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Idraulica ambientale/Idrologia operativa
01RKMNF
A.A. 2019/20
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 40 |
| Esercitazioni in aula | 20 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari |
|---|
2019/20
Presentazione
Il corso completa la preparazione di base degli Ingegneri Ambientali con concetti e metodologie di fondamento per l'ingegneria delle acque.
Il modulo di Idraulica Ambientale consente agli allievi di comprendere e modellare alcuni dei principali processi che contraddistinguono il moto dei fluidi nell'ambiente naturale e costruito. Particolare riguardo è posto all'ambiente fluviale e all’ambiente antropizzato
The course is part of the fundamental training for Environmental Engineers with basic concepts and methodologies of water engineering.
The Environmental Hydraulics module provides a general understanding of main processes related to fluids behaviour in natural and man-made environment. The module is particularly focused on fluvial and urban environments.
Risultati attesi
Il secondo modulo (dedicato all'Idraulica Ambientale) è volto a fornire conoscenze riguardo i flussi turbolenti, e i processi di trasporto nei fluidi, la morfodinamica fluviale, l’ecoidraulica e l’ecoidrologia, con particolare attenzione all'ambiente fluviale e all’ambiente urbano. 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.
The second module (Environmental Hydraulics) explores phenomena like turbulent fluxes, transport processes of fluids, river morphodynamics, ecohydraulics and ecohydrology with particular emphasis on river and urban contexts.
Both of modules are supported by numerical exercises based on real data.
Conoscenza del calcolo differenziale ed integrale. Conoscenze di base di Probabilità e Statistica. Conoscenza della Meccanica e dell'Idraulica.
Knowledge of differential and integral calculus. Basic knowledge of Probability and Statistics. Knowledge of Fluid Mechanics and Hydraulics.
Modulo Idraulica Ambientale
Introduzione: il moto dei fluidi negli ambienti naturali e antropizzati
1) Turbolenza. Aspetti introduttivi. Concetto di media temporale, media di insieme, autocorrelazione e spettro. Equazioni fondamentali (moto medio, energia cinetica del moto medio, energia cinetica turbolenta). Modello della cascata dei vortici e scale fondamentali della turbolenza. Turbolenza libera (getti, scie e strati di miscelamento) e turbolenza di parete.
2) Processi di trasporto nei fluidi. Aspetti introduttivi. Diffusione molecolare: legge di Fick, equazione di diffusione, funzione di Green, equazione di diffusione-convezione. Diffusione turbolenta: teoria di Taylor, cenni alla teoria di Batchelor. Dispersione per shear: caso laminare e caso turbolento, equazione di dispersione-convezione.
3) Processi di trasporto nei fiumi. Introduzione al problema. Valutazione dei coefficienti di diffusione turbolenta. Problemi di dispersione longitudinale. Trasporto di inquinanti, di nutrienti, di semi e di sedimenti. Trasporto iporreico, modellazione idrodinamica e 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. Eco-idraulica: interazione tra processi ecologici e fenomeni idraulici. Laghi: cenni sui moti dei fluidi stratificati.
4) L’ambiente costruito ed antropizzato: concetti generali, ecoidraulica ed ecoidrologia applicate al contesto urbano, servizi ecosistemici e loro valutazione. Effetti dei cambiamenti climatici e dell’urbanizzazione sul ciclo dell’acqua in ambito urbano. Sostenibilità urbana e vivibilità: Spazi verdi urbani, infrastrutture green e blue.
Module: Environmental Hydraulics
Introduction: water and fluids in natural and man-made environments
1) Turbulence: temporal mean and ensemble mean. Autocorrelation and energy spectrum. Fundamental concepts and equations (mean motion, kinetic energy, vortex cascade, scales). Free turbulence (jets, wakes, mixing layer) and boundary-layer turbulence.
2) Transport processes: molecular diffusion, Fick’s law, diffusion equation, Green’s function and its statistical meaning, diffusion-convection equation and its solutions. Turbulent diffusion: Taylor’s theory, fundamental equations, Batchelor’s theory, shear dispersion (Taylor’s theory, turbulent and laminar cases). Convection-dispersion equation.
3) Transport processes in rivers: turbulent diffusion coefficients, lateral diffusion and longitudinal dispersion. Natural transport processes: pollutants, nutrients, seeds and sediments. Hyporheic transport phenomena: hydrodynamic and chemical zonation. River morphodynamic and sediment transport: bed load and suspended load. Ripples, dunes, meanders. Braided and meandering rivers. Morphodynamic equations. Shallow water equations. 1D and 2D examples. Ecohydraulics: interaction between ecological and hydraulics processes. Lakes and stratified fluids.
4) The man-made environment: general concepts, ecohydraulics and ecohydrology applied to cities and urban context. Ecosystem services and their evaluation. Effects of climate change and urbanization on water cycle. Green urban spaces. Green and blue infrastructures for urban sustainability.
Il modulo è organizzato in lezioni in aula, esercitazioni e seminari
Le lezioni in aula riguarderanno le tematiche descritte nel programma
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.
Si prevede una serie di seminari su argomenti specifici tenuti da esperti con particolare attenzione all mondo lavorativo.
Inoltre, agli studenti, suddivisi in gruppi di 3-4 persone, verrà richiesto di svolgere una ricerca su un argomento a scelta riguardante il macro-tema Acqua. Tale ricerca verrà svolta sulla base di #1 articolo scientifico pertinente l’argomento scelto. Utilizzando le banche dati scientifiche Scopus o Web of Science, ogni gruppo dovrà selezionare l’articolo scientifico (articolo in lingua inglese e pubblicato su rivista internazionale) e descriverlo in una presentazione orale in aula ai docenti e ai colleghi. Ogni presentazione durerà 12 minuti (a cui si aggiungeranno 3 minuti per le domande) e ricalcherà la struttura dell'articolo scientifico selezionato (descrizione del problema, materiali e metodi, risultati e conclusioni).
La valutazione della presentazione sarà assegnata dai docenti con un voto variabile da -1 a +2 punti (trentesimi). In particolare, la votazione pari a -1 verrà assegnata a chi non presenterà la suddetta ricerca. Tale votazione verrà applicata a tutti gli studenti iscritti al corso per l’attuale A.A. e indipendentemente dall’anno di frequenza. Eventuali voti della ricerca conseguiti negli anni passati potranno essere recuperati a scelta dello studente. Il voto della ricerca contribuirà a comporre il voto finale.
The module is structured in: lecures, exercises and seminars.
The lectures concerns the topics decribed in the course syllabus
Students, divided into groups of about 3-4 people, will perform numerical exercises. These exercises will be collected in reports to be presented during the exam.
During the module, there will be one/two seminars given by professinal experts with particular emphasys on practical appplications.
Furthermore, students, divided into groups of 3-4 people, will be asked to carry out a research on a topic of their choice concerning "Water Science". This research will be carried out on the basis of # 1 scientific article relevant to the chosen topic. Using the Scopus or Web of Science scientific databases, each group will have to select a scientific article (article in English and published in an international scientific journal) and describe it in an oral presentation to the teachers and the colleagues. Each presentation will last 12 minutes (to which 3 minutes will be added for questions) and will follow the structure of the selected scientific article (description of the problem, materials and methods, results and conclusions).
The evaluation of the presentation will be assigned by the professors with a score ranging from -1 to +2 points (expressed in thirtieths). A score equal to -1 will be assigned to those who do not present the aforementioned research. This score will be applied to all students enrolled in the course for the current academic year and regardless of the frequency year. Any score obtained in the past years can be recovered, following the student's choice. The score of the research will contribute to the final grade.
Modulo di Idraulica Ambientale. Materiale distribuito dal docente.
Testi di approfondimento. Kundu, Cohen, FluidMechanics, 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. Rodriguez-Iturbe, I. and Porporato, A., Ecohydrology of Water-Controlled Ecosystems: Soil Moisture and Plant Dynamics, 2007.
Module of Environmental hydraulics: material supplied during the course.
Other texts: Kundu, Cohen, FluidMechanics, 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. Rodriguez-Iturbe and Porporato, Ecohydrology of Water-Controlled Ecosystems: Soil Moisture and Plant Dynamics, 2007.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group essay;
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L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale del corso e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi.
La verifica dell'apprendimento si svolgerà in forma di colloquio orale per quanto riguarda il modulo di Idraulica Ambientale. Allo studente verranno poste domande sia sul programma svolto in aula sia sulle esercitazioni e le relative esercitazioni.
La vatazione del modulo sarà espressa in trentesimi.
La votazione finale sarà calcolata come media aritmetica dei due voti pertinenti i singoli moduli. A tale media verrà sommata aritmeticamente la votazione conseguita durante la presentazione della ricerca relativa all’articolo scientifico.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam; Group essay;
The goal of the exam is to test the knowledge of the candidate on the topics included in the official program of the course and to verify the computational and theoretical skills in solving problems related to Environmental Hydraulics. Marks range from 0 to 30 cum laude (corresponding to 33) and the exam is succesful if the mark is at least 18.
The exam is oral and consists of questions and exercises on the topics presented in the course. There is also a discussion about the reports produced during the course. Questions cover theoretical and practical aspects.
The final mark will be averaged with the mark of Operative Hydrology. The score obtained during the presentation of the research relating to the scientific article will be arithmetically added to this average.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.