Introduzione al Corso di Idrologia 2018 - Riccardo Rigon - Open Science Framework
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Introduzione al Corso di Idrologia
2018
Il Sole, F. Lelong, 2008, Val di Sella
Riccardo Rigon
Riccardo Rigon
Who am I
http://abouthydrology.blogspot.it/search/label/Me-Myself-I
2
R. Rigon
Se ascolto dimentico
se vedo ricordo
se faccio capisco
Bruno Munari
3
R. Rigon
Syllabus
Obiettivi Formativi
Apprendere la natura fisica e, in alcuni casi la descrizione
statistica, dei processi idrologici fondamentali: precipitazioni,
deflusso nei suoli, evaporazione, traspirazione e produzione del
deflusso superficiale.
Saper delineare un bacino idrografico a partire dai dati digitali del
terreno.
Apprendere le nozioni di base relative ad alcuni strumenti
necessari per poter calcolare i flussi idrologici.
Saper calcolare, con gli opportuni dati a disposizione, i flussi
idrologici a scala di versante con consapevolezza dei limiti dei
modelli e delle formulazioni teoriche usate.
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R. Rigon
A che serve ?
Questo serve*, per esempio, per:
Costruire sistemi:
• per prevenire, gestire, controllare
• le piene
• il franamento
• le valanghe
• per la regolare l’irrigazione
• per la stima della disponibilita’ idrica nei bacini per
produzione di energia elettrica e irrigazione
• per prevedere il congelamento delle strade
• per la stima stima della temperatura al suolo (gare di sci,
motociclistiche etc)
• per prevedere l’altezza e la distribuzione della neve
*Approfondendo un po’, oltre il corso
5
R. Rigon
Per quali corsi è propedeutico ?
Assumendo che proseguiate con la
magistrale a Trento
Acquedotti e fognature
Modelli idrologici
Ingegneria fluviale
Sono corsi che prevedono la conoscenza delle nozioni che imparerete
ad Idrologia
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R. Rigon
Nozioni “propedeutiche”
Anche un po’
di analisi
statistica
7
R. Rigon
Nozioni “propedeutiche”
L’idrologia, some ogni scienza fisica, è studiata attraverso misure.
Misure che variano nel tempo e nello spazio.
Queste devono essere rappresentate in modo opportuno (si veda sotto),
ma possono essere comprese e analizzate attraverso statistiche.
Pertanto una conoscenza minima di Probabilità e Statistica è richiesta.
I risultati dei modelli idrologici, a loro volta, per essere interpretati
hanno bisogno di usare strumenti statistici.
Anche le tecniche di “Machine Learning”, con un po’ di fantasia, si
possono ricondurre a modelli Statistici.
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R. Rigon
Nozioni propedeutiche
Anche un
po’
di equazioni
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R. Rigon
Nozioni “propedeutiche”
L’idrologia fisica è descritta da equazioni differenziali ordinarie (ODEs) e
alle derivate parziali (PDEs). Più spesso anche da relazioni funzionali
empiriche e da equazioni di bilancio (di massa, energia e quantità di
moto).
Senza equazioni NON c’ è idrologia, intesa in senso contemporaneo.
Dunque l’attenzione alla matematica dell’idrologia è un’attitudine che
desidero coltivare.
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R. RigonNozioni propedeutiche
Anche un
po’
di grafici
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R. RigonNozioni “propedeutiche”
Se la statistica, o il “data science” estrae l’essenza della conoscenza idrologica
dai dati misurati e prodotti dai modelli, la loro comprensione avviene
attraverso la rappresentazione. Le formule sono un promo tipo di
rappresentazione, ma anche la rappresentazione grafica ha un suo ruolo
fondamentale.
Non vi è quasi articolo scientifico o relazione tecnica che sia privo di grafici.
Saper produrre grafici efficaci e sapere interpretare quelli prodotti da altri è
uno strumento fondamentale in questo mestiere.
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R. RigonNozioni “propedeutiche” … da recuperare per quanto possibile
Non
sostengo che voi per affrontare il corso di idrologia dovete già esser formati
su questi argomenti che, a ben vedere, sono campi che occupano, anche,
ciascuno di essi, intere vite,
Ma
sottolineo che se vi chiedessi o vi illudessi che si possa farne a meno, vi starei
imbrogliando.
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R. RigonSave the date!
Programma
di massima
T - È una lezione frontale, di tipo tradizionale. Attuata con slides (come queste,
caricate in anticipo). Registrate e caricate su YouTube. No lavagna.
L - È una lezione in laboratorio di calcolo, dove gli studenti sono chiamate a
sperimentare e a pensare.
Io e miei collaboratori aspettiamo da voi un’interazione continua.
February
• 2018-02-27 - T -
(a) Syllabus;
(b) Explaining how to use the Open Science Framework for this class.-
(c) Introduction to hydrology -
Homework: Installation of Python and Jupyter
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R. RigonSave the date!
March
• 2018-03-02 - L - A little (very little) of GIS (for those who do not know anything
about GIS). Where environmental data comes from.
• 2018-03-06 - T - Revision of Statistics and Probability knowledge base
• 2018-03-09 - L - Introduction to Python with Jupyter
• 2018-03-13 - T - Ground based Precipitations and their statistics Separation
snow-rainfall - measure of precipitation
• 2018-03-16 - L - Intro to Python - Simple statistics - Empirical distribution
functions - Statistical distributions - Extreme precipitations datasets
• 2018-03-20 - T - Extreme precipitations. Return period. Distribution of extreme
precipitations.
• 2018-03-23 -L - Estimation of Extreme Precipitation with Python
• 2018-03-27 - T - OMS console - Installation and description. GEOframe modules.
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R. RigonSave the date!
April
• 2018-04-06 - L - Extreme Precipitations estimation Personal work under the
assistance of tutors
• 2018-04-10 - T - Energy Budget. Radiation. Long wave, short wave. Theory
and measure.
• 2018-04-13 - L - Estimation of radiation in a single location and over an area
with GEOframe tools.
• 2018-04-17 - T - Spatial interpolation of environmental data
• 2018-04-20 - L- Estimation of areal precipitation and temperature with
GEOFRAME-SIK
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R. RigonQuando, cosa ?
24/4 - Prova in itinere
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R. RigonSave the date!
May
• 2018-05-06 - L - Problem solving lab class
• 2018-05-08 - T -Water in soil. Darcy-Buckingham. Hydraulic conductivity. Soil water
retention curves.
• 2018-05-11 - L- Numerical experiments on hydraulic conductivity, soil water
retention curves. Grids. - Cancelled for "Festa degli Alpini"
• 2018-05-15 - T -Richards equation and its extensions
• 2018-05-18 - L - Simulations of 1d infiltration with GEOframe-Richards-1d
• 2018-05-22 -T- Elements of theory of evaporation from soils
• 2018-05-25 -L-Simulation of evaporation from soils with GEOframe-PT, Geoframe-
PM and other GEOframe tools
• 2018-05-29 -T- Transpiration- Theory
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R. RigonSave the date!
June
• 2018-06-1 - L- Estimating transpiration at catchment scale with GEOframe tools
• 2018-06-5 -T- Runoff generation
• 2018-06-08-L- Estimating runoff generation with GEoframe tools.
• 2018-06-12 - Conclusive seminar on a topic to be defined
• 2018-06-15-L - Problem solving with Tutor
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R. RigonWhat are T lectures for
Sono lezioni di teoria, nelle quali, attraverso una lezione “frontale”, poi
registrata (Audio e Video) sono esposti alcuni concetti relativi ad
argomenti idrologici o, in pochi casi, relativi agli strumenti.
La parte concettuale è normalmente argomentata con l’uso di equazioni e
grafici e, a seconda dei casi, argomenti statistici.
Si assume che lo studente si appropri di concetti, equazioni, grafici, li sappia interpretare, ricordare, ripetere.
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R. RigonWhat are L lectures for
Sono lezioni in laboratorio informatico, nelle quali, viene descritto e usato
un codice numerico con il quale si analizzano i processi esposti nella
lezione teorica precedente.
I risultati (e qualche volta anche i dati in “input”) sono analizzati attraverso
strumenti grafici, all’interno di notebook Jupyter (li vediamo più avanti).
Si interpretano, dapprima insieme, su uno o più casi i risultati.
Gli studenti sono richiesti di simulare ed interpretare dei casi aggiuntivi, cercando di formulare delle
ipotesi da verificare. 21
R. RigonQuando, cosa ?
Esami di profitto
2018: V/06 - W/07 - X/09
2019: Y/01 - Z-02
Sui dettagli torneremo dopo 22
R. RigonLibri
Testi di Consultazione
• Dingman, Physical Hydrology, Prentice Hall, 2015
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R. Rigon 1Libri
Testi di Consultazione
•Wilfred Brutsaert, Hydrology, An Introduction
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R. Rigon 1Libri
Testi di Consultazione
N. Lu, J. Godt, Hillslope Hydrology and Stability, Cambridge University
Press, 2012
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R. RigonLibri ?
NON ESISTE UN TESTO
La parte teorica da me insegnata è difatti contenuta in vari libri e, più
spesso, in articoli scientifici (journal papers). La parte di laboratorio,
che corrisponde al modo contemporaneo di modellare i processi in
esame, è fatta con strumenti recenti, la cui documentazione è on-line.
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R. RigonMa ….
Risorse Web: the index
http://abouthydrology.blogspot.it/2018/01/my-hydrology-class-2018.html
htttp://abouthydrology.blogspot.it 27
R. RigonMa ….
Old classes
http://abouthydrology.blogspot.it/2017/02/hydrology-2017.html
28
R. RigonMa ….
Older classes
http://abouthydrology.blogspot.it/2012/02/il-corso-di-idrologia-2012-my-hydrology.html
29
R. Rigonhttps://osf.io/zwbke/
30
R. Rigonhttps://osf.io/ck6jw/
31
R. RigonOgni studente, avrà uno spazio personale dove caricare il proprio lavoro, anche
quello di gruppo, e per condividerlo con professore ed esercitatori.
Per averlo, scrivere a riccardo.rigon@unitn.it o michele.bottazzi@gmail.com
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R. RigonIntroduzione
Learning by doing
Teoria
+
Pratica
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R. RigonStrumenti
Python
https://www.python.org/
Jupyter notebook
http://jupyter.org/
Anaconda
https://www.continuum.io/
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R. RigonWhy Python ?
Ci sono varie motivazioni per la scelta di Python:
•E’ un linguaggio che permette un apprendimento veloce
•E’ ben disegnato, object-oriented, includente strumenti di
programmazione funzionale
•Ha molte routine di calcolo scientifico gia’ pronte. E queste
soddisfano l’80% dei bisogni di un giovane ingegnere
•Ha un’interfaccia di interazione, Jupyter, che è molto, molto
accattivante, permettendo di mescolare calcoli, testi e disegni in
unico ambiente.
•Si interfaccia facilmente a FORTRAN e C/C++
Altre motivazioni, per esempio qui: http://blog.trinket.io/why-
python/; o qui https://www.codeschool.com/blog/2016/01/27/why-
python/
Per ragionamenti più argomentati, qui: http://
abouthydrology.blogspot.it/2016/06/java-python-cc-or-fortran-in-
scientific.html
35
R. RigonStrumenti
Ad ogni modo, io NON VI INSEGNERO’ a
programmare in Python, ma lo userò in
unione ai notebook Jupyter nel modo più
semplice possibile.
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R. RigonStrumenti
37
R. RigonStrumenti
*Ma il lavoro con il GIS sarà molto limitato
QGIS*
http://www.qgis.org/it/site/
QGIS è un Sistema di Informazione Geografica
Open Source facile da usare, rilasciato sotto la
GNU General Public License. QGIS è un
progetto ufficiale della Open Source Geospatial
Foundation (OSGeo). 38
R. RigonStrumenti
OMS
Object Modelling System version 3
http://oms.colostate.edu/
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R. RigonStrumenti
http://geoframe.blogspot.it/
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R. RigonNon sono dettagli
Free Software
Free as in “free speech”
not as in “free beer”
Richard Stallman
but also free as in free beer
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R. RigonAnche se non è un esamificio
Verifiche
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R. RigonReport
Poichè durante il corso
analizzerete dati ambientali e processi idrologici
Dovrete creare dei notebook di Jupyter che riportano i calcoli fatti e una sintesi
dei risultati raggiunti.
Per ogni attività fatta in laboratorio (o quasi) un notebook, che dovrà essere
caricato, almeno nella sua versione finale sulla vostra pagina OSF.
Questo lavoro di analisi è personale, ma alcune parti, che richiedono un
cospicuo lavoro preparatorio da parte nostra, saranno svolte in gruppi di 2 o
3. (1 and 4 not allowed)
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R. RigonEsempio di un notebook
Gli studenti sono richiesti di simulare ed interpretare dei casi aggiuntivi,
cercando di formulare delle ipotesi da verificare.
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R. RigonE cioè ?
In pratica gli studenti devono:
1. Adattare la simulazione condotta in classe ad un caso di
studio diverso da quello fatto in classe
2. Scegliendo qualcosa da mostrare o dimostrare
3. Ragionare sui dati in input (dopo averli graficati, nel caso)
4. Graficare dati di output
5. Ragionare ed interpretare i dati di output.
6. Aggiungere commenti al loro notebook per descrivere
quanto hanno fatto
7. Caricare i loro notebook nel loro spazio su OSF
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R. RigonModalità di esame
Una prova scritta intermedia
Bisogna rispondere, per scritto, a due domande (a risposta libera) sulla
prima parte del corso. In genere la lista complessiva delle domande
viene fornita in anticipo.
In caso di copiatura il compito
viene ritirato
Per vedere validata la prova intermedia bisogna aver completato e
caricato i propri notebook relativi alle lezioni di laboratorio svolte
prima della prova (sulle precipitazioni estreme, radiazione,
interpolazione spaziale di temperature e precipitazioni), entro il 7
Maggio, data entro la quale verranno consegnati i risultati delle prova.
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R. RigonAnche se non è un esamificio
Esame orale finale
Consiste in:
• un esame orale sulla teoria della seconda parte;
• la discussione di uno dei notebook presentati dal candidato
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R. RigonE chi non ha fatto la prova
intermedia ?
Sostiene l’esame tutto insieme, secondo le medesime modalità:
• Si risponde a due domande di teoria in forma libera sulla prima parte
• Si risponde ad una domanda orale sulla seconda parte
• Si discute uno dei notebook
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R. RigonIntroduzione
Il voto è una media pesata delle prove
sostenute
In particolare, viene assegnato un voto nella prova scritta, un voto all’esame
orale, un voto ai notebook, un voto alla discussione sul notebook, che
comprende, naturalmente, anche le capacità di espressione linguistica e un
giudizio sulla qualità della stesura delle relazioni.
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R. RigonSkills acquired
Presidio Qualità di Ateneo
Sub-elementi
Categorie identificati da
Altri verbi da poter associare alla categoria
principali Anderson e Krathwohl
(2001)
Creare Generare Proporre, presentare, strutturare, integrare, formulare,
complessi
Pianificare insegnare, sviluppare, combinare, compilare, comporre,
Produrre ipotizzare, inventare, creare, progettare, modificare, costruire,
collegare, riorganizzare, rivedere, scrivere, riassumere,
raccontare, rendicontare, riaffermare, riportare, argomentare,
selezionare, gestire, generalizzare, precisare, derivare,
concludere, suggerire, allargare, assemblare
Valutare Testare Giudicare, apprezzare, valutare, concludere, coordinare,
Criticare contrastare, descrivere come, discriminare, giustificare,
difendere, determinare, assegnare valore, porre domande,
scegliere, stimare, misurare, selezionare, individuare,
monitorare, verificare
Analizzare Differenziare Distinguere, discriminare, analizzare, identificare, illustrare
Organizzare come, rilevare, collegare, selezionare, separare, dividere,
Abilità di pensiero
Attribuire contrastare, risolvere, esaminare, concludere, porre domande,
diagnosticare, identificare, categorizzare, far emergere,
focalizzare, decostruire, integrare, evidenziare, strutturare,
decostruire, sperimentare
Applicare Eseguire Applicare, risolvere, costruire, dimostrare, scrivere, cambiare,
Implementare scoprire, manipolare, modificare, operare, predire, preparare,
collegare, mostrare, usare, fare esempi, selezionare, trovare,
scegliere, praticare, illustrare, utilizzare
Comprendere Interpretare Tradurre, stimare, giustificare, convertire, chiarire, difendere,
Esemplificare distinguere, estendere, generalizzare, mappare, fare esempi,
Classificare parafrasare, predire, riscrivere, riassumere, discutere,
Sintetizzare riportare, presentare, riaffermare, identificare, illustrare,
indicare, trovare, selezionare, rappresentare, estrapolare,
Inferire
predire, sussumere, nominare, astrarre, contrastare,
Comparare esprimere
Spiegare
Ricordare Riconoscere Definire, descrivere, identificare, elencare, nominare,
Richiamare selezionare, affermare, presentare, essere consapevoli di,
semplici
estrarre, scrivere, sottolineare, ripetere, collegare, ordinare,
memorizzare, identificare, collocare, trovare, mostrare,
riferire, riprodurre
Tab. 1: Tassonomia degli obiettivi educativi 7
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R. RigonContatti
Contatti
Riccardo Rigon: riccardo.rigon unitn.it
Michele Bottazzi: michele.bottazzi gmail.com
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R. RigonGruppo
MA SOPRATUTTO
idrologiatn@google.com
per iscriversi
•https://groups.google.com/forum/#!forum/idrologiatn
quindi seguire le istruzioni
Le email personali dovrebbero essere le eccezioni e le telefonate una rarità
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R. RigonAltri Strumenti
Geopaparazzi
http://geopaparazzi.github.io/geopaparazzi/
http://geopaparazzi.github.io/geopaparazzi/ 53
R. RigonAltri Strumenti
Mysnowmaps
http://www.mysnowmaps.com/it/
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R. RigonIntroduzione
Strumenti
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R. RigonIntroduzione
Strumenti
http://cran-r.project.org
http://www.rstudio.com
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R. RigonIntroduzione
Strumenti
http://tug.org
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R. RigonGrazie per l’attenzione
Per me il corso è l’occasione per ripensare costantemente ai fondamenti teorici e
pratici della mia disciplina.
G.Ulrici - 2000 ?
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R. RigonPuoi anche leggere
