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Idrologia
07BEVMX
A.A. 2021/22
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 60 |
| Esercitazioni in aula | 20 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Claps Pierluigi | Professore Ordinario | CEAR-01/B | 40 | 20 | 0 | 0 | 21 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ICAR/02 | 8 | B - Caratterizzanti | Ingegneria civile |
|---|
2021/22
L'insegnamento di Idrologia per Ingegneria Civile intende fornire conoscenze teoriche e competenze operative sui fenomeni fisici agenti nel ciclo idrologico a diverse scale spaziali e temporali. Metodi di stima statistica di grandezze idrologiche di progetto sono proposti per gli estremi di precipitazione e di portata, sia mediante tecniche (dirette) di data analysis quando sono disponibili osservazioni sia, in assenza di dati, tramite modelli matematici concettuali (indiretti) con input statistici (modelli afflussi-deflussi). Lezioni teoriche ed esercizi saranno dedicati a processi cruciali nei metodi indiretti, quali il frazionamento della precipitazione tra pioggia e neve, l’interazione tra pioggia e terreno anche in base alle sue condizioni antecedenti l’evento, e la cinematica dei flussi idrici superficiali nelle reti idrografiche.
Analizzando un evento alluvionale del passato si metteranno in pratica i metodi presentati, con particolare riguardo alla valutazione della rarità dell’evento e alla taratura di parametri di infiltrazione.
Su scale temporali annuali verranno infine studiate, attraverso le Curve di Durata delle portate, le disponibilità idriche per diverse finalità operative, quali derivazioni irrigue o idroelettriche e controllo della compatibilità ambientale di sversamenti in fiume di immissioni inquinanti in alveo. Le analisi verranno effettuate con metodi statistici “regionali”, necessari per le stime in bacini idrografici non strumentati.
The Hydrology course for Civil Engineering aims to provide theoretical knowledge and operational skills about the physical phenomena acting in the water cycle at different spatial and temporal scales. Methods of statistical estimation of design hydrological variables are proposed: precipitation and discharge extremes are treated both through (direct) data analysis techniques, if observations are available, and through conceptual (indirect) mathematical models with statistical inputs (rainfall-runoff models), if they are not.
Theoretical lessons and exercises will be dedicated to crucial processes in indirect methods, such as the fractionation of precipitation between rain and snow, the interaction between rain and soil, also based on its moisture condition prior to the event, and the kinematics of surface flows in stream networks.
The analysis of a past flood event will allow the presented methods to be applied, with reference to the evaluation of the rarity of the event and the calibration of infiltration parameters.
Finally, water availability for various operational purposes will be studied through the Flow Duration Curves on annual time scales: these goals relate to irrigation or hydropower water requirements and the control of the environmental compatibility of leaks in rivers. The analyses will be carried out with “regional” statistical methods, which are necessary for predictions in ungauged basins.
Capacità di individuare le grandezze fisiche, i fenomeni e gli elementi territoriali in base ai quali poter valutare il rischio di nubifragio e di piena.
Saper utilizzare metodi probabilistici per la stima diretta di piogge e piene di progetto e la verifica di rarità di eventi passati
Saper costruire uno schema di taratura e progetto di piene fluviali mediante bilancio idrologico
Saper trattare problemi di interazione tra acqua e suolo a scala di versante e di bacino
Saper applicare semplici metodi per la costruzione delle curve di durata delle portate
The Operative Hydrology module provides basic knowledge on the water cycle, in order to quantitatively estimate hydrological variables using deterministic and statistical methods. Students acquire common methodological tools to evaluate the availability of water resources, with particular attention to the production of renewable energy through hydropower.
Aver seguito un insegnamento di Idraulica, possedere elementi base di probabilità e statistica, padroneggiare l’uso di un foglio di calcolo. Non è richiesta ma è gradita la conoscenza di software per il calcolo numerico (ad es. Matlab) per lo sviluppo delle parti esercitative.
Basic knowledge of Probability and Statistics. Knowledge of differential and integral calculus. Knowledge of Fluid Mechanics and Hydraulics.
1. Rischio e sicurezza nel progetto idrologico: Definizioni e concetti statistici di base; Inferenza statistica; Misura e stima statistica delle piogge di progetto; Verifica mediante diversi Test di adattamento 2. Progetto e verifica di sistemi per la difesa dalle alluvioni; Morfologia dei bacini idrografici; Strumenti GIS per la caratterizzazione del bacino e la stima della pioggia areale; Bilancio idrico di piena; Cinematica del deflusso superficiale 3. Condizioni iniziali ed al contorno per il bilancio di piena: Cenni di fisica dell’atmosfera e frazionamento pioggia-neve; Interazioni tra acqua e suolo a scala di bacino e di versante (infiltrazione); cenni sul trasporto di inquinanti nei mezzi porosi insaturi 4. Bilancio di massa ed energia del vapor d’acqua; Costruzione del bilancio idrico a lungo termine e saturazione iniziale dei suoli; Controllo delle condizioni idrologiche di stabilità dei versanti, soglie pluviometriche di innesco frane. 5. Valutazione delle disponibilità idriche su scala annuale: Curve di durata delle portate, producibilità idroelettrica;
Module: Operative Hydrology
Introduction
The water cycle: processes and quantities.
1) Statistical estimation of the hydrological variables (18 hours)
Definition of project background and objectives: basic concepts of risk and return period definition.
Statistical estimation of project hydrological variables: choice of the probability distribution, preliminary verification, parameter estimation, adaptation tests.
Transformation of point rainfall to areal rainfall: Intensity-Duration-Frequency curves. Criteria for spatial mapping of hydrological variables.
2) Water and soil (18 hours)
Water in unsaturated soil: definition of the main drivers; infiltration and water content; water retention curves. Models for the assessment of infiltration capacity: potential and real infiltration; Horton model.
Surface runoff generation. SCS-Curve Number method. Modeling the formation of surface runoff at basin scale (net precipitation).
3) Rainfall-runoff models (12 hours)
River basin morphology. Planimetric and altimetric configurations of watersheds and their characteristic hydrological variables, ipsographic curve, quantitative morphological analysis of river networks.
Formation of floods modelling through linear models. Unit hydrograph theory (IUH): meaning of the kinematic model (time-area response hydropgraph). Estimate of the characteristic time scales (time of concentration and delay). Application of unit hydrograph to derive direct runoff hydrograph by using discrete form of convolution.
4) Availability of water resources (12 hours)
Water resource for hydroelectric power production: flow duration curves; ecological flows and minimum environmental flows.
Radiative balance and potential evapotranspiration. Simplified estimation methods based on solar radiation and air temperature.
3/4 delle lezioni ed esercitazioni dell'insegnamento saranno fruite insieme agli studenti di Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio (corso parzialmente mutuato)
3/4 delle lezioni ed esercitazioni del corso saranno fruite insieme agli studenti di Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio (corso parzialmente mutuato)
L’insegnamento è organizzato in lezioni e attività operative, sviluppate in Matlab. Le prime sono dedicate alla presentazione degli aspetti teorici e metodologici dei fenomeni idrologici. Le seconde sono finalizzate a redigere uno studio idrologico completo ed a risolvere esercizi numerici. Le lezioni e le esercitazioni richiederanno, per lo più, l’uso del notebook o tablet da parte degli studenti.
I contenuti della relazione riguarderanno la valutazione complessiva della rarità di un evento alluvionale e la successiva ricostruzione dell’evento di progetto, secondo lo schema tipico di una relazione idrologica professionale. Non sarà necessaria la redazione di un report finale, né la consegna in sede di esame, in quanto un modello predefinito sarà fornito dal docente.
Esercizi quantitativi riguarderanno problemi specifici, quali l’effetto idrologico di gradienti termici, il calcolo di volumi di infiltrazione, la stima delle curve di durata, ecc. Potranno essere assegnati esercizi a casa (assignments), i cui punteggi potranno essere utilizzati come bonus per la sessione d'esame.
Students, divided into groups of about 3-4 people, will perform numerical exercises. These exercises will be collected in reports to be presented during the exam.
Furthermore, students, divided into groups of 3-4 people, will be asked to carry out a research on a topic of their choice concerning "Water Science". This research will be carried out on the basis of # 1 scientific article relevant to the chosen topic. Using the Scopus or Web of Science scientific databases, each group will have to select a scientific article (article in English and published in an international scientific journal) and describe it in an oral presentation to the teachers and the colleagues. Each presentation will last 12 minutes (to which 3 minutes will be added for questions) and will follow the structure of the selected scientific article (description of the problem, materials and methods, results and conclusions).
The evaluation of the presentation will be assigned by the professors with a score ranging from -1 to +2 points (expressed in thirtieths). A score equal to -1 will be assigned to those who do not present the aforementioned research. This score will be applied to all students enrolled in the course for the current academic year and regardless of the frequency year. Any score obtained in the past years can be recovered, following the student's choice. The score of the research will contribute to the final mark.
Dispense: Note, dispense e Stampe delle slides utilizzate, rese disponibili sul portale della didattica. Testi di supporto: - U. Maione, U. Moisello (1993), Elementi di statistica per l’idrologia, La Goliardica Pavese (Cap. 1 e 3) - U. Maione (1995), Le piene fluviali, La Goliardica Pavese (Cap 2) Moisello, U. (2011) Idrologia Tecnica, II Edizione, La Goliardica Pavese
Module: Operative Hydrology
Maione, Moisello, Elementi di statistica per l'idrologia, La Goliardica Pavese , 1993.
Maione, Le piene fluviali, La Goliardica Pavese, 1995.
Handouts and slides available on the PoliTo portal and on the website www.idrologia.polito.it/didattica/
Other texts:
N.T. Kottegoda and R. Rosso. Statistics, probability and reliability methods for civil and environmental engineers. McGraw-Hill, New York, 1997.
Bras, Hydrology - An introduction to hydrologic science, Addison-Wesley, 1990
Maidment, Handbook of applied hydrology, Mc Graw-Hill, 1992.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
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L'esame è finalizzato a verificare il raggiungimento di una sufficiente autonomia nell'affrontare un tipico problema di statistica idrologica o di quantificazione di un fenomeno connesso a problematiche alluvionali o di disponibilità idrica.
Verrà proposto un esame scritto (durata: da 2 a 3 ore) contenente 2-3 esercizi e almeno due domande aperte, relative ad aspetti metodologici. Gli esercizi saranno risolti solo con l'ausilio di calcolatrice portatile.
Durante la prova d’esame sarà possibile utilizzare la relazione tecnica sviluppata nell’ambito delle esercitazioni. La relazione sarà consegnata con l’elaborato di esame ma non verrà valutata ai fini del punteggio.
La valutazione dell'esame terrà conto dei metodi di risoluzione scelti, della correttezza delle soluzioni numeriche, delle conoscenze dimostrate e della chiarezza della trattazione.
Verrà concesso un bonus di 2 punti alla prima correzione assoluta dell'esame. Coloro che non intendano lasciare che il loro esame venga corretto salveranno il loro bonus per il test successivo.
I risultati dell’esame verranno comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti potranno visionare il compito e chiedere chiarimenti.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test;
Expected learning outcomes
Ability to describe the main hydrological processes at the catchment scale
Understanding of the theoretical and practical concepts presented during the course
Application of the proposed mathematical methods and tools.
Criteria, rules and procedures for the exam
The learning assessment for the Operative Hydrology module will take place in the form of a written exam lasting two hours and consisting of two calculation exercises and three theoretical questions.
During the exam it will be possible to keep and consult the exercise report carried out during the course. The results of the exam will be communicated on the university portal, along with the date on which students will have the possibility to view the exam and request clarifications.
The final mark will be calculated as the arithmetic mean of the two module marks.
The final mark of the integrated teaching course will be calculated as the arithmetic average of the two individual module marks. The score obtained during the presentation of the research relating to the scientific article will be arithmetically added to this average.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
L'esame è finalizzato a verificare il raggiungimento di una sufficiente autonomia nell'affrontare un tipico problema di statistica idrologica o di quantificazione di un fenomeno connesso a problematiche alluvionali o di disponibilità idrica.
Verrà proposto un esame scritto (durata: da 2 a 3 ore) contenente 2-3 esercizi e almeno due domande aperte, relative sia ad aspetti metodologici sia alla relazione tecnica sviluppata durante l’insegnamento. Gli esercizi saranno risolti solo con l'ausilio di calcolatrice portatile. La videosorveglianza avviene con doppia webcam (avanti e dietro) e due collegamenti separati (portale e google Meet o Zoom).
La valutazione dell'esame terrà conto dei metodi di risoluzione scelti, della correttezza delle soluzioni numeriche, delle conoscenze dimostrate e della chiarezza della trattazione. Le formule matematiche essenziali verranno fornite insieme al testo.
Verrà concesso un bonus di 2 punti alla prima correzione assoluta dell'esame. Coloro che non intendano lasciare che il loro esame venga corretto salveranno il loro bonus per il test successivo.
La consegna avviene mediante acquisizione del filmato del compito, trasmesso mediante Telegram e successiva serie di foto acquisite via App del Politecnico e trasmesse all'area Elaborati del Portale
I risultati dell’esame verranno comunicati sul portale della didattica. I compiti corretti saranno spediti via mail o Telegram agli studenti. Verrà poi fissata una data di incontro per rispondere ad eventuali domande di chiarimento sul compito.
Exam: Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
Expected learning outcomes
Ability to describe the main hydrological processes at the catchment scale
Understanding of the theoretical and practical concepts presented during the course
Application of the proposed mathematical methods and tools.
Criteria, rules and procedures for the exam
The learning assessment for the Operative Hydrology module will take place in the form of a written exam lasting two hours and consisting of two calculation exercises and three theoretical questions.
During the exam it will be possible to keep and consult the exercise report carried out during the course. The results of the exam will be communicated on the university portal, along with the date on which students will have the possibility to view the exam and request clarifications.
The final mark will be calculated as the arithmetic mean of the two module marks.
The final mark of the integrated teaching course will be calculated as the arithmetic average of the two individual module marks. The score obtained during the presentation of the research relating to the scientific article will be arithmetically added to this average.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
L'esame è finalizzato a verificare il raggiungimento di una sufficiente autonomia nell'affrontare un tipico problema di statistica idrologica o di quantificazione di un fenomeno connesso a problematiche alluvionali o di disponibilità idrica.
Verrà proposto un esame scritto (durata: da 2 a 3 ore) contenente 2-3 esercizi e almeno due domande aperte, relative sia ad aspetti metodologici sia alla relazione tecnica sviluppata durante l’insegnamento. Gli esercizi saranno risolti solo con l'ausilio di calcolatrice portatile. Per gli studenti in remoto la videosorveglianza avviene con doppia webcam (avanti e dietro) e due collegamenti separati (portale e google Meet o Zoom).
La valutazione dell'esame terrà conto dei metodi di risoluzione scelti, della correttezza delle soluzioni numeriche, delle conoscenze dimostrate e della chiarezza della trattazione. Le formule matematiche essenziali verranno fornite insieme al testo.
Verrà concesso un bonus di 2 punti alla prima correzione assoluta dell'esame. Coloro che non intendano lasciare che il loro esame venga corretto salveranno il loro bonus per il test successivo.
Per gli studenti in remoto la consegna avviene mediante acquisizione del filmato del compito, trasmesso mediante Telegram e successiva serie di foto acquisite via App del Politecnico e trasmesse all'area Elaborati del Portale
I risultati dell’esame verranno comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti (sia in presenza che in remoto) potranno visionare il compito e chiedere chiarimenti. Agli studenti in remoto I compiti corretti saranno spediti via mail o Telegram.
Exam: Written test; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
Expected learning outcomes
Ability to describe the main hydrological processes at the catchment scale
Understanding of the theoretical and practical concepts presented during the course
Application of the proposed mathematical methods and tools.
Criteria, rules and procedures for the exam
The learning assessment for the Operative Hydrology module will take place in the form of a written exam lasting two hours and consisting of two calculation exercises and three theoretical questions.
During the exam it will be possible to keep and consult the exercise report carried out during the course. The results of the exam will be communicated on the university portal, along with the date on which students will have the possibility to view the exam and request clarifications.
The final mark will be calculated as the arithmetic mean of the two module marks.
The final mark of the integrated teaching course will be calculated as the arithmetic average of the two individual module marks. The score obtained during the presentation of the research relating to the scientific article will be arithmetically added to this average.