sopra tutto scale logaritmiche).
Fisica
Misura delle grandezze fisiche e unità di misura. Concetti fondamentali sugli stati di aggregazione della materia e sulle proprietà fisiche dei corpi (densità, viscosità, capillarità). Concetti elementari di termodinamica: scambio di calore, calore specifico, calore di vaporizzazione e di fusione, tensione di vapore e pressione parziale di vapore. Principi della termodinamica. Principio di conservazione della massa e principio di conservazione dell'energia.
Fisica matematica
Grandezze scalari e vettoriali. Somma e differenza di due vettori. Scomposizione di un vettore nel piano e nello spazio. Prodotto scalare e vettoriale. Natura vettoriale delle forze. Momento di una forza rispetto a un punto e rispetto a un asse. Composizione di forze. Momenti (dei diversi ordini) di figure piane. Baricentro e momento d'inerzia. Equazioni cardinali della statica e della dinamica. Conoscenze operative: composizione di forze, calcolo (anche approssimato) del momento statico e del momento d'inerzia.
Informatica
Preparazione e modifica di un file di dati. Uso di un programma eseguibile.
Prerequisiti del secondo modulo (Sistemazioni idrauliche)
Idraulica
Idrostatica. teorema di Bernoulli. Correnti in moto uniforme e in moto permanente.
Idrologia
Le conoscenze derivanti dal primo.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 76
Esercitazioni (ore/anno in aula): 30
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Materiale utilizzato per le lezioni e programmi di calcolo scaricabili da Internet.. (modulo di Idrologia).

Chow, V.T.; Maidment, D.R.; Mays L.W.. Applied Hydrology. New York, Mc Graw-Hill Book Company, 1988. (Testo consigliato per il modulo di Idrologia).

Linsley R.K.; Kohler M.A.; Paulus J.L.H.. Applied Hydrology. New York, Mc Graw-Hill Book Company, 1949. (Testo consigliato per il modulo di Idrologia).

Maione, U.; Moisello, U. . Elementi di statistica per l'idrologia. Pavia, la Goliardica Pavese, 1993. (Testo consigliato per il modulo di Idrologia).

Moisello, U. . Idrologia tecnica. Pavia, La Goliardica Pavese, 1998. (Testo consigliato per il modulo di Idrologia).

Dispense fornite dal docente. (I libri consigliati in bibliografia consentono un approfondimento degli specifici argomenti.) . (modulo di Sistemazioni idrauliche).

Smedema L.K., Rycroft D.W.. Land Drainage: planning and design of agricultural drainage. Batsford, London 1983. (Testo consigliato per il modulo di Sistemazioni idrauliche).

AA.VV.. Drainage Principles and Applications (4 voll.). I.L.R.I. Wageningen (The Netherlans) 1980. E' un manuale completo che tratta tutti gli argomenti connessi con il drenaggio e la bonifica idraulica, da quelli di base (rapporti acqua terreno, correnti a pelo libero, filtrazione, etc.) a quelli progettuali. (Testo consigliato per il modulo di Sistemazioni idrauliche).

Benini G.. Sistemazioni Idraulico forestali. UTET, 1990. (Testo consigliato per il modulo di Sistemazioni idrauliche).

R.P.C. Morgan. Soil Erosion and Conservation. Longman. (Testo consigliato per il modulo di Sistemazioni idrauliche).

Vito Ferro. La Sistemazione dei bacini Idrografici. Mc Graw-Hill. (Testo consigliato per il modulo di Sistemazioni idrauliche).

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova orale sugli argomenti di entrambi i moduli. La parte dell'esame relativa al primo modulo (idrologia) può essere sostituita da una prova scritta in itinere da sostenersi nel mese di febbraio. La parte relativa al secondo modulo (sistemazioni idrauliche) consiste in una prova scritta e in una prova orale. Lo studente è ammesso alla prova orale solo se ha superato la prova scritta relativa al secondo modulo. Lo studente può avvalersi del risultato positivo (voto sufficiente) della prima prova per sostenere l'esame orale solo sugli argomenti del secondo modulo (se superata la prova scritta relativa al secondo modulo), oppure può avvalersi della media dei risultati delle due prove scritte (se entrambi positivi) per superare l'esame. Il voto d'esame è in questo caso la media dei voti delle due prove scritte. Per avvalersi del risultato della prova scritta in itinere relativa al primo modulo lo studente deve comunque sostenere l'esame orale entro il mese di settembre dello stesso anno accademico.