ITALIANO

Alcuni esempi di modellazione di fenomeni del ciclo idrologico e delle loro possibili applicazioni, con particolare riferimento ai problemi di protezione idraulica del territorio.

Il ciclo idrologico.
Il bacino idrografico come sistema idrologico
Processi di infiltrazione.
Infiltrazione potenziale.
Le precipitazioni: misura e modellazione stocastica delle precipitazioni estreme.
Modelli di trasformazione afflussi deflussi.
Analisi di serie di dati idrologici.
Analisi di rischio idraulico.

Appunti del docente.
Idrologia Tecnica, U. Moisello, Ed. La Goliardica Pavese.
Applied Hydrology, Chow Maidment and Mays, Ed. McGraw-Hill.

Il corso ha come obiettivo quello di fornire agli allievi padronanza dei concetti impartiti durante il corso. Capacità di descrivere qualitativamente e quantitativamente, attraverso di modelli matematici e con l'ausilio del calcolatore elettronico, i fenomeni studiati. Capacità di valutare gli ordini di grandezza delle quantità che regolano i processi trattati nel corso.
Capacità di scegliere in modo autonomo le variabili minime per lo studio dei processi causa-effetto in sistemi idrici naturali, e di definire l'architettura di modelli matematici.
Sviluppo di capacità comunicative e di team working, attraverso le esercitazioni collettive e la loro discussione pubblica.
Acquisizione di consapevolezza sui limiti delle proprie conoscenze e sull'esigenza di aggiornamento e autoapprendimento grazie alle analisi di incertezza connesse allo sviluppo di modelli matematici.

Concetti essenziali di idraulica delle correnti a pelo libero e dei moti di filtrazione.

Il corso prevede l’immediata applicazione (learn by doing) degli argomenti esposti attraverso lo svolgimento di esercitazioni numeriche sui temi trattati. Tali applicazioni vengono svolte in aula dagli allievi, eventualmente suddivisi in gruppi (team-working), sotto la supervisione del docente.

Prove scritte intercorso facoltative.
Esame orale.
La capacità di descrivere autonomamente i principali processi idrologici, le variabili che li descrivono e le principali tecniche di misura e di stima delle stesse rappresenta il requisito minimo per il superamento dell'esame.

Per lo sviluppo delle esercitazioni numeriche saranno utilizzate semplici funzionalità di calcolo in ambienti di programmazione quali Matlab, Python, Excel, di cui saranno fornite le nozioni di base.

Il ciclo idrologico: Sistemi idrologici; modelli idrologici.

Processi di infiltrazione: terreni non saturi: capillarità; equazione di Richards. Curve caratteristiche idrauliche. Infiltrazione potenziale. Modelli dell’infiltrazione potenziale. Integrazione dell’equazione di Richards alle differenze finite.

Le precipitazioni: la misura delle precipitazioni; legge di pioggia; modelli probabilistici dei valori estremi; modello TCEV: regionalizzazione dell’informazione idrologica.

Modelli di trasformazione afflussi deflussi: idrogramma istantaneo unitario e integrale di convoluzione; modello cinematico; modello dell’invaso lineare; modello di Nash.

Analisi di serie di dati idrologici: problemi di identificazione, previsione, generazione di serie sintetiche. Il teorema di Fourier el'analisi armonica di una serie: criterio di Nyqist; distorsione di un segnale (aliasing). Funzioni di autocorrelazione e di crosscorrelazione. Modelli autoregressivi: modelli AR, ARX, ARMA, ARMAX.

Definizione di rischio.
Esempi di valutazione del rischio idraulico.

Nozioni di base sull'utilizzo di software di calcolo quali Excel, Pyhton e Matlab.

Italian

Examples of modeling of the hydrological cycle phenomena and their possible applications, with particular reference to the problems of hydraulic hazard and risk mitigation.

The water cycle.
The watershad as a hydroligical system.
Infiltration in unsaturated soils.
Infiltration capacity.
Precipitations: measurements and stochastic modeling of extremes.
Modellng rainfall-runoff transformation.
Hydrologic data series analysis.
Hydraulic risk analysis

Lecture notes.
Applied Hydrology, Chow Maidment and Mays, Ed. McGraw-Hill.
Idrologia Tecnica, U. Moisello, Ed. La Goliardica Pavese.

The course aims to provide students with mastery of the concepts taught during the course. Ability to describe qualitatively and quantitatively, through mathematical models and with the aid of the electronic calculator, the studied phenomena. Ability to evaluate the orders of magnitude of the quantities that regulate the processes studied during the course.
Ability to describe the phenomena studied qualitatively and quantitatively, using mathematical models and computer aided computing. Ability to evaluate the orders of magnitude of the quantities governing the processes covered in the course.
Ability to independently select the minimal variables for studying cause-effect processes in natural water systems and to define the architecture of mathematical models.
Development of communication and teamwork skills through group exercises and their public discussion.
Gain awareness of the limits of one's knowledge and the need for updating and self-learning through uncertainty analyses related to the development of mathematical models.

Essential concepts of free-surface and groundwater hydraulics.

The course includes the immediate application (learn by doing) of the topics presented through the carrying out of numerical exercises on the topics covered. These applications are carried out in the classroom by the students, possibly divided into groups (team-working), under the supervision of the teacher.

Optional inter-course written tests.
Oral examination.
The ability to independently describe the main hydrological processes, the variables that describe them and the main techniques for measuring and estimating them represents the minimum requirement for passing the exam.

To develop the numerical exercises, simple calculation functions will be used in programming environments such as Matlab, Python, and Excel, the basic notions of which will be provided.

The hydrological cycle: hydrological systems; hydrological models.

Infiltration processes: unsaturated soils: capillarity; Richards equation. Hydraulic characteristic curves. Potential infiltration. Models of potential infiltration.
Integration of the Richards equation with finite differences technique.

Precipitations: the measurement of precipitations; spatial distribution of precipitation; depth duration frequency curves; probabilistic models of extreme values; TCEV model: regionalization of hydrological information.

Rainfall-runoff models: IUH and convolution integral; Kinematic model; linear reservoir model; Nash model.

Analysis of hydrological data series: identification, prediction and generation of synthetic series. Harmonic analysis of a series and Fourier's theorem: Nyqist criterion; aliasing.and distortion Autocorrelation and cross-correlation functions. Autoregressive models: AR, ARX, ARMA, ARMAX models.

Definition of risk.
Examples of hydraulic risk assessment.

Basic knowledge of using computer software such as Excel, Python, and Matlab.