Lista kursów

English version

Kod kursu: IISS20614o15
Rok / Semestr: 2015/2016 letni
Nazwa: Modelowanie przeplywu wody i zanieczyszczeń
Kierunek: Inżynieria Środowiska
Typ studiów: II st. - magisterskie
Rodzaj kursu: Obligatoryjny
Semestr studiow: 1
Punkty ECTS: 5
Formy kształcenia (wykłady / ćwiczenia / inne): 30 / 30 / 0
Prowadzący: dr hab. Wiesław Szulczewski, prof. nadzw.
Język: polski


Efekty kształcenia: Wiedza Zna metodologię opisu ruchu wody i zanieczyszczeń w środowisku; rozumie potrzebę numerycznego rozwiązywania zagadnień matematycznych, jest świadomy ich przybliżonego charakteru; zna narzędzia inżynierskie pozwalające modelować ruch wody i zanieczyszczeń. Umiejętności Potrafi ocenić adekwatność konkretnego modelu ruchu do typowej sytuacji inżynierskiej; umie sformułować zagadnienia graniczne dotyczące analizy typowych przypadków przepływu wody i zanieczyszczeń; potrafi przygotować siatkę obliczeniową oraz przeprowadzić na niej obliczenia symulacyjne; umie zinterpretować wyniki obliczeń.

Kompetencje: Rozumie potrzebę modelowania zasobów wodnych; zna ograniczenia stosowalności modeli matematycznych.

Wymagania wstępne: Matematyka, fizyka, chemia.

Treści kształcenia: Konstytutywne równania stanu i ruchu wody. Równanie dyspersji hydrodynamicznej. Liniowe modele przepływów cieczy i zanieczyszczeń chemicznych w strefie aeracji. Fizyczna interpretacja parametrów migracji zanieczyszczeń w ośrodkach porowatych. Zastosowanie techniki TDR do wyznaczania warunków początkowo-brzegowych i parametrów funkcyjnych w równaniu Richardsa. Równanie przepływu wody w strefie aeracji i saturacji. Równanie dyspersji hydrodynamicznej i jego zastosowanie do modelowania przepływu zanieczyszczeń chemicznych. Przepływ o swobodnej powierzchni. Transport adwekcyjny. Hydrodynamiczny model de Saint-Venanta. Przepływ nieustalony w korycie rzecznym.

Literatura: 1.Brigham Young University – Environmental Modeling Research Laboratory: The Department of Defense Groundwater Modeling System GMS 3.1 Tutorials, 2001. 2. Hydrogeologia stosowana. (Praca zbiorowa pod redakcją Aleksandry Macioszczyk). Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2006. 3. Kowalik P., Ochrona środowiska glebowego, PWN Warszawa, 2001. 4. Marquardt D.W., An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters. Journal of the Society of Industrial and Applied Mathematics, v11, no. 2, p. 431-441, 1963. 5. McDonald M.G., Harbaugh A.W., A modular three-dimensional finite-difference ground-water flow model. U.S. Geological Survey Techniques of Water-Resources Investigations Book 6,Chapter A1, 586p.,1988. 6. Spitz K., Moreno J., A practical guide to groundwater and solute modeling. John Wiley & Sons, Inc., 1996. 7. Sroka Z., Walczak Z, Wosiewicz B.J., Analiza ustalonych przepływów wód gruntowych metodą elementów skończonych, AR Poznań 2004. 8. Szymkiewicz R.: Modelowanie matematyczne przepływów w rzekach i kanałach. PWN, Warszawa 2000. 9. Zienkiewicz O.C., Metoda elementów skończonych, Arkady, Warszawa 1972.

Metody oceny: Zaliczenie na podstawie ocen za raportu z ćwiczeń rachunkowych i symulacyjnych. Na ocenę końcową z przedmiotu składa się ocena z ćwiczeń (50%) oraz ocena z wykładu (50%).

Uwagi: Program przedmiotu: Wykład 1: Konstytutywne równania stanu i ruchu wody: równanie ciągłości, równania dynamiki. Postaci szczególne równań ruchu w przypadku wody glebowej: prawo Darcy'ego, równanie Boussinesq'a, równanie Richardsa. Wykład 2: Równanie dyspersji hydrodynamicznej. Warunki graniczne dla równań ruchu. Wykład 3: Liniowe modele przepływów cieczy i zanieczyszczeń chemicznych w strefie aeracji. Rozwiązania analityczne i przybliżone. Wykład 4: Fizyczna interpretacja parametrów migracji zanieczyszczeń w ośrodkach porowatych (dyspersyjność, sorpcja i opóźnienie, rozkład). Badania doświadczalne i interpretacja ich wyników. Modelowanie podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie pestycydami organicznymi na podstawie indeksu AF. Wykład 5: Zastosowanie techniki TDR do wyznaczania warunków początkowo-brzegowych i parametrów funkcyjnych w równaniu Richardsa. Wykład 6: Równanie przepływu wody w strefie aeracji. Dwuwymiarowy model przepływu wody w ośrodku porowatym (strefa aeracji i saturacji). Parametry równania Richardsa i dyfuzji. Ich definicje, metody wyznaczania oraz wpływ na rozwiązanie. Wykład 7: Równanie dyspersji hydrodynamicznej i jego zastosowanie do modelowania przepływu zanieczyszczeń chemicznych w strefie niepełnego nasycenia. Wykład 8: Przepływ wody w strefie saturacji – dwuwymiarowy model płaski w planie. Równanie Boussinesq’a. odsączalność, współczynnik filtracji. Warunki początkowo-brzegowe. Funkcja źródłowa. Wykład 9: Filtracja przez zaporę ziemną – dwuwymiarowy model płaski w pionie. Dwuwymiarowe równanie Richardsa. Wpływ elementów uszczelniających na warunki przepływu. Konstrukcja siatki hydrodynamicznej. Wykład 10: Metody przybliżonego rozwiązania równań modelu. Metoda schematów różnicowych. Podstawy teoretyczne metody elementów skończonych MES. Generator siatki. Hydroizohipsy, linie prądu, trajektorie przepływu. Wykład 11: Model przepływu zanieczyszczeń w strefie saturacji. Równanie dyspersji hydrodynamicznej. Dyspersja, dyfuzja, adwekcja, sorpcja. Kinetyka reakcji chemicznych Warunki brzegowe. Metody analityczne i przybliżone rozwiązania równań modelu, dyspersja stochastyczna. Zagadnienia odwrotne. Wykład 12: Przepływ o swobodnej powierzchni. Transport adwekcyjny. Fizyczne podstawy matematycznego opisu transportu pędu i energii. Hydrodynamiczny model fali kinematycznej. Formowanie się fal wezbraniowych w zlewni. Wykład 13: Równanie dynamiki przepływu w korycie rzecznym. Hydrodynamiczny model de Saint-Venanta. Stacjonarne profile podłużne zwierciadła wody. Wykład 14: Przepływ nieustalony w korycie rzecznym. Symulowanie wezbrań. Wykład 15: Wspomaganie ochrony od powodzi za pomocą symulacji hydrodynamicznych. Rodzaj i zakres ćwiczeń: zajęcia praktyczne z wykorzystaniem autorskich programów komputerowych opracowanych przez prowadzących ćwiczenia realizujących omawiane modele (FIZ, WILDYS, SIREN) oraz modeli GMS, PEST, MODFLOW, MT3D. Ćwiczenie 1: Liniowe modele przepływu cieczy i zanieczyszczeń chemicznych. Rozwiązania analityczne. Ćwiczenie 2: Wyznaczenie parametrów migracji zanieczyszczeń na podstawie wyników badań empirycznych. Ćwiczenie 3: Opracowanie map podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie pestycydami. Ćwiczenie 4: Wyznaczanie warunków początkowo-brzegowych i parametrów funkcyjnych w równaniu Richardsa na podstawie rozkładu wilgotności uzyskanej metodą TDR. Ćwiczenia 5-6: Modelowanie przepływu wody i zanieczyszczeń chemicznych w strefie aeracji. Ćwiczenie 7-9: Modelowanie wpływu składowiska odpadów na jakość wód podziemnych terenów przyległych. Ćwiczenie 10-12: Modelowanie przepływu wody i zanieczyszczeń chemicznych w strefie saturacji. Ćwiczenie 13-15: Modelowanie przypływu wody w korytach otwartych.