• 090002 - IDRAULICA APPLICATA

L’insegnamento strutturato consiste di due moduli integrati Idraulica Applicata [IA] e Idrogeologia [IG] che affrontano la gestione delle risorse idriche superficiali e sotterranee:

• il modulo Idraulica Applicata (5 CFU) riguarda la modellazione idraulica di sistemi fluviali, partendo dalle equazioni fondamentali applicati a casi semplificati per arrivare all'utilizzo di strumenti computazionali complessi utilizzati nella pratica ingegneristica. L'allievo affronterà modelli mono- e bi-dimensionali, stazionari e non stazionari, apprendendone potenzialità e limiti al fine della rappresentazione della complessità tipica dei sistemi fluviali. Componente chiave dell'approccio didattico è l'analisi quantitativa di casi reali (progetto).

• il modulo Idrogeologia (5 CFU) riguarda il tema della gestione delle risorse idriche sotterranee (falde) e i loro rapporti con quelle superficiali. Suo obiettivo principale è quello di consentire agli studenti di approfondire le proprie conoscenze in merito alla comprensione dei meccanismi alla base della circolazione idrica sotterranea (in mezzi porosi e fratturati) e del trasporto di inquinanti, fornendo loro strumenti di modellazione numerica 3D. Questi consentiranno loro di affrontare tipici problemi  dell’ingegneria civile e ambientale e più in generale delle geoscienze, quali la previsione degli effetti indotti dallo sfruttamento antropico della risorsa o dalle forzanti naturali (variazioni stagionali, cambiamenti climatici…)

A seguito della frequenza di lezioni e laboratori dell’insegnamento è atteso che gli studenti acquisiscano le seguenti conoscenze:

Conoscenza e comprensione:
per il modulo IA

• comprendere l'uso dei bilanci di energia e quantità di moto per la modellazione di una varietà di configurazioni dell'idraulica fluviale

per il modulo IG

• conoscere le equazioni governanti il moto di falda e il trasporto degli inquinanti nel sottosuolo

• comprendere l'uso dei bilanci di massa per valutare gli scambi idrici tra falde e corpi idrici superficiali

• comprendere gli effetti della circolazione idrica sotterranea sulla stabilità dei pendii

per entrambi i moduli

• riconoscere e descrivere gli effetti spaziali delle discontinuità interne e delle condizioni al contorno in [IA] correnti a superficie libera e [IG] nel moto di falda

• scegliere adeguati parametri per la rappresentazione della realtà tramite modelli [IA] idraulici e [IG] idrogeologici

Capacità di applicare conoscenza:

per il modulo IA

• implementare semplici schemi numerici per la soluzione di equazioni di interesse dell’idraulica fluviale

• capacità di implementare un modello idraulico a scala reale mediante il codice HEC-RAS

per il modulo IG

• capacità di implementare un modello matematico di flusso di falda e di trasporto advettivo degli inquinanti utilizzando uno dei più diffusi codice di calcolo, MODFLOW prodotto dalla United States Geological Survey

per entrambi i moduli

• applicare le conoscenze a problemi reali quali [IA] il rischio alluvionale, [IA] la pianificazione della gestione sostenibile delle risorse idriche, [IG] la caratterizzazione idrogeologica di siti industriali contaminati, [IG] la progettazione di opere di bonifica della falda

Capacità di giudizio:

• paragonare modelli differenti per [IA] l'analisi di processi di idraulica fluviale e [IG] la gestione delle risorse idriche sotterranee

• scegliere fra diverse alternative, sia per il controllo di un sistema fluviale in [IA] che per la gestione della risorsa idrica sotterranea e di fenomeni di inquinamento in [IG], effettuando analisi di sensitività ai parametri e valutando la robustezza dei risultati

Capacità di apprendimento:

• gestione del lavoro di gruppo e confronto delle competenze individuali nei laboratori progettuali

Teoria:

[IG] Introduzione: ripasso dei concetti base di idrogeologia superficiale e sotterranea, principi di circolazione idrica in mezzi rocciosi fessurati, principi di trasporto degli inquinanti e del calore in falda.

[IA] Modellazione matematica delle correnti fluviali: Correnti permanenti con portata costante in alvei non cilindrici. Canali a superficie libera a portata variabile (scaricatori e canali di gronda) in moto permanente. Moto vario delle correnti a superficie libera (cenni). Modelli bi-dimensionali (cenni).

[IG] Modellazione matematica del flusso idrico sotterraneo: MODFLOW e il metodo alle Differenze Finite, discretizzazione del dominio, determinazione delle Condizioni al Contorno, Identificazione degli scambi idrici tra  falda e acque superficiali, modellazione in stazionario e in transitorio, calibrazione

[IG] La gestione della risorsa idrica sotterranea: procedure per la caratterizzazione di siti contaminati, la gestione quali-quantitativa a scala di bacino (Piano di Tutela delle Acque e Piani di gestione dell’inquinamento diffuso antropico).

Modalità didattica: flipped classroom (per [IA]), lezioni frontali ed esercizi qualitativi alla lavagna

Progetti: [IA] Analisi, soluzione e discussione di casi studio mediante software open-source per la risoluzione delle correnti a superficie libera (HEC-RAS). [IG] Analisi, soluzione e discussione di casi studio mediante software open-source per la simulazione del flusso idrico sotterraneo e del trasporto advettivo (MODFLOW)

Modalità didattica: laboratorio informatico per entrambi i moduli.

Seminari:

Durante il corso saranno proposti seminari su tematiche relative alla:

• [IA] gestione del territorio e del rischio idrogeologico;

• [IG] gestione quali-quantitativa delle risorse idriche sotterranee;

• [IG] progetti di caratterizzazione e bonifica delle falda

Uscita tecnica: Al termine del corso viene organizzata la visita presso un sito sottoposto a procedura di bonifica durante la quale gli studenti hanno modo di vedere sul campo quanto trattato durante le lezione ed entrare in contatto con personale operante nel settore ambientale.

Per il modulo [IA], vengono richieste conoscenze di base di meccanica dei fluidi (idraulica) e idraulica delle correnti a superficie libera.

Per il modulo [IG], seppure ad inizio corso venga fatto un ripasso dei concetti base di Idrogeologia, è consigliato che gli studenti abbiano precedentemente seguito corsi di Geologia Ambientale o Geologia Applicata

Per il modulo [IA], durante l'insegnamento gli studenti svilupperanno elaborati quantitativi relativi alle diverse unità teoriche e un progetto relativo ad un caso reale (lavoro individuale o di gruppo). Elaborati e progetto saranno discussi durante la prova di esame, la quale consiste in una discussione orale in cui lo studente è chiamato individualmente a giustificare le proprie scelte modellistiche e a discutere i risultati.

Per il modulo [IG], invece, l’esame consiste in una prova orale nella quale verrà richiesto agli studenti di mostrare di aver appreso i concetti base della caratterizzazione di un sito contaminato, della gestione della risorsa idrica a scala di bacino, dei meccanismi che regolano il flusso e il trasporto nei mezzi porosi e fratturati e la loro modellazione matematica. Durante la prova verrà valutata la capacità di organizzare discorsivamente i concetti appresi e la capacità di ragionamento critico su esempi di casi di siti da caratterizzare e modellare, nonché la qualità dell’esposizione.