Введение к работе
,_pr
iiibl.r Ускоренное развитие научно-технического прогресса сопряхлно с вовлечением в сферу производственной деятельности естественных ресурсов. Это неизбежно ведет к изменениям окружающей среда. Проблема охраны и рационального использования водных ресурсов имеет особенно важное значение для засушливых районов Средней Азии и Казахстана. В этом регионэ одним из основных источников водоснабжения являются подземные воды. Велика их роль и для орошения земель..
В Казахстане начиная с 1986 года ведутся работы по созданию систем автоматизированных постоянно действующих гидрогеологических моделей как составной части автоматизированной системы управления 'рациональным использованием водных ресурсов (АСУ-РИВР-КАЗАХСТАН). Народнохозяйственное значение автоматизированных постоянно действующих моделей гидрогеологических условий регионов (АПДМ ГТУР) заключаете.! в повышении обоснованности решении таких практических проблем, как оперативное и долгосрочное прогнозирование изменений гидрогеологических условий регионов в результате их хозяйственного освоения, планирование водохозяйственной деятельности в регионе, управление водохозяйственной деятельностью и мониторинга за изменением гидрогеологических условий в процессе его хозяйственного освоения и реализации управлений.
. АКТУАЛЬНОСТЬ проводимых в этом направлении работ подтверждается соответствующими постановлениями Правительства и вклю-чех*ием разработки АПДМ ГТУР в качестве задания в Рее: убликон-' скую межведомственную программу Р.0.77.01 "Программа" создания развития автоматизированных систем и эффективного использова--ния вычислительной техники в. Министерствах и ведомствах Казахской ССР на 1986-1990-гг и на период до 2000 г.", утвержетіую Решением Совета Министров КазССР 21-Х от 13 ноября Ї985 г..
Для формирования и эксплуатации постоянно действующих гидрогеологических моделей в Казахстане предусматривается исполь-
зование единого инструментального средства, обладающего способностью настраиваться под условия конкретного региона, которое называется типовой АПДМ ГГУР. Автоматизированная постоянно действующая модель кршсретного района, созданная о помощью такого инструмента, несет в себе информационное наполнение, отражающее условия данного региона, и способность к.решению комплекса актуальных для него задач.
Одной из функциональных подсистем АПДМ ГГУР является подсистема решения задач оптимального.управления гидродинамическим состоянием гидрогеологических объектов. На основе таких сравнительно новых для гидрогеологии задач, как управление режимом эксплуатации подземных вод, выбор, способов целенаправленного вмешательства человека в природную среду, становится возможным полнее удовлетворить потребность народного хозяйства в достоверных прогнозах изменения прородной гидрогеологической обстановки.
ЦЕЛЬЮ настоящей работы является разработка,теоретическое обоснование и практическая реализация методов решения_задач.опти-мальнбго" "управления 'ге^эфильтрадионнымилжстеШмиг. . .
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ: анализ существующих подходов:к" постановке, обоснованию и методам решения задач оптимального управления (оптимизации) в гидрогеологии; формулировка математических .постановок-задач-оятимального-управления-геофильтрацией-в терминах и с позиций теории оптимального управления .'системами с распределенными параметрами; исследование разрешимости поставленных задач и ьывод условий оптимальности; разработка численных методов решения этих задач; опробование предложенных\алгоритмов и программ при моделировании реальных гвдрогеологических оъектов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА: разработаны алгоритмы и программы*решения задачи определения дебита водозаборных скважин, оптимального по степени достижения заданного распределения уровней (напоров)< подземных вод для многослойных геофильтрационных систем с напор-но-безнапорным режимом фильтрации; созданы алгоритмы и программы определения оптимального размещения водозаборных скважин в пределах гидрогеологического-объекта. Критерием оптимальности является величина суммарного расхода или число скважин, размещаемых на гидрогеологическом объекте.
В диссертации ЗАЩИЩАЕТСЯ:
, - классификация задач оптимального управления гидродинамическим состоянием гидрогеологических систем, позволяющая явным образом зафиксировать конечное'множество постановок задач оптимального управления;
постановка и методы решения задачи определения расхода, оптимального по степени достижения требуемого распределения уровней подземных, вод, для многослойных геофильтрационных систем с напорным или безнапорным режимом фильтрации и задач определения местоположения скважин, оптимального по величине суммарного расхода, для многослойных фильтрациошшх систем с напорным режимом фильтрации;
разработка системы информационного, программного и технологического обеспечения решения задач оптимального управления .геофильтрацией.-в среде') АПДМ и-решеще_,снішощью--ДашШ"системц--
задач оптимального управления при моделировании реальных гидрогеологических объектов (на примере прогноза водопритоков в горные выработки Качарского месторождения комплексных'магнетитових руд и оценки эффективности сети скважин вертикального дренажа на'масси"ве~о"рошения""в"кйом Казахстане;..
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработанные алгоритмы и про
граммы ориентированы на решение широкого круга оптимизационных
задач геофильтрации,-возникающих при оценке запасов месторожде
ний подземных вод, моделировании гидрогеолого-мелиоративнкх ус
ловий орошаемых земель, осушении месторождений твердых полезных
ископаемых. . . '".,..'>
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Предложенные алгоритмы!и программы вошли. в^ состав"математического обеспечения типовой.автоматизированной .постоянно действующей модели гидрогеологических условий региона ;(АВДМ ГТУГ), являющейся составной частью автоматизированной системы управления рациональным использованием водных ресурсов Казахстана (АСУ-РИВР-КАЗАХСТ,Л). Программы решения задач оптималь-нрго управления использовались при эксплуатации постоянно.действующей модели Кзылкумского (2-я очередь) массива орошения и при прогноза водопритоков в горные выработки Качарского месторождения магнетитових руд в Кустанайской области
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации отражены в 7 печатных раб^ гах и 7 научно-производственных отчетах.
Результаты работы докладывались на. 27-м Международном геоло
гическом конгрессе (Москьа, 1Э84 г.), УШ Республиканской меж
вузовской научной конференции по математике и механике (Алма-
-А а, 1984 г.), научном семинаре "Региональные гидрогеологичес
кие, инженерно-геологические и геокриологические исследования в
целях охраны геологичес.сей среды" (Москва, 1989 г.), а также на'
семинарах Института гидродинамики им.М.А.Лаврентьева СО АН СССР,
Казахского государственного университета им.С.М.Кирова, Йнститу-
математики и механики АН КазССР. " і '''
Работа выполнена в Институте гидрогеологии и гидрофизики им, У.М.Ахмедсафипа АН КазОЗР и Казахстанской опытно-методической экспедиции Казахского главного координационно-геологического управления "Казгеологкя" Мингео СССР. Она состоит из введения, пяти глаз и заключения (124 машинописные страницы, 15 таблиц и 16 рисунков^ л "списка литературы^из 140 названий. ' -'
Автор выражает иереннюю благодарность научному руководителю доктору технических наук Веселову В.В., научному консультанту кандидату геолаго-минералогических наук Мирласу В.М. и'всему.' коллективу партии моделирования гидрогеологических задач КОМЭ за помощь,. оказанную, в процессе илрюАния рпііптн.