Obiettivi Formativi

Il corso intende illustrare gli aspetti fondamentali alla base dell'esercizio delle opere idrauliche finalizzate all'uso plurimo delle risorse idriche ed alla produzione idroelettrica, con particolare attenzione alla derivazione da corsi d'acqua naturali, alla gestione dei serbatoi di regolazione ed agli impianti idroelettrici e mini-idro. Vengono inoltre trattate alcune metodologie di supporto alle decisioni in fase di pianificazione ed esercizio dei sistemi idrici. Lo studente acquisirà un'ampia e solida conoscenza delle tecniche e dei criteri di gestione sostenibile delle opere idrauliche finalizzate alla derivazione ed utilizzazione delle risorse idriche sotterranee e superficiali per scopi civili, irrigui e industriali, nonché per la produzione di energia idroelettrica. Più specificamente sarà in grado di utilizzare metodi e strumenti necessari per poter progettare e gestire correttamente opere di captazione, derivazione ed utilizzazione delle acque, nel rispetto dell’esigenza di protezione degli ecosistemi acquatici. Lo studente acquisirà, altresì, approfondita conoscenza e comprensione in merito al quadro normativo e agli strumenti di pianificazione orientati all’utilizzo e alla salvaguardia delle acque, sia a livello comunitario che a livello nazionale. Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare le conoscenze teorico-pratiche acquisite per risolvere problematiche connesse alla progettazione e gestione di opere ingegneristiche nell’ambito di sistemi d’approvvigionamento idrico anche complessi. Ciò verrà concretizzato mediante lo svolgimento di esercitazioni atte a stimolare la sensibilità progettuale, nonché la flessibilità dello studente, nella formulazione e risoluzione di problemi di ottimizzazione e simulazione, anche mediante l'utilizzo dei più attuali software di calcolo, quali Matlab. Un confronto continuo con il docente attraverso revisioni collegiali delle esercitazioni, consentirà allo studente di acquisire la padronanza delle soluzioni tecniche proposte e di comprenderne la relativa fattibilità. Lo studente dovrà essere in grado di valutare autonomamente, e secondo un approccio integrato, l'efficacia di ipotesi alternative anche diverse da quelle presentate durante il corso, e di identificare le migliori soluzioni, avvalendosi di opportuni modelli di ottimizzazione delle scelte, eventualmente integrati da un’analisi costi-benefici Le abilità comunicative dello studente, con particolare riguardo all’utilizzo di un linguaggio tecnico-scientifico adeguato ai temi del corso, saranno stimolate nella fase di redazione delle esercitazioni che saranno impostate anche come attività di gruppo e mediante l'esposizione, eventualmente anche con presentazioni in Powerpoint, degli elaborati stessi. In particolare, tutte le attività di progetto saranno accompagnate da relazioni atte a comunicare e giustificare le scelte operate. La discussione in forma scritta degli elaborati sarà, pertanto, lo strumento attraverso cui gli allievi saranno stimolati al confronto e, soprattutto, allo sviluppo delle capacità comunicative. Il raggiungimento di adeguate capacità di apprendimento da parte dello studente, tali da poter operare in modo efficace nell'ambito delle problematiche specifiche del settore della gestione delle risorse idriche, è conseguito, oltre che mediante la redazione degli elaborati progettuali e l’esposizione orale dei lavori di gruppo, anche attraverso un aggiornamento continuo delle conoscenze acquisite durante il corso tramite la consultazione di materiale bibliografico e di banche dati, disponibili presso la biblioteca del Dipartimento di Ingegneria o reperibili in rete, segnalati dal docente.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula. Esercitazioni guidate svolte dal docente in aula. Seminari. Visite guidate. Le lezioni vengono svolte proiettando slide ed integrando con spiegazioni alla lavagna. Le slide del corso vengono regolarmente fornite agli studenti che seguono il corso e a coloro che non potendo seguire ne fanno richiesta al docente. La preparazione è altresì completata attraverso esercitazioni in larga parte svolte durante le ore di esercitazione. Per lo svolgimento di tali esercitazioni è previsto l’utilizzo di Matlab.

Prerequisiti

È richiesta la conoscenza dei concetti di base della statistica matematica e della teoria della probabilità, nonché dei principi fondamentali dell’Idraulica.

Verifiche dell'apprendimento

Il corso prevede un esame orale finale, con votazione in trentesimi, che potrà essere sostenuto previa consegna, almeno una settimana prima della data dell'appello, degli elaborati relativi alle esercitazioni svolte prevalentemente in classe. L'esame orale consiste in un colloquio sugli argomenti trattati durante il corso e approfonditi mediante le esercitazioni. Esso sarà volto ad accertare le conoscenze acquisite dallo studente, ed in particolare la capacità di identificare idonee soluzioni a problemi di gestione di sistemi di approvvigionamento idrico. Gli elaborati non hanno una data di scadenza, ma è caldamente raccomandato agli studenti di sostenere l’esame entro un anno dalla consegna degli stessi. Gli studenti non frequentanti possono rivolgersi al docente nelle ore di ricevimento per ricevere tutto il supporto necessario a completare gli elaborati e per avere chiarimenti sugli argomenti trattati durante le lezioni.

Programma del Corso

INTRODUZIONE: Richiami su ciclo idrologico. Evoluzione nella gestione delle acque. Classificazione delle risorse idriche. Sistemi idrici ed esempi di schemi. Fonti di approvvigionamento idrico. Usi dell’acqua. Problemi relativi all’uso delle acque. Gestione integrata e sostenibile delle risorse idriche. QUADRO NORMATIVO ED ISTITUZIONALE IN MATERIA DI UTILIZZAZIONE DELLE ACQUE: Le principali leggi italiane: Testo Unico del 1933, Piano Regolatore Generale degli Acquedotti, L. 319/1976 e seguenti, L. 183/1989 e seguenti, L. 36/94. D. Lgs. 152/99. Stato di attuazione della legislazione in Italia ed in Sicilia. Direttiva Quadro sulle Acque Europea 2000/60/EC. D.Lgs. 152/2006. Pianificazione delle acque e dei bacini. Il processo di pianificazione. Piani di settore. Piano di bacino: finalità e contenuti; quadro conoscitivo, programmazione degli interventi. Piano di tutela delle acque. I distretti idrografici dopo la Legge 221/2015. VALUTAZIONE DELLE RISORSE E DELLE DOMANDE IDRICHE: Valutazione delle risorse idriche superficiali: raccolta, analisi e validazione dati, analisi idrologiche, curve di durata, stima del deflusso minimo vitale. Modelli stocastici per la generazione di serie idrologiche sintetiche. Classificazione delle domande idriche. Valutazione delle domande per usi civili, irrigui e industriali. Sistemi idrici ad uso plurimo. OPERE DI UTILIZZAZIONE DELLE ACQUE SUPERFICIALI: Derivazioni dai corsi d'acqua naturali: (i) opere di presa; (ii) traverse di derivazione fisse e mobili; (iii) Dighe di ritenuta. Manufatti per il funzionamento di un serbatoio di regolazione. MODELLI DI SIMULAZIONE E OTTIMIZZAZIONE DEI SISTEMI IDRICI: Problematiche di esercizio in un sistema idrico. Serbatoi di regolazione. Simulazione di un serbatoio. Simulazione di sistemi di serbatoi. Valutazione delle performance di un sistema idrico. Esempi di applicazione. Ruolo dell’ottimizzazione nella pianificazione e gestione dei sistemi idrici. Programmazione lineare. Programmazione lineare stocastica. Programmazione dinamica. Esempi di applicazione. IMPIANTI IDROELETTRICI E MINI-IDRO: Impianti idroelettrici con e senza regolazione dei deflussi. Tipologie di impianti: ad alta, media e bassa caduta. Condotte forzate. Turbine idrauliche. Centrali idroelettriche. Calcoli di dimensionamento e stima della producibilità elettrica. Impianti idroelettrici di piccola taglia.