Numerično modeliranje toka in transporta v kraških vodonosnikih

Cilji tega predmeta so:
• Seznanitev s problematiko in cilji, ki jih lahko obravnavamo z numeričnimi modeli.
• Pregled nad različnimi pristopi modeliranja, ki jih uporabljamo v hidrogeologiji krasa.
• Izbor in uporaba primernih modelskih pristopov v odvisnosti od problematike, zahtevnosti formulacije in računske intenzivnosti problema, ter razpoložljivih hidrogeoloških podatkov.
• Kritično ovrednotenje rezultatov modela v luči hidrogeološkega konteksta na terenu.

/

Približno 25 % svetovnega prebivalstva se oskrbuje s pitno vodo iz kraških vodonosnikov. Tok in prenos snovi v kraških vodonosnikih je zaradi njihove izjemne heterogenosti težko napovedati, zato je kraške vodonosnike še posebej težko varovati. Poleg tega lahko pride do pomanjkanja vode v sušnih razmerah in do poplavljanja ob visokih vodah. Numerično modeliranje toka in transporta se za študij kraških vodonosnikov široko uporablja zadnjih nekaj desetletij. Numerične modele uporabljamo skupaj s klasičnimi hidrogeološkimi metodami pri napovedovanju ekstremnih hidroloških dogodkov, študijah širjenja onesnaževal ali pri načrtovanju upravljanja voda. Namen tega predmeta je študentom predstaviti raznolikost numeričnega modeliranja kraških vodonosnikov in jim zagotoviti dovolj znanja za samostojno delo na tej temi.

Ob koncu tega predmeta mora biti študent sposoben samostojno rešiti problem modeliranja v razumnem času. To pomeni:
• Znati poenostaviti problem v numerično rešljiv koncept.
• Določiti primerno geometrijo, strukturo, robne in začetne pogoje.
• Kritično oceniti uporabljene vhodne podatke.
• Izvesti analizo občutljivost na vhodne parameter.
• Prilagoditi rezultate meritvam na terenu in uporabiti mere natančnosti modela.
• Razumeti in predvideti princip “ekvifinalnosti”.

• Anderson, M.P., Woessner, W.W., Hunt, R.J., 2015. Applied Groundwater Modeling. Simulation of Flow and Advective Transport, second ed. Academic Press. E-gradivo
• Gabrovšek, F., Peric, B., Kaufmann, G., 2018. Hydraulics of epiphreatic flow of a karst aquifer. Journal of Hydrology 560, 56-74. doi: 10.1016/j.jhydrol.2018.03.019. E-gradivo
• Hartmann, A., Goldscheider, N., Wagener, T., Lange, J., Weiler, M., 2014. Karst water resources in a changing world: review of hydrological modeling approaches. Rev. Geophys. 52 (3), 218–242. doi: 10.1002/2013RG000443. E-gradivo
• Jeannin, P.Y., et al. 2021. Karst modelling challenge 1: Results of hydrological modelling. Journal of Hydrology 600, 126508. doi: 10.1016/j.jhydrol.2021.126508. E-gradivo
• Jourde, H., Wang, X., 2023. Advances, challenges and perspective in modelling the functioning of karst systems: a review. Environmental Earth Sciences 82 (17), 396. doi: 10.1007/s12665-023-11034-7. E-gradivo
• Langevin, C.D., Hughes, J.D., Banta, E.R., Niswonger, R.G., Panday, Sorab, and Provost, A.M., 2017. Documentation for the MODFLOW 6 Groundwater Flow Model: U.S. Geological Survey Techniques and Methods, book 6, chap. A55, 197 p. doi: 10.3133/tm6A55. E-gradivo
• Oehlmann, S., Geyer, T., Licha, T., Sauter, M., 2015. Reducing the ambiguity of karst aquifer models by pattern matching of flow and transport on catchment scale. Hydrolology and Earth System Sciences 19, 893-912. doi:10.5194/hess-19-893-2015. E-gradivo
• Shoemaker, W.B., Kuniansky, E.L., Birk, S., Bauer, S., Swain, E.D., 2008a. Documentation of a Conduit Flow Process (CFP) for MODFLOW-2005. U.S. Geological Survey Techniques and Methods Book 6, Chapter A24. Reston, Virginia: USGS. E-gradivo
• Worthington, S.R.H., 2009. Diagnostic hydrogeologic characteristics of a karst aquifer (Kentucky, USA). Hydrogeology Journal 17, no. 7:1665-1678. doi: 10.1007/s10040-009-0489-0. E-gradivo
• Worthington, S.R.H., Smart, C.C., Ruland, W., 2012. Effective porosity of a carbonate aquifer with bacterial contamination: Walkerton, Ontario, Canada. Journal of Hydrology 464-465, 517-527. doi: 10.1016/j.jhydrol.2012.07.046. E-gradivo

Ustni izpit je namenjen preverjanju znanja, ki ga študenti pridobijo na predavanjih, ter njihove sposobnosti razumevanja, ubeseditve in podajanja pridobljenega znanja.

Pogoj za pristop k izpitu je pisni izdelek (5-15 strani), kjer bo študent uporabil programsko opremo za modeliranje po lastni izbiri in na konkretnem primeru modeliranja obravnaval določeno ožjo temo iz predmeta.

Ustni izpit 60%.
Pisni izpit 40%.

redni prof. krasoslovja

Bibliografija:

KNEZ, Martin, SLABE, Tadej, TORAB, Magdy, FAYAD, Noura Hamdy. Karst rock relief of Qara and White desert (Western desert of Egypt) = Kraški skalni relief v Qari in Beli puščavi (Zahodna puščava v Egiptu). Acta carsologica. [Tiskana izd.]. 2023, [vol.] 52, [no.] 2/3, str. 197-217, ilustr., zvd. ISSN 0583-6050. https://ojs.zrc-sazu.si/carsologica/article/view/12796/11894, DOI: 10.3986/ac.v52i2-3.12796. [COBISS.SI-ID 178797315]
KNEZ, Martin, LIU, Hong, SLABE, Tadej. Clustered stone forest in Pu Dou Chun (Yunnan, China) = Gručasti kamniti gozd v Fižolji vasi (Pu Dou Chun, Junan, Kitajska). Acta carsologica. [Tiskana izd.]. 2022, vol. 51, no. 1, str. 47-63, ilustr. ISSN 0583-6050. https://ojs.zrc-sazu.si/carsologica/article/view/10688/10597, http://www.dlib.si/details/URN:NBN:SI:doc-Y41SNY09, DOI: 10.3986/ac.v51i1.10688. [COBISS.SI-ID 133496323]
SLABE, Tadej, KNEZ, Martin, DRAME, Leon. Development model of rock relief on thick horizontal and gently sloping rock strata exposed to rain = Razvojni model skalnega reliefa debelega vodoravnega in malo nagnjenega sklada kamnine, ki je izpostavljena dežju. Acta carsologica. [Tiskana izd.]. 2021, vol. 50, no. 2/3, str. 209-230, ilustr. ISSN 0583-6050. https://ojs.zrc-sazu.si/carsologica/article/view/9308/9659, http://www.dlib.si/details/URN:NBN:SI:doc-W7VPJ05Q, DOI: 10.3986/ac.v50i2-3.9308. [COBISS.SI-ID 90835971]
BLATNIK, Matej, CULVER, David C., GABROVŠEK, Franci, KNEZ, Martin, KOGOVŠEK, Blaž, KOGOVŠEK, Janja, LIU, Hong, MAYAUD, Cyril, MIHEVC, Andrej, MULEC, Janez, ALJANČIČ, Magdalena, OTONIČAR, Bojan, PETRIČ, Metka, PIPAN, Tanja, PRELOVŠEK, Mitja, RAVBAR, Nataša, SHAW, Trevor R., SLABE, Tadej, ŠEBELA, Stanka, ZUPAN HAJNA, Nadja, KNEZ, Martin (urednik), OTONIČAR, Bojan (urednik), PETRIČ, Metka (urednik), PIPAN, Tanja (urednik), SLABE, Tadej (urednik). Karstology in the classical karst. Cham: Springer, cop. 2020. XII, 222 str., ilustr., zvd., graf. prikazi. Advances in karst science. ISBN 978-3-030-26826-8. ISSN 2511-2066. DOI: 10.1007/978-3-030-26827-5. [COBISS.SI-ID 17912067]
KNEZ, Martin, SLABE, Tadej, GABROVŠEK, Franci, KOGOVŠEK, Janja, KRANJC, Andrej, MIHEVC, Andrej, MULEC, Janez, OTONIČAR, Bojan, PERNE, Matija, PETRIČ, Metka, PIPAN, Tanja, PRELOVŠEK, Mitja, RAVBAR, Nataša, ŠEBELA, Stanka, ZUPAN HAJNA, Nadja, BOSÁK, Pavel, PRUNER, Petr, LIU, Hong, KNEZ, Martin (urednik), SLABE, Tadej (urednik). Cave exploration in Slovenia : discovering over 350 new caves during motorway construction on classical karst. Cham [etc.]: Springer, cop. 2016. XIII, 324 str., ilustr. Cave and karst systems of the world. ISBN 978-3-319-21202-9. ISSN 2364-4591. DOI: 10.1007/978-3-319-21203-6. [COBISS.SI-ID 38828077]