hrvatski

Numeričko trodimenzionalno modeliranje raspodjele temperature u jezeru Botonega

Cilj rada je istraživanje raspodjele temperature u termalno stratificiranom jezeru kroz numeričko modeliranje. Predmet istraživanja je umjetno jezero Botonega u središnjoj Istri čija je namjena prihvat vodnih valova kao i opskrba vodom. Jezero Botonega ubraja se u mala i plitka jezera. Originalni znanstveni doprinos načinjen je u dva glavna smjera i) razvoj originalnog računalnog postupka za izradu 3D mreže modela jezera iz mjerenih podataka i ii) određivanje numeričkih parametara modela jezera preko inverznog modeliranja u 1D modelu te ugradnja dobivenih parametara u 3D model. Temeljna karakteristika svakog 3D modela je prikaz geometrije. U ovom radu definiran je originalni algoritam koji iz stvarnih geodetskih podataka generira realističnu 3D mrežu konačnih elemenata jezera. Algoritam se temelji na postupku anizotropnog ograničavajućeg kriginga. Uobičajeni postupak modeliranja difuznih procesa u jezerima (kao što je i raspodjela temperature koja je predmet ove disertacije) je vrtložno difuzijska - „eddy diffusivity“ metoda. Tradicionalno se potrebni parametri određuju kroz seriju mjerenja na stvarnoj lokaciji. Za jezero Botonega korišteni su svi raspoloživi mjereni podaci: osnovni meteorološki podaci s meteorološke postaje Botonega (mjerenje provodi Državni hidrometeorološki zavod-DHMZ) i podaci mjerenja temperature vode po dubini vodnoga stupca na vodozahvatu (mjerenje provodi Istarski vodovod Buzet). S obzirom na malu količinu podataka mjerenja razvijena je originalna metoda određivanja numeričkih parametara prikladnih za model raspodjele temperature zasnovan na metodi konačnih elemenata. Postupak se temelji na metodama inverzne analize izvedenim iz nestacionarne diferencijalne jednadžbe difuzije. Potrebni podaci su temperaturni profil po dubini i toplinski tok na dnu i površini jezera. Odabrani period simulacije (od veljače do listopada) za 1998. i 1999. godinu obuhvaća razne fizikalne procese u jezeru za period dobre izmiješanosti u proljeće i jesen te ljetni period s izraženom vertikalnom stratifikacijom. Verifikacija numeričkog modela provedena je na mjestu vodozahvata, gdje je jedino mjerno mjesto temperature vode po dubini. Kvalitativno, postignuto je vrlo dobro poklapanje rezultata. 3D model za izračun raspodjele temperature u akumulaciji je modifikacija dijela računalnog programa za 3D modeliranje čvrstih tijela MASA 3, koji, između ostalog, rješava nestacionarnu difuzijsku jednadžbu u prostoru (Ožbolt i dr. 2005). Modifikacija programa nazvana M3Lap, metodom konačnih elemenata rješava nestacionarnu difuzijsku jednadžbu u prostoru uz promjenjivi koeficijent difuzije koji se dobiva originalnom metodom inverznog modeliranja iz 1D modela. Primjenom navedenog 3D programa dobiva se raspodjela temperature za cijelo jezero. Kvalitativno gledano, i iz vrlo oskudnih podataka mjerenja rezultati su realistični ; npr. na ograncima jezera koja su puno plića nego li središnji dio, nema ljetne temperaturne stratifikacije, što odgovara stvarnom stanju. Ovaj rad predstavlja početak modeliranja toplinske strukture jezera Botonega s obzirom da do danas istraživanja ovakve vrste na jezeru Botonega nisu vršena. Radi bolje verifikacije modela trebalo bi mjeriti temperaturu po dubini vodnoga stupca na više mjesta u akumulaciji istovremeno kao i mjeriti brzinu vjetra i vode radi određivanja utjecaja na miješanje vode u jezeru. Rezultati ovoga istraživanja mogu se upotrijebiti za daljnja modeliranja kao što je utjecaj ispuštanja vode iz akumulacije na miješanje vode kao i modeliranje fizikalnih i biokemijskih procesa odnosno kvalitete vode u jezeru.

3D model jezera Botonega konačnim elementima; termalna stratifikacija; nestacionarna difuzijska jednadžba; anizotropni ograničavajući kriging; vrtložno difuzijski model - „eddy diffusivity” model; inverzno modeliranje

nije evidentirano