Matematyczne modelowanie procesów hydrologicznych
Informacje ogólne
Kod przedmiotu: | 07-MATM-HMiK1-ZU |
Kod Erasmus / ISCED: | (brak danych) / (brak danych) |
Nazwa przedmiotu: | Matematyczne modelowanie procesów hydrologicznych |
Jednostka: | Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych |
Grupy: | |
Punkty ECTS i inne: |
(brak)
|
Język prowadzenia: | język polski |
Kierunek studiów: | Geografia, specjalność Hydrologia, meteorologia i klimatologia |
Poziom przedmiotu: | II stopień |
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. |
Rok studiów (jeśli obowiązuje): | I rok |
Moduł zajęć/przedmiotu prowadzony zdalnie (e-learning): | Nie |
Wymagania wstępne w zakresie wiedzy, umiejętności oraz kompetencji: | Wiedza z zakresu geografii fizycznej, hydrologii i hydrogeologii na poziomie studiów I stopnia. |
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. |
Metody prowadzenia zajęć umożliwiające osiągnięcie założonych EK: | - wykład z prezentacją multimedialną wybranych zagadnień; - pokaz i obserwacja; - metoda analizy przypadków; - metoda warsztatowa; - metoda ćwiczeniowa; - praca w grupach. |
Nakład pracy studenta (punkty ECTS): | Nakład pracy studenta - godziny zajęć z prowadzącym: wykład 10 godzin, laboratorium 10 godzin. Nakład pracy studenta - praca własna: przygotowanie do zajęć, czytanie wskazanej literatury, przygotowanie raportu, przygotowanie do kolokwium zaliczeniowego 55 godzin. Punkty ECTS: 3 |
Skrócony opis: |
Na zajęciach student poznaje metody symulacyjne stosowane w hydrologii i hydrogeologii. Uczy się opisywać i modelować procesy przyrodnicze za pomocą języka matematycznego. Poznaje możliwości jakie daje prognozowanie zarówno procesów hydrologicznych jak i skutków antropopresji w środowisku przyrodniczym. W ramach zajęć laboratoryjnych student wykonuje w pracowni komputerowej modele numeryczne za pomocą specjalistycznego oprogramowania. |
Pełny opis: |
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. 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. |
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. |
Efekty uczenia się: |
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 oraz potrafi zapisać końcową postać modelu matematycznego ruchu wody w strefie saturacji dla warunków naporowych i warunków swobodnych; - potrafi zapisać końcową postać modelu matematycznego ruchu wody w strefie aeracji; - zna możliwości obliczeniowe specjalistycznego oprogramowania do modelowania procesów hydrologicznych i hydrogeologicznych; orientuje się w możliwościach prognozowania skutków antropopresji na środowisko przyrodnicze; - potrafi wykonać model przepływu wody: przeprowadzić dyskretyzację modelowanego obszaru, wprowadzić i modyfikować dane w modelu i wykonać obliczenia numeryczne; potrafi zinterpretować wyniki modelowania. |
Metody i 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 |
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.