Przepływ zanieczyszczeń w środowisku

Rok akademicki:
Grupa przedmiotów:
Numer katalogowy:
ECTS 2)
Nazwa przedmiotu1):
Przepływ zanieczyszczeń w środowisku
Tłumaczenie nazwy na jęz. angielski3):
Transfer of pollutant in water and soil environment
Kierunek studiów4):
Ochrona Środowiska
5)
4
Prof. dr hab. inż. Janusz Kubrak
Koordynator przedmiotu :
6)
Prowadzący zajęcia :
dr inż. Marcin Krukowski, dr inż. Jan Szatyłowicz, inni pracownicy jednostek realizujących
Jednostka realizująca7):
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Inżynierii Wodnej, Zakład Hydrauliki,
Katedra Kształtowania Środowiska, Zakład Inżynierii Melioracyjnej
Wydział, dla którego przedmiot jest
realizowany8):
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
9)
Status przedmiotu :
a) przedmiot podstawowy
b) stopień
Cykl dydaktyczny10):
semestr letni
Jęz. wykładowy11): polski
12)
Założenia i cele przedmiotu :
Formy dydaktyczne, liczba godzin13):
II
rok II
c) stacjonarne
Zdobycie wiedzy z zakresu przenoszenia zanieczyszczeń (domieszek) w atmosferze, w wodach rzek,
zbiorników oraz w ośrodkach glebowo-gruntowych. Uzyskanie umiejętności analitycznego opisu tych
procesów oraz poznanie wybranych modeli komputerowych i inżynierskich metod prognozowania
transportu zanieczyszczeń.
a) wykład;
liczba godzin 15;
b)
ćwiczenia projektowe;
c)
ćwiczenia laboratoryjne; liczba godzin 5;
liczba godzin 25;
Metody dydaktyczne14):
Wyk ad, ćwiczenia laboratoryjne, indywidualne projekty studenckie, dyskusja
Pełny opis przedmiotu15):
Tematyka wykładów:
Źródła i podział zanieczyszczeń atmosfery, wód powierzchniowych i podziemnych. Opis stanu spoczynku i
przepływu płynów. Laminarny i burzliwy przepływ płynów. Przepływ cieczy w gruncie - prawo Darcy.
Ustalony i nieustalony przepływ cieczy. Mechanizm transportu zanieczyszczeń w atmosferze, wodach
stojących i płynących. Analityczny opis procesu transportu zanieczyszczeń. Inżynierskie metody
rozwiązania problemów prognozowania transportu zanieczyszczeń. Programy obliczeniowe do
rozwiązywania nieustalonych jednowymiarowych zadań transportu zanieczyszczeń w korytach.
Podstawowe właściwości fizyczne gleb i gruntów. Potencjał wody glebowej. Krzywa retencyjności wodnej
gleb. Równania przepływu wody w strefie nasyconej i nienasyconej ośrodków glebowo-gruntowych (prawa
Darcy i Buckinghama-Darcy, równania ciągłości, Bussinesq'a i Richardsa). Przewodność hydrauliczna gleb
i gruntów. Pojemność ośrodków glebowych i gruntowych względem zanieczyszczeń. Adsorpcja
zanieczyszczeń w glebach i gruntach. Transport dyfuzyjny i konwekcyjny, dyspersja. Warunki początkowe i
brzegowe dla równania dyspersji. Przykłady rozwiązań analitycznych i numerycznych równania dyspersji.
Wyznaczanie parametrów migracji zanieczyszczeń. Krzywa przejścia - badania laboratoryjne i terenowe.
Tematyka ćwiczeń eksperymentalnych:
Laminarny i burzliwy ruch cieczy. Wyznaczanie granicznej wartości liczby Reynoldsa dla przepływu wody
w przewodach. Wyznaczanie współczynnika filtracji gruntu metodą stałego ciśnienia.
Tematyka ćwiczeń audytoryjnych:
Ustalony i nieustalony przepływ wody w rzekach i kanałach. Transport dyfuzyjny, adwekcyjny i
adwekcyjno-dyfuzyjny, wyznaczanie współczynnika dyfuzji turbulentnej i dyspersji metodą
eksperymentalną (statystyczną) oraz ze wzorów empirycznych. Analityczne i numeryczne rozwiązania
jednowymiarowych równań ustalonej dyfuzji bez adwekcji w zbiorniku i adwekcji-dyfuzji w korycie.
Jednowymiarowe rozwiązania numeryczne dla koryta prostokątnego w przypadku nagłego i ciągłego
zrzutu domieszki (program obliczeniowy DUFLOW). Rozwiązania numeryczne dla dowolnego koryta
pryzmatycznego zasilanego domieszką w dowolny sposób. Analityczne rozwiązania jednowymiarowych
równań ustalonej dyfuzji bez adwekcji w zbiorniku dla opisu przenoszenia zanieczyszczeń pasywnych.
Przykłady zastosowań rozwiązań analitycznych i numerycznych równania dyspersji w ośrodkach
glebowych i gruntowych. Parametryzacja ośrodków glebowo-gruntowych dla potrzeb prognozowania
zanieczyszczeń. Zastosowanie modelu HYDRUS 1D do opisu przepływu wody i zanieczyszczeń w glebie.
Wymagania formalne (przedmioty
wprowadzające)16):
Brak
Założenia wstępne17):
Brak
Efekty kształcenia18):
01 – Wiedza i umiejętność analizy oraz analitycznego
opisu procesów rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń
w atmosferze, wodach stojących, płynących i w
ośrodkach glebowo-gruntowych.
02 - Wiedza na temat możliwości i ograniczeń
prognozowania
transportu
zanieczyszczeń
w
środowisku.
Sposób weryfikacji efektów kształcenia19):
efekt 01, 02 – kolokwium na zajęciach wykładowych
efekt 03, 04 – ocena zadania projektowego
03 - Umiejętność prawidłowego określania
parametrów do prognozowania
rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w
środowisku.
04 - Umiejętność weryfikacji, analizy i interpretacji
wyników
obliczeń
rozprzestrzeniania
się
zanieczyszczeń w środowisku.
1
Forma dokumentacji osiągniętych efektów
kształcenia 20):
Elementy i wagi mające wpływ na ocenę
końcową21):
efekt 01, 02 – treść pytań z kolokwium z oceną
efekt 03, 04 – złożone sprawozdania projekty (w wersji elektronicznej)
efekt 01, 02 – kolokwium na zajęciach wykładowych - 50%
efekt 03, 04 – ocena sprawozdań na zajęciach ćwiczeniowych - 50%
Miejsce realizacji zajęć22):
Laboratorium hydrauliczne, laboratorium fizyki ośrodkó, laboratorium komputerowe
23)
Literatura podstawowa i uzupełniająca :
1. Kleczkowski A.S. (red.) , 1984: Ochrona wód podziemnych Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa
2. Kowalik P., 2001: Ochrona środowiska glebowego. PWN, Warszawa.
3. Kubrak E., Kubrak J, 2010: Podstawy obliczeń z mechaniki płynów w inżynierii i ochronie Środowiska. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.
4. Maciejewski S., 1998: Procesy przepływu rozpuszczonych w wodzie substancji w gruncie nienasyconym. Wydawnictwo IBW PA, Gdańsk.
5. Macioszczyk T., Szestakow W.M., 1983: Dynamika wód podziemnych - metody obliczeń. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa.
6. Rembeza L., 1998: Przepływ wody i zanieczyszczeń w gruncie. Analityczne metody rozwiązań. Wydawnictwo AR im. A. Cieszkowskiego w
Poznaniu.
7. Rup K., 2003: Mechanika płynów w środowisku naturalnym. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków.
8. Rup K., 2006: Procesy przenoszenia zanieczyszczeń w środowisku naturalnym. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa.
9. Sawicki J., 2003: Migracja zanieczyszczeń. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk.
10. Simunek, J., M. Th. van Genuchten and M. Sejna, The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the Movement of Water, Heat, and Multiple
Solutes in Variably Saturated Media, Version 3.0, HYDRUS Software Series 1, Department of Environmental Sciences, University of California
Riverside, Riverside, California, USA, 270 pp., 2005.
11. Szymkiewicz R., 1998: Modelowanie przepływów w korytach otwartych. Wydawnictwo Arkady, Warszawa.
12. Zaradny H., 1990: Matematyczne metody opisu i rozwiązań zagadnień przepływu wody w nienasyconych i nasyconych gruntach i glebach.
Wydawnictwo IBW PA, Gdańsk.
UWAGI24):
Wskaźniki ilościowe charakteryzujące moduł/przedmiot25) :
Szacunkowa sumaryczna liczba godzin pracy studenta (kontaktowych i pracy własnej) niezbędna dla osiągnięcia zakładanych efektów
kształcenia18) - na tej podstawie należy wypełnić pole ECTS2:
Łączna liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Łączna liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym, takich jak zajęcia laboratoryjne,
projektowe, itp.:
…90 h (3,6
ECTS)
…2,1….
ECTS
…2,3….
ECTS
Tabela zgodności kierunkowych efektów kształcenia efektami przedmiotu 26)
Nr /symbol
efektu
01
02
03
04
Wymienione w wierszu efekty kształcenia:
Wiedza i umiejętność analizy oraz analitycznego opisu procesów rozprzestrzeniania się
zanieczyszczeń w atmosferze, wodach stojących, płynących i w ośrodkach glebowogruntowych.
Wiedza na temat możliwości i ograniczeń prognozowania transportu zanieczyszczeń w
środowisku.
Umiejętność prawidłowego określania parametrów do prognozowania rozprzestrzeniania
się zanieczyszczeń w środowisku.
Umiejętność weryfikacji, analizy i interpretacji wyników obliczeń rozprzestrzeniania się
zanieczyszczeń w środowisku
Odniesienie do efektów dla programu
kształcenia na kierunku
K_W01+++, K_W02++, K_W05+++,
K_U01+++
K_W03+++, K_W05+++,
K_U01+++,K_U02+
K_W01++, K_U01+++, K_U02+
K_U01+++, K_U08+, K_S02++,
K_S04+,
2)
Całkowity nakład czasu pracy - przyporządkowania ECTS :
Wykłady
Ćwiczenia laboratoryjne + terenowe
Udział w konsultacjach (1/3 wszystkich konsultacji)
Obecność na egzaminie
Dokończenie sprawozdań z zadań prowadzonych w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych
Przygotowanie do egzaminu
Razem:
15h
30h + 0h - 30h
5h
2h
23h
15h
90,0 h
3,6 ECTS
W ramach całkowitego nakładu czasu pracy studenta - łączna liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na
zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Wykłady
15h
Ćwiczenia laboratoryjne + terenowe
30h + 0h - 30h
Udział w konsultacjach (1/3 wszystkich konsultacji)
5h
Egzamin
2h
Razem:
52 h
2,1 ECTS
W ramach całkowitego nakładu czasu pracy studenta - łączna liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach
zajęć o charakterze praktycznym:
Ćwiczenia laboratoryjne
30h
Dokończenie sprawozdań z zadań prowadzonych w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych
23h
Udział w konsultacjach (1/3 wszystkich konsultacji)
5h
Razem:
58,0h
2,3 ECTS
2
3