Laboratorium zamknięte w wale
Fot. Fotolia
Czy można zbudować takie wały przeciwpowodziowe, które będą potrafiły powiadamiać ludzi o zbliżającym się zagrożeniu? Taki „inteligentny wał” wyposażony w zestaw ponad 1200 specjalistycznych czujników wybudowano w Czernichowie pod Krakowem. To jedno z najnowocześniejszych laboratoriów pomiarowych w Europie.
Eksperymentalny wał przeciwpowodziowy to projekt koordynowany przez uczonych z Akademii Górniczo-Hutniczej. Unikatowe laboratorium badawcze powstało na terenach zalewowych Wisły, w pobliżu Szkoły Rolniczej w Czernichowie.
Inteligentny wał przeciwpowodziowy jest wysoki na 4 metry i długi na 200 metrów, jego kubatura wynosi ponad 28 tysięcy metrów sześciennych. W tej objętości ukryto różne konstrukcje do prowadzenia eksperymentów, instalację elektryczną i sieciową, jak np. światłowody służące do pomiaru warunków termicznych wewnątrz wału. Monitoring obejmie również pomiar ciśnienia porowego, (czyli ciśnienia wody w gruncie na danym poziomie) oraz ciśnienia samego gruntu. Liczne czujniki będą odnotowywać zmiany w obrębie korpusu wału, w tym zagrożenia wynikające przede wszystkim z nasiąkania gruntu.
Wał został zbudowany w ramach Informatycznego Systemu Monitoringu Obwałowań Przeciwpowodziowych. Jeżeli taka technologia okaże się skuteczna, będzie ją można zastosować także w innych miejscach w kraju i zagranicą. Systemy pomiarowe i urządzenia ostrzegawcze pomogą organom państwa i samorządom chronić nas przed tragicznymi w skutkach powodziami.
Konstrukcja eksperymentalnego wału przypomina kształtem stadion sportowy. Na zewnątrz ułożona została biomasa i humus, czyli wierzchnia warstwa gleby. Będzie tu można przeprowadzać symulację warunków panujących podczas powodzi.
Konsorcjum naukowo-przemysłowe tworzą dwa wydziały AGH – Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska oraz Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji. Zaprojektowany przez naukowców system będzie kontrolował, jakie procesy zachodzą w gruncie wokół zbiornika wodnego i gromadził dane na ten temat. Eksperci zoptymalizują przesył danych i przeanalizują je wykorzystując symulacje komputerowe. Organy administracji otrzymają wizualizację wyników pomiarów wraz z ich interpretacją.
Jak wyjaśnił podczas seminarium projektu prof. dr hab. inż. Krzysztof Zieliński z AGH, dzięki pracy uczonych powstanie kompleksowy system monitorowania stanu statycznego i dynamicznego obwałowań przeciwpowodziowych. Pomiary będą prowadzone w trybie ciągłym, z możliwością symulacji zachodzących zmian strukturalnych oraz szacowaniem ryzyka ich uszkodzenia.
Badania geotechniczne i geofizyczne będą prowadzone nie tylko na podłożu zbudowanego wału eksperymentalnego, ale również w otoczeniu i korpusie innych istniejących konstrukcji przeciwpowodziowych. Badacze opracują numeryczny model najczęściej występujących typów wałów w dorzeczu Górnej Wisły i dynamiczny model zachowania się tych wałów. Szczególną uwagę poświęcą sytuacjom prognozowanych obciążeń.
Uczeni zaproponują innowacyjne zasady projektowania budowli, które mają zapobiegać powodziom. Pokażą, jak konstruować sondy pomiarowe na potrzeby monitorowania stanu wałów przeciwpowodziowych, sieci czujników współpracujących z sondami pomiarowym i zaprojektują platformę komunikacyjną systemu. Powstanie podsystem zarządzania siecią pomiarową i danymi, podsystem oceny oraz prognozowania stanu wałów. W końcu opracują podsystem wizualizacji i wspierania podejmowania decyzji.
Czy modelowanie numeryczne procesów dynamicznych w obwałowaniach jest konieczne? Prof. dr hab. inż. Andrzej Leśniak za AGH przekonuje, że tak. Trzeba bowiem pamiętać, że wyniki są odnotowywane tylko w wybranych punktach pomiarowych. Aby wnioskować o stabilności wałów należy znać przestrzenny rozkład wszystkich parametrów. „Modelowania pozwalają na prognozę zachowania się wałów, tzn. na oszacowanie ryzyka przerwania wałów w wypadku realizacji określonego scenariusza” - ocenia naukowiec.
Jak dodaje dr inż. Marian Bubak, system monitorowania obwałowań będzie działał w trzech trybach – czuwania, oceny zagrożenia oraz alarmowym. Ten ostatni będzie uruchamiany decyzją człowieka w przypadku złej prognozy. Gdy zagrożenie stanie się poważne, powiadomione zostaną stosowne władze i służby.
Centralny system informatyczny platformy ISMOP zapewnia działanie systemu monitorowania wałów i podejmowania decyzji. Do przetwarzania informacji i analizy stanu zagrożenia obwałowania wykorzystywane są techniki „big data” i chmury obliczeniowej.
Trzyletni projekt rozpoczął się w lipcu 2013 r. Wraz z AGH realizują go firmy NEOSENTIO i SWECO Hydroprojekt Kraków. Prace współfinansuje Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych. Końcowe wyniki zostaną udostępnione podmiotom odpowiedzialnym za zarządzanie przeciwpowodziowe w kraju.
PAP – Nauka w Polsce
kol/ mki/
Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.
