Modelowanie transportu zanieczyszczeń w korytach rzecznych z uwzględnieniem niepewności na przykładzie modelu martwych stref

• Autorzy: Mrokowska M. , Osuch M.

Warianty tytułu

EN

Modelling pollutant transport in rivers including uncertainty analysis: application of dead zone model

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodykę opracowania transportu zanieczyszczeń w rzekach. Jest ona w stosunku do podejścia klasycznego rozbudowana o szacowanie niepewności oraz analizę wrażliwości modelu. W pracy zastosowano model martwych stref oraz wyniki eksperymentów znacznikowych przeprowadzonych na Wkrze. Zgodnie z proponowanym algorytmem przeprowadzono szacownie niepewności wyników symulacji z zastosowaniem metod nieformalnej analizy bayesowskiej. Analiza wrażliwości modelu wykazała, że parametry opisujące martwe strefy nie mają wpływu na symulowane stężenia.

EN

In this study a methodology of contaminants transport in rivers is presented. Comparing to the traditional approach, presented methodology is extended to uncertainty assessment and sensitivity analysis. The onedimensional dead zone model is applied to describe solute transport. The model parameters are estimated from the results of a tracer experiment carried out on Wkra River. The identification of parameters is followed by uncertainty assesment and sensitivity analysis. The results show that dead zones have no impact on the model predictions. To conclude, in this case, the Fickian model is sufficient to characterize transport of pollutants.

Słowa kluczowe

PL

model martwych stref; GLUE; szacowanie niepewności; analiza wrażliwości

EN

dead zone model; GLUE; uncertainty assessment; sensitivity analysis

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 20, No. 1
• Strony: 3--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mrokowska M.

• Instytut Geofizyki PAN, ul. Księcia Janusza 64, 01-452 Warszawa, Poland

autor

Osuch M.

• Instytut Geofizyki PAN, ul. Księcia Janusza 64, 01-452 Warszawa, Poland

Bibliografia

• ARCHER G., SALTELLI A., SOBOL I.M. 1997: Sensitivity measures, anova-like techniques and the use of bootstrap. Journal of Statistical Computation and Simulation 58: 99–120.
• BENCALA K.E., WALTERS R.A. 1983: Simulation of solute transport in a mountain pool and riffle stream: a transient storage model. Water Resources Research 19, 3: 718–724.
• BEVEN K.J. 2001: Rainfall-Runoff Modelling. The Primer. John Wiley & Sons, Chichester.
• BLASONE R-S., VRUGT J.A., MADSEN H., ROSBJERG D., ROBINSON B.A., ZYVOLOSKI G.A. 2008: Generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) using adaptive Markov Chain Monte Carlo sampling. Advances in Water Resources 31: 630–648.
• BYCZKOWSKI A. 1999: Hydrologia. T. 2. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.
• DENG Z-Q., SIGH V.P., BENGTSSON L. 2001: Longitudinal dispersion coefficient in straight rivers. Journal of Hydraulic Engineering 127, 11: 919–927.
• KRUKOWSKI M. 2002: Porównanie wartości współczynników dyspersji zanieczyszczeń pasywnych wyznaczonych z pomiarów na rzece Wkrze z obliczeniami zależności empirycznych. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 1, 24: 228–239.
• KRUKOWSKI M., KURZAWSKI G. 2001: Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń pasywnych w rzece nizinnej. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 23: 23–36.
• MROKOWSKA M. 2010: Modelowanie transportu zanieczyszczeń pasywnych na rzece Wkrze metodą eksperymentu znacznikowego. Praca magisterska. Międzywydziałowe Studium Ochrony Środowiska SGGW, Warszawa.
• OSUCH M., ROMANOWICZ R.J., WALLIS S. 2008: Uncertainty in relationship between flow and parameters in models of pollutant transport. Publications of Geophysics Institute Polish Academy of Sciences E-10 (406).
• OWCZARCZYK A., WIERZCHNICKI R., PALIGE J. 1997: Wykonanie pomiaru znacznikowego dyspersji podłużnej na wybranym odcinku rzeki Wkry. Raport IChTJ C/2/97. Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa.
• OZGA-ZIELIŃSKA M., BRZEZIŃSKI J. 1994: Hydrologia stosowana. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• PRICE K.H., STORN R.M., LAMPINEN J.A. 2005: Differential Evolution a Practical Approach to Global Optimization. Springer, Berlin.
• ROMANOWICZ R., BEVEN K. 2006: Comments on generalized likelihood uncertainty estimation. Reliability Engineering and System Safety 91: 1215–1321.
• ROMANOWICZ R., BEVEN K.J., TAWN J. 1994: Evaluation of predictive uncertainty in nonlinear hydrological models using a Bayesian approach. In: Statistics for the Environment. II. Water Related Issues. John Wiley, Chichester: 297–317.
• ROWIŃSKI P.M., DYSARZ T., NAPIÓRKOWSKI J.J. 2004: Estimation of longitudinal dispersion and storage zone parameters. In: River Flow. Eds. M. Greco, A. Caravetta, R. Della Morte. Taylor & Francis Group, London: 1201–1210.
• RUNKEL R.L. 1998: One dimensional transport with inflow an storage (OTIS): a solute transport model for streams and rivers: U.S. Geological Survey water Resources Investigation Report: 98–4018 (http://co.water.usgs.gov/otis/documentation/primary/; 07.09.2009).
• RUTHERFORD J.C. 1994: River Mixing. Niva Ecosystems National Institute of Water and Atmospheric Research Hamilton, New Zeland. John Wiley & Sons, Chichester.
• SALTELLI A., TARANTOLA A., CAMPOLONGO F., RATTO M. 2004: Sensitivity Analysis in Practice – a Guide to Assessing Scientific Models. John Willey & Sons, Chichester.
• SCHMID B.H. 2003: Temporal moments routing in streams and rivers with transient storage. Advances in Water Resources 26: 1021–1027.
• SCHMID B.H., INNOCENTI I., SANFILIPPO U. 2010: Characterizing solute transport with transient storage across a range of flow rates: The evidence of repeated tracer experiments in Austrian and Italian streams. Advances in Water Resources (doi:10.1016/j.advwatres.2010.06.001).
• SMITH P., BEVEN K.J., TAWN J. 2008: Informal likelihood measures in model assessment: Theoretic development and investigation. Advances in Water Resources 31: 1087–1100.
• STACHURSKI A., WIERZBICKI A.P. 2001: Podstawy optymalizacji. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.