СОСТОЯНИЕ  ИЗУЧЕННОСТИ  ПРОБЛЕМЫ  МОДЕЛИРОВАНИЯ  ГИДРОЛИТОСФЕРНЫХ  ПРОЦЕССОВ

Дадоян  Карине  Араиковна

студент  2  курса,  инженерного  факультета,  Северо-  Кавказский  федеральный  университет,  филиал,  РФ,  г.  Пятигорск

E-mail:  popeye125544@mail.ru

Джамалов  Адиль  Чубанович

студент  3  курса,  инженерного  факультета,  Северо-  Кавказский  федеральный  университет,  филиал,  РФ,  г.  Пятигорск

Пирмагомедов  Олег  Владимирович

студент  3  курса,  инженерного  факультета,  Северо-  Кавказский  федеральный  университет,  филиал,  РФ,  г.  Пятигорск

Цаплева  Валентина  Викторовна

канд.  техн.  наук,  кафедры  управление  в  технических  и  биомедецинских  системах,  Северо-  Кавказский  федеральный  университет,  филиал,  РФ,  г.  Пятигорск

THE STATE OF KNOWLEDGE   PROBLEMS  OF  MODELING  GIDROLITOSFERNYH  PROCESSES

Dadoyan  Karine

2nd  year  student  ,  Faculty  of  Engineering,  North-Caucasus  Federal  University  ,  branch,  Russia,  Pyatigorsk

Jamalov  Adil

3-year  student  ,  Faculty  of  Engineering,  North-Caucasus  Federal  University,  branch,  Russia,  Pyatigorsk

Pirmagomedov  Oleg

3-year  student  ,  Faculty  of  Engineering,  North-Caucasus  Federal  University,  branch,  Russia,  Pyatigorsk

Heron  Valentina

research  manager,  PhD.  tehn.  Sciences,  Department  of  Management  in  technical  systems  and  biomedetsinskih  North-Caucasus  Federal  University,  branch,  Russia,  Pyatigorsk

АННОТАЦИЯ

В  данной  статье  рассмотрено  состояние  изученности  проблем  моделирования  гидролитосферных  процессов  в  целом  и,  в  частности,  региона  Кавказских  Минеральных  вод,  определены  задачи  для  дальнейших  исследований  в  этой  области. 

ABSTRACT

This  article  discusses  the  state  of  knowledge  of  modeling  problems  gidrolitosfernyh  processes  in  general  and,  in  particular,  the  region  of  Caucasian  Mineral  Waters,  set  objectives  for  future  research  in  this  area.

Ключевые  слова:  компьютерное  моделирование;  начальные  условия;  граничные  условия;  математическая  модель;  дискретная  модель;  график  переходного  процесса.

Keywords:  computer  simulation;  initial  conditions;  boundary  conditions;  mathematical  model;  discrete  model;  schedule  of  the  transition  process.

Моделирование  гидролитосферных  процессов  предназначено  для  оптимизации  добычи  минеральных  вод.  Нерациональный  водозабор  может  привести,  с  одной  стороны,  к  понижению  или  даже  иссяканию  минеральной  воды  в  водоносных  горизонтах.  С  другой  стороны,  нерациональный  водоотбор  может  отрицательно  сказаться  на  качестве  добываемых  вод  —  снижению  минерализации,  загрязнению  гидроминеральных  ресурсов  сторонними,  возможно  токсичными  примесями.  Поэтому  проблема  моделирования  водозабора  и  управления  этим  процессом  в  настоящее  время  крайне  актуальна  для  региона  Кавказских  Минеральных  Вод. 

Исследования  в  этой  области  проводились  многими  учеными.  Данное  направление  активно  развивается  уже  около  пятидесяти  лет.  Однако,  в  этой  области  всё  равно  остаются  нерешенные  задачи.  Для  того,  чтобы  восполнить  пробелы  в  сфере  моделирования  гидролитосферных  процессов,  необходимо  оценить  картину  в  целом,  в  первую  очередь  проанализировав,  какие  задачи  уже  решены  в  исследованиях  специалистов  в  данной  области.

Наиболее  полные  сведения  о  моделировании  гидродинамических  процессов  изложены  в  работах  Васильева  В.В.,  Гензеля  Г.Н.,  Карачевцева  Н.Ф  Шестакова  В.М,  Крашина  И.И.,  Пересунько  Д.И.,  Гавич  И.К.  [2;  4;  5].  Несмотря  на  то,  что  основное  внимание  в  этих  работах  уделяется  моделированию  плоских  задач  на  аналоговых  электрических  моделях,  указывается  на  перспективность  использования  численных  математических  методов  при  решении  задач  плановой  и  пространственной  фильтрации.

С  развитием  вычислительной  техники  появляются  более  совершенные  методы  численного  моделирования  как  стационарной  так  и  нестационарной  геофильтрации  в  многопластовых  системах  с  учетом  граничных  условий  1,  П,  и  Ш  рода,  а  также  таких  особенностей  фильтрационного  потока,  как  упругий  режим  перетекания  в  слабо  проницаемых  глинистых  прослоях,  неоднородность  фильтрующейся  жидкости  и  др.  К  этой  серии  программ  относятся  Топаз,  PLAST,  МИФ-3Д,  ModTech  и  др.

Дальнейшее  развитие  вычислительной  техники  и  методов  моделирования,  сопровождается  практически  повсеместным  переходом  от  физических  и  аналоговых  моделей  к  математическим.  Так,  в  работе  [3]  дается  описание  программы  MCG,  позволяющей  осуществлять  решение  задач  стационарной  и  нестационарной  фильтрации  в  многослойных  системах  с  помощью  численного  метода  сопряженных  градиентов.  Решение  производится  на  пространственной  прямоугольной  расчетной  сетке.  Общее  число  узлов  расчетной  сетки  равно  10  тыс.,  общее  количество  слоев  вертикального  разреза  до  10.  Модель  позволяет  учитывать  различные  граничные  условия,  а  также  плановую  фильтрационную  неоднородность. 

Как  следует  из  описания,  геофильтрационные  процессы  изучались  преимущественно  на  плоских  аналоговых  моделях,  и  только  начиная  с  рубежа  1980г.  наблюдается  довольно  интенсивное  внедрение  в  повсеместную  практику  исследований  математических  методов  моделирования.  Несмотря  на  многообразие  разработанных  в  настоящее  время  программ,  направление  это  остается  пока  еще  недостаточно  разработанным  и  требует  дальнейших  исследований.  Это  объясняется  еще  и  тем,  что  геолого-технические  условия  месторождений  весьма  разнообразны,  и  разработать  какую-то  универсальную  модель,  способную  полностью  охватить  весь  комплекс  проблем,  довольно  сложно. 

Кроме  того,  как  следует  из  анализа  литературы,  вопросы  управления  работой  геолого-технических  объектов  начинают  приобретать  актуальность  примерно  в  начале  60-х  годов.  В  основном  рассматривались  системы,  основанные  на  принципах  программного  управления.  Системы  с  обратной  связью  в  геолого-технических  объектах  не  рассматривалась.  Не  ставились  в  качестве  критериев  оптимальности  или  функции  цели  и  экологические  требования. 

Вместе  с  тем,  инструкциями  и  нормативными  документами  предусматривается  обязательное  сооружение  сети  наблюдательных  скважин  и  проведение  режимных  наблюдений  по  ним.  Имея  такую  информацию  в  значительной  степени  можно  повысить  надежность  и  бесперебойность  в  обеспечении  многих  регионов  с  ограниченными  ресурсами  пресных  вод. 

Управляемый  объект  (водозабор  или  артезианский  бассейн)  выполняющий  свои  основные  функции  по  водообеспечению  должен  эксплуатироваться  в  таком  режиме,  при  котором  соблюдались  основные  технологические  и  экологические  требования.  Иными  словами,  при  эксплуатации  объекта  ему  задается  целый  ряд  ограничений  на  динамику  снижения  уровня,  минерализацию,  максимально  возможное  понижение,  допустимое  соотношение  динамических  уровней  между  смежными  горизонтами,  максимальные  и  минимальные  водоотборы  из  скважин,  и  т.  д.,  что  делает  задачу  многовариантной.  Здесь  невозможно  обойтись  без  математической  модели  объекта,  на  которой  «проигрываются»  возможные  варианты  эксплуатации  на  некоторую  перспективу.  Под  объектом  следует  понимать  его  математическую  модель.  Обратная  связь  осуществляется  через  блок  измерения,  который  в  данном  случае  представляет  собой  систему  наблюдательных  скважин,  по  которым  производится  систематический  комплекс  наблюдений  (измерение  уровня,  температуры,  минерализации  и  т.  д.).  В  блоке  сравнения  происходит  сопоставление  допустимых  и  фактических  параметров  в  точках  соответствующих  расположению  наблюдательных  скважин,  и  эта  информация  поступает  на  регулятор,  обеспечивающий  выработку  такого  режима  работы  объекта,  при  котором  отклонения  от  заданных  режимов  будут  минимальны. 

Вопросам  верификации  моделей  стали  уделять  повышенное  внимание  после  массового  внедрения  компьютерной  техники  и  повсеместного  перехода  к  математическому  моделированию,  однако  разработано  оно  недостаточно  полно.  К  настоящему  моменту  имеются  лишь  общие  рекомендации  и  развитие  этого  направления  задача  весьма  своевременная  и  актуальная. 

Малков  А.В.  и  Першин  И.М.  [6]  в  своём  исследовании  решают  задачи  совершенствования  теоретических  основ  управления  природными  геологическими  объектами  в  условиях  интенсивного  техногенного  воздействия,  повышение  точности  и  оперативности  процессами  эксплуатации,  обоснование  условий  разработки  при  минимальной  экологической  нагрузке.

Ряд  современных  исследований  посвящен  моделированию  гидролитосферных  процессов  в  регионе  Кавказских  Минеральных  Вод.  Так,  например,  Атрощенко  О.И.  в  диссертационном  исследовании  [1]  выполняет  аналитическое  конструирование  законов  управления  уровнем  водоносного  горизонта  на  Центральном  участке  Кисловодского  месторождения  минеральных  вод  «Нарзан».  Цаплева  В.В.  в  диссертационном  исследовании  [7]  рассматривает  задачи  системного  анализа  гидролитосферных  процессов  региона  города  Лермонтова  и  реализует  компьютерное  моделирование  прогнозных  моделей  развития  этих  процессов.

Таким  образом,  создание  системы  управления  гидролитосферными  процессами  связано  со  следующими  аспектами.

1.  Построение  математической  модели  объекта,  разработка  методов  верификации.

2.  Обоснование  целевой  функции,  системы  ограничений. 

3.  Построение  регулятора  (регуляторов)  объекта  и  методов  управления. 

В  результате  анализа  изученности  проблемы  моделирования  гидролитосферных  процессов  региона  можно  прийти  к  выводу,  что  несмотря  на  актуальность  темы,  задачи  моделирования  решаются  лишь  частично  для  отдельных  участков,  поскольку  моделирование  всего  региона  КМВ  представляется  крупномасштабной  задачей,  требующей  больших  вычислительных  ресурсов.  Поэтому  следующим  этапом  в  изучении  задач  моделирования  представляется  построение  математической  и  компьютерной  модели  региона  КМВ  в  целом,  что  позволит  строить  регуляторы  для  управления  процессом  водозабора  крупного  гидрогеологического  объекта.

Список  литературы:

1. Атрощенко  О.И.  Синергетический  синтез  систем  управления  гидролитосферными  процессами:  диссертация  на  соискание  ученой  степени  канд.  техн.  наук.  Пят.  гос.  тех.  университет,  Пятигорск,  2008.
2. Васильев  В.В.,  Гензель  Г.Н.,  Карачевцев  Н.Ф.  и  др.  Прогноз  на  ЭВМ  изменения  гидрогеологических  условий  при  разработке  месторождений  полезных  ископаемых.  //  Тез.  докл.  1  Всесоюзн.  съезда  инж.-геол.,  гидрогеол.  и  геокриол.  Киев,  Наукова  думка,  1988.  —  С.  21—22.
3. Гидрогеологические  расчеты  на  ЭВМ  /  Под  ред.  Штенгелова  Р.С.  М.:  Изд.-во  МГУ,  1994.  —  336  с.
4. Жернов  И.Е.,  Шестаков  В.М.  Моделирование  фильтрации  подземных  вод.  М.:  Недра,  1971,  —  223  с.
5. Ломакин  Е.А.,  Мироненко  В.А.,  Шестаков  В.М.  Численное  моделирование  геофильтрации.  М.:  Недра,  1988.  —  228  с.
6. Малков  А.В.,  Першин  И.М.  Синтез  распределенных  регуляторов  для  систем  управления  гидролитосферными  процессами  М.:  Научный  мир,  2008.  —  257  с. 
7. Цаплева  В.В.  Системный  анализ  гидролитосферных  процессов  региона  г.  Лермонтова:  диссертация  на  соискание  ученой  степени  канд.  техн.  наук.  Пят.  гос.  тех.  университет,  Пятигорск,  2012.