KÖRNYEZETI MODELLEK MI A CÉLJA A MODELLEZÉSNEK? (MIBEN SEGÍTENEK A KÖRNYEZETI MODELLEK? BONYOLULT RENDSZEREK MEGISMERÉSE (Segítenek a kölcsönhatások.

Az előadások a következő témára: "KÖRNYEZETI MODELLEK MI A CÉLJA A MODELLEZÉSNEK? (MIBEN SEGÍTENEK A KÖRNYEZETI MODELLEK? BONYOLULT RENDSZEREK MEGISMERÉSE (Segítenek a kölcsönhatások."— Előadás másolata:

1

2 KÖRNYEZETI MODELLEK

3 MI A CÉLJA A MODELLEZÉSNEK? (MIBEN SEGÍTENEK A KÖRNYEZETI MODELLEK? BONYOLULT RENDSZEREK MEGISMERÉSE (Segítenek a kölcsönhatások megismerésében, a meghatározó folyamatok felismerésében, a rendszer működésének megértésében)BONYOLULT RENDSZEREK MEGISMERÉSE (Segítenek a kölcsönhatások megismerésében, a meghatározó folyamatok felismerésében, a rendszer működésének megértésében) ELŐREJELZÉSEK KÉSZÍTÉSE (Meg tudjuk mondani, hogy egy meglévő/új létesítmény esetében milyen környezeti hatások várhatókELŐREJELZÉSEK KÉSZÍTÉSE (Meg tudjuk mondani, hogy egy meglévő/új létesítmény esetében milyen környezeti hatások várhatók MILYEN TERÜLETEKEN HASZNÁLUNK KÖRNYEZETI MODELLEKET? A VÁRHATÓ KÖRNYEZETI HATÁSOK ELEMZÉSÉHEZ (pl. autópálya, hulladéklerakó, a Környezeti Hatásvizsgálat részeként)A VÁRHATÓ KÖRNYEZETI HATÁSOK ELEMZÉSÉHEZ (pl. autópálya, hulladéklerakó, a Környezeti Hatásvizsgálat részeként) TERVEZÉSHEZ (pl. csatornahálózat, szennyvíztisztító telep)TERVEZÉSHEZ (pl. csatornahálózat, szennyvíztisztító telep) RENDSZEREK ÜZEMELTETÉSHEZ (pl. szennyvíztisztító telep)RENDSZEREK ÜZEMELTETÉSHEZ (pl. szennyvíztisztító telep) MILYEN TÍPUSÚ MODELLEK LÉTEZNEK? FIZIKAI MODELLEKFIZIKAI MODELLEK MATEMATIKAI (NUMERIKUS) MODELLEKMATEMATIKAI (NUMERIKUS) MODELLEK MIÉRT MODELLEZÜNK?

4 1.ISMERETEK GYŰJTÉSE A VIZSGÁLANDÓ RENDSZERRŐL (MÉRÉS!) 2.MODELL FELÉPÍTÉSE (ÁLLAPOTVÁLTOZÓK, KÖLCSÖNHATÁSOK) 3.KALIBRÁLÁS: „BEÁLLÍTJUK” A MODELL PARAMÉTEREKET A MÉRÉSEK ALAPJÁN 4.IGAZOLÁS: MŰKÖDIK-E A MODELL? (FUTTATÁSOK: EREDMÉNYEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA A KALIBRÁLÁSTÓL FÜGGETLEN ADATSORRAL) 5.BIZONYTALANSÁGOK VIZSGÁLATA: MILYEN PONTOSAN TUDUNK ELŐREJELEZNI? 6.MODELL HASZNÁLATA MODELLEZÉS LÉPÉSEI HOGYAN VÁLASSZUNK MODELLT?  MI A CÉL?  MILYEN MÉRÉSI ADATAINK VANNAK?  CSAK OLYAN MODELLT HASZNÁLJUNK, AMELYIKRŐL TUDJUK, HOGYAN MŰKÖDIK (A MODELLEK NEM HELYETTESÍTIK A SZAKTUDÁS ÉS KÖNNYEN TÉVÚTRA VEZETNEK!!!)

5 VÍZMINŐSÉGI MODELLEK ALKALMAZÁSA: MEGÉRTÉS, ELŐREJELZÉS, TERVEZÉS, ÜZEMELTETÉS

6 TRANSZPORT MODELLEK: SZENNYEZŐANYAGOK TERJEDÉSE KÜLÖNBÖZŐ KÖZEGEKBEN (VÍZ, LEVEHŐ, TALAJ) KONVEKTÍV TRANSZPORT (KONVEKCIÓ) A SZENNYEZŐK „UTAZNAK” AZ ÁRAMLÁSSAL A SEBESSÉGGEL ARÁNYOS DIFFÚZIÓ ELKEVEREDÉST OKOZ KONCENTRÁCIÓ CSÖKKENÉSHEZ VEZET A SEBESSÉGTÉR (ÁRAMLÁS) VÁLTOZÉKONYSÁGA, TURBULENCIA BEFOLYÁSOLJA ÜLEPEDÉS, KÉMIAI-BIOKÉMIAI ÁTALAKULÁSOK NEM KONZERVATÍV SZENYEZŐANYAGOK ESETÉN

7 SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐ: felszíni lefolyás modellezése

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19 BALATON: SZÉL KELTETTE ÁRAMLÁSOK

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32 LÉGSZENYEZÉS: CSÓVA ALAKJA A PONTFORRÁS KÖRÜL ISC-AERMOD (www.lakes-environmental.com)

33 CSÓVA SZÁMÍTÁSA : GAUSS ELOSZTÁS ÉS MÓDSZER Koncentráció számítása (3 dimenzió, konzervatív anyag):

34 v: Szélsebesség  : Távolságtól függő szórás, függ a légkör stabilitásától Meghatározása: - diagramm segítségével - számítással - számítással H: Effektív kéménymagasság (h + Δh) Kéményméretezés: Emisszió (M), szélsebesség (v) ismert feladat: x, y, z pontban adott határérték kémény milyen H magas legyen? Koncentráció számítása (3 dimenzió, konzervatív anyag):

35 SZENNYVÍZBEVEZETÉS FOLYÓBA: SZENNYEZŐANYAG CSÓVA c max  M [kg/s] c max ) 4 exp( 2 2 xD yv xvDh M C(x,y) y x xy    Csóva alakja: normál eloszlás (Gauss) c max 2 1 027.0B D v L y x  Első elkeveredési távolság (part elérése): V x : sebesség (m/s) D y : keresztiráyú diszperziós tényező (m 2 /s)

36 SZENNYEZŐANYAG-HULLÁM LEVONULÁSA FOLYÓBAN Lökésszerű, havária-jellegű terhelések Időben erősen változó terhelések Analitikus megoldás: X v x : sebesség (konst,), D x : diszperziós téneyző (konst.) Alapegyenlet (1 dimenzióban):

37 Cianid hullám levonulása a Tiszán: mért és számított cianid koncentrációk

38 © Koncsos L. ZALAVÍZ ELKEVEREDÉSE: 2 D TRANSZPORT

39 Tiszaújváros: vízkivétel és melegvíz visszavezetés

40 A szennyezés terjedése a talajvízben

41 Vízminőségi modellek Oxigén háztartást befolyásoló folyamatok: szervesanyag lebomlása, nitrifikáció, fotoszintézis, légzésOxigén háztartást befolyásoló folyamatok: szervesanyag lebomlása, nitrifikáció, fotoszintézis, légzés Tápanyagforgalom, eutrofizációTápanyagforgalom, eutrofizáció Tápláléklánc modellek (alga, zooplankton, makrofitonok, halak... stb)Tápláléklánc modellek (alga, zooplankton, makrofitonok, halak... stb)......

42 AZ OLDOTT OXIGÉN HÁZTARTÁS SZERVESANYAG LEBOMLÁS ÉS ÖNTISZTULÁS SZERVESANYAG LEBOMLÁS ÉS ÖNTISZTULÁS EGYSZERŰ O 2 HÁZTARTÁSI MODELL: SZENNYVÍZ SZERVESANYAG (BOI 5 ) HETEROTRÓF BAKTÉRIUMOK (SZERVES SZÉN LEBONTÁSA) OXIGÉNBEVITEL O2O2O2O2

43 BOI O2O2 SZERVESANYAG EMISSZIÓ O 2 BEVITEL ÜLEPEDÉS Streeter & Phelps (1925-ben az Ohio folyóra alaklmazott modell) Oldott oxigén koncentráció változása a szennyvízbevezetés alatt SZERVESANYAG LEBOMLÁS HATÁSA AZ OXIGÉN HÁZTARTÁSRA: Koncentráció minimuma → kritikus hely Emisszió

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62 KIS-BALATON FLSŐ TÁROZÓJÁRA ALKALMAZOTT DIMNAMIKUS MODELL DINAMIKUS MODELL KALIBRÁLÁSA

63 Év % FELSŐ TÁROZÓ ALSÓ TÁROZÓ ELŐREJELZÉS: TÁPANYAG (ÖP) VISSZATARTÁS VÁRHATÓ JÖVŐBELI ALAKULÁSA

64 A halgazdálkodás hatása: Tatai Öregtó halszerkezet változásaalgák csökkenése 0 100 200 300 400 SZ M Chl-a J F M Á M J J A S O N D mg/m 31996

65

66 HIDRODINAMIKA ÉS TRANSZPORT

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79 Alga, Detritus-P, Oldott reaktiv P, Szervetlen partikulált P, BOI Oldott oxigén, Nitrát-N Ammonia-N, Lebegőanyag, Coli-baktérium VÍZMINŐSÉG VÁLTOZÁSA Modellben szereplő állapotváltozók:

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112 Környezeti monitoring Célra orientált, szervezett mérési és kiértékelési tevékenység, amelynek segítségével a vizsgálandó környezeti elem állapotát, annak változását és ezeknek az ismeretében az állapot romlást előidéző okokat figyelemmel tudjuk kísérni ill. meg tudjuk határozni. Cél: Információ nyerés egy aktív, tudatos környezetgazdálkodáshoz. Szükséges feltételek: Jól megszervezett mintavétel és adatfeldolgozás.

113 KÖRNYEZETI MONITORING: CÉLOK  Információ gyűjtés a környezet állapotáról: térbeli és időbeli változások megfigyelése  Az állapot változást kiváltó okok feltárása (beavatkozások tervezése - emisszió)  Minősítés (környezetminőség - környezethasználatok), osztályozás  Trend detektálás  Átlagok (terhelések) és kritikus koncentrációk becslése  Határértékek megsértése (hatósági feladat)  Havária jellegű szennyezések nyomon követése ("early warming„ - korai riasztó rendszer)

114 Információ időbeliségének értelmezése: t1t1 Időben változó értékű információ: i 1 0 t < t 1 t 1

115 Vízminőségi monitoring elemei: Mintavételezés (ritkán on-line mérés)Mintavételezés (ritkán on-line mérés) Minták szállítása és laboratóriumi elemzéseMinták szállítása és laboratóriumi elemzése (akkreditció és interkalibráció) (akkreditció és interkalibráció) Eredmények tárolása, adatkezelésEredmények tárolása, adatkezelés Az adatok elemzése, kiértékeléseAz adatok elemzése, kiértékelése Az ehhez szükséges hidrológiai, morfológiai stb. adatokAz ehhez szükséges hidrológiai, morfológiai stb. adatok Az eredmények megjelenítéseAz eredmények megjelenítése Hozzáférés biztosításaHozzáférés biztosítása

116 Felszíni vizek vízminőségi törzshálózata ( MSZ 12749)

117 A jelenlegi vízminőségi hálózattal lefedett vízfolyás szakaszok az összeshez képest

118 sötétkamra Megvilágítás monokromatikus fénnyel minta fotonszámláló számítógép MÉRŐÁLLOMÁS KESZTHELYEN

119 KÉSLELTETETT FLUORESZCENCIA NAPI VÁLTOZÁSA KF/KF max kékalga és zöldalga óra napfelkelte

120 Kérdések: Környezeti modellek és monitoring 1.Mire használhatók a környezeti modellek az építőmérnöki/környezetmérnöki gyakorlatban? Soroljon fel példákat! 2.Mi a különbség a fizikai modellek és a numerikus modellek között? 3.Sorolja fel a modellezés fontosabb lépéseit! 4.Mit jelent a kalibrálás? Mi a különbség a kalibrálás és az igazolás között? 5.Mi a konvekció és a diffúzió? Mi a hatásuk a szennyezők terjedésére? 6.Rajzolja fel a szennyezőanyag csóva alakját (a) egy kéményből kilépő füstgáz emisszió, (b) egy folyóba vezetett szennyvíz esetére! 7.Hogyan változik egy folyóban az oldott oxigén koncentrációja szervesanyag tartalmú szennyvíz bevezetése alatt? Rajzolja fel alakhelyesen! 8.Milyen célt szolgál a környezeti monitoring? 9.Sorolja fel egy monitorig rendszer főbb elemeit! 10.Mit jelent a „early warming” (korai riasztás)? Mire használunk ilyen rendszereket?