Water supply systems and Stormwater management infrastructures 2017

This year I decide to renovate the teaching of my class of "Hydraulic Constructions".  Usually, under this name, one thinks to dams, levees, or other infrastructures. In fact, what I will  teach is how to design a water supply system for a city or for a city district, and how to design the infrastructures for storm water management.

This the foreseen schedule of the course. L Means a laboratory class, where the students are asked to calculate, think or project something. Actually it will be that I will do stuff for them, introducing some tools and asking them to repeat and complete the task on their dataset. Tentatively, it will be a "learning by doing approach" which I used also the last years but to a minor extent. 

I have 60 hours in total over thirteen weeks. So the schedule could be the following one

Storm waters

1. T - Introductory Class. 
• New goals for Urban hydrology
• The sewage systems devices
• Local control on the hydrological cycle
• The law of public works
• The past and the future
• Further readings
2. T - Statistical properties of ground precipitations. Mechanisms  of formation of precipitation. Ground based statistics. Extreme precipitations.  
• See the points 6-11 in the Precipitations post
• Further readings (Point 1-5 and 17 in the Precipitations' post)
3. L - Explorative data analysis. Investigating data with Python (or R).  
4. T - Extreme precipitations. Around the concept of return period. Extreme distributions. 
• See points 12-15 in the Precipitations post
• Further readings (Point 1-5 and 17 in the Precipitations' post)
5. L - Estimation of Extreme distributions with Python (or R)
6. T - Element for the design of storm water management infrastructures.  
• The storm water drainage network (SWDN)
• Urban cases
• Pipes (slides from Roberto Magini)
• The estimation of the flood wave (the IUH case) and the Hydraulic design of the SWDN
7. L - Short introduction to QGIS for representing urban infrastructures. 
• Introduction to QGIS by Elisa Stella and Daniele Dalla Torre. For other information about tools installation, see the bottom of the page.
• Using QGIS and GISWater to feed SWMM
• Material/Data of the lab
• Video classes on QGIS/GISWATER (discovered by Pasini & Rocari)
• Create subcatchments
• Homogenize the subcatchment layer and insert it in the database
• Geometric information subcatchments
• Average Slope
• Impervious
• Simp, Routeto
• https://www.youtube.com/watch?v=HJIGH-ndcJ4

1. T - Element for the design of storm water management infrastructures. - II 
• An example with a linear reservoir system 
• The so called "metodo italiano" (optional)
• Further readings
2. L - Simple estimations of the maximum discharge via Python
3. T - Pumping stormwaters.
4. L - Designing some part of a sewer network with SWMM and Python. 
• The Python Notebook is here
• The Data used in the notebook here
• Using QGIS and GISWater for creating the inputs for SWMM (YouTube  by Elisa Stella: Part I, II and III)

Clean water supply - Aqueducts

As a  general, simple and descriptive reference, the first six chapters of Maurizio Leopardi's book can be useful :

• Utilizzo Idropotabile
• Il trasporto in pressione
• Dimensionamento idraulico delle condotte
• Acquedotto con sollevamento meccanico
• Serbatoi
• Reti di distribuzione

Here the class lectures:

1. T - Aqueducts in 2020
• Equations for aqueducts networks
• Mass and energy Conservation
2. L - Introduction to EPANET (and related GIS)(YouTube2017)
3. T - Aqueducts' distribution networks: the water demand and some design indications)
• Equations for aqueducts network
4. T - External aqueducts
5. T - Introduction to intakes  for water supply
6. T - Water uptakes
7. L - Reservoirs
8. L - Design and verification of distribution networks with EPANET - 
9. T - Houses' infrastructures
10. T - Urban Drainage Systems
11. L - Design and verification of distribution networks with EPANET - I I (YouTube on Water Demand)

Tools

During the class I will introduce sever tools for calculations. 

• Python - Python is a modern programming languages. It will be used for data treatment, estimation of the idf curves of precipitation, some hydraulic calculation and data visualisation. I will use Python mostly as a scripting language to bind and using existing tools. 
• SWMM - Is an acronym for Storm Water Management System. Essentially it is a model for the estimation of runoff adjusted to Urban environment. I do not endorse very much its hydrology. However, it is the most used tools by colleagues who cares about storm water management, and I adopt it. It is not a tool for designing storm water networks, and therefore, some more work should be done with Python to fill the gaps.
• EPANET Is the tool developed by EPA to estimate water distribution networks. 
• LaTeX: il sistema per la scrittura e la composizione di testi matematici ed ingegneristici. Il testo di Lorenzo Pantieri e Tommaso Gordini è un piccolo gioiello. 

Installation Instructions (for Windows) by Daniele Della Torre:

SWMM: http://growworkinghard.altervista.org/epa-swmm-how-to-install-step-by-step/

GISWATER: http://growworkinghard.altervista.org/giswater-11-install-windows/

QGIS: http://growworkinghard.altervista.org/qgis-2-18-how-to-install-step-by-step-on-windows/

and this for the Java RE:

http://growworkinghard.altervista.org/install-jre-step-by-step-on-windows-march-2017/

Domande della prova intermedia 2017.

EPAs for water

EPA, in this case, stands for Environmental Protection Agency (of the United States).
We use a couple of models developed there, especially in my class of Hydraulic Constructions.
These products are:

• Epanet   (see also this post)
• SWMM (see also this post)

and they are available as open source.

There is  an organization of people gathering who are interested in working on them.  You can join them at:

https://github.com/OpenWaterAnalytics

http://wateranalytics.org/

I do not endorse them as the best models ever. But they are there, opens source, and have a community. I see them as a starting point for injecting new ideas and extensions.

uDig Jgrasstools resources for urban hydrology, culverts and water supply systems design (in Italian)

Ho sempre pensato che affrontare i problemi del dimensionamento di un acquedotto e di una fognatura pluviale, potesse essere semplificato dall'uso di un GIS. L'idea, naturalmente, non l'ho avuta da solo, ma  ragionando assieme ad altri, in particolari, i miei ex-allievi di Hydrologis e di Hydromates e i colleghi Paolo Bertola e Maurizio Righetti. Hydrologis and Hydromates, già per conto loro, avevano provveduto ad implementare in uDig i nettools, una serie di strumenti che consentono l'accesso al software Epanet per la verifica delle reti in pressione. In parallelo, ho chiesto la loro collaborazione per portare il mio software di calcolo delle fognature pluviali Trento_p, nello stesso sistema.
Con l'ulteriore aiuto di Federico De Col, Leonardo Perathoner e di Bilal Adem Esmail (sempre supportati da Hydromates)   ho poi lavorato per documentare il tutto.

Ora uso il tutto nel mio corso per la laurea magistrale di Ingegneria Civile: quest'anno, per la prima volta.  Ecco dunque la documentazione che serve:

• Per le informazioni generali, naturalmente è meglio riferirsi al post principale su uDig.
• Una Introduzione ai sistemi informativi territoriali (GIS da Geographic Information System).
• Per una informazione alternativa sull'istallazione per MS-Windows, si puo' scaricare la prima parte della tesi di Federico De Col.
• Le slides sugli stessi temi di cui sopra della lezione di Bilal Adem Esmail.

Per quanto riguarda l'utilizzo dei Nettools (Epanet) si può fare riferimento:

• Al sito dei Nettools dove si trovano anche link a presentazioni e un paio di blogspots
•  Alla seconda parte della tesi di Federico De Col: Gli elementi di Epanet e la loro gestione
• Alla terza parte delle tesi di Federico: Modellazione di una rete di acquedotto con l'ausilio del GIS uDig
• Qui le slides su come usare Epanet con uDig e i Netools

Per quanto riguarda Trento_p abbiamo implementato il tutorial che si può trovare qui. Le slides delle lezioni, mirate a Trento_p, si possono trovare qui di seguito:

• Trento_p theory. Audio (16.6 Mb)
• Le lezioni  su Trento_p in uDig da parte di Adem Bilal Esmail. ^1

Naturalmente può essere utile dare un'occhiata alla documentazione del vecchio Trento_p

• Le vecchie slides su Trento_p (la teoria e la pratica) 
• Il manuale di Trento_p, il codice sorgente e gli eseguibili per windows e un caso standard di test e l'eseguibile per Mac (solo l'eseguibile). 
• La tesi di David Tamanini 

Caricheremo, con l'avanzare del corso nuovo materiale. Tenete d'occhio la pagina!

Bibliografia

Rigon, R., Bertola, P. - La progettazione con un metodo geomorfologico delle reti di drenaggio urbane, II Conferenza Nazionale sul Drenaggio Urbano, Palermo, 10-12 maggio 2000

D. Tamanini, A.B. Esmail, F. Zanotti, S. Simoni, P. Bertola, R. Rigon (2009). Trento_p : un modello
geomorfologico per lo studio del drenaggio urbano. L'ACQUA, vol. 2009, p. 73-74, ISSN: 1125-1255

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^1 - La teoria soggiacente a Trento_p, oltre che negli articoli riportati appena sopra,  è spiegata nel materiale linkatonel post sulle costruzioni idrauliche ai punti 10 ed 11