Projekti / Programi
Hidravlično in okoljsko raziskovanje
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.20.00 |
Tehnika |
Vodarstvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T220 |
Tehnološke vede |
Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin |
| T270 |
Tehnološke vede |
Okoljska tehnologija, nadzor onesnaženja |
| P176 |
Naravoslovno-matematične vede |
Umetna inteligenca |
| S120 |
Družboslovje |
Zakon o varstvu okolja |
hidravlika, mehanika tekočin, hidravlični stroji in naprave, hidroenergetika, fizično modeliranje, matematično modeliranje, varstvo okolja, ekološko inženirstvo, umetna inteligenca, čistilne naprave, odvodnjavanje, vodovod, kanalizacija, prodonosnost
Raziskovalci (15)
Organizacije (1)
Povzetek
Inštitut, oz. programska skupina se odlikuje kot edina v Sloveniji, ki je sposobna izvajati fizične modele naravnega ali umetnega vodnega toka, vključno z vsemi vodogradbenimi in vodosilnimi napravami. V preteklosti smo opravili številne hidravlične modelne raziskave tudi za tuje naročnike, kar izkazuje našo kvaliteto tudi v mednarodnem merilu. Naš raziskovalni program še vedno bazira na teoretičnih (matematičnih) in praktičnih (modelnih) raziskavah osnovnih hidravličnih zakonitosti in pojavov, in se nadgrajuje v bolj specialna področja hidravlike in komplementarnih ved. V zadnjem času smo se orientirali tudi v ekološko inženirstvo, t.j. k raziskavam in fizičnim ter matematičnim modelnim raziskavam in simulacijam kakovostnih procesov v okolju (toplotna obremenitev rek in akumulacij hidrocentral, kvaliteta voda, zaščita okolja (voda) pred izpusti onesnažene padavinske vode s cestišč, delovanje posameznih funkcionalnih sklopov čistilnih naprav, itd.). Ponovno se tudi vračamo k raziskavam na področju komunalne infrastrukture, t.j. vodovodi in kanalizacije. Razvijamo znanja na področju rečne hidravlike, prodonosnosti, optimizacije hidravličnih in vodnogospodarskih objektov. Trenutne raziskave potekajo na dveh projektih in sicer (1) sprememba toplotne bilance v reki, oz. toplotna obremenitev vodnih teles zaradi izgradnje akumulacij za hidrocentrale - primer Vrhovo, (2) hidravlični modeli in okolje s tremi podprojekti (2.1) bazična hidravlika, kjer razvijamo enoten izraz za tok s prosto gladino ali pod tlakom ter ga poskušamo unificirati tudi glede na pogoje toka (laminarno oz. turbulentno), (2.2) rečna hidravlika, kjer raziskujemo manevre na hidrocentralah, optimiziramo njihovo moč ter izvajamo izmere akumulacij za raziskave zaprojevanja in zamuljevanja, (2.3) hidrologija malih povodij, kjer raziskujemo obnašanje relativno malih povodij v ekstremnih nalivih in razvijamo metode in objekte za zmanjševanje vpliva deževnih in onesnaženih voda na okolje. Rezultati raziskav so delno usmerjeni tudi na področje okoljske zakonodaje. Bodoče raziskave (prijava projekta) usmerjamo na ekološko inženirstvo, t.j. raziskovanje delovanja določenih hidravličnih struktur v zdravstveni in ekološki hidrotehniki, kot npr. vrtinčne dušilke za omejevanje pretoka, hidrocikloni za separacijo usedljivih in plavajočih delcev iz tekočin (onesnažene vode). Za naročnika iz prakse izvajamo hidravlične preizkuse kakovosti njihovih izdelkov. V skladu z akcijo monitoringa onesnaževalcev voda, ki poteka pri MOP-u bomo razvili primerna terenska merilna mesta in jih tipizirali. Raziskave na področju kanalizacije bodo potekale s ciljem zmanjšati onesnaženje okolja iz kanalizacije vsled prelivanja razbremenilnikov in/ali slabega delovanja same kanalske mreže. Za vodovode bomo raziskovali dejanjske oz. potencialne scenarije onesnaženja zajetij in razvodne mreže ter predvideli potrebne ukrepe. Sodelovali bomo tudi s kmetijci, oz. ustreznimi strokovnjaki pri modeliranju onesnaževanja podtalnice iz razpršenih virov (gnojenje, škropljenje, itd.). Kot že sedaj bomo tudi v bodoče sodelovali z uporabniki iz prakse na vseh omenjenih področjih. Kot pionirji v svetu tudi uvajamo metode umetne inteligence (strojno učenje) na področje hidravličnih raziskav, kjer že imamo obetavne rezultate.
Pomen za razvoj znanosti
* Raziskave s področja temeljne hidravlike vodijo k poenotenju izraza za hidravlične izgube pri toku realne tekočine , tako za področje prosta gladina/pod tlakom, kot za področje laminarni/turbulentni tok. Tako poenotenje bo pripomoglo k boljšemu razumevanju samega pojava in odpravilo dosedanje polempirične formule, oz. utemeljilo izvor in vrednosti parametrov v le-teh. Po drugi strani smo z intenzivno analizo merskih podatkov z metodami umetne inteligence (AI) uspeli odkriti nov člen v konceptualnem izrazu (diferencialna enačba) za hidravlične izgube, ki se sklada z ekspertno intuicijo - zdaj moramo še eksperimentalno potrditi njegovo pravilnost in pojasniti dejanski pomen, oz. fizikalno ozadje. * Raziskave toplotne bilance v akumulacijah bodo koristne za napovedovanje kakovostnih sprememb vodotokov pri izgradnji akumulacij in nato za oceno potencialne spremembe biotopa in biocenoze. V razvoju imamo tudi nov merilnik sončnega sevanja, prirejen za meritve energetske bilance na vodni površini. Oboje je zanimivo v svetovnem merilu. * Raziskave obratovalnih valov in obdelave z metodami AI bodo podale metodologijo za optimiziranje moči hidrocentral pri istočasnem varnem obratovanju, tudi s stališča poplavne varnosti. Tega v svetu še ni na tem nivoju (so le nevronske mreže). * Raziskave posameznih elementov čistilnih naprav, oz. kanalizacijskega sistema bodo podale smernice za načrtovanje takih struktur, kar bo bistveno pocenilo dosedanje predvsem eksperimentalno dimenzioniranje.
Pomen za razvoj Slovenije
Vse, kar se nanaša na širši, t.j. svetovni pomen, se seveda nanaša tudi na Slovenijo. V prvi vrsti gre za domače znanje, ki ga torej ne bo treba prenašati, prevajati, oz. prilagajati za uporabo v Sloveniji, kot to velja za tuj know-how. Dosedanji in predvideni delež sofinanciranja naših R&R programov kaže na relevantnost naših raziskav za naročnike iz gospodarstva. Seveda so raziskave temeljne hidravlike globalno uporabne. Vse ostale raziskave pa izhajajo iz dejanjskih potreb slovenske prakse, tu so bile, ali pa bodo izvedene meritve in za te probleme bodo tudi poiskane (raziskovalno) ustrezne rešitve. Za probleme rečne hidravlike, oz. obratovalnih valov, so posebej zainteresirane naše derivacijske hidrocentrale (HE) SD I (Zlatoličje) in SD II (Formin), sicer pa veriga dravskih, veriga savskih in veriga soških elektrarn. Trenutne raziskave prodonosnosti in hidravličnega izoblikovanja novega vtoka HE Plave II bodo prinesle velike finančne prihranke pri izgradnji in obratovanju zajema, ter optimizirale moč HE. Predvidene raziskave vodostanov bodo pocenile te sicer izredno drage (tunelska gradnja) objekte in povečale varnost obratovanja HE. Raziskave hidrotehničnih objektov v čistilni in regulacijski tehniki imajo v slovenskem prostoru široko uporabo - od optimizacije konstrukcije in delovanja razbremenilnikov v kanalizaciji (zmanjševanje onesnaževanja okolja s hidrociklonskimi separatorji) do optimiziranja postrojev za obrambo pred hidravličnim udarom (vodostani z vrtinčno dušilko). Pripomogli bomo tudi k zmanjševanju onesnaževanja okolja zaradi odvodnje avtocest. Z našimi raziskavami bomo pripomogli k oblikovanju primerne okoljske zakonodaje. Raziskave, kjer bomo uporabljali za analizo podatkov metode umetne inteligence, pa bodo koristile tudi kolegom razvijalcem teh metod z Inštituta Jožef Stefan, kar se je pokazalo že sedaj, ko smo z našimi aplikacijami narekovali razvoj in izboljšave njihovih metod in orodij AI.
