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    Michele IERVOLINO

    Insegnamento di MODELLI PER LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO IDRAULICO

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA CIVILE

    SSD: ICAR/01

    CFU: 9,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 72,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    L'insegnamento si articola in una disamina delle formulazioni dei più diffusi modelli impiegati per la simulazione degli scenari di pericolosità idraulica ai fini della caratterizzazione del rischio idrogeologico. Si prendono pertanto in esame modelli di moto permanente e vario per correnti monodimensionali a fondo fisso e mobile, nonchè i modelli per la propagazione bidimensionale delle piene fluviali, ed infine modelli ibridi che si basano sull'integrazione dei due precedenti approcci. Viene inoltre illustrata l'implementazione delle metodologie generali in un codice di calcolo ad accesso libero e di ampio utilizzo (HEC-RAS), del quale vengono forniti i principali rudimenti. Sulla scorta di tali elementi, nella parte finale dell'insegnamento viene trattato ed affrontato - sotto la supervisione del docente - un caso di studio con il quale gli studenti potranno confrontarsi per verificare la concreta applicazione di quanto trattato.

    Testi di riferimento

    C. Montuori, Complementi di Idraulica, Napoli, Liguori.
    A. Armanini, Principi di Idraulica Fluviale, Cosenza, Bios

    Obiettivi formativi

    Al termine del corso, lo studente deve conoscere e saper descrivere i principali modelli matematici per la valutazione della pericolosità idraulica in ambito fluviale
    L’insegnamento si prefigge di fornire conoscenze di base sull'Idraulica delle correnti a fondo fisso e mobile e sui moti delle acque basse e capacità di progettazione di un modello di calcolo che analizzi fenomeni adeguatamente describivili ricorrendo ai suddetti modelli teorici.
    Inoltre, si auspica che lo studente sia in grado di trarre conclusioni in merito alla classificazione della pericolosità idraulica di un'area fluviale e sia capace al contempo di illustrare come tale valutazione discenda dalla analisi dei risultati dei modelli di calcolo applicati.
    L'insegnamento è pertanto finalizzato ad un percorso formativo al termine del quale lo studente potrà operare - in proprio o in collaborazione con altri professionisti - nella realizzazione o nella revisione - ad esempio - di valutazioni della pericolosità idraulica, della compatibilità idraulica di nuovi interventi, degli effetti di opere di mitigazione del rischio idraulico, sia in ambito professionale che alle dipendenze degli Enti Territoriali coinvolti in tali attività.

    Prerequisiti

    Nozioni di Idraulica abitualmente acquisite nei corsi di primo livello.

    Metodologie didattiche

    1) Lezioni frontali articolate nei seguenti moduli didattici (30 ore):
    - Introduzione al corso
    - Richiami sulle correnti a pelo libero in moto permanente
    - Correnti a pelo libero in moto vario
    - Il trasporto solido in alvei a fondo mobile
    - I moti vari delle acque basse
    - Integrazione dei modelli di corrente e delle acque basse
    - Il codice di calcolo HEC-RAS
    2) Esercitazioni (18 ore)
    - Scala di deflusso in alveo a scabrezza eterogenea
    - Scala di deflusso in alveo banchinato
    - Tracciamento di un profilo di corrente
    - Applicazione del metodo cinematico
    - Condizioni di moto di un alveo a fondo mobile
    - Primo approccio con HEC-RAS
    3) Lezioni frontali articolate (eventualmente) nei seguenti moduli didattici (24 ore):
    - Lezioni seminariali: presentazione del caso di studio
    - Lezioni seminariali: organizzazione delle attività supervisionate
    - Lezioni seminariali: discussione aperta sullo svolgimento delle attività supervisionate
    - Lezioni seminariali: presentazione dei risultati delle attività supervisionate

    Metodi di valutazione

    La prova orale:
    - si prefigge l’obiettivo di accertare le capacità di saper descrivere i principali modelli matematici per la valutazione della pericolosità idraulica in ambito fluviale .
    - si prefigge l’obiettivo di accertare le capacità di comprensione dell'Idraulica delle correnti a fondo fisso e mobile e sui moti delle acque basse
    - intende accertare l’apprendimento delle conoscenze sull'analisi di fenomeni adeguatamente describivili ricorrendo ai suddetti modelli teorici.

    Si svolgerà mediante un colloquio articolato come di seguito:
    - presentazione di una delle esercitazioni svolte, per la quale è consentito il supporto degli strumenti informatici impiegati per lo svolgimento
    - illustrazione dei contenuti teorici dell'insegnamento
    - presentazione dei risultati del lavoro di gruppo svolto sotto la supervisione del docente (caso di studio)

    Costituiscono parametri di valutazione:
    - capacità di collegamenti critici
    - capacità di sintesi
    - qualità dell’organizzazione del discorso e dell’esposizione
    - proprietà di linguaggio nell'uso del lessico specialistico

    Per il superamento dell'esame è richiesto un adeguato livello di interlocuzione con il docente sui tre elementi della prova (esercitazioni, contenuti teorici, lavoro di gruppo).

    Altre informazioni

    - Sono previsti materiali di supporto on line;
    - Saranno rese disponibili le slides eventualmente utilizzate durante le lezioni;

    Programma del corso

    A) Argomenti di teoria (4.75 CFU)
    A1 - Introduzione al corso: Pericolosità e Rischio. Cenni sulla Pianificazione di Bacino e sulla Gestione del Rischio Alluvioni.
    A2 - Richiami sulle correnti a pelo libero in moto permanente: L'equazione del profilo di corrente. Moto uniforme nei canali a superficie libera. Stato critico. Profili di corrente elementari. Profili di corrente in presenza di singolarità. Profili di corrente a portata variabile. Confluenze fluviali.
    A3 - Correnti a pelo libero in moto vario: Le equazioni del De Saint Venant. Condizioni al contorno. Tecniche di risoluzione. Approsimazione Cinematica e Diffusiva.
    A4 - Il trasporto solido in alvei a fondo mobile: Richiami sul trasporto solido di fondo e in sospensione. L'equazione di Exner. L'evoluzione morfologica dei corsi d'acqua.
    A5 - I moti vari delle acque basse: Le equazioni delle acque basse. Tecniche di risoluzione.
    A6 - Integrazione dei modelli di corrente e delle acque basse: Modelli ibridi 1D/2D
    A7 - Il codice di calcolo HEC-RAS: Caratteristiche e potenzialità. Gli elementi essenziali per la costruzione di un modello di calcolo. Verifica dei dati di input/output. Interpretazione dei risultati.

    B) Esercitazioni (2.25 CFU)
    B1 - Scala di deflusso in alveo a scabrezza eterogenea
    B2 - Scala di deflusso in alveo banchinato
    B3 - Tracciamento di un profilo di corrente
    B4 - Applicazione del metodo cinematico
    B5 - Condizioni di moto di un alveo a fondo mobile
    B6 - Primo approccio con HEC-RAS

    C) Lavoro di gruppo sotto la supervisione del docente (3 CFU):
    C1 - presentazione del caso di studio
    C2 - organizzazione delle attività supervisionate
    C3 - discussione aperta sullo svolgimento delle attività supervisionate (più incontri)
    C4- presentazione dei risultati delle attività supervisionate

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    The course concerns widespread formulations of models employed for the simulation of hydraulic hazard scenarios and for subsequent hydrogeological risk assessment. Steady and unsteady models for one-dimensional and two-dimensional flows are therefore addressed, considering both fixed and erodible bottom, as well as hybrid formulations of 1D/2D models. The implementation of these general methodologies in the well-known open-access HEC-RAS code is discussed. Based on these elements, in the final part of the course the students - under the supervision of the lecturer - will address a case-study to benchmark and verify the practical application of the course contents.

    Textbook and course materials

    C. Montuori, Complementi di Idraulica, Napoli, Liguori.
    A. Armanini, Principi di Idraulica Fluviale, Cosenza, Bios

    Course objectives

    At the end of the course, the student should know and be able to describe the main mathematical models for the evaluation of hydraulic hazard in riverine areas.
    The course aims at providing basic knowledge of open-channel and shallow water hydraulics over fixed and mobile bottom and the capabilities of setting up a computational model able to simulate processes which are adequately described by the above theoretical models.
    Furthermore, it is expected that the student would be able to assess the hydraulic hazard of a given area and to motivate how this assessment follows from the analysis of the results of the numerical modeling.
    The course therefore contributes to the learning agreement at the end of which the students will be able to work - alone or in team with colleagues . in the design or revision of e.g. hydraulic hazard assessment, hydraulic compatibility of new works, risk mitigation interventions, either as a professional or as an employee of the agencies deputed to these activities.

    Prerequisites

    Basic notions of hydraulics usually taught in first-level courses.

    Teaching methods

    1) Lessons (30 hours):
    - Couse introduction
    - Recap on steady open-channel flows
    - Unsteady open-channel flows
    - Sediment transport in mobile bottom channels
    - Unsteady shallow-water flows
    - Hybrid 1D/2D description of floods
    - The HEC-RAS computational code
    2) Esercises (18 hours)
    - Stage-discharge relation in a mixed roughness channel
    - Stage-discharge relation in a bank/overbank channel
    - Steady flow profile in an open-channel
    - Kinematic wave for flood-wave propagation
    - Flow in a mobile-bottom channel
    - Ice-breaking with HEC-RAS
    3) Supervised group work (24 hours):
    - Case study selection
    - Supervised group work planning
    - Intermediate brainstorming on supervised group work
    - Presentation of the results of supervised group work

    Evaluation methods

    Oral exam:
    - aims at assessing the capability of describing the main mathematical models for the hydraulic hazard assessment of riverine areas.
    - aims at verifying the comprehension capabilities of the open-channel and shallow water hydraulics on fixed and mobile bottom.
    - wants to verify the acquisition of the knowledge about the analysis of processes which may be adequately described with the above theoretical models.

    It will consist of a colloquium as above:
    - presentation of one of the exercises, with the support of computing tools used for the solution
    - interrogation of the theoretical contents of the course
    - presentation of the results of the supervised work group (case study)

    Evaluation parameters are:
    - capability of critical thinking
    - synthesis capability
    - quality in the exposition organisation
    - use of adequate technical terminology

    To pass the exam an adequate level of discussion with the lecture is required on the three elements of the exam (exercises , theory, group work).

    Other information

    - On-line support available;
    - In case slides are used during lessons, they will be made available to the students;

    Course Syllabus

    A) Theory (4.75 CFU)
    A1 - Course introduction: Hazard and Risk. Elements of Risk Planning and Management at the catchment scale.
    A2 - Recap on steady open-channel flows: flow profile equation. Uniform flow in open channels. Critical depth condition. Basic flow profiles. Flow profiles with singularities. Variable discharge flow profiles. River junctions.
    A3 - Unsteady open-channel flows: Saint Venant equations. Boundary conditions. Numerical methods. Kinematic and diffusive approximations.
    A4 - Sediment transport in mobile bottom channels: Recap on bed-load and suspended transport. Exner equation. Morphological evolution of rivers .
    A5 - Shallow water unsteady flows: Shallow water equations. Numerical methods.
    A6 - Hybrid 1D/2D models for river floods.
    A7 - The computational code HEC-RAS: features and capabilities. Essential features for a computational model. Check of input/output data. Results interpretation.

    B) Exercises (2.25 CFU)
    B1 - Stage-discharge relation in a mixed roughness channel
    B2 - Stage-discharge relation in a bank/overbank channel
    B3 - Steady flow profile in an open-channel
    B4 - Kinematic wave for flood-wave propagation
    B5 - Flow in a mobile-bottom channel
    B6 - Ice-breaking with HEC-RAS

    C) Lavoro di gruppo sotto la supervisione del docente (3 CFU):
    C1 - Case study selection
    C2 - Supervised group work planning
    C3 - Intermediate brainstorming on supervised group work
    C4 - Presentation of the results of supervised group work

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