IDRAULICA MARITTIMA E GESTIONE DELLE RETI IDRICHE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- ALESSANDRO VALIANI
- Crediti formativi
- 9
- Percorso
- AMBIENTALE
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
Obiettivi formativi
- Il segmento di Idraulica marittima e costiera si propone di fornire i fondamenti dell’idraulica marittima e alcune nozioni sui criteri di progettazione delle opere di difesa costiera.
Le principali conoscenze che si dovrebbero acquisire sono:
• Teoria delle onde regolari.
• Propagazione del moto ondoso e interazione con le strutture.
• Moto ondoso reale.
• Processi costieri.
• Protezione delle coste.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) che si dovrebbero acquisire sono:
• Calcolo delle distribuzioni di velocità e di pressione in presenza di moto ondoso.
• Calcolo del moto ondoso sotto costa, assegnate le caratteristiche del moto ondoso al largo.
• Azioni delle onde sulle strutture di difesa costiera.
• Capacità di dimensionare opere di difesa costiera.
Il segmento di Gestione delle reti idriche si propone di fornire nozioni avanzate relative alla progettazione e gestione ottimale dei sistemi idrici in pressione.
Le principali conoscenze che si dovrebbero acquisire sono:
• Modelli delle rotture.
• Leggi di perdita idrica.
• Indicatori di affidabilità delle reti.
• Teoria dell’ottimizzazione multi-obiettivo.
• Nozioni di base degli aspetti qualitativi dell’acqua nelle reti idropotabili.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) che si dovrebbero acquisire sono:
• Valutazione del livello di perdita nelle reti.
• Formulazione di un problema di gestione multiobiettivo.
• Valutazione dell’affidabilità di una rete in pressione.
• Modellazione della qualità dell’acqua in una rete acquedottistica. Prerequisiti
- I contenuti del segmento Idraulica marittima e costiera richiedono la padronanza dei concetti tipicamente acquisiti in Idraulica. Alcuni aspetti che riguardano il clima meteomarino risultano di più facile comprensione se i fondamenti di Idrologia sono noti.
I contenuti del segmento Gestione delle reti idriche richiedono la padronanza dei concetti tipicamente acquisiti in Idraulica e Costruzioni Idrauliche. Contenuti del corso
- Segmento di Idraulica marittima e costiera
Aspetti idraulici di base (2.5 h)
Fascia costiera. Oscillazioni del livello marino. Classificazione delle onde. Onde regolari e irregolari. Equazioni di continuità e del moto. Condizioni al contorno. Moti a potenziale. Integrale di Cauchy-Lagrange e teorema di Bernoulli per moti vari irrotazionali.
Teorie d’onda regolare (10 h)
Dominio reale. Potenziale di velocità. Condizioni al contorno. Teoria lineare. Relazione di dispersione. Celerità di propagazione. Velocità, pressione, traiettorie delle particelle. Onde in acque profonde, in acque di transizione ed in acque basse. Celerità di gruppo e di fase. Energia potenziale, cinetica e meccanica. Teorie d’onda di ampiezza finita. Teoria di Stokes al secondo ordine. Parametro di Ursell. Onda cnoidale e solitaria.
Propagazione del moto ondoso e interazione con le strutture (10 h)
Shoaling. Rifrazione. Legge di Snell. Rifrazione diretta e inversa. Frangimento. Criteri di Stokes e di Laitone. Tipi di frangimento. Riflessione. Onda stazionaria. Riflessione in bacini chiusi. Diffrazione. Principio di Huygens. Soluzioni grafiche per barriere semiinfinite.
Il moto ondoso reale (7.5 h)
Statistica a breve termine. Metodo zero-crossing. Distribuzioni statistiche. Altezze e periodi caratteristici. Metodo spettrale. Densità spettrale. Momenti spettrali e correlazioni con le analisi zero-crossing e Rayleighiana. Spettri parametrici. Statistica a medio termine. Distribuzioni congiunte "altezze d’onda - direzioni". Statistica a lungo termine. Onde estreme. Stime dei parametri. Periodo di ritorno e pericolosità idraulica. Onda di progetto. Misure del moto ondoso. Ricostruzione del moto ondoso. Processi di generazione. Equazione di conservazione dell’energia. Modelli di Phillips e di Miles. Modelli spettrali. Metodo SMB.
Processi costieri (12.5 h)
Fattori ambientali: onde, correnti, maree e vento. Caratteristiche dei sedimenti. Effetti del moto ondoso sui litorali. Trasporto dei sedimenti. Clima del moto ondoso in prossimità della linea di costa. Bilanci meccanici mediati sul periodo. “Radiation stress”. Bilanci 2D di massa e quantità di moto mediati lungo la verticale. Set-down e Set-up. Correnti cross-shore e long-shore indotte dal moto ondoso, dalle maree e dal vento. Resistenze al fondo. Trasporto solido dei sedimenti, long-shore e cross shore. Profili di equilibrio.
Protezione delle coste (10 h)
Erosione dei litorali. Opere di difesa. Pennelli. Aspetti idraulici e criteri di progetto. Barriere frangiflutti. Formazione di tomboli. Coefficiente di trasmissione. Modalità di collasso. Stabilità delle opere a gettata. Criteri di dimensionamento. Ripascimenti artificiali. Criteri generali. Modelli ad una linea.
Esercitazioni (7.5 h)
Teoria lineare. Rifrazione, shoaling, riflessione e diffrazione. Analisi zero-crossing e statistica degli estremi. Moto ondoso reale e sua ricostruzione. Rifrazione e dati knmi. Trasporto solido longitudinale. Profili di equilibrio e ripascimenti artificiali.
Segmento di Gestione delle reti idriche
Modellazione delle reti in pressione (5 h)
Richiami del metodo del gradiente globale. Approccio demand-driven e approccio head-driven. Modellazione e controllo degli organi di regolazione.
Le perdite idriche (7.5 h)
Modellazione delle perdite. Stima del livello di perdita. Tecniche per il contenimento delle perdite idriche.
Affidabilità delle reti (2.5 h)
Resilienza e indici di performance. Progettazione multi-obiettivo costo-affidabilità.
Aspetti qualitativi (5 h)
Modellazione degli aspetti qualitativi dell’acqua nelle reti idropotabili.
Cinetiche di decadimento del cloro. Formazione dei sotto-prodotti. Clorazione ottimale.
Esercitazioni (10 h)
Quattro esercitazioni sugli argomenti del corso da svolgersi in ambiente MATLAB e EPANET. Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
• lezioni frontali sui contenuti del corso;
• esempi applicativi volti ad illustrare le applicazioni pratiche delle nozioni impartite;
• supporto allo svolgimento di esercitazioni pratiche su selezionati argomenti del corso.
In dettaglio, il segmento di Idraulica marittima e costiera prevede 60 ore di didattica, che consistono in 52 ore di lezioni teoriche ed esempi applicativi e/o numerici, nonché in 8 ore di supporto alle esercitazioni, inerenti esempi numerici ed applicazioni pratiche.
Il segmento di Gestione delle reti idriche prevede 30 ore di didattica, che consistono in 20 ore di lezioni teoriche, e in 10 ore di supporto alle esercitazioni, inerenti esempi numerici ed applicazioni pratiche. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo di entrambe le prove d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati per ciascun segmento.
In dettaglio, per il segmento di Idraulica marittima e costiera la prova consiste in un colloquio nel quale vengono discusse le principali tematiche affrontate nel corso. Si intende valorizzare la capacità di gestire consapevolmente le approssimazioni, esplicite o implicite, che consentono l’utilizzo della modellazione matematica per la ricostruzione del moto ondoso e dei processi costieri più rilevanti ai fini della tutela ambientale e della corretta progettazione di interventi antropici sulle aree litoranee.
Per il segmento di Gestione delle reti idriche la prova consiste in un colloquio nel quale vengono discusse le principali tematiche affrontate nel corso e analizzati gli elaborati prodotti nell’ambito delle esercitazioni. Si intende valorizzare la capacità di gestire problematiche pratiche connesse alla gestione delle reti idriche con particolare riferimento alla gestione delle perdite, dell’affidabilità e della qualità dell’acqua erogata nei sistemi acquedottistici.
Per il superamento dell’esame è necessario conseguire una valutazione sufficiente in entrambe le prove e la valutazione finale è la media pesata delle valutazioni conseguite in ciascuno dei due segmenti. Testi di riferimento
- Segmento di Idraulica marittima e costiera
Testo di riferimento:
• PETTI M., Fondamenti di Idraulica Marittima e Costiera, Università degli Studi di Udine, 2016.
Testi di approfondimento:
• LONGO S., Appunti di Idraulica Marittima. Parte I: La teoria delle onde, Università degli Studi di Parma, 2011.
• U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, Shore Protection Manual, Coastal Engineering Research Center, 3 vol., Vicksburg, Mississippi, USA, 1984.
• U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, Coastal Engineering Manual, Official Publications of HQ USACE Website, Engineer Manuals EM 1110-2-1100, USA, 2002.
• SVENDSEN, I.A., JONSSON, I.G., Hydrodynamics of Coastal Regions, Den Private Ingeniørfond, Technical University Denmark, Copenhagen, 1980.
• SVENDSEN, I.A., Introduction to nearshore hydrodynamics, World Scientific, 2006.
• FREDSØE, J., DEIGAARD, Mechanics of coastal sediment transport, World Scientific, 1992.
Segmento di Gestione delle reti idriche
Testo di riferimento:
• Dispense del corso si studio.
Testi di approfondimento:
• Strafaci A., Chase D. V., Beckwith S., Walski T.M., Grayman W., Savic D., Koelle E., Advanced Water Distribution Modeling And Management. Bentley Institute Press (2007).
• Mays L. Water Distribution System Handbook. McGraw-Hill Education (1999)
• Mays L. Urban Water Supply Handbook. The McGraw-Hill Companies, Inc. (2002)
