Management of hydraulic and maritime infrastructures

Conoscenza e comprensione

Al termine dell’insegnamento lo studente avrà acquisito conoscenze avanzate sui processi idrodinamici e morfodinamici rilevanti per l’analisi e la gestione del rischio idraulico in ambito fluviale, urbano e costiero, nonché per la progettazione e la gestione delle principali infrastrutture idrauliche e marittime, anche alla luce degli effetti dei cambiamenti climatici e delle modifiche nell’uso del suolo.  

In particolare, lo studente acquisirà conoscenze relative a:

• concetti e metodi per la valutazione del rischio idraulico, con riferimento alla pericolosità, all’esposizione e alla vulnerabilità delle aree fluviali, urbane e costiere, considerando gli effetti dei cambiamenti climatici e dei cambiamenti nell’uso del suolo;
• processi idrodinamici e morfodinamici fluviali, che possono minacciare la sicurezza degli insediamenti e delle infrastrutture;
• principi di progettazione di soluzioni sia tradizionali che ispirate a processi naturali per la riduzione del rischio di alluvione e di erosione fluviale e per l’adattamento ai cambiamenti climatici;
• principi di funzionamento idraulico e progettazione delle principali opere e infrastrutture per l’approvvigionamento idrico, l’irrigazione, il drenaggio urbano e la produzione di energia idroelettrica; 
• principi di meccanica del moto ondoso e processi idrodinamici e morfodinamici costieri che influenzano la progettazione, la costruzione e la gestione dei porti e dei canali di navigazione e di altre infrastrutture che si sviluppano lungo la costa;
• principi di progettazione delle principali soluzioni di difesa costiera tradizionali e portuale alla luce degli effetti dei cambiamenti climatici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

• applicare metodologie di analisi del rischio idraulico in ambito fluviale, urbano e costiero;
• applicare metodi e modelli ingegneristici alla progettazione e alla gestione di infrastrutture idrauliche e marittime, tenendo conto delle caratteristiche dei processi fluviali, marini e costieri;
• applicare metodologie di analisi del moto ondoso, del trasporto dei sedimenti e dei processi costieri alla valutazione della funzionalità e della sicurezza di opere di difesa costiera, porti e altre infrastrutture marittime;
• analizzare casi di studio reali e individuare soluzioni progettuali adeguate a problemi complessi di gestione del rischio idraulico, erosione e processi offshore e costieri.

Attraverso le esercitazioni e l’analisi di casi di studio lo studente svilupperà la capacità di integrare conoscenze, metodi e strumenti ingegneristici per affrontare problemi complessi e supportare processi decisionali relativi alla progettazione, gestione e adattamento di infrastrutture idrauliche e marittime.

Autonomia di giudizio

Lo studente sarà in grado di interpretare criticamente dati e risultati derivanti dall’analisi di processi idrodinamici e morfodinamici e dalla valutazione dei rischi idraulici, individuando i principali fattori tecnici, ambientali, climatici ed economici che influenzano le scelte progettuali e gestionali delle infrastrutture idrauliche e marittime.

Sarà inoltre in grado di confrontare differenti alternative progettuali e strategie di mitigazione del rischio idraulico e adattamento, incluse soluzioni tradizionali e basate sulla natura, valutandone vantaggi, limiti, condizioni di applicabilità e implicazioni in termini di sicurezza, rischio e sostenibilità.

L’autonomia di giudizio sarà sviluppata attraverso la discussione di casi applicativi e lo svolgimento delle esercitazioni.

Abilità comunicative

Lo studente sarà in grado di utilizzare correttamente la terminologia tecnico-scientifica propria dell’ingegneria idraulica e di descrivere con chiarezza:

• i principali concetti e metodi per la valutazione del rischio idraulico in ambito fluviale, urbano e costiero;
• i processi idrodinamici e morfodinamici che caratterizzano i sistemi fluviali e costieri;
• i principi di funzionamento e i criteri di progettazione delle principali opere e infrastrutture idrauliche e marittime.

Le abilità comunicative saranno sviluppate mediante la discussione delle esercitazioni durante le lezioni e saranno verificate durante il colloquio orale.

Capacità di apprendimento

Lo studente acquisirà gli strumenti metodologici necessari per la gestione sostenibile ed equa di progetti relativi alle risorse idriche, alla riduzione del rischio di catastrofi e alle infrastrutture portuali.

Sarà in grado di consultare testi specialistici, letteratura tecnico-scientifica e documentazione tecnica relativa a impianti e tecnologie innovative, sviluppando la capacità di aggiornare autonomamente le proprie conoscenze in un settore caratterizzato da una rapida evoluzione tecnologica.

Le conoscenze acquisite saranno spendibili nella progettazione e gestione di materiali e sistemi finalizzati ad un miglioramento della qualità della vita, in accordo con gli SDGs dell'Agenda UE 2030:

• Goal 3 Salute e benessere;
• Goal 6 Acqua pulita e servizi igienico-sanitari;
• Goal 7 Energia pulita e accessibile;
• Goal 8 Lavoro dignitoso e crescita economica;
• Goal 9 imprese, innovazione e infrastrutture;
• Goal 11 Città e comunità sostenibili;
• Goal 12 Consumo e produzione responsabili;
• Goal 13 Lotta contro il cambiamento climatico;
• Goal 14 Vita sott’acqua;
• Goal 15 Vita sulla terra.

Il corso prevede lo svolgimento di:

• lezioni frontali, svolte in modalità partecipativa al fine di ottenere il massimo coinvolgimento degli studenti e la maturazione dei contenuti del corso;
• esercitazioni guidate in aula informatica, volte all'applicazione numerica dei concetti e dei metodi di analisi e modellazione più comunemente utilizzati nel campo dell'idraulica marittima e dell'ingegneria costiera e portuale;
• visita guidata del laboratorio di idraulica del DICAR, per l'illustrazione delle metodologie di modellazione fisica di problemi costieri;
• visite guidate, presso cantieri di opere marittime e/o soggetti pubblici e privati che si interessano della gestione delle aree costiere (Autorità Portuali, Genio Civile Opere Marittime, professionisti, etc.).

Gli studenti che, a seguito della presentazione dell’apposita documentazione (D.R. n. 1598 del 2/5/2018), abbiano ottenuto il riconoscimento dello status di studente lavoratore, studente atleta, studente in situazione di difficoltà e studente con disabilità, potranno seguire un percorso di apprendimento personalizzato le cui modalità verranno concordate con il docente.

INTRODUZIONE AL CORSO

RISCHIO IDRAULICO IN AREE FLUVIALI, URBANE E COSTIERE – Definizione di rischio – Pericolosità, esposizione e vulnerabilità nelle aree fluviali – Pericolosità, esposizione e vulnerabilità nelle aree urbane – Pericolosità, esposizione e vulnerabilità nelle aree costiere – Effetti dei cambiamenti climatici e dei cambiamenti nell'uso del suolo sul rischio idraulico

PROCESSI IDRODINAMICI IN AMBIENTI FLUVIALI E URBANI – Concetti di base di idrologia – Caratterizzazione dei sistemi fluviali – Concetti di base di idrodinamica e morfodinamica fluviale – Concetti di base dei sistemi di drenaggio urbano – Inondazioni urbane

OPERE IDRAULICHE – Serbatoi per l'approvvigionamento idrico, la produzione di energia idroelettrica e la mitigazione delle inondazioni – Interventi sugli estuari – Sistemi di approvvigionamento idrico, irrigazione e fognatura – Soluzioni tradizionali e basate sulla natura per la riduzione del rischio di inondazioni – Analisi di casi di studio reali

PROCESSI IDRODINAMICI MARINI E COSTIERI – Concetti di base della meccanica del moto ondoso – Caratterizzazione del clima ondoso e analisi di hindcast – Trasporto di sedimenti costieri ed erosione – Inondazioni costiere

OPERE MARITTIME – Opere di difesa costiera – Porti e relative infrastrutture – Adeguamento delle strutture esistenti – Strutture NBS marittime per la riduzione del rischio

APPROCCI PROGETTUALI – Panoramica delle linee guida e normative di progettazione nazionali e internazionali – Approcci progettuali tradizionali – Approcci probabilistici – Analisi di casi di studio reali

1. E. Foti, “Note di Idraulica Marittima e Ingegneria Costiera”, DICA. 2006
2. U. Tomasicchio, R. Tomasicchio, “Manuale di Ingegneria portuale e costiera”. HOEPLI, 2011.
3. P. Boccotti. “Idraulica marittima”. UTET, 1997.
4. E. Benassai, "Le dighe marittime". Istituto Italiano per gli Studi Filosofici, 2006.
5. A. Armanini, "Principi di Idraulica Fluviale", BIOS, 2005

Al fine di sostenere l'esame finale, è necessario preliminarmente presentare una relazione contenente i risultati delle esercitazioni sugli argomenti del corso. Detta relazione deve essere consegnata in bozza (stampata o via mail) almeno 10 giorni della data prevista per l'esame, per la revisione. Lo studente dovrà quindi presentare la versione finale revisionata al momento dell'esame.

Durante l'esame orale, di norma, vengono poste al candidato 3 domande sugli argomenti del corso (vedere gli esempi di domande riportati sotto).

La valutazione della prova finale tiene conto della:

• qualità delle esercitazioni svolte (50%);
• completezza e chiarezza delle risposte alle domande orali (50%).

Sarà altresì valutata la partecipazione attiva durante le lezioni.

Definizione di Pericolosità, Esposizione, Vulnerabilità e Rischio

Criteri di valutazione del rischio idraulico in ambito urbano, territoriale e costiero

Effetti del cambiamento climatico sul rischio idraulico

Definizione di tempo di ritorno

Curve di probabilità pluviometrica

Moto vario nelle correnti a pelo libero

Morfodinamica fluviale

Sistemi di drenaggio urbano

Caratteristiche dei serbatoi per l’approvvigionamento idrico, la produzione idroelettrica e la mitigazione delle inondazioni

Caratteristiche dei sistemi di approvvigionamento idrico, di irrigazione e di fognature,

Interventi di riduzione del rischio idraulico basati su Natural Based Solution

Teoria lineare del moto ondoso

Legge di dispersione lineare

Trasformazione del moto ondoso da largo verso la riva (shoaling, rifrazione, frangimento, riflessione, diffrazione)

Interventi di protezione delle coste

Previsione del moto ondoso

Infrastrutture portuali

Dimensionamento idraulico e strutturale di una diga a gettata