Hidrológiai Közlöny 2001 (81. évfolyam)

4. szám - Józsa János: Felszíni vizek áramlási és transzport folyamatainak numerikus modellezése

266 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2001.81. ÉVF. 4. SZ. be került. A modellrendszer kutatási célú felhasználása is jelentős mértékű. Jellemző, hogy a szakmában jónevű HR Wallingford, vezető brit kutatóintézet közös továbbfejlesztési projekt keretében szintén forgalmazójává vált a szoftvernek, és munkái túlnyomó részében maga is ezt a modellrendszert használja. Érdekességként kiemeljük még a szintén elég széles körben használt, a norvégiai Trondheim egyetemén létrehozott SS1IM modellt, amely - a fentiektől eltérően - gyakorlatilag egyetlen személy fejlesztő munkájának a terméke (Olsen, 2000) Amellett, hogy e háromdimenziós, görbevonalú rácshálón felállított, turbulens modell nagyon jó alkalmazási referenciákkal rendelkezik, népszerűségéhez bizonyára hozzájárult az a tény is, hogy futtaható verziója megjelenése óta szabadon hozzáférhető, korrekt hivatkozás mellett felhasználható. A felszíni vizek többdimenziós modellezésének témakörében tartott legutóbbi konferenciák műhelyvitái, illetve a közelmúlt publikációi alapján a jelen és a közeljövő kutatási-fejlesztési irányaiból az alábbiakban néhányat kiemelünk: - A numerikus modellek térinformatikai rendszerbe való egyre fokozottabb integrálása, felhasználóbarát, párbeszédes munkakörnyezet kialakítása. - A rendkívüli árvizek levonulását kísérő összetett ártéri elöntési folyamatok átfogó modellezése. - A műszaki jellegű problémákra való alkalmazás mellett egyre erősödik a modell-fejlesztési és alkalmazási igény a vízi környezet ú.n. hidromorfológiai, élőhely-hidraulikai vizsgálataiban, nem beszélve a vízminőségi vizsgálatok, vízminőség-szabályozási folyamatok áramlástani alapjainak szélesítéséről. - A Navier-Stokes egyenletekből származtatott Reynolds-egyenleteken alapuló háromdimenziós modellek fejlesztése, a Reynolds-féle turbulens pótfeszültségekre vonatkozó differenciál-egyenletek megoldásával, elsősorban a szekundér áramlási jelenségek leírásának megteremtésére és javítására. - A Navier-Stokes egyenletek alkalmas szűrésével származtatott ún. "iMrge Eddy Simulation" modellek kiterjesztése gyakorlati feladatok térléptékére, segítségével pl. intermittens örvényleválások vagy a főmeder és a hullámtér közötti örvényréteg-dinamikai folyamatok leírása. - A sztochasztikus illetve kaotikus áramlási és elkeveredési jelleg figyelembevétele és alkalmas paramétereken keresztüli számszerűsítése. - Adaptív rácsháló-finomítás a vizsgált folyamat modellbeli „szabad" kifejlődésének lehetővé tételére. - A forráskódok átstrukturálása a hálózatba kötött, nagyszámú, olcsó számítógépből álló fürtök által nyújtott, oszlott műveleti elrendezésű számítási lehetőségek minél teljesebb kihasználására. - A meglévő modellek hagyományos paraméterkalibráláson keresztüli pontosítására való törekvés helyett a modell-eredményekhez kiegészítőén járuló, mérési adatokra támaszkodó javító algoritmusok alkalmazása, inverz modellezés, vagy például az ún. mesterséges neurális hálók hagyományos modellekkel összekapcsolt alkalmazása. 5. Oktatási feladatok és igények A felsőoktatásban a felszíni vizek többdimenziós numerikus modellezése a kilencvenes évek elejéig mind külföldön, mind hazánkban csupán a poszt-graduális, elsősorban a doktori képzés részeként jelent meg. Az oktatás általában megállt a szivárgás, mint potenciálos áramlás kétdimenziós tárgyalásánál. A nappali képzés keretében csak a közelmúltban kerültek olyan, elsősorban választható tantárgyak kialakításra, amelyek keretében a felszíni vizek modellezési alapelvei mellett konkrét feladatmegfogalmazást, adat-előkészítést, modell-használatot és eredmény-dokumentálást oktatnak, illetve tesznek lehetővé a hallgatók számára. A nemzetközi szóhasználat ezt a tevékenységet egyre inkább az átfogóan a Hidroinformatikának nevezett tevékenységi kör egyik meghatározó részeként tartja számon. Valószínűsítve a várható jövőbeni igényeket, napjaink vízmérnök-képzésében a témakörben legalább az alábbi ismeretek elsajátítása kívánatos: - A numerikus modellezés alapelvei (megmaradási törvények, egyszerűsítő feltevések, térben és időben diszkretizált folyamatleírás elve, az alkalmazhatóság körülhatárolása). - Meglévő, felhasználóbarát modellek alkalmazása: kezdeti- és határfeltételi adatok előkészítése, modellváltozatok felállítása, eredmények értelmezése és dokumentálása. - A modellezendő folyamatnak a víz földi körfolyamatába illesztése: kölcsönhatás a légkörrel, illetve a felszín alatti vizekkel. A megszerzett, adott esetben szakmérnöki tanfolyamokon bővített ismeretek az egyén képességeitől, munkakörének jellegétől és munkahelyének profiljától függően más és más formában hasznosulhatnak: - Továbbra is kívánatos, hogy néhányan a modellfejlesztés területén tevékenykedjenek, például valamely meglévő hazai "iskolá"-hoz csatlakozva, ott alap- illetve alkalmazott kutatást végezve. Ehhez jó keretet ad az egyetemeken folyó doktorandusz-képzés - A gyakorlatnak legnagyobb számban értő felhasználókra van szüksége, olyanokra, akik képesek a modellalkalmazás szükségességének felismerésére, a modellezéshez szükséges adatok körének meghatározására, modellezéshez való előkészítésére, változatok felállítására, modell-fúttatásra, az eredmények értelmezésére és színvonalas dokumentálásra. - Ha a gyakorló mérnök döntéshozó vezetővé válik, addigi tevékenységi köre rendszerint jelentősen megváltozik. Mindazonáltal vezető beoszlásban is hasznos, ha a mérnöknek vannak alapismeretei és áttekintése a számítógépek adta modellezési lehetőségekről és korlátokról: szakmai előterjesztések alapján megalapozottan tud dönteni modell-fejlesztési vagy -alkalmazási projektek indításáról, piaci szoftverek megvásárlásáról, bővítéséről. Irodalom Bakonyi P., Krámer T. és Józsa J„ 1999: Artéri öblözetek töltésszakadást követő elöntési folyamatainak modellezése: I. A folyó és a szakadási szelvény modellje. Hidrológiai Közlöny, 4. szám DHI Software: MIKE 21. Danish Hydraulic Institute, Horsholm, Denmark, 1995 Gáspár Cs., Józsa J. és P. Simbierowicz, 1994a: Új szemléletmód a numenkus hidraulikában. I Egyenlőtlen hálók: generálásuk, első alkalmazások. Hidrológiai Közlöny, 3. szám. Gáspár Cs., Józsa J. és P. Simbierowicz, 1994b: Új szemléletmód a numerikus hidraulikában. II. Differenciasémák és multignd módszerek egyenlőtlen hálókon. Hidrológiai Közlöny, 4. szám. Gáspár Cs., Józsa J. és P. Simbierowicz, 1995a: Új szemléletmód a numerikus hidraulikában. III. Sekély tavakban fellépő szél keltette áramlások modellezése egyenlőtlen hálók használatával. Hidrológiai Közlöny, I. szám. Gáspár Cs., Józsa J. és P. Simbierowicz, 1995b: Új szemléletmód a numerikus hidraulikában. IV. Áramlási és transzport-folyamatok I^grangeféle modellezése egyenlőtlen hálók használatával. Hidrológiai Közlöny, 2. szám. Hervouet, J.-M. and P. Bates (Eds ), 2000: The TELEMAC modelling system. Hydrological Processes, Special Issue, Vol. 14, No. 13. lohn Wiley & Sons, Ltd. Hydro Delft. WL Delft Hydraulics, No. 6, 2000, Delft, The Netherlands Józsa J., 1988: Elkeveredési folyamatok részecskeszcmléletű szimulálása Hidrológiai Közlöny, 1. sz. Józsa J., Krámer T. és Bakonyi P., 1999 Ártéri öblözetek töltésszakadást követő elöntési folyamatainak modellezése: II. Az ártéri modell. Hidrológiai Közlöny, 4. szám. Olsen, N. R. B„ 2000: SSIIM User's Manual. Department of Hydraulic and Environmental Engineering, The Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway. Rátky /., 1986: Mélység mentén integrált kétdimenziós áramlás matematikai modellje. Vízügyi Közlemények, LXVIII. évf., 3. fűzet. Scientific Software Group: Product Catalog. Washington, DC, USA, 2000. Shanahan, P., Harleman, D. R. F. and L. Somlyódy, 1981: Modeling wind-driven circulation in Lake Balaton. Collaborative Paper CP81-7, IIASA, Laxenburg, Austria. Somlyódy, L. and G. van Straiten (Eds ), 1986: Modeling and Managing Shallow Lake Eutrophication. SpringerVerlag. Starosolszky, Ö., 1983: The role of reeds in the shaping of currents. Proc. XX. IAHR Congress, Moscow, USSR, Vol. V.