Scienze dell’Ingegneria

Dr.ssa Giulia Farina

Per la presentazione della tesi di ricerca dal titolo:
Moderne tecniche per una misura speditiva della portata in corsi d’acqua naturali

Motivazione
Il Dottorato di Ricerca di Giulia Farina si è concentrato sullo sviluppo di procedure di stima della portata transitante in corso d’evento nei siti idrometrici strumentati, alternative alla consueta ma laboriosa tecnica Velocità-Area, e capaci di determinare la portata sulla base di un ridotto numero di informazioni correntometriche a disposizione.
La prima procedura studiata si allaccia al metodo entropico, applicato per la prima volta in ambito idraulico nel 1987 da Chiu, consente di stimare il parametro entropico M, dunque la portata, a partire dalla misura della sola (massima) velocità superficiale.
La seconda procedura studiata porta alla stima della portata tramite l’utilizzo combinato di isotachie adimensionali, ricostruite in funzione della geometria e della scabrezza della sezione, e di una o più misure puntuali di velocità condotte all’interno dell’area bagnata.
Infine si è sviluppato un metodo analitico derivato anch’esso da un approccio entropico in grado di ricostruire il profilo batimetrico della sezione indagata, solitamente rilevato tramite tecniche topografiche costose e “time-consuming”, sulla base di un ridotto numero di informazioni esclusivamente di carattere geometrico.
Tutte queste attività di ricerca sono state svolte dalla dott.ssa Farina in autonomia, dimostrando una solida preparazione di base e capacità di indirizzo nella identificazione dei problemi e delle fasi della ricerca da sviluppare. Nei tre anni di dottorato la dott.ssa Farina ha avuto modo di partecipare a 3 convegni dove ha presentato personalmente la propria attività di ricerca. Ha inoltre pubblicato 4 memorie su riviste internazionali e 3 memorie/abstract su atti di convegni. Presi nell’insieme queste ricerche del settore delle Scienze dell’Ingegneria rappresentano il merito per assegnare il Riconoscimento Copernico 2016 per tesi innovative alla Dott.ssa Giulia Farina.

Abstract
Presentazione attività di ricerca di Giulia Farina nell’ambito del 29° Ciclo di dottorato in Scienze dell’Ingegneria

L’attività svolta durante il Dottorato di Ricerca di Giulia Farina si è concentrata sullo sviluppo di procedure in grado di stimare la portata transitante in corso d’evento nei siti idrometrici strumentati o poco strumentati. Tali procedure sono nate dall’esigenza da un lato di sviluppare tecniche alternative alla consueta tecnica Velocità-Area che, richiedendo misure di velocità e di tirante lungo diverse verticali campionate nella sezione, risulta spesso laboriosa e dispendiosa, dall’altro lato di determinare la portata sulla base di un ridotto numero di informazioni correntometriche a disposizione.
La prima procedura studiata si allaccia al metodo entropico, applicato per la prima volta in ambito idraulico nel 1987 da Chiu che ha dimostrato come la velocità media di sezione, dunque la portata, possa essere stimata a partire dalla velocità massima attraverso una relazione lineare identificata da un parametro entropico M. Nella pratica, tale parametro viene generalmente stimato tramite regressione utilizzando un set di velocità massime campionate e corrispondenti velocità medie, queste ultime stimate utilizzando la problematica tecnica velocità-area. La procedura messa a punto nell’ambito del dottorato, consente invece di stimare tale parametro a partire dalla misura della sola (massima) velocità superficiale.
La seconda procedura studiata porta alla stima della portata tramite l’utilizzo combinato di isotachie adimensionali e di una o più misure puntuali di velocità condotte all’interno dell’area bagnata. In particolare, partendo dalla legge di Biot-Savart sul magnetismo indotto da una corrente elettrica in un filo conduttore, si è costruita una formulazione della relazione che caratterizza l’”effetto” del perimetro bagnato sul campo di velocità interno alla sezione, capace di tenere esplicitamente conto della scabrezza, espressa mediante il coefficiente di Manning. Le curve di “ugual effetto” opportunamente adimensionalizzate possono essere lette come isotachie adimensionali (adimensionalizzate rispetto alla velocità media); quindi, una volta ricostruito il corrispondente pattern, è possibile stimare la portata nel caso in cui si disponga di una o più misure di velocità. Tra tutte le misure disponibili, particolare attenzione è stata rivolta a quella della sola (massima) velocità superficiale.
E’ significativo osservare come per poter stimare la portata mediante le procedure appena delineate sia necessaria la conoscenza della geometria della sezione fluviale, solitamente rilevata tramite tecniche topografiche, di per sé costose e “time-consuming”; si è dunque costruito un metodo analitico derivato anch’esso da un approccio entropico in grado di ricostruire il profilo batimetrico della sezione indagata sulla base di un ridotto numero di informazioni esclusivamente di carattere geometrico, quali la quota di fondo alveo e la lunghezza della corda bagnata, georeferenziata e riferita ad un preciso livello idrico, registrati durante un numero adeguato di eventi di piena.
La procedure suddette per la misura della portata sono state validate su casi studio a geometria nota caratterizzati da dimensioni delle sezioni idrauliche e range di velocità molto diverse tra loro. I risultati hanno evidenziato che le due metodologie proposte per la misura della portata portano a risultati equivalenti tra loro e che in tutti i casi studio consentono una stima della portata molto accurata, anche quando ci si appoggia alla sola misura di massima velocità superficiale. Il notevole vantaggio che può scaturire dall’utilizzo di questi metodi per la misura della portata è dunque quello di limitare enormemente la fase di campionamento alla sola misura di massima velocità superficiale, riducendone i tempi e costi. Tale misura è al tempo stesso di semplice esecuzione in quanto oggigiorno sono disponibili diverse tecnologie di rilievo della velocità superficiale, tra cui i sensori radar basate su metodologia doppler, la stazione totale, il drone con integrata una fotocamera o i dati satellitari, più o meno adatti al campo di velocità da indagare; tutte queste tecniche sono “no-contact”, ossia non invasive, ed eliminano dunque eventuali pericoli che si avrebbero per chi conduce la misura in acqua pericolose dovuti a forti correnti, garantendo la massima sicurezza.
La metodologia per la ricostruzione della sezione, basata anch’essa sulla teoria entropica, che permette una buona descrizione della geometria partendo da poche informazioni, completa infine il quadro delle tecniche semplificate per la ricostruzione della portata.

Tutte queste attività di ricerca sono state svolte dalla dott.ssa Farina in autonomia, dimostrando una solida preparazione di base e capacità di indirizzo nella identificazione dei problemi e delle fasi della ricerca da sviluppare. Nei tre anni di dottorato la dott.ssa Farina ha avuto modo di partecipare a 3 convegni dove ha presentato personalmente la propria attività di ricerca. Ha inoltre pubblicato 4 memorie su riviste internazionali e 3 memorie/abstract su atti di convegni. Ha inoltre partecipato alla manifestazione PhD Days di Ingegneria delle Acque organizzata dal GII (Gruppo Italiano Idraulica) dove ha presentato l’avanzamento dei suoi studi.
L’esame di dottorato si è concluso con la valutazione: Eccellente

Convegni con Presentazione Orale
• Convegno Internazionale – Florisa Melone Memorial Conference
Luogo e Data: Assisi (Italia), 10-11 Ottobre 2013
Titolo Presentazione: Methods for entropic parameter assessment in natural channels
• Convegno Nazionale – Idrologia, Difesa del territorio e Gestione delle piene: le tre anime della Direttiva Alluvioni
Luogo e Data: Venezia (Italia), 19 Dicembre 2013
Titolo Presentazione: Metodi di stima del parametro entropico nei corsi d’acqua naturali
• “PhD Days di Ingegneria delle Acque” organizzate dal Gruppo Italiano di Idraulica
Luogo e Data: Bologna (Italia), 30 Giugno -2 Luglio 2014
Titolo Presentazione: Estimation of discharge and flow depth distribution in natural channels by using an entropy approach
• “PhD Days di Ingegneria delle Acque” organizzate dal Gruppo Italiano di Idraulica
Luogo e Data: Trento (Italia), 6 – 8 Luglio 2015
Titolo Presentazione: Estimation of discharge and flow depth distribution in natural channels
• Convegno Nazionale – Idrologia di bacino e rischi naturali: monitoraggio, previsione, prevenzione e mitigazione in un contesto di cambiamenti globali
Luogo e Data: Perugia (Italia), 6-8 Ottobre 2015
Titolo Presentazione: La stima della portata nei corsi d’acqua attraverso l’utilizzo combinato di isotachie adimensionali e di misure puntuali di velocità.

Pubblicazioni su riviste internazionali
• Titolo: Using epanet for modelling water distribution systems with users along the pipes
Editore: Civil Engineering and Environmental Systems – Taylor & Francis
Autori: Giulia Farina, Enrico Creaco & Marco Franchini
Available online: 23 Luglio 2013
Url Pubblicazione: http://dx.doi.org/10.1080/10286608.2013.820279
• Titolo: Three methods for estimating the entropy parameter M based on a decreasing number of velocity measurements in a river cross-section
Editore: Entropy in Hydrology
Autori: Giulia Farina, Stefano Alvisi, Marco Franchini & Tommaso Moramarco
Data Pubblicazione: 9 Maggio 2014
Url Pubblicazione: http://www.mdpi.com/1099-4300/16/5/2512
• Titolo: Estimation of bathymetry (and discharge) in natural river cross-sections by using an entropy approach
Editore: Journal of Hydrology
Autori: Giulia Farina, Stefano Alvisi, Marco Franchini, Giovanni Corato & Tommaso Moramarco
Available online: 27 Aprile 2015
Url Pubblicazione: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169415002966
• Titolo: Measurement of surface velocity in open channels using a lightweight Remotely Piloted Aircraft System
Editore: Geomatics, Natural Hazards and Risk
Autori: Marcello Bolognesi, Giulia Farina, Stefano Alvisi, Marco Franchini, Alberto Pellegrinelli & Paolo Russo
Available online: 17 Maggio 2016
Url Pubblicazione: http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/19475705.2016.1184717

Articoli under review
• Titolo: Estimating discharge in rivers through the combined use of dimensionless isovels and point velocity measurements
Editore: Hydrology Research.
Autori: Giulia Farina, Stefano Alvisi, Marco Franchini
• Titolo: Estimating discharge in drainage channels through measurements of surface velocity alone
Editore: Flow Measurement and Instrumentation
Autori: Giulia Farina, Marcello Bolognesi, Stefano Alvisi, Marco Franchini, Alberto Pellegrinelli, Paolo Russo.

Abstract in Atti di Convegno (Proceedings)
• Tipologia: Convegno Internazionale – Florisa Melone Memorial Conference
Luogo e Data: Assisi (Italia), 10-11 Ottobre 2013
Titolo Abstract: Methods for entropic parameter assessment in natural channels
• Tipologia: Convegno Nazionale – Idrologia, Difesa del territorio e Gestione delle piene: le tre anime della Direttiva Alluvioni
Luogo e Data: Venezia (Italia), 19 Dicembre 2013
Titolo Abstract: Metodi di stima del parametro entropico nei corsi d’acqua naturali
• Tipologia: Convegno Nazionale – Idrologia di bacino e rischi naturali: monitoraggio, previsione, prevenzione e mitigazione in un contesto di cambiamenti globali
Luogo e Data: Perugia (Italia), 6-8 Ottobre 2015
Titolo Abstract: La stima della portata nei corsi d’acqua attraverso l’utilizzo combinato di isotachie adimensionali e di misure puntuali di velocità.