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Sunday, February 10, 2019

My Hydraulic Construction Class 2019

The new class is obviously based on the previous classes:

There are some changes however, partially due to the different calendar. The course is essentially divided in three parts:

Rainfall analysis and statistics
How to design a storm water management system (SWMS)
How to design an aqueduct

Tools

Rainfall analysis and statistics is essential to the design of the storm water system and requires some use of Python in Jupyterlab. Design of the SWMS requires the use of some Python, QGIS 2.18, GISWATER and SWMM softwares. The aqueducts require the use of QGIS and its plugin QEPAnet that implements the tool for estimating pressure water called EPANET. All these tools are open source.

More specifically:

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.
QGIS is a Geographic Information System. GIS are an essential tool for who works on landscape or planning infrastructures extended on the territory.
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.

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/

As you can infer from the previous lines, the class needs to learn some hydrology, some hydraulics and the use of various softwares. As I try to explain in the Syllabus lesson, the first day, there is no space for exploiting all the possibilities implied by the software, nor even to go very deep in the theory of hydrological processes and even in the design of the systems. The student has to become comfortable with the idea that they (singular they) is going to get an introduction to all these topics and they will need further studies to use professionally the received information.

Foreseen Schedule

T - stands for a mostly theoretical class
L - stands for a class in the lab

Precipitation analysis and statistics (and an intro to Python scripting)

2019-02-25 -

Syllabus 2019 - A little of precipitation generalities (YouTube 2019)
T - Statistical properties of Extreme precipitations and their interpolation.

Return period and the intensity-duration-frequency curves (YouTube2019)

2019-03-07

L - Introduction to Python with Jupyter (We mostly use the three notebook below):

Una introduzione gentile al Python scripting (mostly a translation from JE lectures

Notebook built in class (Youtube Live part I)
Notebook built in class (YouTubeLive part II)

Leggere file da un file Excel e fare qualche grafico (YouTube Live)

2019-03-11

Leggere un file con PANDAS e plot dei dati con Matplotlib (YouTubeLive)
Further resources are available in this other post

L -Explorative data analysis and Simple statistics with Python's Pandas (YouTubeLive)

Gaussian Distribution

2019-03-14

Central Limit Theorem Illustrated (optional)
Gamma Distribution (optional)

Estimation of Extremes with Python

Exercise: Using the examples of the last Lab, draw a Gumbel distribution.

For estimating the Gumbel distribution parameters:

Moments notebook (YouTubeLiveVideo2019)
Maximum likelihood notebook (YouTubeLiveVideo2019)
UseMinimum squares notebook (YouTubeLive2019)

Exercise assignment

Where to get the data

2019-03-18

Introduction to GIS (YouTube Live Video)

Reference System etc by Morten Nielsen

QGIS
Further Video classes on QGIS/GISWATER

Using QGIS and GISWater to feed SWMM
Material/Data of the lab

2019-03-21

Pearson's Test (Theory) (YouTube2019)
Pearson's Tests notebook
Estimating the intensity-duration-frequency curves (YouTube Live Video)
L - Student's work on their own Exercise under professor's supervision.

Storm Water Management System Design

2019-03-25 - T - Introduction to Storm Water Management System Design

2019-03-25 - L - Working with GISWATER

2019-04-01 T - Elements for the design of stormwaters management systems -I

2019-04-04 - L - Using QGIS and GIS Water for designing the Storm Water Management System

2019-04-08 T - for the design of stormwaters management systems - II

An example with a linear reservoir system

The linear reservoir method and its maximum discharge
Finding the diameter of a head pipe
A storyboard in view of some more detailed explanation on the problem of the maximum discharge

2019-04-11

SWMM by Daniele Dalla Torre
Related Notebook

Maximum Discharge from a linear reservoir model
Internal diameter of the pipe
Summing discharges from pipes (I)
Summing discharges from pipes (II)

Data

Files

Test.csv
Test Case Final (.inp file)

2019-04-15 (Room 2F - 9 a.m.) Intermediate test (Questions pool).

2019-04-30 Grades of Intermediate test

2019- 05 -02

T - Pipes (YouTube2019)
T- Pumping stormwaters.

Pumps (YouTube2019)
NPSH (YouTube2019)
Pumping station hydraulic design (YouTubeVideo2019)

2019-05-02 - OSF for Italians

Aqueducts

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

The state of the water supply in Italy is summarised here (Corriere della Sera, 2018-05-16)

Lectures

2018-05-6 T - Aqueducts

Aqueducts in 2020
Equations for aqueducts networks - Topology - (YouTube2018, YouTube2019)
Mass and energy Conservation - The matter - (YouTube2018,YouTube2019)

2018-05-9 L - Working with SWMM and PYTHON
2018-05-13 T - Design of aqueducts networks

2018-05-13 T - External aqueducts & Reservoirs

External aqueducts (YouTube)
Reservoirs (YouTube)
Contemporary problems in aqueduct's network management

2018-05-16 - T - Water Sources

Springs (YouTube 2019 I , YouTube 2019 II)
Wells (YouTube2018)
Excavations (optional)

2018-05-20 - T - Small Intakes

Surface Waters

Generalities (YouTube 2019)
Small Intake (YouTube2018, YouTube 2019 I, YouTube 2019 II),
Channel (Optional, YouTube 2019)
Sand Remover (Optional, YouTube 2019)
Spillway (YouTube 2019)

2018-05-23 T -

2018-05-27 L - Problem solving with EPANET

2018-06-10 - Problem Solving
2018-06-13 - Problem Solving

Some Examples of presentations on the projects of this class:

Other interesting examples of presentations (from the course "Progettazione di acquedotti e fognature):

Monday, March 5, 2018

Probability and Statistics basics: a very short simple overview of concepts for my students

These lectures cover both the class of Hydrology and Hydraulic Constructions that share the necessity to talk a little of statistics. In four steps I talk about simple concepts about statistics and probability. Very basic stuff to remind to my students what they should already know. Probably in the second series of slides I performed better.

Samples, Population, empirical distributions

Same topic as above but different class

Introduction to visual statistics, location and scale parameters.

Same topic as above but different class

Probability axioms and some derived concepts visualised

Same topic as above, different class

Acting with Real numbers

Almost the same as above bur with a couple of slides more

Wednesday, February 25, 2015

Fognature Pluviali

Per semplificare il post originale ho raccolto qui tutto il materiale del Corso di Costruzioni Idrauliche sulle fognature pluviali.

1 - Brevissimamente: il ciclo idrologico e la misura delle grandezze idrologiche
2 - Una nuova visione dell'idrologia urbana e delle sue applicazioni.
3 - Elementi di analisi statistica esplorativa. Audio (27 Mb). Una guida a fumetti sull'argomento.
4 - Un ripasso di teoria della Probabilità.

5 - Le precipitazioni (genesi - Audio 34.6 Mb - e trattazione statistica degli estremi. Audio - 29.6 Mb, Test di Pearson, 17.4 Mb, GEV - 7.4 Mb )
6 - Introduction to R (the old slides; the new scripts). Un paio di dispense utili: I e II)
7 - Calcolo delle linee segnalatrici di possibilità pluviometrica con R e lo script R usato a lezione (che riprende con differenze minime le operazioni rappresentate nelle slides). Qui anche una relazione tipo (fatta originariamente in LaTeX). Per chi vuole esagerare anche uno stile LaTeX che mi piace particolarmente.
8 - Le fognature pluviali (per di più dovute al lavoro di Roberto Magini e che io ho solo ritagliato sulle mie esigenze). Audio 2014 (19.2 Mb). Audio 2015 (17.2 Mb)
9 - La previsione delle piene con l'idrogramma istantaneo unitario (IUH/GIUH). Solo i primi sei gruppi di slides sono pertinenti a questo corso.
10 - Dimensionare e verificare una fognatura pluviale. Audio (30.4 Mb)
11 - Il programma Trento_p di cui la documentazione è presentata in un separato post.
12 - Cenni sulle pompe e sugli impianti di sollevamento. Audio sulle pompe (17.6 Mb). Audio sul dimensionamento dei volumi degli impianti di sollevamento (7.9 Mb).

Il file delle piogge di S.Martino lo trovate qui.
Il file delle precipitazioni di Paperopoli è qui.
Lo script di R per il calcolo delle statistiche delle precipitazioni estreme di durata 1h è qui.

Queste le domande per gli studenti di Acquedotti e fognature 2016.

Qui si torna alla pagina principale

Acquedotti

Per semplicità di consultazione ho separato il materiale del Corso di Costruzioni idrauliche nelle due parti principali. Questa è la parte di acquedotti.

1 - Le reti di acquedotto (I primi 6 capitoli del libro di Maurizio Leopardi da leggere per farsi un'idea di che cosa si sta parlando:
1- Utilizzo Idropotabile
2- Il trasporto in pressione
3- Dimensionamento idraulico delle condotte
4- Acquedotto con sollevamento meccanico
5- Serbatoi
6- Reti di distribuzione)

2 - Opere di Captazione Audio (26 Mb) e Pozzi. Audio (22.2 Mb).
3 - Le reti di distribuzione. Audio (30 Mb)
4 - Le equazioni delle reti . Audio: 1, 2 - Equazioni delle reti. I (13Mb) e II (20 Mb). 3 -Verifica di una rete idraulica (18 Mb).
5 - Il software EPANET e alcuni strumenti collegati^3
6 - Le reti di adduzione. Audio (20.2 Mb)
7 - Serbatoi di compenso e Torrini piezometrici. Audio serbatoi (20.7 Mb)
8 - Opere di presa e piccole traverse fluviali. Audio dimensionamento griglia (23.7 Mb). Audio: dimensionamento della trappola (14.3 Mb). Dissabbiatore e altri organi (1.6 Mb)
9 - Gli impianti domestici.
10 - Manufatti e opere di regolazione (slides di Roberto Magini). Audio (8.8 Mb)
11 - Tubazioni (Slides di Roberto Magini). Audio (18.9 Mb)

Per tornare al tornare al post originale.

Tuesday, March 6, 2012

Hydraulic Constructions (Again another class I teach)

I finally decide to upload here also the material of my class of Hydraulic Construction. Is a little off-topic here but I realized that that was the simplest way for me to communicate and upload the work to my students. For who is interested, the course deals mainly with urban hydrology (sewer systems, culverts design and so on) and urban water supply. I apologize with the other readers, I promise that I will not pollute more the blog with other post of this kind, and now switch to Italian.

Per il materiale di costruzioni idrauliche gli studenti del primo anno della laurea magistrale facciano riferimento a questo sito. Le slides saranno caricate su SlideShare e disponibili a tutti (anche ad altri studenti) ma richiede di creare un account per il download. Come accade per tutte le cose che faccio, esse sono il prodotto del mio sforzo particolare ma anche di cose che ho "rubato" a colleghi vari. Spero di essere riuscito a dare ad ognuno i crediti che gli spettano. Ma nel caso qualcuno si sentisse non rappresentato adeguatamente, me lo faccia sapere e concorderemo le modalità perchè abbia pieno riconoscimento.

Qui di seguito i link al materiale

1 - Introduzione al Corso
2 - Introduzione alle Costruzioni Idrauliche e alle opere pubbliche
3- Fognature Pluviali
4 - Acquedotti
5 - Fognature Nere
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Postfazione al corso del 2012

Arrivato in fondo, mi rendo conto che avrei potuto fare alcune cose meglio. Questo è ovviamente sempre possibile. L'anno prossimo mi auguro sarà pronto e definitivo il lavoro di importazione di Trento_p e di Epanet all'interno di uDig e quindi il corso si modificherà di conseguenza (e dovremo completare la documentazione). Sarà una bella innovazione e un bel traguardo (per chi osa i programmi sono già oggi disponibili al sito dei Jgrasstools). A ben guardare non ho affrontato due temi importanti della ricerca acquedottistica: mi sono limitato ad introdurre la verifica delle reti "demand driven", mentre avrei potuto parlare anche delle verifiche "pressure driven". Inoltre non ho parlato della ricerca perdite, altro argomento di grande attualità. Questo per quanto riguarda gli acquedotti. Per quanto riguarda le fognature, certamente si sarebbe potuto parlare degli scaricatori di piena, delle vasche di prima pioggia e di un utilizzo e complessivo della rete per la gestione in tempo reale della rete pluviale. Ma tutto non si può fare ... e questa è solo la prima parte perchè gli stessi studenti seguiranno un secondo corso in cui affronteranno più direttamente le problematiche della progettazione!
Per chi avesse avuto la pazienza di guardarsi il materiale, e soprattutto agli studenti: ogni suggerimento costruttivo è bene accetto.
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Postfazione al corso 2013
Non avrei che da ripetere alcune delle cose dette lo scorso anno. Tuttavia, quest'anno siamo riusciti ad usare i Nettools. Immagino che il lavoro sia stato faticoso per gli studenti (ma anche per i docenti!) e sono certo che ci sarebbe voluto piu' tempo. Un ringraziamento va a Bilal senza il quale questo non sarebbe stato possibile (sia pure passando attraverso il lavoro di molti altri). Mi conforta l'esito della prova in itinere, che sembrerebbe dimostrare che piu' o meno (quasi) tutti hanno recepito le cose fondamentali, con una buona percentuale che ha compreso le cose ottimamente. Per me e' la migliore soddisfazione.
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Postfazione al corso 2014

Quest'anno, aggiunti gli audio delle lezioni, ho la sensazione che il materiale sia giunto a maturità. Nello stesso tempo, ciò impone il cambiamento e il raffinamento di varie parti che sento di non aver sostenuto all'altezza. Con l'aiuto di Bilal e di Marialaura Bancheri abbiamo cercato di rendere più accurate le verifiche e di incentrarle molto di più sul fare. Una strada faticosa, ma che intendo proseguire e strutturare meglio anche il prossimo anno.
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Voti Costruzioni Idrauliche 2016

Qui i risultati del compito in itinere. Se voleste vedere i compitini (o per qualsiasi altro motivo inerente al compito) contattatemi.
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* - Qui trovate le slides su Trento_p (rivedute e corrette) preparate da Bilal.
** - Qui scaricate i voti della prima esercitazione e della prova scritta 2012
** - E qui quelli della prova scritta del 2013
*** - il 19 Giugno, la mattina Bilal Adem Ismail riceve gli studenti. L'aula sara' stabilita la mattina stessa.
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^0 - Domande del test intermedio 2016

^1 - Sul sito di R si trovano varie risorse per imparare ad usare R. Un gruppo italiano di utenti di R è Rante e li' vi si trova anche un manuale introduttivo ad R. Qui si trova una miscellanea di contributi in inglese. I contributi ad R si susseguono così velocemente che ogni giorno ce ne sono di migliori. Quindi tenete d'occhio il web.

^1b - Qui il file SintesiPaperopoli

^2 - Trovate al link il file delle portate 1990-2005.txt e il file della Pluviometria di Paperopoli (Unix/Mac o MS-Windows) utilizzati a lezione.

^3 - I file relativi alla esercitazione in aula con Epanet. Qui.
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Scripts di R usati a lezione

- Lezione 17-04-2013 (script) e (notebook)
- Gli script di R per calcolare le curve di possibilità pluviometrica di Paperopoli (scripts) sino al disegno delle curve
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Esempi di relazione e materiale correlato

Una relazione sulle curve di possibilità pluviometrica
- Di Aaron Iemma (qui): in realtà bastava citare la teoria statistica, ma Aaron ha voluto essere qui un pò scholar. Buona anche perchè Aaron ha fornito una serie di script per riprodurre tutto quanto ha fatto, mutata mutandis (qui gli script).