Costruzioni idrauliche I - Risposte Parte orale

Risorsa idrica

Cosa si intende per "risorsa rinnovabile"

Sono definite risorse rinnovabili quelle che non diminuiscono con l'uso da parte dell'uomo entro certi limiti di sfruttamento. Ad esempio l'energia solare e l'energia eolica. L’acqua è una risorsa rinnovabile, ma lo sfruttamento incontrollato, l’aumento del fabbisogno legato all’incremento demografico, e l’inquinamento la rendono quantitativamente e qualitativamente sempre più scarsa.

Qual è il bilancio tra disponibilità idrica e bisogni idrici a scala globale

Pur essendoci una grande disponibilità di risorsa idrica (circa 3,7 Mkm³), non tutta la popolazione mondiale riesce a usufruirne a causa della limitata accessibilità dovuta a:

• Variabilità spaziale e temporale delle precipitazioni
• Accesso alle infrastrutture
• Degrado
• Inquinamento ed esaurimento degli acquiferi

Oggi 43 paesi vivono al di sotto della soglia di stress idrico << di 18m³/ ab giorno.

Quali sono gli usi della risorsa acqua e quali sono le proporzioni tra i diversi usi nel mondo

Gli usi della risorsa acqua sono:

• Uso agricolo (acqua destinata all’irrigazione e al settore zootecnico)
• Uso civile (utenze che si approvvigionano attraverso le reti acquedottistiche pubbliche)
• Usi industriale (se dotati di sistemi di approvvigionamento autonomi)
• Usi energetici (termoelettrico e idroelettrico)

Le proporzioni sono:

• Nel mondo: domestico 8%, industriale 22%, agricolo 70%
• Nei paesi con reddito alto: domestico 11%, industriale 59%, agricolo 30%
• Nei paesi con reddito basso: domestico 8%, industriale 10%, agricolo 82%

Criteri per ridurre l'impronta idrologica delle città

L’impronta idrologica rappresenta l’indicatore di consumo di acqua rispetto alla capacità della stessa risorsa di rigenerarsi. I criteri per ridurre l’impronta idrologica delle città consistono nel pensare e nell’agire a monte, spendendo energia per tenere i diversi flussi quanto più possibile separati per poi ottimizzare il riuso.

Descrivere le BMP'S (Best Management Practices)

Le BMP's sono le fasi del controllo dell’inquinamento delle acque, consistono in:

• Riduzione dei consumi
• Recupero e riutilizzo delle acque meteoriche
• Riduzione dei volumi di run-off creando condizioni favorevoli all’infiltrazione
• Ravvenamento degli acquiferi
• Riuso acque usate
• Riduzione del carico inquinante veicolato dalle acque di pioggia

Quali sono gli effetti del risparmio idrico

Gli effetti del risparmio idrico sono:

• Riduzione effettiva dei consumi dell’acqua
• Riduzione dello stress delle fonti di approvvigionamento
• Riduzione dello stress per i sistemi acquatici e gli habitat

I due principali effetti del sovra-consumo sono:

• L’eccessiva estrazione d’acqua dalle fonti superficiali e sotterranee
• L’inquinamento della stessa

Questi due fenomeni comportano una serie di impatti negativi sulla flora e sulla fauna che vive negli ambienti acquatici o nelle loro vicinanze, causando problemi come:

• Deflusso minimo vitale
• Perdita di biodiversità

Quali sono i fattori che determinano l'impronta idrologica urbana

I fattori che determinano l’impronta idrologica urbana sono:

• Approvvigionamento idrico: sottrazione di acqua alla circolazione naturale con impatto negativo sulla qualità dei corsi d’acqua
• Smaltimento di acque di scarico: produzione di inquinante nei corpi idrici
• Drenaggio di acque urbane: produzione di inquinante nei corpi idrici e rischio idraulico

Quali sono le fonti di approvvigionamento della risorsa idrica

Le fonti di approvvigionamento della risorsa idrica sono:

• Acque superficiali (acque che scorrono negli alvei di una rete idrografica)
• Acque sotterranee (acque che scorrono nelle zone di sottosuolo nelle zone permeabili)
• Desalinizzazione delle acque marine
• Rigenerazione delle acque di scarico

Descrivere il ciclo antropico dell'acqua

Il ciclo antropico dell’acqua inizia con la captazione di risorsa idrica da un corso d’acqua naturale e successivamente portata ai serbatoi di accumulo, dove, tramite una rete di distribuzione viene fornita all’utenza. Dopo l’utilizzo, la risorsa tramite la rete di drenaggio viene convogliata al depuratore, al fine di reimmetterla nel corpo idrico.

A cosa è dovuta la differenza di volume di acqua prelevata dai corpi idrici e il volume di acqua erogata

Vi è una differenza importante fra acqua prelevata e acqua erogata pari al 37%, cioè a 3,2E9 m³/anno (in Italia), ovvero, la prima non è tassata, e viene utilizzata per mezzo di sfiori e prelievi abusivi, la seconda è quella contabilizzata e che effettivamente paghiamo sulle bollette.

Descrivere gli effetti dell'impermeabilizzazione del suolo sulla risposta idrologica

L’impermeabilizzazione del suolo produce effetti negativi sulla risposta idrologica perché causa una diminuzione dell’infiltrazione in falda con conseguente aumento dei deflussi superficiali. Il limitato livello d’infiltrazione decresce con l’aumentare del grado di urbanizzazione dell’area che incide:

• Sulla biodiversità del sottosuolo e di superficie
• Sulle risorse idriche naturali
• Sull’utilizzo della rete fognaria dato il maggiore deflusso superficiale

Quali sono gli effetti dell'urbanizzazione sul ciclo idrologico e sulla qualità dell'acqua

Gli effetti dell’urbanizzazione sul ciclo idrologico e sulla qualità delle acque causano:

• Minore infiltrazione e maggiore prelievo con conseguente crisi della falda
• Aumento della velocità di deflusso con conseguenti picchi e volumi di piena, a causa della diminuzione dell’infiltrazione
• Inquinamento dell’aria e quindi delle acque, a causa degli usi antropici e il traffico veicolare

Definizione di città sostenibile

La città sostenibile è una città in cui i prelievi sono compatibili con le fonti e i cui scarichi sono compatibili con il corpo idrico che li riceve. In una città sostenibile si fa molta attenzione agli elementi di valutazione per la sostenibilità della gestione delle acque in ambito urbano.

In base a quali elementi si valuta la sostenibilità della gestione delle acque in ambito urbano

Gli elementi in base a cui si valuta la sostenibilità della gestione delle acque in ambito urbano sono:

• Quantità di acque prelevate
• Distanza tra il prelievo e la restituzione
• Qualità delle acque di scarico
• Riduzione dell’impermeabilizzazione del suolo
• Reimmissione dei nutrienti (azoto e fosforo) nei cicli biogeochimici naturali

Quali sono i fattori che influenzano l'evapotraspirazione

L’evapotraspirazione è una variabile che consiste nella quantità d’acqua che dal terreno passa nell’aria allo stato di vapore per effetto congiunto della traspirazione attraverso le piante e dall'evaporazione attraverso il terreno. I fattori che la influenzano sono i seguenti:

• Fattori pedologici (come la granulometria e l’umidità del terreno)
• Fattori climatici (come la temperatura, l’umidità atmosferica, vento)
• Fattori biologici (legati alla vegetazione)
• Fattori agronomici (lavorazione del terreno, irrigazione, concimazione)

Che cosa è l'evapotraspirazione potenziale e quali sono i fattori che la influenzano

L’evapotraspirazione potenziale è il limite dell’evapotraspirazione e si raggiunge quando non vi è limite all’umidità del suolo. Essa dipende solo ed unicamente da fattori atmosferici e climatici, e in particolar modo dalla temperatura media annua.

Definizione di tasso di evaporazione e fattori di influenza

Il tasso di evaporazione è il rapporto tra l’altezza d’acqua evaporata da una superficie liquida e il tempo in cui avviene l’evaporazione. Si può misurare in mm/gg o mm/mesi. I fattori che lo influenzano sono:

• Fattori climatici (come la temperatura, l’umidità atmosferica, vento)

Come si stima il deficit idrico

Il deficit idrico si stima comparando la precipitazione media annua h con l’evapotraspirazione potenziale media annua ETP. Possiamo avere un deficit idrico quando: h < ETP nei mesi secchi e h > ETP nei mesi umidi. Indice climatico:

• I = (h – ETP) / ETP

Afflussi – Deflussi

Descrivere brevemente i processi della trasformazione afflussi-deflussi

I processi afflussi-deflussi si occupano della trasformazione delle altezze di pioggia (precipitazioni) in portate di piena. Fondamentalmente sono due:

• Trasformazione alla superficie del terreno delle piogge in piogge efficaci:

• i* = i / r con i = intensità di pioggia e r = intensità di filtrazione.

• Trasformazione per effetto della rete idrografica delle piogge efficaci in portate di piena. Ciò avviene attraverso due fenomeni: fenomeno dell’invaso che trascura i deflussi dovuti al trasporto di massa liquida e fenomeno della corrivazione che trascura il fenomeno dell’immagazzinamento.

Cosa si intende per piogge efficaci

Per piogge efficaci si intende un’aliquota di pioggia che fluisce rapidamente nei canali:

• i* = i / r

Definizione di deflusso

Per deflusso si intende il volume d’acqua raccolta da un bacino idrografico che defluisce all’esterno in due modalità:

• Deflusso superficiale, che avviene per scorrimento libero sulla superficie del suolo o nell’alveo di un corso d’acqua
• Deflusso sotterraneo, che avviene per infiltrazione e per movimento attraverso una falda acquifera

Cosa è il minimo deflusso vitale

Il minimo deflusso vitale corrisponde al quantitativo d’acqua rilasciata da una qualsiasi opera di captazione sull’asta di un qualsiasi corso d’acqua in grado di garantire la naturale integrità ecologica permettendo la salvaguardia a breve e a lungo termine sull’ecosistema e della biocenosi dell’alveo.

Definizione di afflusso

Per afflusso si intende il volume di pioggia che insiste su un bacino idrografico sotteso da una determinata sezione di chiusura.

Definizione di capacità di compenso di un serbatoio

Per capacità di compenso di un serbatoio si intende il volume di acqua che consente di accumulare nei periodi di surplus (invaso) per fornirla successivamente nei periodi di deficit (svaso).

Cosa si intende per coefficiente di afflusso e coefficiente di deflusso

Il coefficiente di afflusso rappresenta il rapporto fra il volume di pioggia efficace e il volume di pioggia totale:

• φ = i*/i

Il coefficiente di deflusso invece rappresenta il rapporto fra il volume di deflusso nell’intervallo Δt e il volume di afflusso nell’intervallo Δt:

• C = D/A

Cosa è e come si dimensiona un impianto di utilizzazione a compenso del tipo a regolazione annuale

Un impianto di utilizzazione a compenso del tipo a regolazione annuale preleva acqua da un invaso di regolazione nel quale era stata approvvigionata la risorsa idrica. Si dimensiona in base all’erogazione massima che può fornire, stimata pari al deflusso minimo annuo:

• Emax = Dmin

Cosa è e come si dimensiona un impianto di utilizzazione del tipo a deflusso

Un impianto di utilizzazione del tipo a deflusso preleva acqua da fiumi e laghi, e la invasa. Viene dimensionato tramite un’indagine statistica, andando a vedere i deflussi sugli annali.

Come si stima l'erogazione massima annuale che si può fornire con un impianto a deflusso

L’erogazione massima annuale che si può fornire con un impianto a deflusso è pari al deflusso medio annuo ottenuto come media dei deflussi degli N anni:

• Emax = Dmedio = (1/N) ∑ Di

Come si stima l'erogazione massima che si può assicurare con un impianto a deflusso

L’erogazione massima che si può assicurare con un impianto a deflusso si ottiene riportando i valori di deflusso mensile minimi presenti in tabella, moltiplicandoli per 12 e dividendoli per il coefficiente di utilizzazione legato alla destinazione d’uso. Il valore minimo fra quelli trovati corrisponde all’erogazione massima:

• Emax = min (12Dj/Cj)

Descrivere il fenomeno dell'infiltrazione

Per infiltrazione in un terreno intendiamo il grado di fluido che può essere assorbito dal terreno. Per capacità di infiltrazione si intende il massimo valore che può essere raggiunto dall’intensità di infiltrazione in un terreno, caratterizzato da determinate condizioni di umidità, prima che si verifichi saturazione e conseguente ruscellamento.

Legge di Darcy:

• f = K (C + 1/L)

Illustrare i meccanismi di saturazione del terreno

Quando la capacità di infiltrazione di un terreno viene superata si determina il ruscellamento, e ci troviamo di fronte ad un fenomeno chiamato saturazione. Tale fenomeno può presentarsi in due modalità:

• Meccanismo hortoniano: se la saturazione avviene perché l’intensità di precipitazione supera la capacità di infiltrazione, ovvero dall’alto (meccanismo predominante)
• Meccanismo dunniano: se la saturazione avviene per l’innalzamento delle falde acquifere a causa del forte deflusso, ovvero dal basso (meccanismo tipico di alcuni climi aridi e semi aridi)

Pluviometrica-Precipitazioni

Strumenti di misura delle precipitazioni

Gli strumenti di misura delle precipitazioni possono classificarsi in base al tipo di misurazione: diretta e indiretta. Gli strumenti della misura diretta sono i seguenti:

• Pluviometro semplice: costituito da un vaso cilindrico, solitamente in plastica, dotato di una scala graduata che misura l’altezza della pioggia caduta in mm. L’altezza dell’acqua che riempie il contenitore equivale alla pioggia caduta.
• Pluviometro a sifone: un pennino collegato ad un ga