Appunti di Idraulica Ambientale

Quando, nella primavera del 2003, mi fu affidato l’incarico di tenere, unitamente al Prof.G.Ciaravino, il Corso di Idraulica Ambientale nell’ambito del Corso di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Napoli Federico II, accettai con grande entusiasmo ma con la consapevolezza che era per me un corso del tutto nuovo, interamente da organizzare. Decisi, pertanto, di iniziare a preparare del materiale da distribuire agli studenti sugli argomenti a me affidati, che comprendeva una parte introduttiva preparata per collegare ed integrare, in alcuni casi, le conoscenze già possedute dagli allievi dal Corso di Idraulica con gli argomenti dell’Idraulica Ambientale, quali la diffusione molecolare e turbolenta, la dispersione ed i processi di trasformazione fisica, chimica e biologica che interessano le sostanze dell’Idraulica Ambientale, anch’essi compresi nelle mie Dispense, che erano allora suddivise in 5 Capitoli. Dal Luglio del 2004, concluso il corso ed avendo ricevuto l’incarico di tenere integralmente il Corso di Idraulica Ambientale, questa volta nell’ambito del Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio, ho iniziato gradualmente ad arricchire tali Dispense in vista dell’Anno Accademico 2004-2005, integrando gli argomenti già presenti ed inserendo nuovi argomenti, quali la turbolenza, guardata, dalla teoria di Kolmogorov fino al modello k-ε, dal punto di vista dell’Idraulica Ambientale, ossia come processo che determina una migliore dispersione e diluizione dei contaminanti, lo strato limite, per le sue implicazioni nei processi diffusivi alle interfaccia ambientali, le distribuzioni della velocità in un canale a pelo libero e le problematiche relative alla circolazione nei laghi, ed, infine, i processi di scambio di massa e/o quantità di moto che hanno luogo all’interfaccia aria-acqua di un corpo idrico, quali le correnti indotte dal vento ed il gas-transfer, per un totale di 9 Capitoli. In questi ultimi mesi, in vista dell’ormai vicino corso dell’Anno Accademico 2005-2006, ho pensato di rielaborare ulteriormente ed in una maniera più organica tutto il materiale disponibile, presentandolo nella forma unitaria di un volume di Appunti di Idraulica Ambientale, edito dalla CUEN, che credo rappresenti una novità assoluta, almeno in Italia, per questa disciplina, che, d’altra parte, ha assunto una sua propria fisionomia autonoma solo negli ultimi 10 anni. Rispetto alle dispense distribuite nell’Anno Accademico 2004-2005, il materiale è stato ancora integrato ed ampliato. In particolare, numerosi capitoli parti sono state corredati di esercizi applicativi, in parte preparati nell’ambiente di simulazione Multiphysics 3.2, il Capitolo 10, sulla diffusione molecolare, è stato in larga parte riorganizzato, mentre il Capitolo 11, sulla diffusione turbolenta e la dispersione è stato completamente riscritto; infine, i capitoli sulla turbolenza e sulle trasformazioni fisiche, chimiche e biologiche sono stati opportunamente integrati e sono stati effettuate, in tutto il testo, numerose correzioni, modifiche di figure e tabelle, al fine di rendere il più chiara possibile l’esposizione della materia. Voglio, ancora, osservare che la numerazione dei Capitoli presenta dei salti in quanto altre parti sono attualmente in preparazione per le prossime edizioni del corso di Idraulica Ambientale. Questo volume costituisce un importante punto di arrivo della mia attività di ricerca sulle tematiche di Idraulica Ambientale, a partire dalla mia Tesi di Specializzazione in Ingegneria Sanitaria-Ambientale, del 1994, dal titolo Modelli di qualità delle acque. Un esempio applicativo. Il materiale che costituisce il testo trae origine dallo studio, intrapreso da circa 10 anni, di numerosissimi libri ed articoli sugli argomenti qui presentati. Voglio, innanzitutto ricordare i classici volumi di Idraulica del Prof.Guelfo Pulci Doria e dei Proff.Citrini e Noseda, il volume di Complementi di Idraulica del Prof.C.Montuori, il primo testo di Idraulica Ambientale, il fondamentale testo di H.B.Fischer, E.J.List, R.C.Y.Koh, J.Imberger e N.H.Brook Mixing in inland and coastal waters, il primo testo sulla modellazione della qualità delle acque, Principles of surface water quality modeling and control di RV.Thomann e J.A.Mueller, fino ai più recenti testi, qui elencati in ordine cronologico, di J.C.Rutherford (National Institute of Water and Atmospheric Research, Hamilton, New Zealand) S.Chapra (Tufts University, MA, USA), L.Thibodeaux (Lousiana State University, LA, USA), W.J.Weber (University of Michigan at Ann Arbor, MI, USA) e F.Di Giano (University of North Carolina at Chapel Hill, NC, USA), H.Rubin (Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israele) e J.Atkinson (State University of New York at Buffalo, NY, USA) e O.Kolditz (Università di Tubinga, Germania), che sono stati, in diversa misura, utilizzati, ampiamente, nella preparazione di questo volume e con i cui autori resto in debito. Mi preme, inoltre, sottolineare che la parte relativa ai processi di gas-transfer è strettamente legata alle mie personali attività di ricerca svolte negli ultimi anni su questo argomento insieme al Prof.Pulci Doria ed a mia sorella Paola. Desidero, infine, ringraziare i colleghi, alcuni dei quali sono anche miei amici, Hubert Chanson (University of Queensland, Australia), Benoit Cushman-Roisin (Darmouth College, NH, USA), Gerhard Jirka (Università di Karlsruhe, Germania), Scott A. Socolowski (Texas A&M University, TX, USA), che hanno gentilmente messo a disposizione le dispense dei corsi di Idraulica Ambientale e di materie affini da loro tenuti e con alcuni dei quali ho potuto proficuamente discutere di parte degli argomenti presentati in questo volume.