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Alma universitas studiorum parmensis A.D. 962 - Università di Parma Alma universitas studiorum parmensis A.D. 962 - Università di Parma
Dipartimento di
Ingegneria e Architettura
Università degli Studi di Parma

HyLab – Parma Hydraulic Engineering Research Lab

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HyLab carries out the following activities:

  • research in the field of numerical modeling;
  • research funded by EU and national projects (e.g. PRIN), etc.;
  • research and/or technological transfer in cooperation with third parties, through agreements with Public Authorities and Private Companies;
  • outreach and public engagement (workshops, conferences, technical visits);
  • post-graduate education (seminars, short courses, development of Master degree and PhD theses).

 

Modelling and simulation activities encompass a wide range of topics, using both commercial and in-house software, the main of which are:

Flood simulation

We develop an in-house numerical model for flood simulations (PARFLOOD), which is accurate and computationally efficient thanks to parallelization on Graphics Processing Units (GPUs) under the NVIDIA™’s Compute Unified Device Architecture (CUDA). The main applications are: flood inundation mapping and hazard assessment, dam-break and dam-breach, high-resolution simulations of levee-breach-induced flooding for Civil Protection emergency planning.

Meshless numerical schemes

We contribute, with other European Universities, to the development of open-source 3D Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) numerical schemes (DualSPHysics, https://dual.sphysics.org/) to simulate complex flows and fluid-structure interaction.

Surface hydrology and climate change

We develop rainfall-runoff models at basin scale for flood forecasting, management and planning of water resources. We also investigate the impacts of climate changes on water availability using climate model projections and we perform analyses of long time series of hydrological data.

Groundwater hydrology

Activities involve investigations and analyses of flow and transport in porous media; mathematical modelling of water flux in regional aquifers for water resources management; field investigations for improving the aquifer quality and the reduction of monitoring and maintenance costs.

Inverse modeling

We develop and apply models to solve inverse problems concerning many environmental fields, as: calibration of hydraulic and hydrological models, estimation of aquifer hydraulic parameters, identification of release history and source location of pollutants in porous media, reverse routing of floods in open channels, reservoirs and Combined Sewer Overflows (CSO), estimation of the flow leaving a levee breach.

 Computational facilities:

  • a workstation with 4 NVIDIA™ GPU cards for parallel computing;
  • a proprietary node at UniPr's HPC Cluster with 4 latest generation NVIDIA™ Tesla GPU cards (V100 and P100);
  • access to the Cineca HPC facilities by different ISCRA research projects awarded during the years (NEMORINO, STRAUSS, RADAMES).

 

Contact person: Francesca Aureli – francesca.aureli@unipr.it

Recent Research Projects

PRIN Projects

  1. RELAID: REnaissance of LArge Italian Dams. Universities involved: Politecnico di Milano, Parma, Bologna, della Calabria, Pavia. 2019-2022. Grant UniPr: 114.834 €. P.I. UniPr Marco D’Oria. https://relaid.wordpress.com/

EU Projects

  1. InTheMED-Innovative and Sustainable Groundwater Management in the Mediterranean. Program PRIMA (Partnership for Research & Innovation in the Mediterranean, supported by the Horizon 2020 research and innovation program. Duration from 1/03/2020 to 28/02/2023. Participant nations: Spain (leader), Germany, Greece, Italy, Portugal, Tunisia, Turkey. Grant UniPr 216.000 €. P.I. UniPr Maria Giovanna Tanda. https://inthemedprima.com/

Research funded by Ministero dell’Ambiente:

  1. DILEMMA (Imaging, Modeling, Monitoring and Design of Earthen Levees) funded by Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare – Direzione Generale per la Salvaguardia del Territorio e delle Acque; Universities/Research centres: Politecnico di Milano, Parma, National Institute of Oceanography and Applied Geophysics (OGS). 2018-2021. Grant UniPr 95.700 €.

Research funded by RER (training projects for Big Data research)

  1. ARES - Artificial intelligence for flood RESilience. Funding for a 37th cycle PhD scholarship (2021). Grant 86.743 €. P.I. Paolo Mignosa, Renato Vacondio.

Researches funded by Public Authorities

  1. Agenzia Regionale per la Sicurezza Territoriale e la Protezione Civile: Convenzione triennale per il supporto specialistico nelle attività tecnico-scientifiche finalizzate alla prevenzione, alla pianificazione e alla gestione delle emergenze relative al rischio idraulico. 2021-2023. Grant 90.000 €. P.I. Paolo Mignosa.
  2. Agenzia Regionale per la Sicurezza Territoriale e la Protezione Civile: Modello fisico e modello matematico bidimensionale per la valutazione del livello di sicurezza idraulica del torrente Baganza nel tratto soggetto al Servizio di Piena. 2021-2022. Grant 44.250 €. P.I. Marco D’Oria, Paolo Mignosa.
  3. Autorità di Bacino Distrettuale del fiume Po (AdBPo): Approfondimento tecnico-scientifico delle condizioni di sicurezza idraulica dei territori di pianura lungo l'asta del fiume Po e dei suoi principali affluenti. 2018-2022. Grant UniPr (2018-2020): 140.000 €. P.I. Paolo Mignosa.
  4.  Autorità di Bacino Distrettuale del fiume Po (AdBPo): Piano di Gestione delle Siccità – Siccidrometro - nel comprensorio del Consorzio di Bonifica Parmense. 2020-2022. Grant 60.000 €. P.I. Maria Giovanna Tanda, Marco D’Oria.
  5. Autorità di bacino distrettuale del fiume Po: Caratterizzazione del regime di frequenza degli estremi idrologici nel distretto Po, anche considerando scenari di cambiamento climatico. Duration 3 years (2021-2023). University Partners: Bologna, Brescia, Parma, Politecnico di Milano, Politecnico di Torino. Grant UniPr 50.000 €. P.I. Maria Giovanna Tanda.
  6. Autorità di bacino distrettuale del fiume Po: Metodologie per l’aggiornamento delle mappe di pericolosità idraulica. Duration 2 years (2021-2022). University Partners: Bologna, Brescia, Parma, Pavia, Padova, Politecnico di Milano, Politecnico di Torino. Grant UniPr 253.000 €. P.I. Renato Vacondio.
  7. Agenzia Regionale per la Sicurezza Territoriale e la Protezione Civile Servizio Area Affluenti Po – RER: Studio idrologico-idraulico e rilievo topografico finalizzati a valutare le condizioni di rischio delle aste sottoposte al servizio di piena e per il nodo idraulico di Roveleto di Cadeo (I, II e III tranche). 2019-2021. Grant 48.205 €. P.I. Paolo Mignosa.
  8. Agenzia Regionale di Protezione Civile: Convenzione quinquennale per il supporto tecnico, scientifico ed informativo nelle attività di protezione civile di competenza regionale: previsione, prevenzione, pianificazione e gestione delle emergenze relative al rischio idraulico. 2016-2020. Grant 250.000 €. P.I. Paolo Mignosa.
  9. Agenzia Interregionale per il fiume Po: Studi idraulici di propagazione delle onde di piena relativi alla cassa di espansione sul torrente Parma, con riferimento agli scenari di manovra degli scarichi ed al collasso dello sbarramento e aggiornamento delle analisi di modellazione 2D dell’asta del torrente Parma. 2018. Grant 35.000 €. P.I. Paolo Mignosa, Renato Vacondio.
  10.  Agenzia Interregionale per il fiume Po: Modellazione fisica in scala ridotta della cassa di espansione del Torrente Baganza - Interventi per la messa in sicurezza della città di Parma e del nodo idraulico di Colorno. 2019. Grant 79.920 €. P.I. Paolo Mignosa.
  11. Agenzia Interregionale per il fiume Po: Studio idraulico di propagazione delle onde di piena conseguenti allo scenario di collasso del manufatto regolatore della cassa di espansione sul torrente Crostolo e verifica dell’officiosità del tratto vallivo per diversi valori di portata. 2019. Grant 18.000 €. P.I. Paolo Mignosa.
  12. Comune di Parma. Affidamento di attività specialistica per definizione e raffinamento di un modello numerico di flusso delle dinamiche di falda, nella relativa area pilota e per lo sviluppo del progetto AMIIGA (integrated approach to management of groundwater quality in functional urban areas) -programma di cooperazione territoriale europeo Interreg Central Europe 2014 - 2020, nel Comune di Parma. 2017. Grant 87.729 €. P.I. Andrea Zanini.
  13. Comune di Nonantola: Valutazione del rischio di allagamento del territorio del Comune di Nonantola, 2020. Grant 19.000 €. P.I. Paolo Mignosa.
  14.  Consorzio di Bonifica di Piacenza. Studi idraulici di propagazione delle onde di piena relativi alla diga di Mignano, 2018 Grant 28.000 €. P.I. Paolo Mignosa.

Research funded by Private Companies:

  1. Studio Zanzucchi Ambiente & Ingegneria. Simulazioni mediante modello bidimensionale dei potenziali allagamenti, a seguito di esondazioni del torrente Baganza, dell’area tra via Taro e via Stirone a Parma in cui è prevista la realizzazione dell’intervento “Ad Personam, Nuova struttura per anziani non autosufficienti –SPRA”. 2017. Grant 8.000 €. P.I. Paolo Mignosa, Renato Vacondio.
  2. Ecoseal pty ltd. Research agreement for Prototyping a Next Generation of Water Quality Logger. 2017. Grant 15.172 €. P.I. Andrea Zanini.
  3. Versalis S.p.A. Attività di supporto specialistico alle fasi di applicazione e di gestione del Modello Idrogeologico dell’area di proprietà. Sito di Interesse di Mantova. 2017. Grant 28.350 €. P.I. M.G. Tanda.
  4. GAIA S.p.A.: Problematiche relative al sistema fognario e afflussi ai depuratori nel territorio di competenza GAIA S.p.A. 2018-2019. Grant 22.000 €. P.I. Maria Giovanna Tanda.
  5. Andritz Hydro AG: “Development of an algorithm to control particles distribution in Smoothed Particle Hydrodynamics simulations. Grant: 102.000 €, P.I. Renato Vacondio.

Selected publications

  1. Ferrari, A., Vacondio, R. 2022. An augmented HLLEM ADER numerical model parallel on GPU for the porous Shallow Water Equations. Computers and Fluids, 238, https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2022.105360
  2. Rastelli, P., Vacondio, R., Marongiu, J.C., Fourtakas, G., Rogers, B.D. 2022. Implicit iterative particle shifting for meshless numerical schemes using kernel basis functions, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 393, 114716, https://doi.org/10.1016/j.cma.2022.114716.
  3. D’Oria, M., Mignosa, P., Tanda, M.G., Todaro, V. 2022. Estimation of levee breach discharge hydrographs: comparison of inverse approaches, Hydrological Sciences Journal, 67:1, 54-64, DOI: 10.1080/02626667.2021.1996580
  4. Dazzi, S., Vacondio, R., Mignosa, P. 2021. Flood Stage Forecasting Using Machine-Learning Methods: A Case Study on the Parma River (Italy). Water, 13, 1612. https://doi.org/10.3390/w13121612
  5. Dazzi, S., Shustikova, I., Domeneghetti, A., Castellarin, A., Vacondio, R. 2021. Comparison of two modelling strategies for 2D large-scale flood simulations, Environmental Modelling and Software, 146. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2021.105225
  6. Molinari, D., Dazzi, S., Gattai, E., Minucci, G., Pesaro, G., Radice, A., Vacondio, R. 2021. Cost–benefit analysis of flood mitigation measures: a case study employing high-performance hydraulic and damage modelling, Natural Hazards, 108-3, 3061-3084. https://doi.org/10.1007/s11069-021-04814-6
  7. Vacondio, R., Altomare, C., De Leffe, M. et al. 2021. Grand challenges for Smoothed Particle Hydrodynamics numerical schemes. Comp. Part. Mech. 8, 575–588. https://doi.org/10.1007/s40571-020-00354-1
  8. Dazzi, S., Vacondio, R, Mignosa, P. 2020. Internal boundary conditions for a GPU-accelerated 2D shallow water model: implementation and applications Advances in Water Resources, 137. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2020.103525
  9. Ferrari, A., Dazzi, S., Vacondio, R., Mignosa, P. 2020. Enhancing the resilience to flooding induced by levee breaches in lowland areas: a methodology based on numerical modelling, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 20, 59–72. https://doi.org/10.5194/nhess-20-59-2020
  10. Ferrari, A., Viero, D. P. 2020. Floodwater pathways in urban areas: A method to compute porosity fields for anisotropic subgrid models in differential form. Journal of Hydrology, 589. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125193
  11. Ferrari, A., Viero, D.P., Vacondio, R., Defina, A., Mignosa, P. 2019. Flood inundation modeling in urbanized areas: a mesh-independent porosity approach with anisotropic friction, Advances in Water Resources 125, 98-113. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2019.01.010
  12. D'Oria, M., Ferraresi, M. Tanda, M.G. 2019. Quantifying the impacts of Climate Change on water resources in Northern Tuscany, Italy, using high-resolution regional projections. Hydrological Processes 33 (6) pp.978-993. https://doi.org/10.1002/hyp.13378
  13. D'Oria, M., Maranzoni, A., Mazzoleni, M. 2019. Probabilistic assessment of flood hazard due to levee breaches using fragility functions. Water Resources Research, 55, 8740-8764. https://doi.org/10.1029/2019WR025369
  14. Dazzi, S., Vacondio, R., Mignosa, P. 2019. Integration of a Levee Breach Erosion Model in a GPU‐accelerated 2D Shallow Water Equations Code. Water Resources Research, 55(1), 682-702. https://doi.org/10.1029/2018WR023826
  15. Maranzoni, A., Mignosa, P. 2019. Seismic-generated waves in shallow water. Part I: Analytical solutions, Applied Mathematical Modelling 68, 696–711. 10.1016/j.apm.2018.07.046
  16. Maranzoni, A., Mignosa, P. 2019. Seismic-generated waves in shallow water. Part II: Numerical modelling, Applied Mathematical Modelling 68, 712–731. 10.1016/j.apm.2018.07.045
  17. Ferrari, A., D’Oria, M., Vacondio, R., Dal Palù, A., Mignosa, P., Tanda, M.G. 2018. Discharge hydrograph estimation at upstream-ungauged sections by coupling a Bayesian methodology and a 2D GPU Shallow Water model, Hydrol. Earth Syst. Sci., 22, 5299–5316, https://doi.org/10.5194/hess-22-5299-2018
  18. Dazzi, S., Vacondio, R., Dal Palù, A., Mignosa, P. 2018. A Local Time Stepping algorithm for GPU-accelerated 2D Shallow Water models, Advances in Water Resources,  https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2017.11.023
  19. Vacondio, R., Dal Palù, A., Ferrari, A., Mignosa. P., Aureli, F., Dazzi, S. 2017. A non-uniform efficient grid type for GPU-parallel Shallow Water Equations models, Environmental Modelling & Software 88, 119-137. http://dx.doi.org/10.1016/j.envsoft.2016.11.012
  20. D’Oria, M., Ferraresi, M., Tanda, M.G. 2017. Historical trends and high-resolution future climate projections in Northern Tuscany (Italy), Journal of Hydrology, vol. 555, p. 708-723, ISSN: 0022-1694, doi: 10.1016/j.jhydrol.2017.10.054

youtube videos

2D simulation of the flooding caused by the breach on the right levee of the Secchia river occurred on January 19th 2014.
www.youtube.com/watch?v=JwbQtSIvjaA

3D visualization of the flooding caused by the breach on the right levee of the Secchia river occurred on January 19th 2014
www.youtube.com/watch?v=yaR7toAmLxk

2D simulation of the flooding of some districts of the city of Parma caused by the Baganza river on 13 October 2014
https://youtu.be/fOZZ8wQHx1E

3D visualization of the flooding of some districts of the city of Parma caused by the Baganza river on 13 October 2014Baganza river occurred on 13 October 2014
https://youtu.be/0CfERHApvQA

Example of RESILIENCE procedure
https://youtu.be/H9yelY8O5Io

3D Smoothed Particle Hydrodinamics (SPH) simulation of the wave generated by the Vajont rockslide
https://youtu.be/NK2T_ICe8v8

Galleria

Colorno
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