Wydział Budownictwa i Architektury - Inżynieria środowiska (S2)
Sylabus przedmiotu Modelowanie matematyczne środowiska wodnego:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Inżynieria środowiska | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | drugiego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | magister inżynier | ||
| Obszary studiów | nauk technicznych, studiów inżynierskich | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Modelowanie matematyczne środowiska wodnego | ||
| Specjalność | Infrastruktura Transportu Wodnego | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Budownictwa Wodnego | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Ryszard Ewertowski <Ryszard.Ewertowski@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Ryszard Ewertowski <Ryszard.Ewertowski@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 3,0 | ECTS (formy) | 3,0 |
| Forma zaliczenia | zaliczenie | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Opanowane wiadomości z mechaniki płynów (sem. 3 i 4), hydrologii (sem.2), wodociągi i kanalizacje (sem. 4 i 5) a także zaliczone obieralne przedmioty sem.1 i 2 studiów S2: regulacja rzek, budowle wodne i morskie, drogi wodne i porty lub eksploatacja dróg wodnych i portów |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zrozumienie istoty modelowania matematycznego. |
| C-2 | Zapoznanie się z procesem kalibracji i weryfikacji modeli. |
| C-3 | Poznanie modeli dla różnych zagadnień środowiska wodnego |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Projekt obliczeniowy rozwiązujący równanie nieliniowe z zakresu zagadnień hydraulicznych. | 4 |
| T-L-2 | Projekt dotyczący numerycznego rozwiazania krzywej spiętrzenia | 4 |
| T-L-3 | Projekt dotyczacy układy równań liniowych dla zagadnień przepływu w sieciach wodociągowych | 6 |
| T-L-4 | Projekt obliczeniowy bazujacy na numerycznym rozwiązaniu układu Saint-Venanta dla transformacji fali powodziowej przez układ kanałów "oczko z poprzeczką" - wykorzystanie modelu RiNFlow. | 8 |
| T-L-5 | Projekt obliczeniowy z zakresy zastosowania MES w zagadnieniu filtracji przez wał i tamę | 8 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Metody rozwiązania równań nieliniowych i ich zastosowanie do prostych zagadnień hydraulicznych. Układy równań liniowych i ich wykorzystanie dla zagadnień przepływu w sieciach wodociągowych i systemach kanałów. | 3 |
| T-W-2 | Numeryczne rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych, wyznaczanie rozwiązań problemów hydraulicznych jako zagadnień początkowych | 2 |
| T-W-3 | Numeryczne rozwiązywanie równań i układów równań różniczkowych cząstkowych. Metoda różnic skończonych (MRS) i jej zastosowanie w modelach matematycznych zjawisk nieustalonych w przepływie wody, modelach rozprzestrzeniania zanieczyszczeń i modelach dla różnych zagadnień filtracji | 3 |
| T-W-4 | Metoda elementów skończonych (MES) z zastosowaniem do rozwiązania układu równań Reynoldsa dla akwenów otwartych | 3 |
| T-W-5 | Metoda elementów brzegowych (MEB) w zagadnieniach hydrotechnicznych | 2 |
| T-W-6 | Modele komputerowe (symulacyjne, pakiety obliczeniowe) i bazy danych stosowane w hydraulice i budownictwie wodnym | 2 |
| 15 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-L-2 | Samodzielna opracowywanie wybranych metod obliczeniowych oraz samodzielna praca z przekazanymi przez wykładowcę pakietami obliczeniowymi | 15 |
| A-L-3 | Przygotowanie do zaliczeń podszczególnych projektów | 8 |
| A-L-4 | Zaliczanie projektów obliczeniowych | 4 |
| 57 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-W-2 | Studia literaturowe | 15 |
| A-W-3 | Udział w kolokwium zaliczajacym materiał przekazany na wykładzie | 2 |
| 32 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład problemowy oparty o komputerowe audio-wizualne prezentacje zagadnień i dyskusje problemów na tablicy |
| M-2 | Ćwiczenia projektowe– komputerowy pokaz i samodzielne opracowywanie projektów z zagadnień omawianych na wykładzie w oparciu o oprogramowanie zainstalowane w Laboratorium Komputerowym KBW |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Wykład – test sprawdzający pod koniec semestru |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Ćwiczenia laboratoryjne - kolokwium (w połowie semestru) i obrona projektów wykonanych w oparciu o oprogramowanie zainstalowane w Laboratorium Komputerowym KBW |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IS_2A_??_W01 Zna i rozumie metody rozwiązania równań nieliniowych i ich zastosowanie do prostych zagadnień hydraulicznych. | IS_2A_W04 | T2A_W04, T2A_W07 | InzA2_W02 | C-1 | T-L-1, T-W-1 | M-1, M-2 | S-1, S-2 |
| IS_2A_??_W02 Potrafi rozwiązywać za pomocą odpowiedniego oprogramowania zagadnienia inżynierskie, w których występują układy równań liniowych i nieliniowych (przepływy w sieciach wodociągowych i systemach kanałów). Rozumie zagadnienia numerycznego rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych. Potrafi za ich pomocą rozwiązać problemy hydraulicznych zagadnień początkowych i brzegowych. | IS_2A_W04, IS_2A_W06 | T2A_W03, T2A_W04, T2A_W06, T2A_W07 | InzA2_W01, InzA2_W02, InzA2_W05 | C-2, C-1 | T-W-2, T-L-3, T-L-2, T-W-1, T-W-3 | M-2, M-1 | S-1, S-2 |
| IS_2A_??_W03 Potrafi zastosować komputerowe modele symulacyjne dla rozwiązania zagadnień ustalonych i nieustalonych w przepływie wody, rozprzestrzeniania zanieczyszczeń i różnych zagadnień filtracji. | IS_2A_W04, IS_2A_W09 | T2A_W04, T2A_W07 | InzA2_W02 | C-3, C-2 | T-W-6, T-L-4 | M-1, M-2 | S-1, S-2 |
| IS_2A_??_W04 Zna podstawowe własności metody elementów skończonych (MES) z zastosowaniem do rozwiązania układu równań Reynoldsa dla akwenów otwartych i metody elementów brzegowych (MEB) w zagadnieniach hydrotechnicznych | IS_2A_W04, IS_2A_W08, IS_2A_W09 | T2A_W04, T2A_W07 | InzA2_W01, InzA2_W02 | C-2, C-3 | T-W-5, T-W-4 | M-1, M-2 | S-2, S-1 |
| IS_2A_??_W05 Orientuje się w właściwościach i zakresie zastosowań modeli komputerowych (symulacyjne, pakiety obliczeniowe) i bazy danych) w hydraulice inżynierii środowiska wodnego. | IS_2A_W04, IS_2A_W06, IS_2A_W09, IS_2A_W13 | T2A_W03, T2A_W04, T2A_W05, T2A_W06, T2A_W07 | InzA2_W01, InzA2_W02, InzA2_W05 | C-3 | T-L-5, T-W-6 | M-2, M-1 | S-2, S-1 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IS_2A_??_U01 Potrafi samodzielnie formułować zagadnienia inżynierii środowiska wodnego jako problemy obliczeniowe i stosować odpowiednie metody ich rozwiązania | IS_2A_U07, IS_2A_U09 | T2A_U07, T2A_U08 | InzA2_U01 | C-2, C-1 | T-L-1, T-W-1, T-L-2, T-W-2 | M-2, M-1 | S-2, S-1 |
| IS_2A_??_U02 Potrafi stosować ogólnodostępne modele dla obliczeń przepływów i procesów sieciowych oraz analizować ich wyniki technikami komputerowymi, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski | IS_2A_U07, IS_2A_U09, IS_2A_U10 | T2A_U07, T2A_U08, T2A_U09 | InzA2_U01, InzA2_U02 | C-3, C-2 | T-L-4, T-L-3, T-W-6 | M-1, M-2 | S-1, S-2 |
| IS_2A_??_U03 Jest w stanie ocenić możliwość rozwiązania złożonych zagadnień przepływów, rozprzestrzeniania zanieczyszczeń, filtracji, oddziaływania na struktury inżynierskie i dokonać wyboru zarówno techniki rozwiązania jak i odpowiednich systemów modelowania | IS_2A_U09, IS_2A_U13, IS_2A_U15, IS_2A_U17 | T2A_U08, T2A_U12, T2A_U15, T2A_U17, T2A_U18 | InzA2_U01, InzA2_U06, InzA2_U07 | C-3, C-2 | T-W-4, T-L-5, T-W-3 | M-1, M-2 | S-1, S-2 |
Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IS_2A_??_K01 Ma świadomość ważności interakcji płynów i ciał stałych w procesie budowy i eksploatacji obiektów inżynierskich i oceny wpływu przepływów płynów na stałe elementy środowiska | IS_2A_K05, IS_2A_K06 | T2A_K01, T2A_K06 | InzA2_K02 | C-1, C-2 | T-W-3, T-W-1, T-L-2, T-L-1, T-W-2 | M-2, M-1 | S-1, S-2 |
| IS_2A_??_K02 Rozumie znaczenie wykorzystania modeli matematycznych do rozwiązywania zagadnień hydrodynamicznych, technicznych i ochrony środowiska w inżynierii środowiska wodnego. | IS_2A_K03, IS_2A_K08 | T2A_K02, T2A_K07 | InzA2_K01 | C-2, C-1 | T-L-4, T-W-6, T-W-5 | M-2, M-1 | S-2, S-1 |
| IS_2A_??_K03 Potrafi wykorzystać dostępne pakiety komputerowe i inne zasoby modelowania matematycznego dla rozwiązywania istotnych problemów inżynierii środowiska wodnego | IS_2A_K03, IS_2A_K06 | T2A_K01, T2A_K02 | InzA2_K01 | C-2, C-3 | T-W-6, T-L-4, T-L-5 | M-1, M-2 | S-1, S-2 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| IS_2A_??_W01 Zna i rozumie metody rozwiązania równań nieliniowych i ich zastosowanie do prostych zagadnień hydraulicznych. | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| IS_2A_??_W02 Potrafi rozwiązywać za pomocą odpowiedniego oprogramowania zagadnienia inżynierskie, w których występują układy równań liniowych i nieliniowych (przepływy w sieciach wodociągowych i systemach kanałów). Rozumie zagadnienia numerycznego rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych. Potrafi za ich pomocą rozwiązać problemy hydraulicznych zagadnień początkowych i brzegowych. | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| IS_2A_??_W03 Potrafi zastosować komputerowe modele symulacyjne dla rozwiązania zagadnień ustalonych i nieustalonych w przepływie wody, rozprzestrzeniania zanieczyszczeń i różnych zagadnień filtracji. | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| IS_2A_??_W04 Zna podstawowe własności metody elementów skończonych (MES) z zastosowaniem do rozwiązania układu równań Reynoldsa dla akwenów otwartych i metody elementów brzegowych (MEB) w zagadnieniach hydrotechnicznych | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| IS_2A_??_W05 Orientuje się w właściwościach i zakresie zastosowań modeli komputerowych (symulacyjne, pakiety obliczeniowe) i bazy danych) w hydraulice inżynierii środowiska wodnego. | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| IS_2A_??_U01 Potrafi samodzielnie formułować zagadnienia inżynierii środowiska wodnego jako problemy obliczeniowe i stosować odpowiednie metody ich rozwiązania | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| IS_2A_??_U02 Potrafi stosować ogólnodostępne modele dla obliczeń przepływów i procesów sieciowych oraz analizować ich wyniki technikami komputerowymi, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| IS_2A_??_U03 Jest w stanie ocenić możliwość rozwiązania złożonych zagadnień przepływów, rozprzestrzeniania zanieczyszczeń, filtracji, oddziaływania na struktury inżynierskie i dokonać wyboru zarówno techniki rozwiązania jak i odpowiednich systemów modelowania | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| IS_2A_??_K01 Ma świadomość ważności interakcji płynów i ciał stałych w procesie budowy i eksploatacji obiektów inżynierskich i oceny wpływu przepływów płynów na stałe elementy środowiska | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| IS_2A_??_K02 Rozumie znaczenie wykorzystania modeli matematycznych do rozwiązywania zagadnień hydrodynamicznych, technicznych i ochrony środowiska w inżynierii środowiska wodnego. | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| IS_2A_??_K03 Potrafi wykorzystać dostępne pakiety komputerowe i inne zasoby modelowania matematycznego dla rozwiązywania istotnych problemów inżynierii środowiska wodnego | 2,0 | |
| 3,0 | Zaliczone pozytywnie kolokwium, test i projekt komputerowy obroniony poprzez sprawozdanie na ocenę dostateczną | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Literatura podstawowa
- Szymkiewicz R., Modelowanie matematyczne przepływów w rzekach i kanałach, PWN, Warszawa, 2000
- Szymkiewicz R., Metody numeryczne w inżynierii wodnej, Skrypt Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2003
- Mitosek M., Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska., PWN, Warszawa, 2001
- Ewertowski R., Opis programu RiNFlow, Szczecin, 2009, Dokumentacja własna
Literatura dodatkowa
- Burzyński, Granatowicz, Piwecki, Szymkiewicz, Metody numeryczne w hydraulice, Skrypt Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2004
- Rossman L., EPANET 2 Users Manual, US EPA NRMRL, 2000, USA, 2000, PDF
- Steffler P., Blackburn J., 2-D Depth Averaged Model of River Hydrodynamics and Fish Habitat, Univ. of Alberta, Alberta, Canada, 2002
- Brunner G.W., HC-RAS User’s Manual, US Army Corps of Engineers, Institute for Water Resources, USA, 2002, ver. 3.1, PDF