zobacz Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej Politechnika KrakowskaZakład Budownictwa I Gospodarki WodnejZakład Budownictwa Wodnego I Gospodarki WodnejKatedra Hydrauliki i Hydrologii

Katerdra
Hydrauliki i Hydrologii

Obszarem działalności w zakresie hydrologii są podstawy zjawisk ekstremalnych (w tym wykonywanie ekspertyz) oraz modelowanie matematyczne procesów hydrologicznych w zlewniach rzecznych.

Zakład Budownictwa Wodnego i Gospodarki Wodnej

Obszarem działalności w sferze gospodarki wodnej są metody oceny skuteczności i efektywności działania systemów i obiektów gospodarki wodnej oraz bilanse wodno-gospodarcze.

Zakład Budownictwa Wodnego I Gospodarki Wodnej

Obszarem działalności w zakresie budownictwa wodnego sa zagadnienia związane z utrzymaniem, regulacją rzek i potoków, obiektami małej retencji oraz ze specjalnymi konstrukcjami hydrotechnicznymi (jazy, zapory).

Katedra
Hydrauliki i Hydrologii

Obszarem działalności w sferze hydrauliki I hydromechaniki są rozwiązania dotyczące min.: przepustowości koryt, przepływu w zbiornikach i upustów budowli wodnych.

Projekty IIGW

Zobacz również na stronie projekty IIGW

Główne zadania:

Zadania badawcze

Rozwój naukowy, doktoranci

Prowadzenie badań naukowych przez młodych naukowców…

 

Rozwój naukowy, doktoranci

1.1.   Identyfikacja uwarunkowań rozwoju systemu ochrony przeciwpowodziowej obszaru o zróżnicowanym zagospodarowaniu (temat rozprawy doktorskiej mgr inż. Katarzyny Szuby)

 

Zadanie badawcze obejmuje: ocenę przekształcenia zlewni miejskich na obszarze w kontekście odprowadzania wód opadowych z terenu miasta.

Zastosowane zostaną metody analiz i ocen ukierunkowane na syntezę oddziaływań, opisywanych dotychczas indywidualnie lub nie opisywanych ze względu na brak narzędzi metodycznych do ich ujęcia (dotyczy przekształceń zlewni miejskich i ich wpływu na wielkość i dynamikę odpływu wód opadowych).

Celem badań jest identyfikacja wpływu zmian w stosunkach wodnych obszaru zurbanizowanego na wzrost i strukturę zagrożenia powodziowego miasta, w kontekście budowy scenariuszy jego rozwoju oraz modernizacji systemu ochrony przed powodzią.

 

1.2.   Zastosowanie dwuwymiarowego modelu przepływu do analizy zmian morfo-dynamicznych zbiornika retencyjnego w warunkach jego eksploatacji (temat rozprawy doktorskiej mgr inż. Moniki Gałek – studium doktoranckie)

 

Zadanie badawcze obejmuje: budowę i wdrożenie pilotażowych modeli dynamiki dwóch zbiorników retencyjnych w dorzeczu górnej Wisły o zróżnicowanych funkcjach głównych – zaopatrzenia w wodę i przeciwpowodziowej.

Przewiduje się zastosowanie dwóch rodzajów rozwiązań metodycznych dla identyfikacji odmiennego opisu dynamiki: (1) z przewagą zachowawczej siły własnej akwenu, (2) z dominacja zewnętrznej siły wiatrowej tak, aby zidentyfikować czasowo – przestrzenny układ strumieni przepływu, decydujący o rozwoju procesów morfodynamicznych.

Celem badań jest rozwój narzędzi metodycznych w badaniach akwenów wielkoskalowych o zmiennym czasowo – przestrzennym zasilaniu.

 

1.3.   Ocena zjawisk lodowych w zbiorniku retencyjnym na przykładzie zbiornika Goczałkowice na Wiśle (roboczy temat rozprawy doktorskiej mgr inż. Magdaleny Trzewik)

 

Zadanie badawcze obejmuje: rozpoznanie mechanizmu tworzenia się form lodowych w zbiorniku wodnym, w tym warunków sprzyjających temu procesowi, a także wstępna ocenę wpływu zlodzenia na zmiany dynamiki akwenu.

Przewiduje się powiązanie badań polowych z wykorzystaniem modelu przepływu dla identyfikacji czynników zmieniających warunki dynamiczne akwenu w okresie zlodzenia, w tym związane z profilem pionowym temperatury wody oraz z wpływem pokrywy lodowej na profil prędkości.

Celem badań jest rozwój narzędzi metodycznych w badaniach akwenów wielkoskalowych o zmiennym czasowo – przestrzennym zasilaniu.

 

1.4.   „Rozwój metod strukturalnego monitoringu ziemnych obiektów hydrotechnicznych" (Krzysztof Radzicki – praca habilitacyjna)

 

Celem realizacji tematu jest poszerzenie możliwości monitoringu obiektów hydrotechnicznych i ich podłoża w aspekcie procesów destrukcyjnych

 

Efekty naukowe: opracowanie i weryfikacja wybranych narzędzi umożliwiających efektywną parametryczną analizę sprzężonego transportu ciepła i wody oraz budowa modeli numerycznych pozwalających badać i oceniać stan bezpieczeństwa budowli. Efektem praktycznym jest wdrożenie termomonitoringu do oceny procesów filtracyjno-erozyjnych ziemnych obiektów piętrzących.

 

1.5.   „Optymalizacja i sterowanie dystrybucją wody z systemu wodno-gospodarczego o określonych wymaganiach jakościowych i ilościowych” (doktorantka Joanna Połomska)

 

Celem realizowanego tematu jest opracowanie modeli i zasad sterowania systemem zbiorników retencyjnych uwzględniających zagadnienia ilościowe i jakościowe
w aspekcie zaopatrzenia w wodę. Model wykorzystywał będzie dane z odpowiednio zaprojektowanego systemu monitoringu.

 

Efekty naukowe: Efektem naukowym realizowanego tematu będzie zbudowany dynamiczny model umożliwiający optymalizację i sterowanie dystrybucją wody
z systemu uwzględniającego wymagania ilościowe i jakościowe. Praktycznym efektem jest wdrożenie opracowania do symulacji pracy systemów wodno-gospodarczych.

 

 

Projekty realizowane w ramach działalności statutowej

 

Temat 1. Współczesne metody projektowania i zarządzania w inżynierii i gospodarce wodnej (Ś-1/248/DS/2011)

 

W ramach zadania wykonano dwa tematy cząstkowe:

 

Nazwa zadania:

Temat 1. Współczesne metody projektowania i zarządzania w inżynierii i gospodarce wodnej: Zadanie 1. Jakość dwuwymiarowego odwzorowania dynamiki przepływu jako czynnik wpływający na efektywność zarządzania odpływem powierzchniowym w warunkach powodziowych

 

Cel zadania:

Podstawowym, naukowym celem projektu była porównawcza analiza jakości modelowania dynamiki odpływu wezbraniowego na bazie zróżnicowanej dokładności odwzorowania terenu, jego pokrycia i zabudowy – przy użyciu dwóch rodzajów modeli hydraulicznych, dwuwymiarowego (2-D) i jednowymiarowego (1-D).

Ocenę tę prowadzono w kontekście wymagań oceny zagrożenia powodziowego w warunkach miejskich. Jako teren dla porównań przyjęto obszar śródmiejskiego odcinka Wisły krakowskiej w rejonie mostów Dębnickiego i Grunwaldzkiego.

Opis zrealizowanych prac:

Dla badanego odcinka rzeki opracowano dwa modele przepływu ustalonego i nieustalonego:

  • Dwuwymiarowy model Hydro AS-2D, oparty na pakiecie WMS;
  • Jednowymiarowy model HEC-RAS także oparty na pakiecie WMS,

które oparto na pozyskanych wynikach pomiarów bezpośrednich koryta rzeki oraz na numerycznym modelu terenu (NMT).

 

Uzyskane wyniki analiz porównawczych dla przepływów wezbraniowych na Wiśle w rejonie Krakowa, posłużyły ocenie jakości odwzorowania jednowymiarowego złożonego przypadku przepływu w zakolu rzeki zabudowanym mostami.

 

Za kluczowy element oceny, obok podstawowych parametrów przepływu, przyjęto możliwość odwzorowania w modelu jednowymiarowym właściwego poziomu naprężeń ścinających, reprezentujących siłę oddziaływania strumienia na dno, brzegi koryta oraz budowle w nim posadowione.

Opis najważniejszych osiągnięć:

Wyniki jednoznacznie wskazują na to, iż:

  • nawet w warunkach zakola, czyli istotnego oddziaływania siły odśrodkowej, przy użyciu modelu jednowymiarowego można uzyskać dobre odwzorowanie podstawowych parametrów przepływu, czyli średniej prędkości i rzędnej zwierciadła wody, o ile model poprawnie odwzorowuje oddziaływanie budowli mostowej;
  • to stwierdzenie nie dotyczy jednak naprężeń ścinających, czyli siły tarcia wpływającej na stabilność dna i brzegów oraz stan techniczny posadowionej w strumieniu budowli. Wartość średnia naprężeń ścinających w modelu jednowymiarowym, nie odwzorowuje lokalnej ich wartości w newralgicznych strefach strumienia wody.

 

Wykorzystanie uzyskanych wyników:

Wyniki projektu zostaną wykorzystane do standaryzacji procedur modelowych w określonych warunkach przepływu, dla oceny wpływu wezbrania powodziowego na bezpieczeństwo związane ze stanem technicznym koryta rzeki i jego zabudowy.

 

Opracowano dwie publikacje związane z projektem – jedna wydana i druga w trakcie procedury wydawniczej.

 

Nazwa zadania:

Temat 1. Współczesne metody projektowania i zarządzania w inżynierii i gospodarce wodnej: Zadanie 2. Lokalizacja i kształtowanie obiektów dla zwiększenia retencji wody w zlewniach rzek górnej Wisły – kontynuacja

 

Cel zadania:

Celem projektu była:

  1. szczegółowe analiza rozwiązań wariantowych uwzględniających retencję powodziowa i nie w istotnym obniżeniu zagrożenia powodziowego w terenie zlewni Uszwicy, jednej z najbardziej zagrożonych w dorzeczu górnej Wisły;
  2. rozpoznanie i identyfikacja problematyki i możliwości spowolnienia odpływu powierzchniowego w zlewniach górskich dorzecza górnej Wisły oraz sterowania retencją korytową na potrzeby obniżenia szkód i strat powodziowych. W tym dorzeczu

 

Opis zrealizowanych prac:

Zakres prac zrealizowanych objął:

  1. Weryfikacja planowanej retencji w dolinie rzeki Uszwicy uwzględniająca sytuację
    z roku 2010 i porozumienie gmin, w kontekście tradycyjnego podejścia do ochrony przed powodzią opartego na rozbudowie i modernizacji obwałowań.
  2. Analiza problematyki  spowolnienia odpływu powierzchniowego.
  3. Ocena sposobu usuwania szkód powodziowych ze względu na zmiany retencji korytowej w dolinie Wisły poniżej zbiornika Goczałkowice.

 

Opis najważniejszych osiągnięć:

Uzyskane wyniki prac pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków:

  • Chcąc uzyskać poziom ochrony przeciwpowodziowej zbliżony do poziomu wezbrań o kulminacji Qmax=Q1% niezbędna jest retencja części wód. Wynika to ze specyfiki najbardziej zagrożonych obszarów dorzecza górnej Wisły, która jest związana z tradycyjnym sposobem zagospodarowania tych terenów, związanym z rozproszoną zabudową;
  • Ponadto, stan zagospodarowania w strefach zalewowych rzek wskazuje, że niezbędna jest lokalizacja retencji rozłożona w zlewni lub na długości rzeki. Skuteczność retencji na dopływach jest mało efektywna. Redukcja przepływów rzek  na dopływach nie jest znaczna, zwłaszcza w odniesieniu do rzeki Uszwicy, gdzie straty powodziowe są największe;
  • Konstrukcja obiektów piętrzących retencjonujących wodę, wymaga szczególnego podejścia do hydrauliki spustów dennych, które kształtują odpływ w czasie w zależności od wysokości piętrzenia. Jest to związane z takim kształtowaniem tego odpływu, aby zapewnić przepływ nieszkodliwy w korycie poniżej położonym.
  • Analiza strat i szkód powodziowych wykazała, że w obszarach górskich i podgórskich jedynie niewielka ich część pojawia się poza strefami oddziaływania wezbrań w rzekach. Szkody związane są ze spływem powierzchniowym o energii wyższej niż odporność podłoża po którym spływa woda. Występuje przy tym naturalna zdolność do tworzenia się strumyków i strumieni, co prowadzi do silnej erozji podłoża, co z kolei wpływa na warunki przyspieszające powstawania szkód. Taki stan rzeczy wymaga interwencji poprzez spowolnienie spływu powierzchniowego przy zastosowaniu odpowiednich form retencji technicznej i naturalnej. Aktualnie tworzona baza danych o terenie oraz NMT powinna być wykorzystana do budowy powiązań przestrzennych łączących retencję lokalną. Należy w tym zakresie wypracować dobre praktyki biorąc pod uwagę budowę geologiczną obszaru w taki sposób, aby nie wywołać sprzyjających warunków dla tworzenia się osuwisk. Należy zwrócić uwagę, że bardzo pożądane spowolnienie spływu to także zmiana warunków gruntowo-wodnych.
  • Retencja korytowa/dolinowa ma istotne znaczenie dla kształtowania się wezbrania i jego transformacji na długości cieku. Postępująca erozja dna cieków karpackich powoduje, że ich koryta są pogłębiane, przez co następują dwa niekorzystne zjawiska: (*) utrata retencji dolinowej przy przejściu wezbrań oraz (**) przyspieszenie przepływu w pogłębionym korycie, wzrost siły erozyjnej powodującej dalszą destrukcję koryta.

 

Wykorzystanie uzyskanych wyników:

Wyniki projektu są przedmiotem publikacji będącej w procedurze wydawniczej.

 

 

Nazwa zadania:

Zadanie 2. Wpływ czynników antropogenicznych na ilościowe i jakościowe właściwości procesów hydrologicznych w zlewni (Ś-1/249/DS/2011)

 

W ramach zadania zrealizowano dwa tematy cząstkowe

 

Nazwa zadania:

Temat 2. Wpływ czynników antropogenicznych na ilościowe i jakościowe właściwości procesów hydrologicznych w zlewni: Zadanie 1. Identyfikacja i estymacja parametrów matematycznych modeli podstawowych procesów hydrologicznych - kontynuacja

Cel zadania:

Celem zadania jest stworzenie jednolitej bazy danych hydrometeorologicznych, która usprawni korzystanie ze zgromadzonego materiału badawczego i pomiarowego

Opis zrealizowanych prac:

W roku 2011 w ramach projektu zostały wykonane 4 zadania cząstkowe, zgodnie z określonymi wcześniej celami i zakresem ramowym:

  1. Kontynuowano tworzenie i wypełnianie bazy hydrometeorologicznej dla potrzeb usystematyzowania i udostępniania danych pomiarowych do celów badawczych, kontynuacja z roku poprzedniego.
  2. Wykonano monitoring pracy systemu pomiarowego w powiecie żywieckim pod kątem wiarygodności pomiarowej. Ocena wypadła negatywnie.
  3. Zweryfikowano metody wyznaczania fal hipotetycznych o zadanym prawdopodobieństwie przewyższenia dla zlewni niekontrolowanej z wykorzystaniem modelowania matematycznego. Weryfikacja potwierdziła, że stosowane dotychczas metody nie są reprezentatywne dla fal historycznych z uwagi na poprawność odwzorowania objętości wezbrania.
    1. Przeprowadzono analizę możliwości zastosowania zunifikowanego hydrogramu odpływu UHG SCS do wyznaczania fal hipotetycznych w zlewniach niekontrolowanych. Analiza ta wykazała, że proponowana metoda może być stosowana. Wymaga jednak opracowania metody szacowania objętości wezbrania.

 

Opis najważniejszych osiągnięć:

  1. Wykazano, że każdy model o parametrach skupionych może być wykorzystany do obliczeń transformacji opadu w odpływu pod warunkiem uwzględnienia ciągłości przepływu i zachowania proporcji pomiędzy czasem bazowym i czasem wznoszenia fali.
  2. Wykazano, że metoda SCS CN nie daje pozytywnych efektów przy wyznaczaniu objętości wezbrań
  3. Wykazano możliwość zastosowania metody zunifikowanego hydrografu odpływu UHG SCS pod warunkiem zapewnienia zachowania ciągłości przepływu

Wykorzystanie uzyskanych wyników:

Rezultatem prac jest pięć publikacji, z czego 3 zostały opublikowane a 2 są w trakcie procesu wydawniczego.

 

Nazwa zadania:

Temat 2. Wpływ czynników antropogenicznych na ilościowe i jakościowe właściwości procesów hydrologicznych w zlewni: Zadanie 2. Analiza zmian stężeń i ładunków związków azotu  i fosforu w wodach płynących wybranych zlewni dorzecza górnej Wisły  - kontynuacja

 

Cel zadania:

Celem pracy było dostosowanie oraz kalibracja modelu bilansowania ładunków azotu
i fosforu ogólnego dla wód płynących obszarów równinnych i górskich zlokalizowanych na Podhalu.

Opis zrealizowanych prac:

Podstawą wykonania modelu były wcześniejsze analizy dotyczące określenia odpływów jednostkowych ładunków Nog i Pog dokonane w ramach niniejszego projektu w latach poprzednich. Model został sprawdzony dla wód rzeki Czarnej Orawy w zakresie bilansowania ładunków Nog i Pog.

Opis najważniejszych osiągnięć:

Wyniki tarowania modelu wykazały, że może być on przydatny dla określania wielkości ładunków i stężeń Pog i Nog w wodach cieków odpływających z niekontrolowanych zlewni na obszarze Podhala. Wody Czarnej Orawy zostały wybrane do kalibrowania modelu, ponieważ są siedliskiem bardzo cennych gatunków roślin i zwierząt chronionych z mocy ustawy o ochronie przyrody. Zaproponowano, aby dla obszarów chronionych związanych z wodami powierzchniowymi sporządzać model bilansowy z przedstawieniem chłonności w przekrojach bilansowych dla dobrego i bardzo dobrego stanu ekologicznego.

 

Wykorzystanie uzyskanych wyników:

Wyniki modelowania mogą być podstawą sporządzania planów i programów ochrony ekosystemów wodnych przed nadmiernymi dopływami zanieczyszczeń.

 

 

Nazwa zadania:

Temat 3. Bezpieczeństwo oraz analiza ryzyka w wymiarowaniu, wykonawstwie oraz eksploatacji obiektów inżynierskich w gospodarce wodnej w szczególności obiektów przeciwpowodziowych (Ś-1/250/DS/2011), dr inż. Bernard TWARÓG

 

Cel zadania:

W niniejszym projekcie przedstawiono aspekty: projektowania oraz oceny funkcjonowania obiektów hydrotechnicznych. Zaproponowano i przetestowano nowe narzędzia wspierające zasady wymiarowania oraz symulujące eksploatację obiektów hydrotechnicznych.

Celem podstawowym projektu było uzyskanie doświadczenia przy rozwiązywaniu rzeczywistych problemów występujących w pracy obiektów hydrotechnicznych. Analizowany przykład dotyczył wskazania zakresu modernizacji - zapory Nysa.
Do określania zakresu modernizacji wykorzystywane były wyniki modelowania CFD3D.

Opis zrealizowanych prac:

Prezentowany problem dotyczył weryfikacji możliwości przepustowych oraz opracowania wytycznych w kierunku modernizacji zwiększenia przepustowości urządzeń zapory Nysa na rzece Nysa Kłodzka. Sumaryczna przepustowość obiektu wynosiła: 1860 [m3/s] przy rzędnej 198.90 [m npm] oraz 2100 [m3/s] przy rzędnej piętrzenia 199.45 [m npm]. Po ostatnich powodziach lat 1997, 1998, 2010 wartości przepływów miarodajnych
i kontrolnych się zwiększyły co spowodowało, że obiekt przestał spełniać wymagania postawionej mu klasy I wg Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne
i ich usytuowanie. Koniecznym okazała się modernizacja urządzeń upustowych obiektu oraz przeprojektowanie sytemu ochrony przed powodzią miasta Nysa. Wykorzystanie oprogramowania typu CFD3D pozwoliło ocenić obecną przepustowość urządzeń oraz pozwoliło zaprojektować niezbędną modernizację obiektu. Dodatkowym elementem była wykonana analiza rozbudowy systemu ochrony przed powodzią o element kanału ulgi.

Dodatkowo prace skierowano w stronę określania dopuszczalnego poziomu ryzyka
z wykorzystaniem metod MC.

Opis najważniejszych osiągnięć:

Efektem końcowym było uzyskanie doświadczenia w budowaniu modeli 3D obiektów hydrotechnicznych pod kątem wykorzystania ich w modelowaniu CFD3D oraz prezentacja uzyskanych doświadczeń na konferencjach międzynarodowych i krajowych.

Wykorzystanie uzyskanych wyników:

Rezultatem prac są trzy publikacje, z czego 1 została opublikowana a 2 są w trakcie procesu wydawniczego.

Zadania badawcze

  1. Współczesne metody projektowania i zarządzania w inżynierii i gospodarce wodnej.

 Celem realizacji zadania jest wypracowanie metod i narzędzi dla planowania i realizacji przedsięwzięć inwestycyjnych w gospodarce wodnej, ukierunkowanych na ochronę przed powodzią w dorzeczu górnej Wisły oraz związane z tym problemem zmiany w eksploatacji wielu obiektów hydrotechnicznych. Cel ten jest związany z uchwalonym 9.08.2011 roku Programem Rządowym pt. „Program ochrony przed powodzią w dorzeczu górnej Wisły”, którego realizacja jest przewidziana do 2030 roku i wymaga wsparcia metodycznego w zakresie rozwoju współczesnych metod formułowania wariantowych rozwiązań i oceny efektywności przedsięwzięć ochronnych przy zastosowaniu ich wielokryterialnej oceny uwzględniającej koszty i korzyści społeczne, ekonomiczne i środowiskowe a także uwzględnienie różnych skal przestrzennych. Przewiduje się etapowanie prac badawczych w kolejnych latach z uwagi zarówno na zróżnicowanie regionalne dynamiki odpływu i przekształcane tej dynamiki obiektami retencji wody oraz zróżnicowany poziom informacji wyjściowej o związkach odpływu w złożonej strukturze hydrograficznej dorzecza górnej Wisły.

Planowane efekty naukowe obejmują:

a)      Opracowanie zróżnicowanych w skalach przestrzennych metod analizy i oceny wpływu retencji wód wezbraniowych na redukcję fali powodziowej w systemie rzecznym górnej Wisły z uwzględnieniem jego specyfikacji regionalnej;

b)      Dostosowanie modeli przepływu do wymagań stawianych ocenie dynamiki koryt rzecznych w ocenie ich stabilności i w ocenie dopuszczalnej przepustowości z uwagi na procesy morfodynamiczne;

 
Planowane efekty praktyczne to:

Ad a):

  • sformułowanie zakresu i zasad realizacji prac koncepcyjnych dla poszukiwania retencji w zlewni i w dolinie rzeki, dla obniżenia wielkości powodzi;
  • Określenie standardowych wymagań dla prac projektowych w zakresie oceny efektywności retencji powodziowej.

 Ad b):

  • Sformułowanie wymagań standardowych w odniesieniu do monitoringu procesów morfodynamicznych i zakresu analizy dynamiki koryt rzecznych oraz rodzaju zastosowanego rozwiązania metodycznego tej analizy, z punktu widzenia warunków bezpiecznego odprowadzania wód powodziowych oraz utrzymania rzek i potoków.

 

  1. Wpływ czynników antropogenicznych na ilościowe i jakościowe właściwości procesów hydrologicznych w zlewni.

 

Celem realizacji zadania jest analiza i ocena wpływu zmian stosunków wodnych na skutek zmian w użytkowaniu terenu na warunki odpływu wód opadowych wywołujących zagrożenie powodziowe w zróżnicowanej skali jego poziomu oraz na warunki formowania się wezbrań rzecznych.

Cel ten jest także ukierunkowany na metodyczne wsparcie realizacji Rządowego „Programu ochrony przed powodzią w dorzeczu górnej Wisły”, ale w zakresie uwarunkowań i kierunków rozwoju prewencji powodziowej oraz strategii i środków ochrony przed powodzią.

Przewiduje się etapowanie prac badawczych w kolejnych latach z uwagi zarówno na poziom rozpoznania ilościowego procesów odpływu w poszczególnych regionach dorzecza górnej Wisły jak i ze względu na możliwość oceny wpływu istniejącej i projektowanej infrastruktury przeciwpowodziowej na kształtowanie odpływu wód katastrofalnych.

 

Planowane efekty naukowe obejmują:

a)      Opracowanie zróżnicowanych w skalach przestrzennych modeli i formuł racjonalnych wiążących opad i odpływ;

b)      Opracowanie metody formułowania wezbrań hipotetycznych i ich związku w systemie rzecznym górnej Wisły na potrzeby analiz rozwoju powodzi w ocenie ryzyka powodziowego.

 

  1. Bezpieczeństwo oraz analiza ryzyka w wymiarowaniu, wykonawstwie oraz eksploatacji obiektów inżynierskich gospodarki wodnej.

 

Celem realizowanego tematu jest opracowanie metod uwzględnienia ryzyka przy projektowaniu, wykonawstwie i eksploatacji obiektów hydrotechnicznych w aspekcie oceny wymaganego poziomu bezpieczeństwa i ekonomiki rozwiązań.

 

Efektem naukowym realizowanego tematu będą metodyki i sposoby uwzględnienia ryzyka w projektowaniu, wykonawstwie i eksploatacji obiektów hydrotechnicznych głównie pracujących w ekstremalnych warunkach hydrologicznych. Efektem praktycznym realizacji tematu zakłada się, że będzie sukcesywne wdrażanie opracowanych rozwiązań do realizacji zadań „Programu Ochrony przed powodzią w dorzeczu górnej Wisły”.

Prowadzenie badań naukowych przez młodych naukowców…

Ś1/352/DS-M/2011   Ocena ilościowa i ekologiczna zasobów wód powierzchniowych na przykładzie zlewni naturalnej, o rozproszonej zabudowie oraz miejskiej – część 1  kierownik projektu: dr inż. Sebastian R. Bielak

 

Wymierne efekty realizacji tematu badawczego:

  1. Przeprowadzono terenowe badania hydromorfologiczne w zlewni Skawicy metodą River Habitat Survey, w ramach których zrealizowano 33 odcinki badawcze obejmujące 22 cieki powierzchniowe, w tym: Skawica, Czatożanka, Gołyńka, Jaworzyna, Jastrzębiec, Kalinka, Potok Mosorny, P. Surmiaków, Rotnia, Skawica Górna, Skawica Sołtysia, Wełczówka, Potok Cylowy, P. Dejakowy, P. Głęboki, Główniak, Kolędówka, Korycina, P. Marków, P. Opaczny, P. Roztoki oraz P. Rybny;
  2. Przeprowadzono terenowe badania biologiczne w zlewni Skawicy Makrofitową Metodą Oceny Rzek, w ramach których zrealizowano 20 odcinki badawcze obejmujące 17 cieków powierzchniowych, w tym: Skawica, Czatożanka, Gołyńka, Jaworzyna, Jastrzębiec, Kalinka, Potok Mosorny, P. Surmiaków, Rotnia, Skawica Górna, Skawica Sołtysia, Wełczówka, Dejakowy, P. Głęboki, P. Opaczny, P. Roztoki oraz P. Rybny. Dzięki pobranym, a następnie oznaczonym próbkom roślin ustalono wpływ zmian hydromorfologicznych cieku na jego stan ekologiczny;
  3. Przygotowano cyfrowy modelu terenu oraz wygenerowano podstawowy model zlewni (granice wododziału wraz z siecią rzeczną). Zadanie wykonano dla zlewni Porębianki oraz miasta Krakowa z wykorzystaniem programów Global Mapper oraz WMS.
  4. Wykonano rektyfikację ponad 30 archiwalnych zdjęć lotniczych. Wszystkie zdjęcia przetworzono do jednolitej skali 1:5000 oraz nadano im georeferencje (wpasowano w jeden układ współrzędnych). Zadanie wykonano z wykorzystaniem programu Global Mapper.
  5. Wykonano analizę porównawczą zmian użytkowania terenu. W oparciu o zrektyfikowane zdjęcia lotnicze oraz ortofotomapy, zaczęto przeprowadzać analizę porównawczą zmian użytkowania terenu zlewni Porębianki za okres 1977-2009.
  6. Zgromadzono dane dotyczące morfometrii koryta Porębianki i jego zabudowy   hydrotechnicznej (zdjęcia lotnicze, ortofotomapy itp.).
  7. Wykonano analizę porównawczą zmian stosunków wodnych i przekształceń sieci rzecznej na obszarze Krakowa. Na podstawie ortofotomap, danych archiwalnych oraz mapy sozologicznej i hydrograficznej rozpoczęto analizę porównawczą rozwoju miasta Krakowa, zmian użytkowania terenu oraz stopnia antropopresji trwającego od średniowiecza do czasów współczesnych.
  1. Zgromadzono dane dotyczące zabudowy hydrotechnicznej koryta Wisły na obszarze Krakowa, w tym: obwałowania, bulwary, stopnie wodne (Kościuszko, Dąbie i Przewóz).

 

Ś-1/  428/DS.-M /styp/2011  Optymalizacja i sterowanie dystrybucją wody z systemu wodno-gospodarczego o określonych wymaganiach jakościowych i ilościowych (stypendium)   Kierownik tematu Mgr inż. Joanna Połomska- doktorantka

Optymalizacja pracy systemu polega na wyznaczeniu odpowiednich tras transportu wody oraz wielkości jej przepływów ze zbiorników retencyjnych do stacji uzdatniania i wielkości ewentualnych przerzutów między-zbiornikowych, tak aby łączne koszty eksploatacji systemu wynikające z:

  • start spowodowanych niedostarczeniem wymaganej ilości wody do odbiorców,
  • kosztów dystrybucji wody,
  • kosztów uzdatniania wody na stacjach uzdatniania (SUW),
  • oraz strat związanych z niezapewnieniem żądanej ilości wody zgromadzonej w zbiornikach retencyjnych były minimalne.

Przedmiotem projektu było zadanie optymalizacyjne polegające na znalezieniu minimum funkcjonału F uwzględniającego wszystkie wymienione zadania cząstkowe systemu. Analizowany problem stanowił zadanie optymalizacji dynamicznej, a jego rozwiązanie było uzależnione od postaci funkcji celu oraz danych wejściowych, którymi były:

  • prognozowane dopływy wody do zbiorników QP(t),
  • przepływy nienaruszalne poniżej zbiorników q(t),
  • objętość wody zgromadzona w zbiornikach retencyjnych x(t),
  • informacje o stężeniach wybranych wskaźników jakości w wodach zbiorników (np. BZT5(t), ChZT(t))
  • zapotrzebowanie odbiorów na wodę o odpowiedniej jakości Y(t),

a także

  • wielkości kosztów związane z niezapewnieniem żądanej ilości wody zgromadzonej w zbiornikach (macierz współczynników A1)
  • kosztów wynikających z niedostarczenia wymaganej ilości wody do odbiorców (macierz współczynników A2)
  • kosztów uzdatniania wody na stacjach przed jej dostarczeniem do odbiorów (macierz współczynników A3)
  • kosztów dystrybucji wody ze zbiorników retencyjnych do stacji uzdatniania (macierz współczynników A4)
  • oraz koszt przerzutów pomiędzy zbiornikami (macierze współczynników A5/A6)

 

Celem optymalizacji było obliczenie optymalnego sterowania systemem na okres horyzontu optymalizacji, w którym dysponujemy niezbędnymi danymi wejściowymi.

 

Analityczne rozwiązanie sformułowanego zadania optymalizacji sprowadzono do zastosowania zasady maksimum Pontriagina w połączeniu z algebrą macierzowo-wektorową. Celem badań naukowych jest, aby uzyskane rozwiązania przyczyniły się do stworzenia autorskiego oprogramowania umożliwiającego symulacje pracy systemu wodno-gospodarczego o dowolnej strukturze ukształtowanej w zbiorze zbiorników i stacji uzdatniania wody (SUW).