IDRAULICA AMBIENTALE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- VALERIO CALEFFI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- ICAR/01
Obiettivi formativi
- Il corso ha l’obiettivo di fornire i fondamenti teorici per lo studio dei processi di trasporto di massa nei corsi d’acqua naturali ed artificiali. Il corso fornisce altresì le nozioni pratiche finalizzate alla soluzione di semplici problemi ambientali connessi al mescolamento e smaltimento di inquinati nei corpi idrici superficiali.
Prerequisiti
- Conoscenze di idraulica delle correnti a pelo libero. Conoscenze di base dell'analisi integrale e differenziale (Analisi Matematica). Conoscenze di base di calcolo numerico e programmazione. Propedeuticità: Idraulica.
Contenuti del corso
- Il corso prevede 60 ore di didattica tra lezioni frontali (45 ore) ed esercitazioni (15 ore) e sarà articolato come specificato nel seguito:
Nozioni introduttive all’Idraulica Ambientale: tipologie di inquinanti; sorgenti e strategie di controllo; processi, scale e strumenti di analisi. (2.5 ore)
La diffusione molecolare: grandezze di base; La legge di Fick; l’equazione della diffusione molecolare per un fluido in quiete ed in moto; condizioni iniziali e al contorno delle equazioni della diffusione molecolare; la soluzione fondamentale 1D e l’applicabilità della sovrapposizione degli effetti; le soluzioni fondamentali 2D e 3D; alcune soluzioni notevoli. Influenza delle pareti: il metodo delle immagini. (12.5 ore)
La diffusione turbolenta: nozioni fondamentali sulla turbolenza; strumenti probabilistici per lo studio del moto turbolento; analisi statistica della diffusione di una nuvola di inquinante; teoria della diffusione di Taylor (cenni); l’equazione della diffusione turbolenta ed i coefficienti di diffusività. (5 ore)
La dispersione idrodinamica: introduzione qualitativa del fenomeno; le equazioni fondamentali; La teoria di Elder per canali a sezione rettangolare larga. (5 ore)
Processi di mescolamento in alvei naturali: concetti di base. Mescolamento nel campo vicino: applicabilità dello schema diffusivo; mescolamento verticale a valle di una sorgente trasversale. Mescolamento nel campo intermedio: equazione 2D della diffusione turbolenta; stima della diffusività turbolenta trasversale. Mescolamento nel campo lontano: equazione 1D della diffusione turbolenta; soluzione per la concentrazione nel campo lontano; stima del coefficiente di dispersione longitudinale; il metodo della nuvola congelata. (12.5 ore)
Processi di mescolamento dei soluti reattivi: aspetti generali; modellazione in un fluido in quiete (concentrazione dell’ossigeno disciolto, ossidazione del liquame e decadimento del BOD, il processo di riareazione, il bilancio di ossigeno); modellazione in un fluido in moto (decadimento del BOD, il bilancio di ossigeno). (5 ore)
Getti e pennacchi: aspetti generali; getti e pennacchi assialsimmetrici; getti galleggianti. (2.5 ore)
Esercitazioni in laboratorio di informatica sui temi trattati nel corso. (15 ore) Metodi didattici
- Lezioni teoriche e esercitazioni.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
Lo studente consegnerà al docente una breve relazione sulle esercitazioni svolte durante il corso. Tale relazione deve essere consegnata al docente con una settimana di anticipo rispetto alla data d’esame inviando per posta elettronica un file pdf. La relazione deve contenere un breve riassunto degli aspetti teorici alla base delle esercitazioni, un breve commento dei risultati ottenuti nonché i listati degli script matlab. L’elaborato verrà valutato in base alla sua completezza e correttezza nonché sulla forma espositiva.
L’esame consiste in una prova orale su tutti i temi trattati nel corso. La prova ha lo scopo di valutare lo studio della materia, la comprensione degli argomenti trattati e la capacità di collegare e confrontare aspetti diversi sviluppati durante il corso.
Durante il colloquio verranno anche discusse le esercitazioni svolte durante il corso allo scopo di valutare la padronanza dei metodi e degli strumenti utilizzati da parte dello studente.
La valutazione finale consiste in un voto, espresso in trentesimi, corrispondente ad un giudizio globale sulle prove d’esame. Indicativamente, il giudizio finale dipenderà per un 15% dalla valutazione dell’elaborato relativo alle esercitazioni; per un 15% dalla valutazione della discussione delle esercitazioni e per la restante parte dall’esito della prova orale sui temi trattati nel corso. Testi di riferimento
- Lanzoni S., “Fenomeni di mescolamento nei corsi d'acqua”, Appunti, Facoltà di Ingegneria, Università di Padova;
Seminara G. & Tubino M., “Appunti di Idraulica Ambientale, Fondamenti sulla diffusione e dispersione di traccianti passivi”, Facoltà di Ingegneria, Università di Genova, 1996;
Seminara G. & Tubino M., “Appunti di Idraulica Ambientale”, Facoltà di Ingegneria, Università di Genova, 2005;
Socolofsky S.A. & Jirka G.H., “Special Topics in Mixing and Transport Processes in the Environment”, appunti del corso “Coastal and Ocean Engineering Division Texas A&M University”, 2005;
Fischer, J.L., Imberger, List, Koh and Brooks, “Mixing in Inland and Coastal waters”, Academic Press, 1976;
Rutherford J.C., “River Mixing”, Jhon Wiley & Sons, Chichester, 1994.
Lee J.H. and Chu V.H., “Turbulent jets and plumes – a lagrangian approach”, Springer, 2003.
