Matematyczne modelowanie procesów hydrologicznych 07-MATMPH-HMiK2-DU

Treści programowe:
Wprowadzenie, literatura przedmiotu, cele modelowania, najważniejsze etapy badań modelowych: rozpoznanie, schematyzacja, opis matematyczny, dyskretyzacja, tarowanie, rozwiązanie numeryczne, prognozy.
Model matematyczny krążenia wody w zlewni, zlewnia jako system, schemat blokowy obiegu wody w zlewni, równania bilansu wodnego w zlewni, cykl hydrologiczny jako system dynamiczny.
Model matematyczny odpływu wody ze zlewni, matematyczny model opadu efektywnego, bilans obiegu wody w zlewni, model liniowy Nasha, nieliniowe modele Lamberta i Laurensona, prognozowanie rozprzestrzeniania się fali powodziowej, zastosowania GIS w prognozowaniu powodzi.
Program HEC-RAS do obliczeń hydraulicznych w korytach i dolinach rzecznych: obliczenia profili zwierciadła przepływów stacjonarnych, symulacje przepływów nieustalonych, transport rumowiska, analiza jakości wody.
Pakiet programów MIKE, jako nowoczesne narzędzie do realizacji badań modelowych w hydrologii.
Filtracja wód podziemnych – strefa saturacji, warunki naporowe; prawo zachowania masy w obszarze filtracji, prawo ciągłości strugi, prawo Darcy’ego, pojemność sprężysta, równanie zachowania masy, warunki graniczne, model matematyczny filtracji wody w warstwie wodonośnej o zwierciadle napiętym.
Filtracja wód podziemnych – strefa saturacji, warunki swobodne; model matematyczny filtracji wody w warstwie wodonośnej o zwierciadle swobodnym.
Filtracja wód podziemnych – strefa aeracji; model matematyczny infiltracji wody w strefie aeracji.
Pakiet UnSat Suite Plus do modelowania przepływu wód i transportu zanieczyszczeń w strefie nienasyconej. Metody obliczeń związane z szacowaniem czasu przesączania się wody przez strefę aeracji.
Modelowanie filtracji wód podziemnych w dolinie rzecznej: cele badań modelowych, rozpoznanie budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych, program obserwacji hydrologicznych i hydrogeologicznych, schematyzacja, dyskretyzacja obszaru i parametrów, model matematyczny, program komputerowy, tarowanie modelu, prognozy.
Program Visual MODFLOW: tworzenie siatki dyskretyzacyjnej, wprowadzanie danych (input), algorytmy obliczeniowe (run), prezentacja wyników (output). Program MT3D: migracja zanieczyszczeń. Modele prognostyczne. Przykłady modeli numerycznych.
Program Groundwater Vistas: model numeryczny przepływu wody i migracji zanieczyszczeń w skali lokalnej.

Cele kształcenia

- zapoznanie słuchaczy z podstawowymi wiadomościami na temat metod symulacyjnych stosowanych w hydrologii i hydrogeologii; - pokazanie w jaki sposób za pomocą języka matematycznego można opisać i modelować procesy przyrodnicze; - poznanie możliwości jakie daje prognozowanie zarówno procesów hydrologicznych jak i skutków antropopresji w środowisku przyrodniczym.

Informacja o tym, gdzie można zapoznać się z materiałami do zajęć

Materiały do zajęć oraz instrukcje laboratoryjne dostępne są u prowadzącego, wskazana literatura - w zasobach bibliotecznych Biblioteki Wydziałowej oraz Biblioteki Uniwersyteckiej. Szeroki dostęp do artykułów naukowych zapewniają internetowe bazy danych.

Kierunek studiów

Geografia, specjalność Hydrologia, meteorologia i klimatologia

Metody prowadzenia zajęć umożliwiające osiągnięcie założonych EK

- wykład z prezentacją multimedialną wybranych zagadnień; - pokaz i obserwacja; - metoda analizy przypadków; - rozwiązywanie zadań; - metoda warsztatowa; - metoda ćwiczeniowa.

Moduł zajęć/przedmiotu prowadzony zdalnie (e-learning)

Nie (Tak 2020/2021)

Nakład pracy studenta (punkty ECTS)

Nakład pracy studenta - godziny zajęć z prowadzącym: wykład 10 godzin, laboratorium 20 godzin. Nakład pracy studenta - praca własna: przygotowanie do zajęć, czytanie wskazanej literatury, przygotowanie raportu, przygotowanie do egzaminu 95 godzin. Punkty ECTS: 5

Poziom przedmiotu

II stopień

Rodzaj przedmiotu

obowiązkowe

Rok studiów (jeśli obowiązuje)

II rok

Wymagania wstępne w zakresie wiedzy, umiejętności oraz kompetencji

Wiedza z zakresu geografii fizycznej, hydrologii i hydrogeologii na poziomie studiów I stopnia.

Efekty kształcenia

Po zakończeniu zajęć i potwierdzeniu osiągnięcia efektów uczenia się student:
- zna literaturę przedmiotu, cele modelowania i rozumie podstawowe pojęcia z zakresu modelowania matematycznego procesów przyrodniczych;
- rozumie modelowanie transformacji opadu w odpływ i potrafi zapisać algorytm prognozowania rozprzestrzeniania się fali powodziowej;
- zna podstawowe prawa dotyczące przepływu wód podziemnych; potrafi zapisać końcową postać modelu matematycznego ruchu wody w strefie saturacji dla warunków naporowych i warunków swobodnych;
- potrafi wykonać proste obliczenia prognostyczne związane z przepływem wody w strefie saturacji;
- potrafi zapisać końcową postać modelu matematycznego ruchu wody w strefie aeracji;
- zna metody obliczeń związane z szacowaniem czasu przesączania się wody przez strefę aeracji;
- zna możliwości obliczeniowe specjalistycznego oprogramowania do modelowania procesów hydrologicznych i hydrogeologicznych; orientuje się w możliwościach prognozowania skutków antropopresji na środowisko przyrodnicze;
- potrafi wykonać numeryczny model przepływu wody: przeprowadzić dyskretyzację modelowanego obszaru, wprowadzić i modyfikować dane w modelu, wykonać obliczenia numeryczne; potrafi zinterpretować wyniki modelowania.

Kryteria oceniania

Warunki i tryb uzyskiwania zaliczenia oraz składania egzaminu: podano dla danego cyklu dydaktycznego w informacjach dotyczących poszczególnych grup zajęciowych.
Kryteria oceniania: zgodnie ze skalą ocen stosowaną w UAM.
Warunki usprawiedliwiania i odrabiania nieobecności na zajęciach: podano dla danego cyklu dydaktycznego w informacjach dotyczących poszczególnych grup zajęciowych.

Praktyki zawodowe

Nie

Literatura

Chiang W.-H., Kinzelbach W., 2001. 3D-Groundwater Modeling with PMWIN. A Simulation System for Modeling Groundwater Flow and Pollution. Springer, Berlin, Heidelgerg.
Dąbrowski S., Kapuściński J., Nowicki K., Przybyłek J., Szczepański A., 2011. Metodyka modelowania matematycznego w badaniach i obliczeniach hydrogeologicznych. Poradnik metodyczny. Ministerstwo Środowiska, Warszawa.
Kulma R., Zdechlik R., 2009. Modelowanie procesów filtracji. Wyd. AGH, Kraków.
Malczewski J., Piekarski M., 1992. Modele procesów transportu masy, pędu i energii. PWN, Warszawa.
Marczuk G.I., 1985. Modelowanie matematyczne problemów środowiska naturalnego. PWN, Warszawa.
Ozga-Zielińska M. (red.), 1994. Modelowanie procesów hydrologicznych. Wyd. Politechniki Warszawskiej, Z.5/94, Warszawa.
Przybyłek J., Hermanowski P., 2016. Metodyczne i interpretacyjne wady modeli numerycznych – czyli nie taki model dobry jak go malują. [W:] Praktyczne metody modelowania przepływu wód podziemnych, red. S. Witczak, A. Żurek, Kraków: 263-270.
Soczyńska D., 1989. Procesy hydrologiczne. Fizyczno-geograficzne podstawy modelowania. PWN, Warszawa.
Soczyńska D. (red.), 1997. Hydrologia dynamiczna. PWN, Warszawa.
Więzik B. (red.), 1996. Modelowanie matematyczne w hydrologii. Materiały konferencyjne, Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 07-MATMPH-HMiK2-DU w USOSweb