Modelowanie numeryczne w inżynierii wodnej

Narzędzia numeryczne dają możliwość wykonania wielowariantowych obliczeń w krótkim czasie. Poznanie procesu modelowania, zakresu koniecznych danych, jego ograniczeń oraz interpretacji wyników jest niezbędne aby efektywnie wykorzystać ich możliwości modelowania warunków przepływu wody w korytach otwartych i wód gruntowych.

Wykłady: Równania stanu i ruchu wody: równanie ciągłości, równania dynamiki, zasada zachowania energii i pędu, Postacie szczególne równań ruchu wody glebowej: prawo Darcy’ego, równanie Boussinesq’a, równanie Richardsa. Warunki brzegowe i graniczne dla równań ruchu. Linie prądu.

Równanie dyspersji hydrodynamicznej i jego zastosowanie do modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w strefie aeracji i saturacji.

Dyskretyzacji ośrodka ciągłego, przygotowania danych wejściowych dla potrzeb modelu o parametrach rozłożonych.

Modele jedno-, dwu- i trój-wymiarowe, zakres ich stosowalności, podstawowe równania, metody pozyskiwania danych, wykonanie symulacji, , kalibracja i weryfikacja modelu, wizualizacja wyników.

Ćwiczenia: Parametry przepływu wody glebowej, prawo Darcy’ego, równanie Boussinesq’a, równanie Richardsa.

Filtracja przez zaporę ziemną. Konstrukcja siatki hydrodynamicznej. Wpływ elementów uszczelniających na warunki przepływu.

Symulacje z wykorzystaniem modelu opad-odpływ do wyznaczenia warunków brzegowych oraz jednowymiarowego modelu transformacji fali powodziowej w korycie cieku do wspomagania ochrony przed powodzią.

1. Szymkiewicz R., 2000, Modelowanie matematyczne przepływów w rzekach i kanałach, PWN,

2. Sawicki J., 1998, Przepływy ze swobodną powierzchnią wody, PWN,

3. Orzechowski Z., Prywer J., Zarzycki R., 1997, Mechanika płynów w inżynierii środowiska, WNT, Warszawa,

4. Książek L., Wyrębek M., Strutyński M., Strużyński A., Florek J., Bartnik W., 2010, Zastosowanie modeli jednowymiarowych (HEC-RAS, MIKE11) do wyznaczania stref zagrożenia powodziowego na rzece Lubczy w zlewni Wisłoka, Zesz. Nauk. Infrastr. i Ekol. Ter. Wiejskich, PAN, 8/1, 29-38,

5. Książek L., Meijer D.G., 2011, Changes of sediment distribution in a channel bifurcation – 3D modelling, P. Rowiński (ed), Experimental Methods in Hydraulic Research, GeoPlanet: Earth and Planetary Science, Springer Berlin Heidelberg, Vol. 1, 175-187, doi: 10.1007/978-3-642-17475-9_11.

Student zna równania stanu i ruchu wody oraz zasady zachowania pędu i energii, liniowe modele przepływów cieczy i zanieczyszczeń chemicznych oraz metodę elementów skończonych, opis przepływu wody w strefie aeracji i saturacji, proces filtracji przez zaporę ziemną, wpływ elementów uszczelniających na warunki przepływu, konstrukcje siatki hydrodynamicznej; przepływy o swobodnej powierzchni, model opad-odpływ, model fali kinematycznej, sposób formowanie się fal wezbraniowych w zlewni, równanie dynamiki przepływu w korycie rzecznym, hydrodynamiczny model de Saint-Venanta, przepływ nieustalony w korycie rzecznym, możliwości wspomagania ochrony przed powodzią za pomocą symulacji hydrodynamicznych.

Potrafi obliczyć parametry hydrauliczne w ruchu ustalonym i nieustalonym przepływów powierzchniowych oraz wód podziemnych oraz wykreślić siatkę hydrodynamiczną wokół budowli hydrotechnicznej.

Wykłady: zaliczenie pisemne ograniczone czasowo; na ocenę pozytywną należy udzielić co najmniej 55% prawidłowych odpowiedzi na zadane pytania; udział oceny z zaliczenia wykładów w ocenie końcowej wynosi 50%.

Ćwiczenia: zaliczenie projektów; na ocenę pozytywną należy prawidłowo wykonać projekt i odpowiedzieć na kilka pytań dotyczących jego wykonania; udział oceny z zaliczenia ćwiczeń projektowych w ocenie końcowej wynosi 50%.

-