Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ выбранной темы исследований и разработок программного обеспечения математических моделей бассейнов подземных вод определяется тем, что в последнее время математическое моделирование как метод изучения и прогнозирования процессов геофильтрации и геомиграции все чаще используется в гидрогеологической практике. Выбор математического моделирования в качестве метода решения научно-практических задач определяется объективной необходимостью максимально точных количественных оценок и прогнозов техногенного воздействия на подземные воды.
Методы математического моделирования геофильтрации и геомиграции основаны на развитом математическом аппарате описания этих процессов и являются наиболее универсальными методами количественного изучения и прогнозирования гидродинамического режима, баланса и качества подземных вод.
Реальные возможности математического моделирования гидрогеологических процессов на ЭВМ в значительной степени определяются степенью развития научно-методического, алгоритмического и программного обеспечения Математических моделей гидрогеологических объектов. Исследования и разработки для создания системы специального математического обеспечения автоматизированных сеточных моделей бассейнов и месторождений подземных вод связаны в свою" очередь с решением целого ряда методических, алгоритмических и программно-технических вопросов, чему и посвящена данная работа.
Актуальность данного направления исследований отражается в отраслевых научно-технических программах Мингео СССР на 1985-1990 гг. и Комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр на 1991-1995 гг., в выполнении тематических заданий которых автор принимала непосредственное участие совместно с коллективом сотрудников лаборатории постоянно действующих моделей ВСЕГИНГЕО под научным руководством доктора геолого-минералогических наук И.И.Крашина.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является обеспечение возможности создания комплексных систем разномасштабных моделей процессов фильтрации и мас-сопереноса в подземных водах.
ЗАДАЧАМИ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК рассматриваемой диссертации являются:
-разработка концепции построения системы программного обеспечения;
-разработка принципов построения и логической структуры информационного Обеспечения комплексных систем разномасштабных моделей процессов геофильтрации и геомиграции;
-алгоритмическая и программная реализация системы программного обеспечения;
-внедрение системы специального математического обеспечения автоматизированных сеточных моделей бассейнов и месторождений подземных вод в практику гидрогеологических расчетов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК включала:
-анализ и уточнение математической постановки краевых задач фильтрации в многопластовых водообменных системах на основе теории и методов математической физики;
-численное решение краевых задач фильтрации подземных вод на основе теории-конечно-разностных схем;
-разработку программного обеспечения с использованием достижений современной программотехники;
-проведение численных экспериментов для сравнительного анализа вычислительных свойств алгоритмов и программ.
НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ НОВИЗНА работы. Автором впервые разработан и реализован алгоритм прямого расчета стационарного поля давлений неоднородных по плотности и вязкости подземных вод в многопластовых системах. При этом получены следующие основные результаты:
1.Разработан новый метод численного решения задачи конвективного массопереноса в многопластовой системе.
2.Усовершенствованы алгоритмы решения краевых задач напор-но-безнапорной геофильтрации в многопластовой системе.
3.Разработаны способ и алгоритм расчета коэффициентов разностной схемы для непрямоугольных элементов дискретизации сеточной области.
4.Разработана оригинальная логическая структура и типизированный состав базы сеточных данных для комплексных систем разномасштабных моделей процессов геофильтрации и геомиграции.
5.На основе выполненных исследований и разработок впервые создана модель процесса фильтрации неоднородных подземных вод па-
леозойского чехла Пермского Предуралья,' позволяющая исследовать региональные условия геофильтраоди в глубоких горизонтах названной территории.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ'И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. В итоге исследований и разработок, рассматриваемых в диссертации, била создана система специального программного обеспечения автоматизированных сеточных моделей бассейнов и месторождений подземных вод, которая может быть рекомендована к внедрению в организациях Комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр, Министерства охраны природы и других ведомств для решения научно-прикладных гидрогеологических и геоэкологических задач. Эта же система может использоваться как учебное средство при изучении методики математического моделирования в ВУЗах гидрогеологического и экологического профиля.
На основе ССПО МОДЕЛЬ были реализованы модели ряда гидрогеологических объектов, в числе которых следует назвать:,
систему моделей Азово-Кубанского артезианского бассейна, состоящую из региональной модели и отдельных крупномасштабных моделей-врезок, с помощью которых решались задачи региональной оценки запасов Краснодарского месторождения подземных вод и уточнения эксплуатационных запасов отдельных водозаборов с прогнозом качества питьевого водоснабжения;
систему моделей центральной части Московского артезианского бассейна, состоящую из региональной модели и модели-врезки, с помощью которых изучался водообмен в сложно-слоистой толще и были даны прогнозные оценки состояния уровней в девяти водоносных горизонтах, содержащих пресные подземные ВОДЫ;
систему моделей Саратовского Заволжья, состоящую из региональной модели и четырех моделей-врезок, с целью изучения гидрогеологических процессов в естественных и нарушенных условиях;
комплексную (гидродинамическую и геомиграционную) модель одного из месторождений урана для решения взаимосвязанных задач водопонижения и кондиционного водоснабжения в условиях эксплуатации месторождения методом подземного выщелачивания;
комплексную (гидродинамическую и геомиграционную) модель района Тепловского водозабора г.Дзержинска с целью оценки риска техногенного загрязнения подземных вод в условиях эксплуатации Bq-дозабора;
- региональную модель стационарной фильтрации нижнего этажа Пермского Предуралья с учетом переменных свойств жидкости по плотности и вязкости и изменения высоты залегания коллекторов;
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Математическое моделирование гидрогеологических процессов" (Новосибирск, 1984); П Всесоюзной научно-технической конференции НТСРЭС им. А.И.Попова "Системный подход в геологии" (Москва, "1985); Всесоюзной научно-технической конференции Всесоюзного географического общества и МОИП "Постоянно действующие модели в гидрогеологии" (Москва, 1986); Всесоюзной научно-технической конференций "Геоэкология: проблемы и решения" (Москва, 1990); Международном научном симпозиуме "Инженерная геология карста" (Пермь, 1992); Международной конференции "Геофизика в окружающем мире" (Москва, 1993).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации имеется 6 работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация Состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на Ш с. машинописного текста, включая 34 рис. и . 1 табл.. Список литературы насчитывает 70 наименований.