Modelování je silným nástrojem při návrhu, provozu i uzavírání skládky

Ve všech etapách přípravy, provozu a následné péče o skládku se objevují různé problémy či rizika, které musejí být zohledňovány a řešeny. Při tom může významně pomoci modelování a je také pro tyto účely často používáno.

Problémy a rizika jsou obvykle dvojího druhu. Jednak jsou to rizika stavební, zejména mechanická stabilita skládky, jednak jde o ohrožení životního prostředí (vliv na čistotu ovzduší a vod, množství vody, ekosystémy, krajinu apod.). K simulaci a modelování jevů při řešení hydrogeologických, geochemických a geotechnických úloh, které se objevují v souvislosti se skládkováním, jsou k dispozici konkrétní softwarové prostředky. Nejzávažnějšími problémy, se kterými se modelování vždy potýká, je nedostatek dat a dobré porozumění obsahu dostupných dat a procesům probíhajícím v posuzované lokalitě.


POSTUPY MODELOVÁNÍ

Modelování není samostatně stojící aktivitou, musí být vždy použito pro nějaký účel. Výhodným pomocníkem je na základní úrovni – porozumění úloze, systému nebo lokalitě. Je také velmi důležité pro interpretaci monitorovaných parametrů (analýzy chemického složení vody, měření množství vody atd.).

Zároveň může být modelování užitečné na nejvyšší úrovni konkrétní aplikace, tj. při optimalizaci parametrů stavby. Pro takový účel model musí být stavěn adekvátně, tedy s úplným porozuměním úloze a hlavně datům z měření, která jsou používána. Proto je nutné nejdříve provést mnoho analýz dat a sestavit řadu modelů dílčích úloh, než začneme s modelováním hydrologie a geochemie v plném měřítku a s predikcí pravděpodobného rozšíření kontaminace, srovnáváním dvou či více projektů nebo optimalizací materiálových či rozměrových parametrů.

Dílčí problémy, které je třeba předem řešit, jsou v geochemii např. interakce mezi předpokládanou nebo pozorovanou kontaminací a předpokládaným nebo použitým materiálem, rychlost této interakce a následné jevy jako rozpouštění dalších minerálů, srážení druhotných minerálů, oxidačně-redukční reakce (změna oxidačního stavu a s tím související změna toxicity nebo rozpustnosti některých prvků) apod. Hlavní úlohou v hydrogeologii je bilance vody, tj. množství vody protékající různými částmi lokality, nebo inženýrské bariéry.

Obecně je největším problémem při stavbě a používání modelů v přírodním prostředí nedostatek dat. Pro zcela věrohodné výsledky modelů jsou data vždy nedostačující, proto musejí být modely stavěny vždy opatrně a pečlivě s ohledem na data a je třeba provádět citlivostní analýzy a ověřování věrohodnosti výsledků všemi dostupnými metodami.

NÁSTROJE K MODELOVÁNÍ

Velmi používanými nástroji k modelování hydrogeologických úloh jsou softwary Modflow, FEFlow, HYDRUS. Zajímavou alternativou k nim je Flow123d. Pro modelování vodní bilance se často používají softwary HELP a BOWAHALD. Pro modelování geochemických problémů jsou nejčastěji používané Phreeqc, Visual MINTEQ, nebo The Geochemist’s Workbench. Optimalizace může být automatizována s použitím softwarů UCODE nebo PEST. Pro simulaci sdružených úloh jsou vyvíjeny a používány další softwary, z nichž jmenujme alespoň OpenGeoSys. Softwarové nástroje se vzájemně liší komplexností řešených úloh, použitými numerickými metodami, požadavky na hardware a možnostmi řešení z hlediska rozsahu a velikosti úloh měřeného v množství elementů sítě a časových kroků. Možný rozsah úloh může být zvětšen při užití paralelních výpočtů na mnoha (tisících) procesorech.

ZAJIŠTĚNÍ KVALITY

Základními složkami každé systémové analýzy je řízení kvality. Proto musí být i při modelování ustavena kontrola kvality ve všech postupech a na všech úrovních práce.

Pro laboratorní metody se používají principy a normy GLP (Good Laboratory Practice – dobrá laboratorní praxe). Obdobně existuje soubor kritérií pro „dobrou praxi modelování“ (Good Modelling Practice – GMP).

GMP je nový pojem v oblasti modelování, poprvé diskutovaný v souvislosti s modelováním trvalých skládek odpadu (viz box). Jsou-li splněna kritéria kvality podle GMP, výpočty simulace vodní bilance mohou být smysluplným nástrojem pro prognózu budoucí vodní bilance, zvláště pro prognózu průtoku přes těsnicí systém skládek.

Modelování může být silným nástrojem při plánování opatření ve všech stadiích života skládky. Může být podporou zásadních rozhodnutí v průběhu projektování skládky i návrhu jejího těsnicího systému, napomáhat v porozumění výsledkům měření získaných z monitorovacího systému v průběhu kterékoliv fáze života skládky i pomáhat provozovateli skládky porozumět probíhajícím změnám na skládce a navrhovat vhodná opatření ve vhodný čas.

Základním problémem modelování každého přírodního nebo přírodně-technického systému je nedostatek dat. Proto musejí být modely stavěny opatrně a pečlivě s ohledem na dostupná data. Dobré porozumění datům je základní podmínkou k úspěšné aplikaci modelování. Při modelování musí být ustavena kontrola kvality na všech úrovních. K tomu účelu může být „dobrá praxe modelování“ (GMP) zajímavým uceleným návrhem.

Tato práce byla částečně podpořena výzkumným projektem č. FR-TI1/456 „Vývoj a zavedení nástrojů aditivně modulujících proces bioremediace půdy a vody“ v rámci programu MPO-TIP.

 

doc. Ing. Jan Šembera, PhD.
Ústav mechatroniky a technické informatiky Technická univerzita Liberec

P. Schneider
C&E Consulting und Engineering GmbH, Chemnitz

 

NAVRŽENÁ KRITÉRIA PRO GOOD MODELLING PRACTICE (GMP)

– Kvalifikovaná analýza systému

– Sběr odpovídajících (vstupních) dat

– Odpovídající matematický model (verifikovaný, kalibrovaný, validovaný)

– Kvalifikovaný a zkušený modelář

– Úplná dokumentace

 

PŘÍKLAD POUŽITÍ MODELŮ

Začíná se sběrem, analýzou a verifikací dat. Tato část zahrnuje řadu posouzení odborníků a mnoho modelování s cílem porozumět procesům probíhajícím v navrhovaném systému. Teprve pak následuje modelování celého systému, volba možných variant, jejich simulace a srovnávání a nakonec případná optimalizace parametrů. Jestliže tato procedura vede pouze k návrhům s parametry, které nejsou teoreticky realizovatelné, je jediným řešením použití konvenčního řešení. Jestliže je výsledkem výše popsaného procesu teoreticky realizovatelné řešení, musí být ještě posouzeno z technologického hlediska a na jeho základě je vytvořen technický návrh řešení. Není-li tímto postupem potvrzena technická proveditelnost řešení, je třeba upravit návrh a model systému. V opačném případě může postup pokračovat zpracováním podrobného návrhu řešení a jeho realizací. Tento postup lze chápat jako obecný algoritmus v oblasti plánování a návrhu jakékoliv stavby ovlivňující hydrogeologické podmínky nebo obecněji životní prostředí, zejména projekt skládky, otvírka dolu, rekultivace starých dolů, stavba přehradních nádrží apod.

Na schématu je uveden postup pro řešení složitého problému – návrhu alternativního těsnicího s

ystému skládky.

 

STRUČNĚ V ČASOPISE – PODROBNĚ NA WEBU

Aby se do časopisu vešlo více informací, jsou naše články stručnější. Jejich plné znění, včetně seznamu literatury a odkazů, najdete na našem webu www.odpady.ihned.cz

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *