Çev4721 Çevresel modelleme - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/alper.elci/cev4721-giris.pdf ·...
TRANSCRIPT
ÇEV 4721Çevresel Modelleme
1. Çevresel Modellemeye Giriş
Doç.Dr. Alper Elçi
Ders Tanıtımı
� Dersin Amacı
� Öğrenme Çıktıları
� Değerlendirme Yöntemi
� Ders Kitapları
� Ders Programı
Model Nedir ?
� Gerçek bir sistemin basitleştirilmesidir
veya idealleştirilmesidir.
� Saha/Lab. ölçeğindeki bir sistemin fiziksel
veya matematiksel, yaklaşık temsilidir
Çevre Sistemleri İçin Neden Modelleme Gereklidir?
Modellemenin Faydaları� Modeller, karmaşık ve çok değişkenli olan doğal sistemleri
basitleştirerek daha anlaşılabilir hale getirirler� Basitleştirmenin bir ölçüsü olmalı: en iyi modeller, mümkün en fazla
basitlikle (en az karmaşıklıkla) en doğru şekilde sistemi temsil eden modellerdir.
� Çevresel sistemlerin ve süreçlerin nasıl işlediğinin anlamamıza yardımcı olur
� Maddelerin/kirleticilerin çevredeki taşınım ve akıbetlerinin daha iyi anlaşılmasını sağlar
� Ölçüm olmayan veya yapılamayan yerlere ait zamana bağlı olarak konsantrasyon tahmin edilmesinde kullanılır
� Çeşitli hipotezlerin ya da yönetim alternatiflerin gelecekte yaratacakları etkilerin öngörülmesinde kullanılır (senaryo analizi)
� Çevre sorunların çözülmesi için en uygun seçeneğinin belirlenmesinde zaman ve kaynak tasarrufu sağlayabilir
Örnek Senaryolar
� Bir su kaynağına aniden bir kirletici dökülüyor. Bu kirleticinin su alma yapısında konsantrasyon sınır değerini aşması ne kadar sürer?
� Bir nehir havzasında, tarımsal etkinlik belli bir oranda artarsa, su kalitesi nasıl etkilenir?
� İklim değişikliği su kaynağı miktar ve kalitesini nasıl etkileyecek?
� Bir ekosistemin özümleme kapasitesi belirlenmeye çalışılıyor. Halihazırda çevresel sorunlar yaşamayan bu sistem ne kadar kirletici yükü taşıyabilir?
Model Tipleri
�Fiziksel�Matematiksel Modeller
Fiziksel Modeller
Çevre sistemlerinde kullanımları sınırlıdır !
Matematiksel Modeller�Kuramsal modeller: Etkin mekanizmalar
(fiziksel, kimyasal, biyolojik v.s.) matematiksel olarak ifade edilir� Analitik / Sayısal� Sayısal
• Statik (kararlı-durum) / Dinamik (zaman değişkenli)
• Deterministik / Stokastik• Toplu / Dağıtılmış parametreli
�Ampirik modeller: Deneysel verilerin analizi sonucu elde edilen basit denklemler
Analitik Modellere Örnekler
Analitik Model: Sistemi tanımlayan diferansiyel denklemin, temel fonksiyonlar kullanılarak yazılmış tam çözümleri.
Örnek 1:Difüzyon denklemi
Başlangıç ve sınır şartlarını belirle ve çöz@
Çözüm: u = f(x,y,z,t)
Analitik Modellere Örnekler
Örnek 2:
Q büyüklüğündeki ve (x’,y’,z’)’deki ani noktasal kaynaktan sınırsız ortamda yayılan bir kirleticin konsantrasyonu
Çözüm:
Analitik Modellere Örnekler
Örnek 3:1-B gözenekli ortamda maddenin adveksiyonu ve
dispersiyonu (kolon deneyi olabilir)
Başlangıç koşulları: t = 0, C = Ci
Sınır koşulları: x = 0, C = C0x→∞, ∂C/∂x=0
Çözüm:
Analitik Modeller Hangi Durumlarda Kullanılmalı?
� Avantajları:� Tam çözüm (herhangi bir yaklaşım hatası yoktur)� Az sayıda veri varsa uygun� Sayısal çözüm ile karşılaştırılarak, sayısal
çözüm/yöntemin doğruluğu hakkında bilgi vermesi
� Dezavantajları:� Çözüm zor ve hatta imkansız olabilir� Gelişmiş çözüm teknikleri gerekebilir� Çok sayıda basitleştirici kabul gerekebilir
Sayısal Modeller
Diferansiyel denklemin sayısal bir yöntem kullanılarak bir ağ üzerinde çözülmesi.
Kullanılan sayısal yöntemler:� Sonlu-Farklar� Sonlu-Elemanlar
Sonlu-Farklar Yöntemi
�Çevresel sistemin hücrelere bölünerek ayrıklaştırılması
�Diferansiyel denklemin daha basit cebirsel denklemlerle değiştirilmesi
Sayısal Modellere Örnekler
1-B kirletici taşınım denklemi
Denklemin sonlu farklar yaklaşımı ile çözülmesi:
Sayısal Modeller Hangi Durumlarda Kullanılmalı?
� Avantajları:� Karmaşık sistemler çözülebilir� Hesap yöntemleri basittir� Analitik çözüme çok yakın çözümler verir� Programlanabilir; problemi bilgisayar çözebilir
� Dezavantajları:� Yaklaşık çözüm verir -> hata içerir!� Yakınsama problemleri olabilir� Çok veri gerekebilir
Çevresel Modellere Örnekler
� Arıtma sistemleri ve reaktör modelleme� Nehir havzaların hidrolojik modelleme� Hidrodinamik modelleme: göl, körfez ve diğer kıyı suları� Yerüstü suyu kirletici taşınım modelleme� İklim modellemesi
� Atmosfer ve okyanusların modelleri� Karbon-çevrimi modelleri� Buzul modelleri� İklim değişim modelleri
� Hava Kalitesi ve atmosferde taşınım modelleme� Erozyon ve sediment taşınım modelleme� Jeokimyasal modelleme: kimyasal türleşme ve kimyasal
denge ve dağılım modelleri
Çevresel Modellere Örnekler (2)
� Yeraltı suyu akım modellemesi� Doygun akım� Doygun olmayan akım (vadoz bölge)
� Yeraltında kirletici taşınımı modellemesi� Yeraltı suyu ıslah modellemesi:
� Steam flooding, soil-vapor extraction, air sparging, hot air injection, surfactans and cosolvents. All these remediation methods may require the utilization of multi-phase flow modeling: flow in 2 or 3 phases, water-NAPL, water-air or water-air-NAPL