ITALIANO

I contenuti del corso sono articolati nei seguenti macro capitoli:
Le opere Idrauliche per l’utilizzazione della risorsa idrica (Ciclo Idrico Integrato), Gestione fonti di approvvigionamento, Gestione invasi artificiali, Gestione delle reti idriche di distribuzione, Strumenti per la pianificazione e gestione dei sistemi idrici, Modelli e tecniche di ottimizzazione, Contaminazioni dei sistemi idrici.
Per ognuno di essi saranno presentati i manufatti idraulici per la captazione, lo stoccaggio, la distribuzione e lo scarico della ricorsa idrica nei corpi idrici ricettori. Particolare attenzione è rivolta alla descrizione dei manufatti di trasporto e derivazione, delle problematiche gestionali in caso di carenza (siccità) o di contaminazione della ricorsa, delle tecniche, anche innovative, utilizzate per ottimizzare la gestione della risorsa idrica e proteggerla da possibili contaminazioni.
Sono fornite anche nozioni di Ricerca Operativa e di tecniche di ottimizzazione mono e multiobiettivo, come pure applicazioni di analisi costi-benefici per la scelta tra diverse alternative di piano o di gestione, con riferimento agli obiettivi dell’intervento pubblico nella gestione delle risorse idriche.

- Appunti del corso
- Ippolito, G., Appunti Di Costruzioni Idrauliche, Liguori, 1995.
- Milano, V., Acquedotti, Guida Alla Progettazione, Hoepli, 2012.
- Da Deppo L., Datei C., Fognature,Cortina (Padova) Edizione, 2005.
- Ferro V., La Sistemazione Dei Bacini Idrografici, Mcgraw-Hill Education, 2006
- Cavallo, A., Setola, R., Vasca, F., La Nuova Guida A Matlab, Simulink E Control Toolbox,. Luguori, 2005.
- Loucks D.P., J.R.Stedinger, D.A.Haith: Water Resources Systems Planning And Analysis, Prentice-Hall Ed., 1981.
- Maass A., M.M. Hufschmidt, R. Dorfman, H.A. Thomas Jr., S.A. Marglin, G.M. Fair: Design Of Water-Resource Systems, Harvard University Press, 1962.
- Henderson J.M., R.E. Quandt: Teoria Microeconomica - Una Impostazione Matematica, Utet, 1973.
- Bazaraa M.S., Jarvis J.J.: Linear Programming And Net- Work Flows, Wiley Ed, 1977.
- Loucks D.P., E. Van Beek: Water Resources Systems Planning And Management - An Introduction To Methods, Models And Applications, Unesco Ed, 2005.

Il corso si prefigge di fornire all’allievo le nozioni tecniche relative alla gestione delle risorse idriche attraverso: a) la comprensione del funzionamento delle opere e dei manufatti per la captazione, lo stoccaggio, la distribuzione e lo scarico nei corpi idrici ricettori; b) le problematiche gestionali sia operative che di manutenzione con i relativi aspetti economici; c) le tecniche, anche innovative, utilizzate per ottimizzare la gestione della risorsa idrica e ridurre sprechi di acqua e di energia necessaria per utilizzare la risorsa idrica; d) la gestione delle principali problematiche di contaminazione dell’acqua sia ai fini della mitigazione del rischio idropotabile che di contaminazione ambientale che pregiudica la disponibilità delle risorse idriche.
L’obiettivo è quello di formare un allievo in grado di rispondere alle moderne esigenze della gestione delle problematiche di carenza (siccità) o contaminazione della risorsa idrica e dell’ambiente (dovuto ad inquinamento nei corpi idrici ricettori) sia per usi civili che irrigui ed industriali. Pertanto, il corso fornisce elementi di Ricerca Operativa, di analisi economica e di probabilità, anche con l’ausilio di diversi software di simulazione, per poter affrontare al meglio le problematiche di pianificazione, di gestione e manutenzione che potranno presentarsi in ambito lavorativo e di ricerca applicata.
L’allievo sarà coinvolto nello svolgimento di esercitazioni numeriche e progettuali e nell’utilizzo di moderni software di simulazione.

Idraulica

Il corso prevede lo svolgimento di lezioni frontali e lo sviluppo di esercitazioni numeriche e progettuali assistite.

L’esame consiste in una prova orale con discussione della teoria acquisita durante il corso sul funzionamento delle opere e dei manufatti idraulici e sulle tecniche di gestione descritte e, infine, sugli elaborati progettuali e le esercitazioni numeriche sviluppati durante il corso.

Sono resi disponibili a cura dei docenti: dispense e slides delle lezioni

0) Introduzione al corso
1) Le opere Idrauliche per l’utilizzazione della risorsa idrica (Ciclo Idrico Integrato)
- Sorgenti
- Adduzione
- Serbatoi di accumulo, riserva e compenso
- Distribuzione
- Fognature
- Scolmatori
- Depuratori
- Sistemi di irrigazione
2) Gestione fonti di approvvigionamento
- Il bilancio idrologico
- Disponibilità della risorsa idrica
- Ricarica dell’acquifero
- Scarsità della risorsa e modelli di previsione
3) Gestione invasi artificiali
- Il bacino idrografico
- Dimensionamento e gestione di un invaso artificiale
- Modelli deterministici (curva del Conti)
- Modelli probabilistici (modelli ARMA, Metodo Montecarlo, etc.)
- Problematiche di gestione (siccità, interrimento e piena)
- Gestione innovativa di un serbatoio artificiale
4) Gestione delle reti idriche di distribuzione
- Dimensionamento e verifica degli acquedotti
- Indici di performance puntuali e globali
- Resilienza topologica ed energetica di una rete di acquedotto cittadino
- Bilancio idrico di distretto ai sensi della Delibera sulla qualità tecnica del servizio integrato ARERA 917/2017/R/idr
- Distrettualizzazione ottimale di una rete idrica di distribuzione
5) Strumenti per la pianificazione e gestione dei sistemi idrici
- Aspetti economici ed ambientali (Valore futuro, valore atteso, etc.)
- Scelte tra diverse alternative di piano o di gestione
- Obiettivi dell’intervento pubblico nella gestione delle risorse idriche
- Analisi costi-benefici
- Simulazione e ottimizzazione
6) Modelli e tecniche di ottimizzazione
- Introduzione alla Ricerca Operativa
- La funzione obiettivo e i vincoli
- La programmazione lineare
- Il metodo del simplesso
- Cenni di teoria dei grafi
- Problemi di flusso su reti
- La programmazione dinamica
- Cenni di ottimizzazione multiobiettivo (fronte di Pareto)
7) Contaminazioni dei sistemi idrici
- Possibili contaminazioni dei sistemi idrici e dei ricettori finali
- Water Safety Plan e cenni sulla normativa di settore
- Gli scolmatori di piena delle fognature cittadine
- La contaminazione dei corsi idrici superficiali
- La contaminazione delle falde acquifere
- Contaminazione dell’acqua idropotabile negli acquedotti (stazioni di clorazione e sensori di rilevazione della contaminazione)



Esercitazioni/Projects
1. Introduzione a MATLAB
2. Identificazione e Generazione di serie sintetiche di deflussi mensili utilizzando un processo autoregressivo con l’ausilio del software MATLAB
3. Definizione dei distretti idrici ottimali, ai sensi del D.M. n.97 del 1999, di una rete idrica di distribuzione
4. Bilancio idrico di distretto ai sensi della Delibera sulla qualità tecnica del servizio integrato ARERA 917/2017/R/idr
5. Allocazione ottimale delle risorse in una rete di serbatoi con il metodo del simplesso
6. Allocazione ottimale delle risorse in una rete di serbatoi con il metodo della programmazione dinamica
7. Verifica di uno scolmatore di piena ai sensi della Delibera sulla qualità tecnica del servizio integrato ARERA 917/2017/R/idr
8. Posizionamento ottimale delle stazioni di rilevazione della contaminazione lungo un corso fluviale
9. Posizionamento ottimale delle stazioni di clorazione in una rete idrica di distribuzione
10. Posizionamento ottimale dei sensori di rilevazione della contaminazione in una rete

Il corso prevede l’immediata applicazione degli argomenti esposti attraverso lo svolgimento di esercitazioni numeriche e progettuali. Tali applicazioni saranno svolte in aula dagli allievi, eventualmente suddivisi in gruppi, sotto la supervisione dei docenti.

Italian

The course contents are arranged into the following macro chapters:
Hydraulic infrastructures for the use of water resources (Integrated Water Cycle), Management of supply sources, Management of artificial reservoirs, Management of water distribution networks, Tools for planning and management of water systems, Models and optimization techniques, Contamination of water systems.
For each of these will be presented the hydraulic works for the collection, storage, distribution and discharge of the water resource in the receiving water bodies. Particular attention is focused to the description of water transport and derivation, management problems in the event of shortage (drought) or contamination of the resource, techniques, even innovative, used to optimize the management of water resources and protect them from possible contamination.
Notions of Operational Research and mono and multi-objective optimization methods are also provided, as well as cost-benefit analysis applications for the choice between different plans or management alternatives, with reference to the objectives of public intervention/investment in the management of water resources.

- Lecture notes
- Ippolito, G., Appunti Di Costruzioni Idrauliche, Liguori, 1995.
- Milano, V., Acquedotti, Guida Alla Progettazione, Hoepli, 2012.
- Da Deppo L., Datei C., Fognature,Cortina (Padova) Edizione, 2005.
- Ferro V., La Sistemazione Dei Bacini Idrografici, Mcgraw-Hill Education, 2006
- Cavallo, A., Setola, R., Vasca, F., La Nuova Guida A Matlab, Simulink E Control Toolbox,. Luguori, 2005.
- Loucks D.P., J.R.Stedinger, D.A.Haith: Water Resources Systems Planning And Analysis, Prentice-Hall Ed., 1981.
- Maass A., M.M. Hufschmidt, R. Dorfman, H.A. Thomas Jr., S.A. Marglin, G.M. Fair: Design Of Water-Resource Systems, Harvard University Press, 1962.
- Henderson J.M., R.E. Quandt: Teoria Microeconomica - Una Impostazione Matematica, Utet, 1973.
- Bazaraa M.S., Jarvis J.J.: Linear Programming And Net- Work Flows, Wiley Ed, 1977.
- Loucks D.P., E. Van Beek: Water Resources Systems Planning And Management - An Introduction To Methods, Models And Applications, Unesco Ed, 2005.

The course aims to provide the student technical notions related to water resources management through: a) understanding of the functioning of the infrastructures and works and of the artefacts for collection, storage, distribution and discharge into the receiving water bodies; b) operational and maintenance management issues with the related economic aspects; c) the techniques, also innovative, used to optimize the management of the water resource and reduce water and energy waste necessary to use the water resource; d) the management of the main problems of water contamination both for the purpose of mitigating the drinking water risk and for environmental contamination which affects the availability of water resources.
The goal is to train a student capable of responding to the modern needs of managing problems of shortage (drought) or contamination of water resources and the environment (due to pollution in the receiving water bodies) for both civil and irrigation uses. industrial. Therefore, the course provides elements of Operational Research, economic analysis and probabilities, also with the aid of different simulation software, in order to be able to better face the planning, management and maintenance problems that may arise in the workplace and applied research.
The student will be involved in numerical and design exercises and in the use of modern simulation software.

Hydraulics

The course includes lectures and the development of assisted numerical and design exercises.

The exam consists of an oral test with discussion of the theory acquired during the course on the hypotheses and design criteria and on the project drawings and the numerical exercises developed.

Teacher provide to students: lecture notes and slides

0) Introduction to the course
1) Hydraulic infrastructures for the use of water resources (Integrated Water Cycle)
- Sources
- Adduction
- Storage, Reserve and compensation tanks
- Distribution
- Sewers
- Flood spillways
- water Purifiers
- Irrigation systems
2) Supply sources management
- The hydrological balance
- Availability of water resources
- Recharge of the aquifer
- Resource shortage, drought and forecasting models
3) Management of artificial reservoirs
- The river basin
- Design and management of an artificial reservoir
- Deterministic models (Conti’s curve)
- Probabilistic models (ARMA models, Montecarlo Method, etc.)
- Management issues (drought, silting and flood)
- Innovative management of an artificial reservoir
4) Management of water distribution networks
- Design of aqueducts
- Local and global performance indices
- Topological and energy resilience of a water distribution network
- District water balance in compliance with the Resolution on the technical quality of the integrated service ARERA 917/2017 / R / idr
- Optimal partitioning of a water distribution network
5) Tools for planning and management of water systems
- Economic and environmental aspects (future value, expected value, etc.)
- Choices between different plans or management alternatives
- Objectives of public intervention/investment in the management of water resources
- Cost-benefit analysis
- Simulation and optimization
6) Models and optimization techniques
- Introduction to Operational Research
- The objective function and the constraints
- Linear programming
- The Simplex method
- Introduction to Graph Theory
- Flow problems on networks
- Dynamic programming
- Overview of multi-objective optimization (Pareto front)
7) Contaminations of water systems
- Possible contamination of water systems and final receptors
- Water Safety Plan and notes on sector legislation
- The flood spillways of the urban sewers
- Contamination of surface water courses
- Contamination of aquifers/groundwaters
- Drinking water contamination in aqueducts (chlorination stations and contamination detection sensors)

Exercises/Projects
1. Introduction to MATLAB
2. Identification and generation of synthetic series of monthly outflows using an autoregressive process with the aid of the MATLAB software
3. Definition of the optimal water districts, according to the D.M. n.97 of 1999, of a water distribution network
4. District water balance in compliance with the Resolution on the technical quality of the integrated service ARERA 917/2017 / R / idr
5. Optimal allocation of resources in reservoir networks using the Simplex method
6. Optimal allocation of resources in reservoir networks using the Dynamic optimization
7. Design and check of a flood spillways according to the Resolution on the technical quality of the integrated service ARERA 917/2017 / R / idr
8. Optimal positioning of the contamination detection stations along a river
9. Optimal positioning of the chlorination stations in a water distribution network
10. Optimal positioning of contamination detection sensors in a water distribution network

The course provides for the immediate application of the topics presented through the carrying out of numerical and design exercises. These applications will be carried out in the classroom by the students, possibly divided into groups, under the supervision of the teachers.