1) Idrologia e idraulica
sotterranea:
1a) Riduzione dei modelli e quantificazione
dell'incertezza;
1b) Caratterizzazione dell'eterogeneità, effetto scala,
flusso e trasporto in mezzi porosi e fratturati;
1c) Filtrazione non-Darciana, (moti alla Forchheimer e
non-Newtoniani) in mezzi porosi e fratturati;
1d) Trasporto di calore nel sottosuolo e apparati
geotermici;
1e) Intrusione del cuneo salino;
1f) Analisi probabilistica di rischio (PRA).
2) Meccanica dei Fluidi e Idraulica
Ambientale:
2a) Flusso a superficie libera di fluidi non-Newtoniani,
debris flow e iperconcentrazioni.
2b) Correnti di densità e gravità geofisiche, viscose e
inerziali;
2c) Idraulica fluviale e morfodinamica.
3) Idraulica urbana:
3a) Analisi di dati di fallanza delle condotte
idriche;
3b) Analisi di affidabilità delle reti idriche e di
drenaggio;
3c) Analisi del ciclo di vita (LCA) di componenti e reti
idriche;
3d) Sistemi di supporto decisionale (DSS) applicati alle
reti idriche;
3e) Gestione basata sul rischio degli asset
infrastrutturali delle reti idrauliche.
1) Idrologia e idraulica sotterranea
:
1a) Riduzione dei modelli e quantificazione
dell'incertezza. Vengono esaminate le equazioni differenziali
stocastiche alla base del comportamento di sistemi ambientali
complessi, e le tecniche per la riduzione della complessità dei
modelli (modelli surrogati). In presenza di incertezza, il
comportamento dei sistemi è studiato mediante Analisi di
Sensitività (GSA), adottando metodi di Espansione in Caos
Polinomiale (PCE) efficaci dal punto di vista computazionale.
1b) Caratterizzazione dell'eterogeneità,
effetto scala, flusso e trasporto in mezzi porosi e fratturati.
L'eterogeneità dei mezzi porosi naturali (geologici) è esaminata
con metodi geostatistici. L'effetto scala della conduttività
idraulica e della dispersività longitudinale sono investigate entro
un quadro teorico unitario di rappresentazione della
logconduttività idraulica come un campo frattale stocastico. Tale
quadro di riferimento consente la soluzione di problemi stocastici
di moto e trasporto con metodologie standard. Diversi problemi
dell'Idraulica Sotterranea dei mezzi eterogenei (flussi uniformi e
radiali verso pozzi, trasporto di soluti, condizionamento dei
risultati con misure di campo) sono riesaminati alla luce di tale
teoria. Le metodologie sono analitiche e numeriche (metodo alle
piccole perturbazioni, Monte Carlo, metodo dei momenti).
1c) Filtrazione non-Darciana, (moti alla
Forchheimer e non-Newtoniani) in mezzi porosi e fratturati. Il
flusso e trasporto in mezzi porosi e fratturati è studiato nel caso
di relazione nonlineare tra flusso e gradiente di pressione, dovuta
o al superamento della soglia di linearità del moto alla Darcy, o
alla natura non-Newtoniana del fluido. La ricerca mira ad una
comprensione di dettaglio dei fenomeni di flusso e trasporto alla
scala di poro e della singola frattura, e alla messa a punto di
metodologie semplificate e di parametri rappresentativi alle scale
maggiori.
1d) Trasporto di calore nel sottosuolo e
apparati geotermici. L'efficienza termica di geometrie
innovative per gli scambiatori di calore impiegati nei circuiti
geotermici superficiali è investigate risolvendo numericamente i
transitori di flusso e trasporto nel terreno con modelli analitici
e numerici. Il fine è l'ottimizzazione della forma dello
scambiatore, la minimizzazione dell'inquinamento termico del suolo,
e la valutazione degli effetti dell'incertezza nei parametri sulla
risposta dei modelli.
1e) Intrusione del cuneo salino.
L'influenza dell'incertezza parametrica sull'intrusione salina in
aquiferi costieri freatici o confinati viene investigata mediante
il ri-esame di soluzioni analitiche esistenti dal punto di vista
dell'analisi di rischio. La sensitività dei modelli a parametri
aleatori in ingresso viene valutata con la tecnica dell'espansione
in caos polinomiale, per valutare la probabilità di diversi eventi
indesiderati (ad esempio la contaminazione di pozzi o aree
sensibili costiere). Tecniche “data-driven”, che utilizzano modelli
statistici regressive o autoregressivi, sono impiegate nei casi
reali in cui i modelli analitici non sono applicabili; ad esempio
l'aquifero freatico costiero della Regione Emilia-Romagna.
1f) Analisi probabilistica di rischio
(PRA). A valle di una approfondita revisione della esistente
letteratura in termini di analisi di rischio applicata ai sistemi
naturali (includente metodologie quali “fault tree” e “event
tree”), l'obiettivo è pervenire ad una rappresentazione integrata
del rischio, comprensiva di: i) analisi del rischio, con
identificazione dei fattori di rischio e loro quantificazione; ii)
valutazione del rischio; iii) riduzione e controllo del rischio:
definizione e implementazione di un processo decisionale e
monitoraggio. I metodi individuati, di natura essenzialmente
probabilistica, verranno applicati agli acquiferi, con lo scopo di
fornire supporto alla pianificazione dei prelievo da risorsa idrica
sotterranea e all'analisi e bonifica di siti contaminati, anche in
relazione all'interesse recentemente suscitato dal tema del
recupero delle grandi aree industriali site all'interno di centri
urbani. Più specificamente, per problemi complessi in presenza di
un grande numero di variabili affette da incertezza, vengono
adottati metodi di analisi di sensitività globale (GSA), affrontati
con la tecnica dell'espansione in Caos Polinomiale (PCA).
2) Meccanica dei Fluidi e Idraulica
Ambientale:
2a) Flusso a superficie libera di debris
flow e iperconcentrazioni. Il moto di fluidi non-Newtoniani
viene esaminato con metodologie analitiche e/o numeriche, in regime
laminare o turbolento, in diverse condizioni e geometrie, sia in
pressione che a pelo libero. Lo studio si propone di analizzare
l'impatto delle diverse leggi costitutive caratterizzanti i fluidi
sui risultati della modellazione in termini di variabili integrate
(ad esempio portata fluida o altezza del pelo libero). La ricerca
proposta è funzionale ad una più approfondita conoscenza e
rappresentazione di colate detritiche e flusso di fanghi
minerari.
2b) Correnti di densità e gravità
geofisiche, viscose e inerziali. Numerosi fenomeni rilevanti in
applicazioni industriali, geofisica e idraulica ambientale
comportano il moto relativo di due fluidi dovuto a differenze di
densità. Si approfondisce lo studio di tali fenomeni in diverse
geometrie, a pelo libero od entro un mezzo poroso, per fluidi
newtoniani e non-newtoniani, caratterizzati da diverse leggi
reologiche. Vengono esaminati i diversi possibili regimi di
propagazione (inerziale o viscoso), ricercando approcci analitici
ovvero soluzioni in forma numerica. Lo sviluppo nel tempo e nello
spazio della corrente di densità è esaminato al variare dei
parametri reologici del fluido.La validazione sperimentale delle
teorie ricavate è perseguita con esperimenti di laboratorio.
L'influenza dell'eterogeneità del mezzo è esaminata per le correnti
di gravità entro mezzi porosi con approccio deterministico e
stocastico.
2c) Idraulica fluviale e morfodinamica.
Lo studio riguarda la calibrazione di un modello morfodinamico
bidimensionale di un tratto del fiume Po in Italia utilizzando
dettagliate della morfologia fluviale e dei flussi idrici e di
sedimento derivanti da misure ADCP. Una analisi di sensitività è
sviluppata per valutare gli effetti della scabrezza di fondo e
della direzione di trasporto del sedimento sul campo di moto
simulato e sulla morfologia di fondo.
3) Idraulica urbana:
3a) Analisi di dati di fallanza delle
condotte idriche. Si sviluppa una analisi statistica degli
eventi di rottura/fallanza/blocco nelle reti di distribuzione
idrica e fognarie, con lo scopo di pervenire a formule
predittive.
3b) Analisi di affidabilità delle reti
idriche e di drenaggio. Per le reti di distribuzione idrica,
scopo della ricerca è l'individuazione di nuovi indici di
prestazione nodali e globali. Nelle reti fognarie, viene perseguita
la descrizione del comportamento idraulico e ambientale della rete
di drenaggio nelle condizioni presenti e nei possibili scenari
futuri, considerando il declino delle prestazioni nel tempo e
l'applicazione di tecnologie riabilitative fattibili.
3c) Analisi del ciclo di vita (LCA) di
componenti e reti idriche. La metodologia di Life Cycle Energy
Analysis (LCEA) viene applicata alle condotte delle reti di
distribuzione idrica, consentendo di individuare gli scenari più
vantaggiosi in termini di costo energetico, di scelta del
materiale, nonché relativamente alla tecnologia da impiegare e ai
possibili scenari di sostituzione. L'obiettivo è quello di fornire
uno strumento di supporto decisionale che aggiunga la dimensione
del risparmio energetico e della riduzione dell'impatto ambientale
a quelle già trattate in letteratura, principalmente legate alla
stima dell'affidabilità, del rischio e dei costi. Il ciclo di vita
della condotta è suddiviso in tre fasi: fase di fabbricazione,
d'uso e di fine vita. Per ciascuna fase è possibile calcolare il
consumo energetico associato all'unità funzionale presa come
riferimento, mediante l'approccio teorico proposto che modifica
risultati di letteratura.
3d) Sistemi di supporto decisionale (DSS)
applicati alle reti idriche. Scopo della ricerca è stabilire un
quadro razionale per la gestione della manutenzione razionale dei
sistemi di distribuzione idrica e di drenaggio urbano, sviluppando
prodotti e strumenti intermedi nonché un Sistema di Supporto
Decisionale (DSS) che consenta ai tecnici gestori delle reti una
gestione effettiva e continua dei sistemi di approvigionamento
idrico e fognario con un approccio proattivo.
3e) Gestione
basata sul rischio degli asset infrastrutturali delle reti
idrauliche. Una gestione sostenibile dei
complessivi asset infrastrutturali dei sistemi di distribuzione
idrica e di collettamento fognario viene perseguita dal punto di
vista della “visione tripla”: aspetti economici, sociali ed
ambientali. In questo ambito, vengono sviluppati indicatori di
performance per la valutazione della sostenibilità alle diverse
scale, calcolati mediante modello di metabolismo urbano, che vede
il ciclo idrico integrato come un organismo vivente i cui diversi
apparati si scambiano flussi di materia e di
energia.
