CdSSCIENZE AGRARIE
Codice019GG
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| IDRAULICA AGRARIA | AGR/08 | LEZIONI | 64 |
|
- Strumenti e metodologie necessarie per lo studio dei processi di trasporto all'interno del sistema idraulico aziendale che si estende dalla fonte di approvvigionamento irriguo fino al sistema fogliare della coltura;
- Efficienza idrica/energetica annidata in diversi anelli che compongono la catena idraulica;
- Idrologia degli scambi idrici all’interno del sistema continuo suolo-pianta-atmosfera;
- Strumenti e metodologie per la progettazione e la gestione degli impianti di irrigazione aziendali, nonché sensoristica per il monitoraggio dello stato idrico del sistema continuo suolo-pianta.
- Devices and methodologies to study water transport processes within the farm hydraulic system. The latter develops from the water supply source to the crop leaves system;
- Nested water/energy use efficiency;
- hydrological knowledge about water exchange within the soil-plant-atmosphere continuous (SPAC);
- Tools and methodologies for the design and the management of the farm irrigation plan, as well as the most modern soil water status monitoring systems.
- Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolte delle prove in itinere sui principali argomenti dell’insegnamento. Una prima prova riguarderà l’idrostatica, mentre la seconda prova interesserà l’idrodinamica dei fluidi reali che muovono all’interno degli impianti irrigui in pressione.
- Attraverso la creazione di gruppi di lavoro saranno svolte esercitazioni in aula rivolte all’apprendimento delle principali tecniche di monitoraggio delle performance degli impianti irrigui e dello stato idrico del sistema suolo-pianta.
- In order to assess the knowledge acquired by the students, ongoing written tests will be carried out, besides meetings between the teacher and the students by means of lessons aimed at evaluating the gained information. A first test will cover hydrostatic topics, while the second one will include fluid dynamic in pressurized irrigation plan.
- Through the creation of working groups, classroom exercises will be supplied in order to acquire skill concerning the main techniques for irrigation plan performance evaluation and for the soil water status monitoring.
- Capacità di calcolo analitico nella progettazione degli impianti irrigui in pressione e nella stesura di bilanci agro-idrologici per la quantificazione dei consumi idrici della coltura e la gestione degli adacquamenti alla scala aziendale.
- Ricerca e analisi di dati meteorologici, climatologici, colturali e pedologici contenuti nei database nazionali e internazionali;
- Capacità di analisi del sistema idraulico rivolta alla valutazione dell’efficienza idrica/energetica dei diversi anelli che lo compongono (audit dell’irrigazione);
- Senso critico nella scelta di strumentazioni sia idrauliche sia idrologiche e consapevolezza sull’importanza che rivestono i protocolli di istallazione e calibrazione;
- Impostare disegni tecnici in CAD e redigere relazioni tecniche sulle attività progettuali che si svolgeranno in aula durante le prove scritte.
- Analytical computing capabilities in pressurized irrigation system design and agro-hydrological water balances application to predict crop water requirements and irrigation timing;
- Search and analysis of the meteorological, climatological, crop and pedological data sources available from the national and international databases;
- Capabilities for the water/energy use efficiency assessment of the water chain (irrigation audit);
- Critical point of views in the choice of hydraulic and hydrological instruments. Student will be aware about the importance of the installation and calibration protocols;
- Set up CAD drawings and technical reports over project activities that will take place in classroom and during written tests.
- Durante le esercitazioni in aula sarà richiesto l’uso del computer e saranno svolti progetti idraulici attraverso l’implementazione di fogli di calcolo Excel e disegno in CAD;
- Lo studente dovrà preparare e presentare un foglio di calcolo che riporti i risultati di una calibrazione di sensori idraulici e agro-idrologici;
- Saranno svolte attività pratiche per la ricerca dati agro-ambientali (risorse idriche del territorio, dati agro-climatologici, colturali e pedologici) attraverso l'utilizzo di noti database.
- During classroom exercises, hydraulic projects will be developed by means Excel spreadsheets and CAD drawing;
- Students will prepare and submit two spreadsheets in which the calibration of hydraulic and agro-hydrological sensors are implemented;
- Practical activities will be addressed to research agro-environmental data (water resources, agro-climatological, crop and pedological data) through the use of known databases.
- Sensibilità alle problematiche ambientali e all’uso sostenibile delle risorse idriche ed energetiche in agricoltura;
- Accuratezza e precisione nello svolgere attività di raccolta e analisi di dati tecnici;
- Senso critico sull’attendibilità del dato;
- Abilità nello scegliere e calibrare la strumentazione e la sensoristica sia idraulica sia idrologica da utilizzare per una gestione esperta ed efficiente dell’irrigazione;
- Abilità nel sviluppare protocolli di audit dell’irrigazione.
- Environmental awareness linked to the sustainable use of water and energy resources in agriculture;
- Accuracy and precision will be gained in collecting and analyzing experimental data;
- Critical analysis of the data reliability;
- Ability to choose and calibrate the hydraulic and hydrological instruments and sensors;
- Ability to develop irrigation audit protocols.
- Durante le esercitazioni e con le prove in itinere saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte dallo studente;
- In seguito alle attività seminariali e le esercitazioni in campo saranno richiesti agli studenti delle brevi relazioni concernenti gli argomenti trattati.
- During the exercises and the on-going tests, the degree of accuracy and precision of the student's activities will be evaluated;
- Following the seminar/webinar activities and field exercises, students have to provide a short report about the studied topics.
Per seguire il corso in modo proficuo, lo studente dovrebbe possedere abilità/capacità in merito alla statistica e analisi dei dati, meccanica dei fluidi, fondamenti di elettronica, pedologia ed ecofisiologia vegetale.
Agricultural Hydraulic course requires initial knowledge concerning statistic and data analysis, fluid mechanics, fundamental of electronics, pedology and crop ecophysiology.
It is advisable to attend special teachings as Mediterranean tree crops and horticulture.
Knowledge of agricultural hydraulics and hydrology is recommended for future courses, which include the water resources management at farm scale.
- Lo svolgimento delle lezioni avviene attraverso la somministrazione di lezioni frontali e con ausilio di slide/filmati;
- Le esercitazioni in aula/laboratorio richiedono la costituzione di gruppi e necessitano l’utilizzo di computer personali degli studenti;
- A supporto delle lezioni/esercitazioni si utilizzano siti web, seminari, e strumentazione idraulica/idrologica didattica;
- Dal portale e-learning del corso lo studente può eseguire lo scaricamento dei materiali didattici e divulgativi e comunicare con il docente. Allo stesso tempo, il docente pubblica i test per esercitazioni a casa e coordina/segue i gruppi di lavoro;
- Il docente è disponibile per ricevimento e usa la posta elettronica come strumento principale di comunicazione docente-studente;
- Sono previste due prove in itinere che riguardano la parte prettamente idraulica (idrostatica e idrodinamica) del programma;
- Alcuni argomenti richiedono l’ausilio di terminologia internazionale in lingua anglosassone e/o statunitense;
- Lectures are held with the help of slides/video, whereas the practical activities are carried out in a teaching class/field designed and equipped for hydraulic and hydrological practices exercises;
- The practice exercises are carried out in groups of students;
- The E-learnig site of the study course provides the teaching material used during lectures and disseminates information to students;
- The interaction between teacher and students takes also place through meetings, e-mail and counseling students;
- Intermediate written test are present;
- Some topics of the course require the use of international terminology in English and/or USA language.
Programma (contenuti dell'insegnamento)
Introduzione al corso. obiettivi e articolazione del corso.
Richiami di fisica. Sistemi ed unità di misura. Richiami di cinematica, statica e dinamica. Energia e lavoro. Potenza. Sforzi nei sistemi materiali continui.
Proprietà fisiche dei fluidi. Peso specifico, densità, viscosità. Tensione superficiale. Capillarità.
Idrostatica. Pressione in un liquido in quiete. Equazione indefinita e globale dell’idrostatica. Pressione assoluta e relativa. Spinte su parete piane. Formula di Mariotte.
Esercitazione: Determinazione della distribuzione delle pressioni in recipienti a superficie libera e in pressione.
Idrodinamica. Definizione e classificazione delle correnti. Regimi di moto. Portata. Equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Interpretazione geometrica e meccanica del Teorema di Bernoulli. Moto in pressione del liquido perfetto: considerazioni sulle variazioni dell’altezza geometrica, piezometrica e cinetica.
Correnti in pressione. Liquido reale. Leggi di resistenza per correnti di liquido reale in regime puramente turbolento. Moto delle correnti in tubo liscio. Esercitazione: Equazione del moto per le correnti in pressione: problema di verifica e problema di progetto.
Lunghe condotte. Definizione. Problema di verifica e di progetto di una lunga condotta. Condotte con erogazione lungo il percorso. Problema di verifica delle reti di condotte.
Esercitazioni: Verifica idraulica di una corta condotta in pressione. Verifica idraulica di una condotta in depressione. Verifica idraulica di una lunga condotta.
Macchine Idrauliche. Cenni sulle macchine idrauliche motrici. Macchine operatrici: pompe. Impianti di sollevamento. Potenza della pompa.
Esercitazione: Verifica idraulica di una condotta di sollevamento.
Correnti a superficie libera in moto uniforme. Problemi di verifica e di progetto dei canali per moto uniforme. Cenni al caso del moto permanente.
Foronomia. Luci sotto battente e luci a stramazzo, leggi di efflusso. Esercitazione: problema di verifica e di progetto.
Idrometria. Idrometria delle correnti in pressione e idrometria delle correnti a pelo libero: metodi e strumenti.
Metodi di distribuzione dell’acqua irrigua. Aspersione, Microirrigazione, Macchine per l’irrigazione (pivot, Rainger, rotolone per irrigazione, ecc) integranti i nuovi sistemi LESA (Low Energy Spray Application) o LEPA (Low Energy Precision Application).
Esercitazione: dimensionamento idraulico.
IDROLOGIA AGRARIA
Cenni di Idrologia tecnica. Ciclo dell’acqua e bilancio. Raccolta dei dati idrologici. Altezze e intensità di pioggia. Piogge di massima intensità e breve durata. Pluviometri e pluviografi. Precipitazioni ed afflussi meteorici. Piogge ragguagliate su un bacino idrografico. Regimi pluviometrici. Deflussi superficiali.
Esercitazione: Ricerca, controllo qualità e implementazione banca dati agro-meteorologici.
Idrostatica dell’acqua nel terreno agrario. Rapporti acqua-terreno: Caratteristiche fisico-meccaniche del terreno e relative determinazioni (contenuto idrico gravimetrico e volumetrico, porosità fisica ed efficace, massa volumica apparente). Potenziale idrico e sue componenti. Curva di ritenzione dell’acqua del terreno in condizione di umettamento ed essiccamento. (Processo di isteresi). Coefficienti di ritenzione capillare e di avvizzimento permanente. Acqua disponibile per le piante. Pedofunzioni di trasferimnto (PTF). Metodi di misura dello stato idrico del terreno. Esercitazione: Applicazione di PTF. Calibrazione sensore di umidità del suolo.
Idrodinamica dell’acqua nel terreno. Principi del moto dell’acqua nei mezzi porosi saturi. Velocità di filtrazione e permeabilità; legge di Darcy. Moto dell’acqua nei mezzi porosi insaturi. Processi di infiltrazione e di ridistribuzione dell’acqua nel terreno. Profili idrici nel terreno. Moto dell’acqua nei mezzi porosi insaturi. Legge di Darcy generalizzata. Moti di filtrazione. Falde freatiche e falde artesiane. Pozzi. Curva caratteristica dei pozzi. Metodi di campo e di laboratorio per la determinazione della conducibilità idrica satura e insatura (permeametri a carico costante e variabile, metodo della crosta, metodo del foro trivella).
Esercitazione (campo): uso del minisisk infiltrometer in campo.
Modellistica agro-idrologica. Evapotraspirazione della coltura. Evaporazione e traspirazione idrica. Concetti di evapotraspirazione massima ed effettiva ed effetti sulla stato idrico della coltura. Modelli fisicamente basati ed empirici per la stima dell’evapotraspirazione della coltura di riferimento: Tornthwaite, Hargreaves-Samani, Blaney e Criddle, Penman–Monteith e ASCE international standard. Coefficienti colturali. Misura dell’evapotraspirazione effettiva tramite tecniche micrometeorologiche, atmometri e lisimetri. Modelli matematici ed empirici per la stima dello stato idrico del suolo e della pianta: SWAP (Alterra) a FAO-56 model
Esercitazione: Stima dell’evapotraspirazione massima con il metodo di Hargreaves-Samani. Implementazione di un sistema esperto pluviometro+atmometro+elettrovalvola su datalogger CR1000 (Campbell Inc.) ed elaborazione dati acquisiti.
Efficienza idrica ed energetica dei sistemi idraulici: Definizione di EUE e WUE. Nesso efficienza uso acqua-energia. WUE nested approach. Gestione esperta degli adacquamenti e degli impianti irrigui. Irrigation Audit.
Esercitazione: Implementazione di un sistema esperto pluviometro+atmometro+elettrovalvola su datalogger CR1000 (Campbell Inc.) ed elaborazione dati acquisiti.
Introduction and Presentation of the Course
Fluid Statics
Fluid Dynamics
Fluid Kinematics
Dimensional Analysis
Viscous Flow in Pipes
Open-Channel Flow
Hydraulic machines
Phoronomy
Hydrometry
Irrigation Lateral and manifold design
Water distribution systems
Technical Hydrology
Soil water static and dynamic
Data Analysis in Soil Physics and Pedotransfers Functions
Agro-hydrological modeling
Sensors and Monitoring in Soil-Plant systems
Precision Irrigation
Water and Energy Use Efficiency
MATERIALE DIDATTICO
- Dispensa di Idraulica e Idrologia Agraria redatta dal docente;
- Gallati M., Sibilla S. 2009. Fondamenti di idraulica. Editore: Carocci. EAN: 9788843051717;
- Mossa M., Antonio F. Petrillo 2013. Idraulica. Editore: CEA. ISBN: 8808180727;
- Freddie R. Lamm, James E. Ayars, Francis S. Nakayama. 2002. Microirrigation for Crop Production Design, Operation, and Management. ELSEVIER. ISBN: 978-0-444-50607-8;
- Luigi Cavazza. 2006. Terreno agrario. Il comportamento fisico. Editore: REDA.
per approfondimenti:
- Wilfried Brutsaert. 2006. Hydrology: An Introduction. Cambridge University Press. ISBN-10: 0521824796. ISBN-13: 978-0521824798.
- Waller Peter, Yitayew Muluneh. 2015. Irrigation and Drainage Engineering. SPRINGER. ISBN: 978-3-319-05698-2.
- Dispensa di Idraulica e Idrologia Agraria redatta dal docente;
- Gallati M., Sibilla S. 2009. Fondamenti di idraulica. Editore: Carocci. EAN: 9788843051717;
- Mossa M., Antonio F. Petrillo 2013. Idraulica. Editore: CEA. ISBN: 8808180727;
- Freddie R. Lamm, James E. Ayars, Francis S. Nakayama. 2002. Microirrigation for Crop Production Design, Operation, and Management. ELSEVIER. ISBN: 978-0-444-50607-8;
- Luigi Cavazza. 2006. Terreno agrario. Il comportamento fisico. Editore: REDA.
to deepen
- Wilfried Brutsaert. 2006. Hydrology: An Introduction. Cambridge University Press. ISBN-10: 0521824796. ISBN-13: 978-0521824798.
- Waller Peter, Yitayew Muluneh. 2015. Irrigation and Drainage Engineering. SPRINGER. ISBN: 978-3-319-05698-2.
Gli studenti non frequentanti possono seguire lo svolgimento dell’insegnamento utilizzando il materiale didattico messo a disposizione dal docente sul sito E-learning del CdS e seguendo il registro delle lezioni del docente. I non frequentanti e coloro che decidono di non sostenere le prove scritte in itinere debbono effettuare una prova orale su tutti gli argomenti del programma.
Not-attending students can follow the lessons using the teaching material provided on the E-learning web site by the teacher before the beginning of the lectures, and consulting the lesson log.
L'esame è composto di due prove scritte in itinere ed una prova orale.
- La prova scritta consiste in una serie di domande/esercizi/problemi inerenti gli argomenti trattati nell'insegnamento sino ad una settimana antecedente la verifica e si svolge in un'aula con una durata di 2 ore.
- Le prove in itinere vengono effettuate durante le pause didattiche istituite nel CdS mentre l’orale viene effettuato alla fine del corso in seno alle sessioni di esami.
- Le prove in itinere valgono per l'intero anno accademico.
- La prova scritta è superata se si acquisisce una votazione pari a 18/30; se lo studente acquisisce una valutazione positiva (almeno 18/30) a ciascuna delle due prove scritte, è indicata la valutazione media da integrare con il voto acquisito attraverso l’orale. Nel caso in cui lo studente acquisisca valutazioni inferiori a 18/30 a una delle prove, deve sostenere l'esame orale su quella parte di programma valutato nella prova in itinere.
- Per chi volesse migliorare la valutazione acquisita con le verifiche in itinere, il colloquio verterà su tutta quella parte di programma argomento della prova in itinere;
- La prova orale è superata quando il candidato è in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta, dimostrare di avere compreso l’idraulica dei fluidi reali all’interno di sistemi irrigui in pressione, gli scambi idrici all’interno del sistema continuo suolo-pianta-atmosfera, la gestione esperta dell’irrigazione e aver compreso il concetto di efficienza idrica-energetica secondo l’approccio annidato.
The examination consists of two ongoing written tests.
- The written tests consist of a series of questions/exercises/problems concerning the topics covered in the course till one week before the examination, and are carried out in classrooms with a duration of 2 hours;
- The positive ongoing tests are valid for the whole academic year;
- The written test is passed if a mark of 18/30 is reached. If the student has a positive mark (at least 18/30) in both tests, an average mark is calculated and integrated with the mark reached in the oral exam;
- In case the mark is below 18/30 in one or both tests, the student must take an examination on the part of the program considered insufficient;
- The oral examination is passed when the candidate speaks clearly and uses a correct hydraulic and hydrology terminology, when understands the fluid-dynamic in pressured irrigation plan and is able to schematize the water exchanges within the soil-plant-atmosphere system (SPAC). Moreover, the student should be able to interconnect the hydraulic of the irrigation plan with the hydrology of the SPAC system, as well as to understand the concept of water-energy use efficiency according to the nested approach.
UNIPIMAP
- http://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=109586
Scientific database ID
- ResearcherID: D-2358-2013
- SCOPUS: 35722806100
- ORCID: orcid.org/0000-0002-8405-8618
- PUBLONS: publons.com/a/587042/
UNIPIMAP
- http://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=109586
Scientific database ID
- ResearcherID: D-2358-2013
- SCOPUS: 35722806100
- ORCID: orcid.org/0000-0002-8405-8618
- PUBLONS: publons.com/a/587042/