Idrologia

Codice: 52893
SSD: ICAR/02

L’Insegnamento, che dà diritto a 9 crediti formativi, si tiene al II Semestre del I Anno del Corso di Studi. Viene svolto in 60 ore di lezione e 12 ore di esercitazione; l’attività didattica si svolge con lezioni ed esercitazioni. L’insegnamento non prevede alcuna propedeuticità. Le modalità di esame prevedono un colloquio finale.

Obiettivi formativi:

Il corso di propone di fornire agli allievi le conoscenze, le metodologie e le competenze specialistiche necessarie: da un lato, per la valutazione, su base probabilistica, delle massime precipitazioni che possono affluire al suolo in intervalli di tempo compresi tra i 10 minuti e le 120 ore; dall’altro, per la valutazione, sempre su base probabilistica, dei massimi annuali delle portate di piena e dei volumi di piena che possono affluire a preassegnate sezioni di un corso d’acqua e che, a causa dell’incapacità, da parte del corso d’acqua a valle, a contenerle, e/o per la presenza di ostacoli (ponti, restringimenti d’alveo, sbarramenti, etc.), possono esondare dall’alveo e provocare fenomeni di inondazione delle aree latistanti e di quelle a valle; dall’altro, per individuare le tipologie di azione più efficaci da intraprendere ai fini della difesa dai fenomeni alluvionali, quali “interventi strutturali” e “non strutturali”, di “difesa attiva” o di “difesa passiva”, e per un loro dimensionamento preliminare. Il corso si inquadra perfettamente tra le attività necessarie per la formazione di figure specialistiche nel campo della “Difesa del Suolo”.

Contenuti:

Il Corso si sviluppa, in maniera articolata ma armonica, percorrendo due diverse direttici iniziali (rispettivamente, di 3 e 2 CFU) che convergono, poi, all’interno di un filone terminale in cui le competenze acquisite nelle prime fasi, unitamente ad altre via via inserite lungo il percorso, consentono all’allievo di conseguire la concreta e verificata capacità di effettuare una valutazione, su basi probabilistiche, delle massime portate e dei massimi volumi di piena che possono arrivare a una preassegnata sezione posta su un corso d’acqua o lungo una rete artificiale di drenaggio (ad esempio, una rete fognaria meteorica o una rete di bonifica), e di individuare, preliminarmente, le tipologie di azioni (interventi strutturali e non) che possono essere intraprese ai fini della difesa dalle piene.

I Fenomeni alluvionali (3CFU): posizione del problema; variabili fisiche coinvolte e, dunque, oggetto di studio (quote di pelo libero /tiranti idrici/portate idriche delle correnti defluenti in alveo); necessità di un approccio probabilistico per la valutazione di queste variabili e del passaggio dell’analisi delle variabili di maggiore interesse tecnico (quote di pelo libero e tiranti idrici), alla valutazione delle portate defluenti in alveo. Discussione sulla scarsità dei dati a disposizione per un’analisi probabilistica fondata puramente sui valori di portata misurati in alcune stazioni ubicate sul territorio e conseguente necessità di utilizzazione modelli che, a partire dalle precipitazioni meteoriche che possono realizzarsi su un’area di interesse, siano in grado, attraverso sub-moduli (rispettivamente: di intercettazione; di riempimento delle depressioni superficiali; di infiltrazione; di ruscellamento superficiale e sub-superficiale; dei fenomeni di moto vario nelle reti di drenaggio) di trasformare tali afflussi in deflussi di piena, fornendo la possibilità di individuare le massime portate istantanee e i massimi volumi di piena che possono pervenire in una sezione di interesse ubicata su un corso d’acqua o lungo una rete di drenaggio artificiale. Misure a disposizione ed Istituzioni deputate a raccoglierle in modo sistematico e a pubblicarle periodicamente.

Richiami di Probabilità e Statistica (2CFU): Definizione di esperimento aleatorio e di variabile aleatoria; variabili aleatorie discrete, continue e miste; funzioni massa di probabilità, di ripartizione, densità di probabilità e di distribuzione cumulata: loro significato fisico, loro utilità pratica e loro rappresentazione grafica; Momenti di ordine “r” rispetto all’origine degli assi e all’asse baricentrico: definizione e loro significato fisico; definizione di media, frattile (o percentile), mediana e moda; definizione di varianza, di scarto quadratico, di coefficiente di variazione, di coefficiente di asimmetria e dei curtosi, e loro significato fisico; principali modelli probabilistici: Distribuzione geometrica; Distribuzione Binomiale; Distribuzione di Poisson, Distribuzione Esponenziale; Distribuzioni del valore Estremo (Gumbel, Frechet, EV3): loro parametri; significato fisico di tali parametri. Stima dei parametri: metodi di stima, stimatori, stime, aleatorietà delle stime e loro distribuzione di probabilità. Proprietà delle stime: distorsione, precisione, efficienza e robustezza delle stime; Individuazione dei migliori stimatori della media; della varianza, del coefficiente di variazione e del coefficiente di asimmetria. Stima dei parametri del Modello di Gumbel: metodo dei momenti e metodo della massima verosimiglianza; test di adattamento: di Kolmogorf-Smirnof, del Chi-quadrato; sul coefficiente di asimmetria, sul massimo valore osservato.

Applicazione delle procedure volte all’individuazione delle massime portate e dei massimi volumi di piena che possono affluire a preassegnate sezioni di un corso d’acqua o di una rete di drenaggio naturale o artificiale(4 CFU): Definizione di altezza di pioggia affluita in un determinato intervallo di tempo e relativi strumenti di misura: pluviometri, pluviografi, pluviometri registratori, disdrometri, radar meteorologici, acquisizione mediante acquisizione ed elaborazione di immagini. Definizione di altezza di pioggia giornaliera, settimanale, mensile e annuale; definizione ed individuazione del massimo annuale dell’altezza di pioggia in uno o più giorni consecutivi; definizione ed individuazione del massimo annuale dell’altezza di pioggia in una preassegnata durata “d” (con d compresa tra pochi minuti e le 24-120 ore); Enti preposti alla raccolta dei dati di pioggia, loro organizzazione territoriale e loro evoluzione nel tempo; Annali Idrologici: loro logica e dati riportati al loro interno; Elaborazione dei dati a disposizione ai fini della individuazione delle curve di probabilità pluviometriche relative a un determinato punto o ad un’intera area; zone e sottozone pluviometriche omogenee: loro definizione e modalità di individuazione; espressioni monomie e tri-parametriche: analisi dei parametri inseriti in tali espressioni e del loro significato fisico; vantaggi/svantaggi nell’uso delle espressioni bi- e tri-parametriche: tracciamento delle curve di probabilità pluviometrica con riferimento al caso in cui, nel punto in esame, siano disponibili misure dirette di altezze di pioggia; tracciamento delle curve di probabilità pluviometrica nel caso in cui, nello specifico punto preso in esame, non sono disponibili misure dirette di precipitazione e, equivalentemente, nel caso in cui interessi una intera area (ad esempio, un intero bacino imbrifero). Modelli di trasformazione degli afflussi meteorici in deflussi di piena: Modelli a scala sinottica, a scala di bacino o idraulici; Modelli continui o di evento (ad esempio: modelli di piena); Modelli a simulazione particolareggiata o concettuali; Modelli a parametri concentrati, oppure distribuiti o semidistribuiti; Modelli lineari e non lineari; modelli stazionari e non lineari; Definizione di “Spettro di risposta” e di IUH per sistemi lineari e stazionari; la risposta di un sistema lineare e stazionario ad un ingresso variabile nel tempo: l’Integrale di convoluzione. Principali modelli lineari e stazionari: Metodo della Corrivazione e sue possibili semplificazioni; Metodo dell’Invaso Lineare; Modello di Nash a “n” serbatoi lineari e stazionari disposti in serie per una singola stazione. Applicazione di uno o più di tali metodi ad uno specifico caso di studio, affrontato a livello di esercitazioni di gruppo. Cenno sui fenomeni di intercettazione e di infiltrazione, e sui principali modelli utilizzati in campo tecnico-scientifico per descriverli e valutarne gli effetti. Approcci “variazionale” o “massimizzante” per la valutazione, su base statistica, a partire dalle curve di probabilità pluviometriche, delle medie dei massimi annuali delle portate al colmo di piena e, rispettivamente, dei massimi volumi di piena che possono giungere ad una preassegnata sezione di un corso d’acqua o di una rete di drenaggio. Applicazione della procedura massimizzate allo specifico caso di studio affrontato, in ambito esercitativo, a livello di gruppo. Individuazione, a partire da tali medie, dei valori della massima portata istantanea annuale e del massimo volume di piena in una preassegnata durata D che possono essere superati, mediamente, ogni T anni (essendo T il periodo di ritorno). Cenni sui tipi di interventi disponibili per la difesa dalle piene: Interventi strutturali (che prevedono, cioè, la realizzazione di opere) e non strutturali (che prevedono, viceversa, l’emanazione di norme e/o vincoli, la predisposizione di Piani di protezione Civile basati su sistemi di allertamento del tipo “early warning” oppure ancora l’attuazione di politiche assicurative). Interventi strutturali di difesa attiva e passiva dalle piene: Opere di “Difesa attiva” (qali aree di espansione controllata delle piene; casse di espansione, scolmatori, diversivi, etc.); Opere di “Difesa passiva” (quali; arginature, drizzagni, taglio di meandri, restringimenti/allargamenti della sezione, eliminazione di ostacoli al deflusso delle acque, ristrutturazione o ricostruzione di ponti, etc.).

Materiale Didattico:

Appunti del Corso resi disponibili sul sito docenti e/ o durante le lezoni

Ugo Maione e Ugo Moisello: “ELEMENTI DI STATISTICA PER L’IDROLOGIA” – Editore: MEDEA – Anno di pubblicazione: 2015 – ISBN: 8866930830

Ugo Moisello: IDROLOGIA TECNICA”- Editore: MEDEA – Anno di pubblicazione: 2014 – ISBN: 8866930792