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 Operativa fornisce i presupposti per la comprensione e la valutazione quantitativa dei fenomeni 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 Operativa) fornisce le conoscenze quantitative di base relative al ciclo dell'acqua, al fine di valutare le grandezze idrologiche di progetto con metodi deterministici e statistici. Vengono inoltre forniti agli allievi gli strumenti metodologici essenziali per valutare la disponibilità di risorsa idrica, con particolare riferimento alla produzione di energia rinnovabile.
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 Operativa

Introduzione
Il ciclo dell'acqua: fenomeni e grandezze principali.
1) Stima statistica delle variabili idrologiche di progetto
Definizione delle condizioni di progetto: concetti di rischio e periodo di ritorno.
Stima statistica di grandezze idrologiche di progetto: scelta della distribuzione, verifica preliminare, stima dei parametri, test di adattamento.
Stima statistica delle piogge di progetto: curve Intensità-Durata-Frequenza delle precipitazioni (curve di probabilità pluviometrica). Criteri di mappatura delle grandezze idrologiche nello spazio.
2) Acqua e suolo
Acqua nel suolo non saturo: definizione delle forze agenti; contenuto d'acqua a capacità di campo; curve di ritenzione idrica. Movimento dell'acqua nel suolo e infiltrazione; equazione di Richards. Modelli per la valutazione della capacità di infiltrazione: infiltrazione potenziale e reale; tempo di ponding; modello di Horton.
Produzione del deflusso superficiale. Metodo SCS-Curve Number. Modelli per la formazione del deflusso superficiale a scala di bacino (pioggia netta). Parzializzazione del bacino
3) 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.
Formazione delle piene con modelli lineari. IUH: significato e derivazione per il modello cinematico (curva area-tempi). Stima dei tempi caratteristici (corrivazione e ritardo). Discretizzazione dell'IUH e convoluzione numerica.
4) Valutazione della risorsa idrica
Bilancio radiativo ed evapotraspirazione potenziale. Metodi semplificati di stima basati su radiazione e temperatura.
Cenni sulla risorsa idrica per le coltivazioni; il bilancio idrico del suolo agrario; interazione tra disponibilità idrica del suolo e traspirazione.
Risorsa idrica per la produzione idroelettrica: curve di durata delle portate; deflusso minimo vitale.

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 Operativa
Maione, Moisello, Elementi di statistica per l'idrologia, La Goliardica Pavese , 1993.
Maione, Le piene fluviali, La Goliardica Pavese, 1995.
Dispense e slides resi disponibili sul portale della didattica e sul sito web www.idrologia.polito.it/didattica/
Esempio di elaborato già disponibile

Testi di approfondimento:
N.T. Kottegoda and R. Rosso. Statistics, probability and reliability methods for civil and environmental engineers. McGraw-Hill, New York, 1997.
Bras, Hydrology - An introduction to hydrologic science, Addison-Wesley, 1990
Maidment, Handbook of applied hydrology, Mc Graw-Hill, 1992.

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

Testi di approfondimento:
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 Operativa si svolgerà in forma di colloquio orale; verrà inoltre data la possibilità di sostenere un esonero scritto alla fine del modulo.
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.