DYNAMICS OF COASTAL SYSTEMS

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2021/2022
Docente
PAOLO CIAVOLA
Crediti formativi
9
Percorso
AMBIENTALE
Periodo didattico
Primo Semestre
SSD
GEO/04

Obiettivi formativi

Il corso rappresenta il primo ed unico insegnamento all’interno del corso di laurea in ingegneria civile che si occupa di argomenti di idraulica marittima, oceanografia e geomorfologia costiera. Alcuni cenni di questi argomenti sono forniti solo nel corso di Elementi di geologia e geomorfologia della laurea triennale in Ingegneria Civile ed Ambientale che presenta agli studenti una visione degli argomenti da approfondire per chi è interessato a sviluppare competenze per lo studio degli ambienti costieri. Gli studenti di Scienze Geologiche che partecipano al corso hanno la possibilità di migliorare le loro conoscenze nel campo della sedimentologia e geomorfologia, migliorando le loro capacità numeriche per la quantificazione dei processi di trasporto sedimentario.
Il corso presta particolare attenzione alla valutazione del rischio costiero ed in particolare ai fenomeni di inondazione ed erosione costiera.
L'obiettivo principale del corso è fornire agli studenti le conoscenze di base di idraulica marittima e geomorfologia costiera per favorire la comprensione dei processi naturali e l’impatto delle azioni antropiche sugli ambienti costieri. In particolare, lo scopo primario del corso concerne l’apprendimento dei meccanismi di generazione e trasformazione del moto ondoso, della formazione e modificazione delle coste, dei processi marini e di come questi influenzano l’evoluzione del paesaggio, dei principali rischi costieri e dell’impatto dei cambiamenti climatici. Le conoscenze di base fornite durante il corso saranno sempre accompagnate da esempi, con lo scopo di consentire una piena comprensione della teoria. Gli esempi sono utili anche per spiegare in che modo le conoscenze teoriche siano derivate dall’osservazione diretta dei processi e/o dei loro effetti sul paesaggio costiero e per comprendere, quindi, la complessità e l’interdipendenza di tutti i fenomeni naturali. Per gli studenti di ingegneria civile verrà infine svolto un modulo aggiuntivo per la parte progettuale di difesa delle coste, fornerndo alcune conoscenze di modellistica numerica ed in vasca.

Le principali conoscenze acquisite saranno:
• elementi di base sulla teoria di moto ondoso e delle maree;
• principali metodologie per la classificazione morfodinamica delle coste;
• conoscenze riguardanti i processi naturali che modellano le coste;
• conoscenze delle tecniche di base per lo studio, l’osservazione e il monitoraggio dei fenomeni che avvengono lungo le coste e sulle piattaforme continentali;
• conoscenze di base per affrontare il tema dei cambiamenti climatici ed in particolare argomenti come l’innalzamento del livello del mare, le variazioni di frequenza di eventi estremi, la stima della vulnerabilità a corto, medio e lungo termine delle fase costiere.

Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
• capacità di caratterizzare un ambiente costiero di spiaggia, delta, estuario, laguna costiera o costa alta;
• comprendere i processi di generazione e trasformazione del moto ondoso ;
• osservare il territorio costiero con uno sguardo che sia contemporaneamente competente e critico, per capire appieno come i processi che modellano la fascia costiera sono in relazione gli uni con gli altri;
• acquisire una maggiore consapevolezza del processo di Gestione Integrata della Zona Costiera (GIZC);
• capire quali sono i principali rischi costieri e come sono strettamente legati alle attività dell’uomo.

Prerequisiti

Conoscenze di base di idraulica, topografia, cartografia..

Lo studente della laurea magistrale in Ingegneria Civile deve avere frequentato il corso di elementi di geologia e geomorfologia nella laurea triennale.

Lo studente della laurea magistrale in Scienze Geologiche deve aver seguito un percorso geologico-tecnico e applicativo nei suoi studi. Per gli studenti di Scienze Geologiche è necessaria una predisposizione all'uso delle conoscenze di base nel campo della matematica e della fisica.

Il corso viene insegnato in inglese e spesso seminari vengono svolti da docenti stranieri. E' necessaria quindi una buona conoscenza della lingua inglese almeno a livello di comprensione del testo scritto.

Contenuti del corso

Il corso è diviso in due moduli. Un primo modulo (Coastal risks) comune agli studenti di Ingegneria Civile e di Scienze Geologiche, per un totale di 6 CFU, dove vengono impartite tutte le basi teoriche e pratiche.
Un secondo modulo di 3 CFU dal titolo "Coastal Protection" è riservato agli studenti di Ingegneria Civile e oltre ad una serie di lezioni frontali sui criteri di progettazione delle opere di protezione includerà una breve relazione bibliografica.
ARGOMENTI TRATTATI
Modulo Coastal risks-6 CFU in comunanza tra Ingegneria Civile e Scienze Geologiche
Introduzione al moto ondoso (18 ore attività teoriche): la teoria d'onda lineare, trasformazione delle onde in acque basse, rifrazione e diffrazione, frangenza, energia totale e flusso di energia. Generazione della corrente lungocosta. Correnti ortogonali. Circolazione costiera e correnti di risucchio. Metodi di misura del moto ondoso ed analisi spettrale dei dati. Le onde anomale generate da maremoti.
Le maree (3 ore attività teoriche): meccanismi di generazione delle maree, punti anfidromici, caratteristiche delle maree nei mari di piattaforma. Metodi di misura mareografici.
Trasporto di sedimenti (3 ore attività teoriche): aree fonti e tipo di sedimenti, metodi di analisi granulometrica. Moto su fondo piano, tipo di profilo di velocità, la legge del muro, calcolo dello sforzo di taglio sul fondo. Trasporto di sedimenti in ambito costiero. Metodi di misura correntometrici e del trasporto sedimentario.
Morfodinamica di spiaggia: (5 ore attività teoriche): il profilo di spiaggia, variazione a corto e medio termine. Il profilo di equilibrio, la profondità di chiusura. Classificazioni morfodinamiche. Il ruolo delle barre lungocosta. Bilancio sedimentario costiero.
Dune costiere (3 ore attività teoriche): i meccanismi di formazione delle dune costiere, fluidodinamica e trasporto di sedimenti, le principali associazioni floristiche, i metodi di ricostruzione delle dune
Barene e piane tidali (3 ore attività teoriche): la trasformazione della curva di marea sulle piattaforme continentali, il trasporto di sedimenti e le forme di fondo, la zonazione della vegetazione e delle facies sedimentarie, i metodi di ricostruzione delle barene
Estuari (3 ore attività teoriche): la classificazione degli estuari secondo Fairbridge, estuari con cuneo salino, estuari a miscelazione variabile, estuari a miscelazione inversa. La flocculazione delle argille.
Delta (3 ore attività teoriche): la classificazione dei delta secondo Galloway, la sedimentazione alla foce e sul pro-delta, evoluzione stratigrafica dei delta. Casi studio: il Delta del Po, Il Gange-Megna-Bhramaputra, Il Mississipi, i delta Albanesi.
Falesie costiere (3 ore attività teoriche): la classificazione dellinstabilità dei pendii secondo Varnes, lazione del moto ondoso, il monitoraggio dellinstabilità.
Variazioni climatiche ed innalzamento del livello marino (4 ore attività teoriche): levoluzione delle coste durante lOlocene, le curve di risalita del livello del mare, il monitoraggio del livello del mare secondo il Permanent Mean Sea Level Service, le previsioni dellAR4 dellIPCC, scenario di impatto per lEuropa
Modulo di 3 CFU-Coastal Protection solo per Ingegneria Civile
Protezione dei litorali (16 ore attività teoriche): tipi di opere rigide e loro applicabilità. Calcolo della trasmissività di una barriera parallela. Ricerca di sabbie a mare per i ripascimenti litorali. Criteri di progettazione di un ripascimento litorale.
Metodi di modellistica in vasca e tramite modelli numerici (8 ore attività teoriche): modelli in vasca e criteri di similitudine, preparazione di prove sperimentali, i laboratori disponibili in Italia ed in Europa.

Metodi didattici

PER TUTTI GLI STUDENTI

Lezioni teoriche/esercitazioni.
Per le lezioni teoriche viene fornito il materiale presentato in lingua inglese con indicate una serie di letture raccomandate

PER GLI STUDENTI DI INGEGNERIA CIVILE

Preparazione di ricerche bibliografiche.

Modalità di verifica dell'apprendimento

PER TUTTI GLI STUDENTI
Esame scritto in lingua inglese volto a testare la capacità numerica ed analitica degli studenti per calcoli di processi costieri. Esame con domande a scelta multipla e aperte. Normalmente il 50% della valutazione è basata sulle risposte del test a scelta multipla, il 50% sulle risposte alle domande aperte. L’esame scritto viene valutato in trentesimi. Il voto minimo perché sia considerato superato è 18/30. Qualora lo studente raggiunga 30/30 il docente esaminerà in dettaglio le risposte aperte per decidere se dare il voto di 30/30 e lode.

PER GLI STUDENTI DI SCIENZE GEOLOGICHE
L’esame scritto se superato conclude la verifica dell’apprendimento per i 6 CFU ed il voto ottenuto coincide con il voto finale.

PER GLI STUDENTI DI INGEGNERIA CIVILE
Per integrare i 3 CFU aggiuntivi si richiede lo svolgimento di una relazione bibliografica su un tema scelto nel campo della protezione costiera. La relazione può essere svolta in lingua italiana, inglese, francese, portoghese e spagnola. Il voto della relazione contribuisce al voto finale raggiunto con un peso di +/- 30% sulla variazione del voto dello scritto.

Testi di riferimento

Philippe Quevauviller (Editor), Paolo Ciavola, Emmanuel Garnier (2017) Management of the Effects of Coastal Storms: Policy, Scientific and Historical Perspectives, ISBN: 978-1-84821-762-1, Wiley-ISTE

Paolo Ciavola, Giovanni Coco (2017) Coastal Storms: Processes and Impacts, ISBN: 978-1-118-93710-5, Wiley-Blackwell

Davidson-Arnott R. (2010). INTRODUCTION TO COASTAL PROCESSES AND
GEOMORPHOLOGY. Cambridge University Press.

Gehrels, W. R. and Masselink, G. (2014). Coastal Environments and Global Change. John Wiley & Sons.

Warren, A. (2013). Dunes : Dynamics, Morphology, History. John Wiley & Sons.

Quevauviller, Ph. (2015). Hydrometeorological Hazards : Interfacing Science and Policy. John Wiley & Sons.

Sherman, D. J. and Ellis, J. T. (2014). Coastal and Marine Hazards, Risks, and Disasters. Elsevier.