Dinamica degli inquinanti nei Corpi Idrici è un insegnamento che mira a fornire conoscenze approfondite sui fenomeni di trasporto di contaminanti attivi e passivi, conservativi e reattivi nei corpi idrici, nonché sulla loro modellazione matematica. L’insegnamento mira anche a sviluppare le competenze necessarie per lo sviluppo di modelli numerici per la risoluzione dei modelli matematici di volta in volta formulati.
L’insegnamento fa parte del corso di studio magistrale in “Ingegneria Civile Per la Protezione dai Rischi Naturali”, che si ripropone di formare un ingegnere civile ad elevata qualificazione professionale negli ambiti della protezione del territorio e delle opere civili dai rischi idrogeologici e sismici.
Nel quadro di questo percorso, l’insegnamento mira a definire i modelli concettuali a complessità crescente per la rappresentazione dei fenomeni di trasporto avvettivo/diffusivo e reazione in acqua.
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di: 1) esaminare un caso pratico di propagazione di inquinante in un corpo idrico; 2) verificare la possibilità di adottare formulazioni esistenti per l’impostazione di un modello adatto a simulare il fenomeno di interesse e, qualora non fosse disponibile, formularne uno ad-hoc; 3) progettare e/o interpretare degli esperimenti con i traccianti finalizzati alla quantificazione dei parametri caratterizzanti il modello prescelto; 4) risolvere numericamente il modello, individuando e quantificando le fonti di incertezza e il loro peso sul risultato finale.
L’insegnamento fa parte del corso di studio magistrale in “Ingegneria Civile Per la Protezione dai Rischi Naturali”, che si ripropone di formare un ingegnere civile ad elevata qualificazione professionale negli ambiti della protezione del territorio e delle opere civili dai rischi idrogeologici e sismici.
Nel quadro di questo percorso, l’insegnamento mira a definire i modelli concettuali a complessità crescente per la rappresentazione dei fenomeni di trasporto avvettivo/diffusivo e reazione in acqua.
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di: 1) esaminare un caso pratico di propagazione di inquinante in un corpo idrico; 2) verificare la possibilità di adottare formulazioni esistenti per l’impostazione di un modello adatto a simulare il fenomeno di interesse e, qualora non fosse disponibile, formularne uno ad-hoc; 3) progettare e/o interpretare degli esperimenti con i traccianti finalizzati alla quantificazione dei parametri caratterizzanti il modello prescelto; 4) risolvere numericamente il modello, individuando e quantificando le fonti di incertezza e il loro peso sul risultato finale.
scheda docente materiale didattico
- definizione grandezze fisiche
- analisi dimensionale e teorema di buckingham
- diffusione "fickiana"
- coefficienti di diffusione
- Equazione della diffusione 1D e 2D e sue soluzioni particolari:
i) iniezione puntuale istantanea
ii) step di concentrazione iniziale
iii) punto a concentrazione costante
- condizioni al contorno impermeabili
Equazione di avvezione-diffusione (AD):
- scale spaziali e temporali dell'avvezione e della diffusione
- soluzioni particolari dell'equazione di AD 1D
i) iniezione puntuale istantanea
ii) step di concentrazione iniziale
iii) punto a concentrazione costante
Diffusione turbolenta
- diffusione turbolenta nei corsi d'acqua:
i) diffusione turbolenta longitudinale e trasversale
ii) dispersione longitudinale: teoria di Taylor-Elder
- metodi per valutare la dispersione longitudinale:
i) formule semi empiriche
ii) metodo dei momenti
iii) sversamento di traccianti
Soluti reattivi
- scale temporali cinetiche e confronto con scale convettive
- reazioni del primo e secondo ordine
- eq. AD con reazioni omogenee e eterogenee
- reazioni eterogenee:
i) interfaccia aria acqua: equazione di Streeter-Phelps
ii) interfaccia acqua sedimento: adsorbimento
Modelli di qualità delle acque
- criteri di scelta dei modelli
- CSTR, PLug-flow
Esercitazioni
Programma
Equazione della diffusione:- definizione grandezze fisiche
- analisi dimensionale e teorema di buckingham
- diffusione "fickiana"
- coefficienti di diffusione
- Equazione della diffusione 1D e 2D e sue soluzioni particolari:
i) iniezione puntuale istantanea
ii) step di concentrazione iniziale
iii) punto a concentrazione costante
- condizioni al contorno impermeabili
Equazione di avvezione-diffusione (AD):
- scale spaziali e temporali dell'avvezione e della diffusione
- soluzioni particolari dell'equazione di AD 1D
i) iniezione puntuale istantanea
ii) step di concentrazione iniziale
iii) punto a concentrazione costante
Diffusione turbolenta
- diffusione turbolenta nei corsi d'acqua:
i) diffusione turbolenta longitudinale e trasversale
ii) dispersione longitudinale: teoria di Taylor-Elder
- metodi per valutare la dispersione longitudinale:
i) formule semi empiriche
ii) metodo dei momenti
iii) sversamento di traccianti
Soluti reattivi
- scale temporali cinetiche e confronto con scale convettive
- reazioni del primo e secondo ordine
- eq. AD con reazioni omogenee e eterogenee
- reazioni eterogenee:
i) interfaccia aria acqua: equazione di Streeter-Phelps
ii) interfaccia acqua sedimento: adsorbimento
Modelli di qualità delle acque
- criteri di scelta dei modelli
- CSTR, PLug-flow
Esercitazioni
Testi Adottati
Socolofsky, Jirka - Special Topics in Mixing and Transport Processes in the Environment - 5th Edition, 2005Modalità Erogazione
Il corso prevede una parte teorica e una parte di esercitazioni. Ogni macro-argomento teorico prevede almeno una corrispettiva esercitazione. Le esercitazioni richiedono l'utilizzo di uno strumento di calcolo. Lo studente è libero di scegliere quello che preferisce. Il docente dedica una o due lezioni all'introduzione dei concetti base di Matlab. Il docente fornisce supporto per lo svolgimento delle esercitazioni in Matlab e Mathematica.Modalità Valutazione
La prova orale consiste in un colloquio in cui allo studente vengono poste, in generale, tre domande. Una di queste riguarda la discussione di una delle esercitazioni proposte nel corso. Lo studente deve inviare al docente le esercitazioni in formato pdf prima dell'inizio della prova. Nel periodo di emergenza COVID-19 l’esame di profitto sarà svolto secondo quanto previsto all’art.1 del Decreto Rettorale n°. 703 del 5 maggio 2020