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Idraulica fluviale

04BEPMX

A.A. 2021/22

2020/21

Idraulica fluviale

Il corso si propone di inserire l’ambito fluviale nonchè le sue interazioni con il bacino idrografico e il territorio circostante nell’insieme delle conoscenze proprie di un allievo ingegnere con lo scopo di mostrarne la complessità non solo dal punto di vista dell’evoluzione spazio-temporale del sistema ma anche dell’importanza delle interconnessioni a tutti i livelli con l’ambiente circostante. La capacità di operare scelte progettuali e gestionali oculate, nel rispetto ed equilibrio delle molte componenti (spesso contrastanti) che compongono l’ambiente fluviale, richiede una profonda conoscenza sia delle dinamiche che coinvolgono il fiume sia delle opere e degli strumenti (strutturali e non) adatti ad intervenire in tale delicato sistema.

Idraulica fluviale

The course aims to introduce the student to the fluvial environment and its interactions with the hydrographic basin and the landscape with the aim to show the complexity of spatio-temporal evolution of river systems. In order to make decisional choices, environmentally compatible, the students will be provide a plethora of tools concerning river dynamics and interventions

Idraulica fluviale

Conoscenza del sistema fluviale come vettore di trasporto di acqua, solidi e sostanze; Conoscenza dei meccanismi di trasferimento e degli effetti sul fiume soprattutto per quanto riguarda l’evoluzione spazio-temporale dell’ambito fluviale; Conoscenza delle dinamiche di interazione tra il fiume e l’ambiente circostante per quanto riguarda il trasferimento di acqua da e verso il fiume, movimento di sostanze solide e di sostanze disciolte; Conoscenza delle problematiche connesse alla progettazione di sistemi di difesa; Conoscenza delle problematiche di carattere territoriale, sociale, economico, etc... legate all’uso e sfruttamento dell’ambito fluviale.

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Knowledge of the the river system as a vector of water and solid matter, substances. Knowledge of transport processes and their effects on the river systems in terms of temporal-spatial evolution of the fluvial environment. Knowledge of interaction dynamics between the river and the landscape. Knowledge of the problems related to the environmental protection and the use of water resources.

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Nozioni fondamentali d’idraulica ed idrologia con particolare riferimento all’idraulica delle correnti a pelo libero. E’ consigliabile una conoscenza di base della lingua inglese scritta soprattutto per la lettura dei manuali di riferimento dei software utilizzati.

Idraulica fluviale

Basic knowledge of Hydraulics, Hydrology and open channel flows

Idraulica fluviale

PRIMA PARTE: Concetti e formulazioni (40 ore) 1) Inquadramento geomorfologico ed idrologico di un corso d'acqua. (3h) 2) Modelli dell'idrodinamica naturale (il modello 3D, approssimazione shallow water, l'equazione di Saint-Venant). Cenni sul comportamento dell'equazioni iperboliche. (3h) 3) Correnti stazionarie: ripasso sui moti stazionari a superfice libera, calcolo del coefficiente di resistenza negli alvei naturali. Ruolo della vegetazione. Deflusso in prossimità di sezioni di controllo. (3h) 4) Meccanica dei sedimenti e condizioni d’incipiente movimento. Condizioni di equilibrio morfodinamico dell'alveo. Calcolo della geometria idraulica. Progettazione di canali artificiali. Relazioi idromorfologiche (6h) 5) Trasporto solido di fondo e sospeso. (6h) 6) Le forme di fondo: previsione, modellazione ed effetti sul trasporto solido. (4h) 7) Morfodinamica fluviale 1D. Equazione di Exner. Modello de Saint-Venant-Exner. Soluzioni di moto uniforme. Fenomeni non stazionari. Effetto morfodinamico delle variazioni di larghezza. Il caso delle pile in alveo. (6h) 8) Processi e problemi tipici di Morfodinamica fluviale bidimensionale (diramazioni, derivazioni, barre). Cenni sulla dinamica dei meandri e schemi di calcolo di erosione generalizzata in curva. L'erosione spondale (4h) 9) Introduzione all'utilizzo del software Hec-Ras-1D, Basement-2D e Hec-Ras-2D (4h) SECONDA PARTE: Sistemazioni idrauliche 10) Cenni di Legislazione sulle acque superficiali (1,5 h) 11) Fenomeni di erosione localizzata (3 h) 12) Regolazione del fondo (3h) 13) Sistemazioni idrauliche in ambito montano: briglie, soglie (5h) 14) Sistemazioni idrauliche in ambito pedemontano: pennelli, scogliere (3h) 15) Sistemazioni idrauliche in ambito vallivo: arginature, riprofilature, diversivi (3,5h)

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A) Part 1: Principles and formulations 1) Geomorphological and hydrological background of rivers (3h) 2) Hydrodynamic models of natural systems (3D model, the shallow water approximation, Saint-Venant equations). Hints to hyperbolic equations (3h) 3) Steady flows: resume on steady open channel flows, computation of the friction factor coefficient, computation of the resistance in natural channels. Outflow from a control section (3h) 4) Sediment mechanics and theresold conditions. The hydraulic geometry. Design of channels. Hydrogeomorphological relationships. (6h) 5) Bedload and suspended sediment transport (6h) 6) Introduction to bedforms: prevision, modeling and effects on the sediment transport (4h) 7) 1D-River morphodynamics. The Saint-Venant-Exner model. Morphodynamic effect of width variations. Effects of immerged piers. (6h) 8) Examples of typical processes and problems in 2D fluvial morphodynamics. Hints to meandering dynamics and computation of the generalized bend erosion. (4h) 9) Introduction to the softwares Hec-Ras and Basement (4h) B) Part 2: River engineering 10) Legislation (1,5 h) 11) Local scour (3 h) 12) Bed regulation (3h) 13) River engineering in mountain streams (5h) 14) River engineering in piedmonts (3h) 15) River engineering in floodplains (3,5h)

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Il corso è organizzato in (circa) 40 ore di didattica frontale, 15 ore di esercitazioni in aula, 5 ore di seminari nel laboratorio di geoinformatica e 20 ore di tutoraggio. Si prevede un' attività di campo su un fiume, allo scopo di effettuare misure di portata liquida, caratterizzazione morfologica, e valutazione granulometrica.

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The course has 40 hours of frontal teaching, 15 hours of exercises, 5 hours of seminars in the laboratory of geoinformatics and 20 hours of tutorials. It is also planned a field activity on a real natural river, with the aim of developing discharge measurements, morphologic assessement and granulometric evaluation.

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Data la vasta multidisciplinarietà dell’argomento trattato, il corso fa principalmente riferimento a quanto distribuito e consigliato durante le lezioni (tra cui dispense e note del docente). Tuttavia si citano alcuni libri di testo di base dell’idraulica fluviale: - Principi di idraulica fluviale / Aronne Armanini. - Castrolibero: Bios, c2005 - Fluvial hydraulics: flow and transport processes in channels of simple geometry / Walter H. Graf, M.S. - Fluvial Hydrodynamics Hydrodynamic and Sediment Transport Phenomena / Dey, Subhasish / Springer - Altinakar. - Chichester: Wiley, 1998 La sistemazione dei bacini idrografici / Vito Ferro – McGraw Hill, 2002 - Opere di sistemazione idraulico-forestale a basso impatto ambientale / Vito Ferro et al. - McGraw-Hill, 2004 Di particolare interesse è l’e-book del Prof. Gary Parker (in inglese) scaricabile dall’indirizzo: http://hydrolab.illinois.edu/people/parkerg/morphodynamics_e-book.htm Durante il corso sarà fornita un’ampia bibliografia di approfondimento per i vari argomenti trattati.

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- Principi di idraulica fluviale / Aronne Armanini. - Castrolibero : Bios, c2005 - Fluvial hydraulics: flow and transport processes in channels of simple geometry / Walter H. Graf, M.S. - Altinakar. - Chichester: Wiley, 1998 La sistemazione dei bacini idrografici / Vito Ferro – McGraw Hill, 2002 - Fluvial Hydrodynamics Hydrodynamic and Sediment Transport Phenomena / Dey, Subhasish / Springer - Opere di sistemazione idraulico-forestale a basso impatto ambientale / Vito Ferro et al. - McGraw-Hill, 2004 - http://hydrolab.illinois.edu/people/parkerg/morphodynamics_e-book.htm

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto prodotto in gruppo; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti; Elaborato progettuale in gruppo;

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Lo scopo dell'esame è verificare: i) l'apprendimento dei processi e meccanismi fondamentali che caratterizzano la morfodinamica fluviale (1D e 2D) ed il trasporto solido e sospeso; ii) la capacità di risolvere problemi previsionali e progettuali inerenti le sistemazioni idrauliche in ambito fluviale; iii) la capacità di organizzare ed presentare una relazione tecnica sull'analisi idrogeomorfologica di un fiume reale. L'esame è quindi suddiviso in 3 parti, inerenti 1 prova orale, 1 prova scritta e la valutazione del lavoro di gruppo, che pesano rispettivamente 40% - 30% - 30% sul voto finale del modulo di Idraulica Fluviale. 1) La prova orale consiste nel rispondere a una domanda aperta su un tema esposto nella prima parte del corso. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere l'argomento richiesto in termini generali (non è richiesta la conoscenza mnemonica delle formule empiriche). La prova verra svolta tramite piattaforma BBB. Il voto conseguito pesa il 40% sul voto totale. 2) La prova scritta (90 min) richiede di risolvere un problema progettuale riguardante uno dei temi trattati nella seconda parte del corso. In questa fase è consentito sfogliare appunti, dispense o testi. Il voto conseguito pesa il 30% sul voto totale. La prova verrà effettuata con videosorveglianza dei docenti. 3) La valutazione del lavoro di gruppo si basa su due elaborati: i) relazione scritta che gli studenti a piccoli gruppi dovranno preparare su un caso di studio reale coinvolgente un fiume naturale ed esporre oralmente a fine corso, tramite presentazione che coinvolgerà a turno ogni elemento del gruppo; ii) Elaborato con la soluzione delle esercitazioni esposte e discusse a lezione. Il voto conseguito sulle attività di gruppo pesa il 30% del totale. I risultati delle prove scritte e orali rimangono validi per tutto l'anno accademico. Non vi è una data di scadenza particolare per la consegna degli elaborati di gruppo.

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Exam: Compulsory oral exam; Group essay; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff; Group project;

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The aim of the exam is to test whether the student: i) knows the fundamental processes that characterize the fluvial morphodynamics (1D and 2D) and the main concepts of sediment transport (both bedload and suspended); ii) is skilled in problem solving in river engineering; iii) is able to organize and present an hydrogeomorphological assessment of a real river. This goals will be accomplished as follows: 1) 40% of the grade comes from a first oral exam concerning the first part of the course. 2) 30% of the grade comes from a second written exam (90 min), through BBB platform, concerning the second part of the course. During this part of the exam the student is allowed to consult textbooks or notes. 3) 30 % of the final grade is based on the assessment of a report which will be prepared in groups containing: i) An hydraulic project for a chosen real case study; ii) The solution of exercises and homeworks. Each group will take an oral presentation illustrating the real case. The score of the exams remains valid for the whole academic year. There is no deadline for the submission of the group's reports.

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Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto prodotto in gruppo; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti; Elaborato progettuale in gruppo;

Idraulica fluviale

Lo scopo dell'esame è verificare: i) l'apprendimento dei processi e meccanismi fondamentali che caratterizzano la morfodinamica fluviale (1D e 2D) ed il trasporto solido e sospeso; ii) la capacità di risolvere problemi previsionali e progettuali inerenti le sistemazioni idrauliche in ambito fluviale; iii) la capacità di organizzare ed presentare una relazione tecnica sull'analisi idrogeomorfologica di un fiume reale. L'esame è quindi suddiviso in 3 parti, inerenti 1 prova orale, 1 prova scritta e la valutazione del lavoro di gruppo, che pesano rispettivamente 40% - 30% - 30% sul voto finale del modulo di Idraulica Fluviale. 1) La prova orale consiste nel rispondere a una domanda aperta su un tema esposto nella prima parte del corso. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere l'argomento richiesto in termini generali (non è richiesta la conoscenza mnemonica delle formule empiriche). La prova verra svolta tramite piattaforma BBB. Il voto conseguito pesa il 40% sul voto totale. 2) La prova scritta (90 min) richiede di risolvere un problema progettuale riguardante uno dei temi trattati nella seconda parte del corso. In questa fase è consentito sfogliare appunti, dispense o testi. Il voto conseguito pesa il 30% sul voto totale. La prova verrà effettuata con videosorveglianza dei docenti. 3) La valutazione del lavoro di gruppo si basa su due elaborati: i) relazione scritta che gli studenti a piccoli gruppi dovranno preparare su un caso di studio reale coinvolgente un fiume naturale ed esporre oralmente a fine corso, tramite presentazione che coinvolgerà a turno ogni elemento del gruppo; ii) Elaborato con la soluzione delle esercitazioni esposte e discusse a lezione. Il voto conseguito sulle attività di gruppo pesa il 30% del totale. I risultati delle prove scritte e orali rimangono validi per tutto l'anno accademico. Non vi è una data di scadenza particolare per la consegna degli elaborati di gruppo.

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Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group essay; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff; Group project;

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The aim of the exam is to test whether the student: i) knows the fundamental processes that characterize the fluvial morphodynamics (1D and 2D) and the main concepts of sediment transport (both bedload and suspended); ii) is skilled in problem solving in river engineering; iii) is able to organize and present an hydrogeomorphological assessment of a real river. This goals will be accomplished as follows: 1) 40% of the grade comes from a first oral exam concerning the first part of the course. 2) 30% of the grade comes from a second written exam (90 min), through BBB platform, concerning the second part of the course. During this part of the exam the student is allowed to consult textbooks or notes. 3) 30 % of the final grade is based on the assessment of a report which will be prepared in groups containing: i) An hydraulic project for a chosen real case study; ii) The solution of exercises and homeworks. Each group will take an oral presentation illustrating the real case. The score of the exams remains valid for the whole academic year. There is no deadline for the submission of the group's reports.



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