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.

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.

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

Il corso prevede lezioni, esercitazioni e seminari.

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. (6h)
5) Trasporto solido di fondo e sospeso. (6h)
6) Le forme di fondo: previsione, modellazione ed effetti sul trasporto solido. (6h)
7) Morfodinamica fluviale 1D. Equazione di Exner. Modello de Saint-Venant-Exner. Soluzioni di moto uniforme. 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. (3h)
9) Introduzione all'utilizzo del software Hec-Ras-1D e Basement-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 (3h)
14) Sistemazioni idrauliche in ambito pedemontano: pennelli, scogliere (3h)
15) Sistemazioni idrauliche in ambito vallivo: arginature, riprofilature, diversivi (4,5h)

PRESENTAZIONE
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 .

CONOSCENZE E ABILITÀ DA ACQUISIRE
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;

PREREQUISITI
Nozioni fondamentali di idraulica ed idrologia con particolare riferimento all’idraulica delle correnti a pelo libero, all’interazione fluido struttura ed ai fenomeni di trasporto solido. E’ consigliabile una conoscenza di base della lingua inglese scritta soprattutto per la lettura dei manuali di riferimento dei software utilizzati.


PROGRAMMA
Il corso prevede lezioni, esercitazioni e seminari.
Le lezioni sono suddivise in tre parti:

Parte 1: l’ambiente fluviale come sistema, fenomeni di trasporto ed interconnessioni
Richiami di idraulica delle correnti a pelo libero; Scale di deflusso in presenza di alvei vegetati con sezioni composte e con scabrezze non uniformi; Richiami di trasporto solido (fondo, sospeso, mixture); Metodi previsionali forme di fondo; Morfodinamica 1D: la legge di Exner, sue interpretazioni, soluzioni ed esempi notevoli di applicazione; Cenni di morfodinamica 2D; Fenomeni di erosione generalizzata e localizzata: calcolo in particolare dell'erosione localizzata a valle di traverse e in corrispondenza di pile e spalle di opere di attraversamento; Il trasporto di sostanze con particolare riferimento al trasporto iporreico.

Parte 2: opere, strutture e sistemazioni di carattere idraulico per la difesa delle acque e per la difesa dalle acque
Opere per la sistemazione di torrenti e fiumi in ambito montano: briglie, soglie,...; Opere per la sistemazione di torrenti e fiumi in ambito pedemontano: pennelli, scogliere, ...; Opere per la sistemazione di torrenti e fiumi in ambito vallivo e pianeggiante: arginature, riprofilature, diversivi.

Parte 3: problematiche derivanti dall’uso e dalla gestione degli ambiti fluviali
Problemi relativi alla navigazione fluviale; Problematiche relative alle attività estrattive in ambito fluviale; Problematiche relative allo sfruttamento idroelettrico di fiumi e torrenti; La determinazione del Deflusso Minimo Vitale: definizioni, metodi di calcolo e sua importanza ambientale. Cenni di legislazione: strumenti di gestione dell'ambiente fluviale.

Le esercitazioni riguardano le applicazioni di quanto visto a lezione mediante l’applicazione delle conoscenze acquisite e l’uso di modellazione numerica.

I seminari saranno dedicati ad aspetti specifici legati all’idraulica fluviale e potranno cambiare di anno in anno in funzione delle esigenze maturate e di argomenti di particolare interesse e/o attualità. Nello specifico potranno essere sviluppati, integrati o sostituiti gli argomenti di lezione propri della Parte 3 del ciclo di lezioni. In generale potranno anche coinvolgere esperti esterni al personale docente.

Data la vasta multidisciplinarietà dell’argomento trattato, il corso fa riferimento a quanto distribuito e consigliato durante le lezioni. 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.
- 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.

Data la vasta multidisciplinarietà dell’argomento trattato, il corso fa riferimento a quanto distribuito e consigliato durante il corso. Tuttavia si citano alcuni libri di testo di base dell’idraulica fluviale:
- Principi di idraulica fluviale / Aronne Armanini. - Castrolibero : Bios, 2005
- 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
- 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://vtchl.uiuc.edu/people/parkerg/morphodynamics_e-book.htm

Durante il corso sarà fornita un’ampia bibliografia di approfondimento per i vari argomenti trattati.

L'esame è diviso in 3 parti:

1) La valutazione della relazione scritta che gli studenti a piccoli gruppi dovranno preparare su un caso di studio reale coinvolgente un fiume naturale. Le relazioni verranno esposte a fine corso da tutti i gruppi, tramite presentazione orale che coinvolgerà a turno ogni singolo elemento del gruppo. Il voto conseguito pesa il 20% del totale.

2) La prima parte dell'esame scritto consisterà nel rispondere a una domanda aperta su un tema della prima parte del corso. Il candidato dovrà dimostrare di conoscere l'argomento richiesto in termini generali (non è richiesta la conoscenza mnemonica delle formule empiriche). In questa fase dello scritto non è consentito consultare appunti o testi. Il voto conseguito pesa il 40% del totale.

3) La seconda parte dello scritto richiede di risolvere un problema progettuale riguardante uno dei temi trattati nella seconda parte del corso. In questa fase dello scritto è consentito sfogliare appunti, dispense o testi. Il voto conseguito pesa il 40% del totale.

Successivamente, è possibile svolgere anche un esame orale facoltativo.

L’esame è di tipo orale con colloquio della durata di circa 20-30 minuti nel quale sarà richiesto all’allievo di dimostrare la maturità acquisita nell’affrontare problematiche di tipo idraulico connesse all’evoluzione di un sistema fluviale