Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Climatologia e idrologia)

La parte dell'insegnamento dedicata alla Climatologia e Idrologia offre agli studenti, in primo luogo, le basi per la comprensione dei principali meccanismi che agiscono nella formazione del sistema climatico terrestre e della sua evoluzione in conseguenza delle alterazioni antropiche; in secondo luogo presenta i processi che regolano le caratteristiche del ciclo dell'acqua a scala di versante e di bacino, usando diverse accezioni del bilancio idrico a differenti scale spaziali e temporali.

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Idraulica ambientale)

L’insegnamento completa la preparazione di base delle/degli Ingegnere/Ingegneri Ambientali con concetti e metodologie di fondamento per l'ingegneria delle acque. Il modulo di Idraulica Ambientale consente di comprendere e modellare alcuni dei principali processi che contraddistinguono il moto dei fluidi e il trasporto di soluti e sedimenti nell'ambiente naturale, con particolare riguardo all'ambiente fluviale. Le conoscenze relative a questi processi sono alla base della valutazione dei rischi antropici e naturali derivanti da esondazioni, trasporto di inquinanti e fenomeni erosivi.

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Climatologia e idrologia)

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di: - riconoscere gli elementi di base della caratterizzazione climatica di una regione, - utilizzare semplici metodi di valutazione del bilancio energetico e di vapore su un'area - Conoscere le potenzialità di osservazioni climatiche grigliate e prodotti di rianalisi per il confronto con dati di modelli climatici globali. - Valutare quantitativamente il bilancio idrico del bacino idrografico a diverse scale temporali - Utilizzare semplici metodi statistici per analizzare la severità di piogge e piene osservate - Preparare una sintetica relazione su bilancio idrico o analisi di carenza idrica o su un evento alluvionale.

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Idraulica ambientale)

Al termine dell’insegnamento le/gli studentesse/studenti saranno in grado di: - Analizzare i dati provenienti da misure di grandezze turbolente e dedurre le principali caratteristiche statistiche dei segnali turbolenti - Calcolare le variazioni di profondità e velocità di un corso d’acqua durante la propagazione di una piena mediante approccio monodimensionale - Modellare il trasporto di un inquinante in una corrente e calcolare grandezze quali le concentrazioni, l’estensione della nuvola di inquinante e i tempi di trasporto, al fine di programmare opere e azioni di bonifica e controllo - Determinare le quantità legate al trasporto solido di fondo e in sospensione, rilevando in particolare se un corso d’acqua sia in grado o meno di trasportare sediment, la quantità di sedimenti movimentata e la conseguente evoluzione dei processi morfodinamici di erosione/sedimentazione dell'alveo fluviale. Tramite le esercitazioni, lo studio dell'articolo scientifico e la sua esposizione in pubblico, ulteriori obiettivi di apprendimento attesi saranno: - Capacità di approfondire autonomamente un tema legato alla gestione delle acque in ambito ambientale - Capacità di gestire il tempo e le risorse - Capacità di lavorare in squadra - Capacità di presentare in pubblico il proprio lavoro

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Climatologia e idrologia)

Conoscere elementi base di probabilità e statistica, padroneggiare l'uso di un foglio di calcolo. Non è richiesta ma è gradita la conoscenza di software per il calcolo numerico (ad es. Matlab) per lo sviluppo delle parti esercitative.

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Idraulica ambientale)

Le conoscenze di base necessarie per affrontare l’insegnamento sono in particolare quelle acquisite durante i corsi tenuti nel percorso di laurea triennale. Nello specifico è necessaria possedere le abilità acquisite nei seguenti corsi: - Analisi I: proprietà essenziali del calcolo differenziale e integrale per funzioni di una variabile - Fisica I: capacità di identificazione degli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario - Metodi per l'ingegneria ambientale: conoscenza dei metodi di lavoro in team, come reperire dati ed informazioni e validare le fonti, sviluppo di capacità di pensiero sistemico e di comunicazione dei risultati, consapevolezza sui valori della sostenibilità. - Analisi II: calcolo differenziale per le funzioni di più variabili e integrazione multipla - Idraulica: correnti a superficie libera in moto uniforme, permanente e vario. Inoltre, la soluzione di molti dei problemi analizzati e risolti in sede di esercitazione, è sicuramente agevolata dalle abilità, acquisite durante i corsi precedenti e relative alla conoscenza di un linguaggio di programmazione (es: Python, Matlab....).

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Climatologia: - Struttura verticale dell"atmosfera, gradienti adiabatici, stabilità atmosferica e fenomeni di precipitazione convettiva. Trasformazioni in aria umida, Legge di Clausius-Clapeyron e conseguenze del global warming sulle caratteristiche della precipitazione. - Circolazione atmosferica globale. Centri di alta e bassa pressione. Sistemi frontali (trasporto meridiano di energia e massa nel sistema climatico) - Formazione e misura delle precipitazioni e relativa distribuzione spaziale. - Introduzione al bilancio energetico globale del sistema climatico. Bilancio radiativo atmosferico. Evaporazione da superficie libera, traspirazione e fattori limitanti della evapotraspirazione. Elementi utili per la quantificazione dei fabbisogni idrici delle colture - Regimi climatici. Indici semplificati di disponibilità e carenza idrica: SPI -SPEI Idrologia: - Ciclo dell'acqua e caratterizzazione delle risorse idriche. Modelli di bilancio idrico a scala di campo e di bacino: rappresentazioni semplificate, con particolare riferimento ad aree montane. Curve di durata delle portate. - Effetti delle variazioni climatiche sulle precipitazioni, sui deflussi stagionali e sulle portate di piena. Metodi per l'analisi dei trend nelle serie storiche di temperatura e precipitazioni. - Bilancio idrologico di piena - Formazione e dinamica del deflusso superficiale. Simulazione di piena mediante convoluzione con metodi lineari. - Analisi statistica semplificata di eventi osservati di piogge estreme e portate di piena - Caratterizzazione climatologica degli estremi di precipitazione mediante curve IDF. Eventi pluviometrici di progetto

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Idraulica ambientale)

1) Introduzione (1.5 ore): il moto dei fluidi negli ambienti naturali e antropizzati, connessioni con i temi propri dell'Ingegneria Ambientale. 2) Turbolenza (10.5 + esercitazione 1). Aspetti introduttivi e ruolo nei processi di trasporto dei fluidi. equazioni fondamentali, aspetti fisici e ricadute ingegneristiche, analisi statistica e teoria di Kolmogorov, turbolenza libera e di parete, analisi numerica 3) Idraulica delle correnti a superficie libera (12 + esercitazione 2). Richiami di teoria delle correnti in moto uniforme e in moto vario. Modelli semplificati di propagazione delle piene. Utilizzo di software per la simulazione numerica della propagazione delle piene nei corsi d’acqua. 4) Processi di trasporto nei fluidi (6 ore + esercitazione 3). Aspetti introduttivi, teoria di Fick, diffusione molecolare, diffusione turbolenta e diffusione per shear, dispersione. 5) Processi di trasporto nei corsi d’acqua (12 ore + esercitazioni 4-5) . Introduzione al problema, valutazione dei coefficienti e problemi di dispersione longitudinale, trasporto di inquinanti, nutrienti e sedimenti, trasporto iporreico, teoria del trasporto solido, processi di erosione e sedimentazione, cenni di morfodinamica fluviale.

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Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Climatologia e idrologia)

Il modulo di Climatologia e Idrologia è suddiviso in 30 ore di lezioni frontali e 30 ore di esercitazioni al PC, che saranno svolte in aula con i notebook degli studenti.

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Idraulica ambientale)

Il modulo è organizzato in lezioni in aula, esercitazioni e seminari. Le lezioni in aula riguarderanno le tematiche descritte nel programma. Le/gli studentesse/studenti, suddivisi in gruppi di circa 4 persone, svolgeranno esercitazioni di tipo numerico. Tali esercitazioni saranno raccolte in relazioni da presentare durante l'esame. Inoltre, alle/agli studentesse/studenti, suddivise/i in gruppi circa 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 un articolo scientifico (in lingua inglese e pubblicato su rivista internazionale) scelto utilizzando le banche dati scientifiche Scopus o Web of Science. L'articolo scelto verrà discusso durante una presentazione orale in aula al docente e alle/ai colleghe/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 scelta della modalità di presentazione (e.g. PowerPoint, Keynote,etc...) è a libera scelta della/o studente.

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Climatologia e idrologia)

Note, Dispense e Stampe delle slides utilizzate, rese disponibili sul portale della didattica. Ven Te Chow (2010), Applied Hydrology, McGraw-Hill Education David R. Maidment (1993,lst ed.), Handbook of Hydrology, McGraw-Hill Education

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Idraulica ambientale)

Le slide e il materiale relativo alle esercitazioni verrà reso disponibile mediante il portale della didattica. Testi di approfondimento: - Kundu, Cohen, Fluid Mechanics, Academic Press, 2002. - Jain, Subhash C. Open-Channel Flow. New York: Wiley, 2001. - Chanson, Hubert. Hydraulics of Open Channel Flow. Burlington: Butterworth-Heinemann, 2004. Web. - Pope, Turbulence, Cambridge Univ., 2000. - Fischer et al, Mixing in inland and coastal waters, Academic Press, 1979.

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Slides; Dispense;

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Slides; Video lezioni dell’anno corrente;

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Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato progettuale in gruppo;

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;

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Exam: Written test; Group project;

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Exam: Compulsory oral exam; Group project;

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Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Climatologia e idrologia)

L'esame è composto da una prova scritta (peso 80%) e una presentazione orale in Power Point (peso 20%). L'esame scritto di Climatologia e Idrologia (durata 2 ore) è volto a verificare il raggiungimento di una sufficiente autonomia nell'affrontare un problema tipico di classificazione climatica o di analisi di flussi idrologici. Il testo dell'esame contiene 2 esercizi e 2 domande aperte. Gli esercizi saranno risolti senza l'uso di computer portatili, ma potranno richiedere una calcolatrice tascabile, e le domande saranno incentrate sugli argomenti trattati a lezione. La valutazione dell'esame terrà conto dei metodi di risoluzione, della correttezza delle soluzioni numeriche, delle conoscenze dimostrate e della chiarezza della presentazione. La valutazione massima per gli esami scritti è di 28 punti. 2 punti bonus verranno applicati alla prima consegna del compito. I voti rifiutati sono congelati e possono essere riutilizzati se richiesto. La presentazione orale in Power Point (15 min. di presentazione+ 15 min. di domande) è tenuta da gruppi di studenti che presenteranno un piccolo progetto su un argomento di applicazione delle metodologie apprese nelle lezioni ed esercitazioni.

Climatologia e idrologia/Idraulica ambientale (Idraulica ambientale)

L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma dell’insegnamento e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi coerentemente con quanto indicato nei risultati di apprendimento attesi. La verifica dell'apprendimento si svolgerà in forma di colloquio orale in presenza. Alla/allo studentessa/studente verranno poste domande sul programma svolto in aula, sulle esercitazioni e sul contenuto dell'articolo scientifico scelto.

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.