Il corso completa la preparazione di base degli Ingegneri Ambientali con concetti e metodologie di fondamento per l'ingegneria delle acque.
Il modulo di Idrologia e Climatologia fornisce i presupposti per la comprensione dei fenomeni meteo-climatici e idrologici a diverse scale spaziali e temporali.
Il modulo di Idraulica Ambientale consente agli allievi di comprendere e modellare alcuni dei principali processi che contraddistinguono il moto dei fluidi nell'ambiente. Particolare riguardo è posto all'ambiente fluviale.

Il primo modulo (Idrologia e Climatologia) fornisce le conoscenze quantitative di base relative al ciclo dell'acqua, al fine di valutare il rischio di nubifragio e di piena, con metodi a base deterministica e a base statistica. Vengono inoltre forniti agli allievi gli strumenti metodologici per valutare la disponibilità di risorse idriche in diverse condizioni climatiche e geomorfologiche.
Il secondo modulo (dedicato all'Idraulica Ambientale) è volto a fornire conoscenze riguardo i flussi turbolenti, i moti dei fluidi stratificati, i processi di trasporto nei fluidi, la morfodinamica fluviale e le interazioni tra idraulica e processi biotici, con particolare attenzione all'ambiente fluviale.
Per entrambi i moduli, sono previste esercitazioni su dati di campo in modo tale da mostrare casi reali agli allievi e fare acquisire loro le abilità necessarie per trattarli.

Conoscenza del calcolo differenziale ed integrale. Conoscenze di base di Probabilità e Statistica. Conoscenza della Meccanica e dell'Idraulica.

Modulo Idrologia e climatologia

Introduzione
Il ciclo dell'acqua: fenomeni e grandezze principali.
Principi di climatologia
Fisica dell'atmosfera e meteorologia. Composizione chimico-fisica dell'atmosfera. Gradienti termici. Formazione delle precipitazioni. Circolazione globale. Centri di alta e bassa pressione. Masse d'aria, sistemi frontali.
Bilancio radiativo ed evapotraspirazione. Descrizione e ricostruzione dei termini agenti nel calcolo della radiazione netta. Evaporazione da superficie libera e traspirazione: descrizione dei processi.
Metodi semplificati di stima dell'evapotraspirazione basati su radiazione e temperatura. Indici climatici. Classificazione qualitativa tramite regimi pluviometrico e termometrico. Criteri di mappatura delle grandezze idrologiche nello spazio.
Variazioni climatiche e riscaldamento globale. Metodi per l'analisi dei trend nelle serie storiche di temperatura e precipitazioni. Effetti delle variazioni climatiche sulle precipitazioni, sui deflussi e sulle portate di piena.
Acqua e Suolo
Bilancio Idrico del suolo. Acqua nel suolo non saturo: definizioni ' forze agenti. Curve di ritenzione Idrica, contenuto d'acqua a capacità di campo; capacità di ritenzione idrica.
Movimento dell'acqua nel suolo e infiltrazione. Equazioni di Richards. Modelli per la valutazione della capacità di infiltrazione: Infiltrazione potenziale e reale. Ponding time. Modello di Horton.
Il bilancio idrico del suolo agrario. Interazione tra disponibilità idrica del suolo e traspirazione. Elementi di eco-idrologia.
Produzione del deflusso superficiale. Metodo SCS-Curve Number. Modelli per la formazione del deflusso superficiale a scala di bacino (pioggia netta). Parzializzazione del bacino.
Trasformazione afflussi-deflussi
Morfologia dei bacini idrografici. Configurazioni planimetriche ed altimetriche dei bacini e relative grandezze caratteristiche, curva ipsografica, analisi morfologica quantitativa dei reticoli fluviali.
Idrologia dei bacini di alta quota. Dinamica dell'accumulo e scioglimento nivale ed effetti sulla disponibilità delle risorse idriche.
Formazione delle piene con modelli lineari. IUH: significato e derivazione per l'invaso lineare e per sistemi di invasi in serie (Nash). IUH del modello cinematico (curva area-tempi). Stima dei tempi caratteristici (corrivazione e ritardo). Discretizzazione dell'IUH e convoluzione numerica.
Stima statistica delle grandezze di progetto
Definizione delle condizioni di progetto: concetti di rischio e periodo di ritorno
Stima statistica delle portate di progetto: scelta della distribuzione, verifica preliminare (carte probabilistiche), stima dei parametri, test di adattamento.
Stima statistica delle piogge di progetto: Curve Intensità-durata-frequenza delle precipitazioni (Curve di probabilità pluviometrica).


Modulo Idraulica ambientale

Turbolenza
Aspetti introduttivi. Concetto di media temporale e media di insieme. Concetti di autocorrelazione e spettro. Equazioni del moto medio. Equazioni dell'energia cinetica del moto medio. Equazioni dell'energia cinetica turbolenta. Modello della cascata dei vortici. Scale fondamentali della turbolenza. Turbolenza libera (getti, scie e strati di miscelamento). Turbolenza di parete.
Processi di trasporto nei fluidi
Aspetti introduttivi. Diffusione molecolare: legge di Fick, equazione di diffusione, funzione di Green (Gaussiana), significato statistico, equazione di diffusione-convezione, soluzioni notevoli, metodo delle immagini. Diffusione turbolenta: teoria di Taylor, equazione di diffusione turbolenta, cenni alla teoria di Batchelor. Dispersione per shear: teoria di Taylor, caso laminare e caso turbolento, equazione di dispersione-convezione.
Processi di trasporto nei fiumi
Introduzione al problema. Valutazione dei coefficienti di diffusione turbolenta. Problemi di trasporto a scala di sezione trasversale. Problemi di dispersione longitudinale. Esempi notevoli. Trasporto di inquinanti, di nutrienti, di semi e di sedimenti. Scambi con gli acquiferi freatici circostanti. Trasporto iporreico, sua modellazione idrodinamica e impatto sulla zonazione chimica riparia.
Morfodinamica fluviale.
Trasporto solido al fondo ed in sospensione. Principali forme fluviali: ripples, dune, barre e meandri. Fiumi meandriformi e braided. Equazioni della morfodinamica. Ipotesi di acque basse, modelli 2D e modelli 1D. Dinamica fluviale a scala di meandro e a scala di sezione idraulica.
Eco-idraulica
Interazione tra processi ecologici e fenomeni idraulici. Caso dell'ecosistema ripario. Dinamica della vegetazione riparia. Interazione corrente-sedimenti-vegetazione.
Laghi
Cenni sui moti dei fluidi stratificati. Principali moti nei laghi. Numeri adimensionali notevoli.

Gli allievi, suddivisi in gruppi di circa 3-4 persone, svolgeranno esercitazioni di tipo numerico. Tali esercitazioni saranno raccolte in relazioni da presentare durante l'esame.

Modulo di Idrologia e Climatologia
Bras, Hydrology - An introduction to hydrologic science, Addison-Wesley, 1990
Maidment, Handbook of applied hydrology, Mc Graw-Hill, 1992.
Maione, Moisello, Elementi di statistica per l'idrologia, La Goliardica Pavese , 1993.
Maione, Le piene fluviali, La Goliardica Pavese, 1995.

Modulo di Idraulica Ambientale.
Saranno distribuite delle dispense redatte dal docente.

Quali testi di approfondimento si consigliano:
Marchi, Rubatta, Meccanica dei fluidi, UTET, 1981
Kundu, Cohen, Fluid Mechanics, Academic Press, 2002.
Henderson, Open-channel flow, Prentice-Hall, 1966.
Pope, Turbulence, Cambridge Univ., 2000.
Fischer et al, Mixing in inland and coastal waters, Academic Press, 1979.

La verifica dell'apprendimento per quanto riguarda il modulo di Idrologia e Climatologia si svolgerà in forma di un esonero scritto alla fine del modulo più eventuale colloquio orale.
La verifica dell'apprendimento si svolgerà in forma di colloquio orale per quanto riguarda il modulo di Idraulica Ambientale.
La votazione finale sarà calcolata come media aritmetica dei due voti pertinenti i singoli moduli.