Введение к работе
Диссертация посвящена разработке, обоснованию, реализации и применению методики оптимального управления уровнем грунтовых вод на застроенных исторических территориях (ЗИТ).
Актуальность проблемы. Процесс подтопления застроенных территорий принял в последние годы массовый характер, что потребовало проведения различных осушительных мероприятий, в том числе, активного применения дренажных систем. Вместе с тем, в результате проявления дренажного эффекта интенсифицируется целый ряд не менее опасных инженерно - геологических процессов: осадки грунтов, оснований сооружений, суффозия, проседания земной поверхности и т.д., что ведет к дополнительным деформациям зданий. Применение же дренажных систем на исторических территориях имеет существенную особенность, так как подтапливаемые памятники архитектуры (ПА) требуют проведения водопонизительных работ, а памятники археологии - культурный слой (КС) - сохранения высокого положения грунтовых вод (вода является естественным консервантом для КС). Использование здесь стандартных методов проектирования дренажных систем представляет опасность для КС.
Поэтому, наличие на исторических территориях двух различных по своим требованиям к режиму грунтовых вод защищаемых объектов опасности (ПА и КС), привели к необходимости разработать принципиально новый подход к сохранению и поддержанию требуемой гидрогеологической обстановки (одновременное сохранение памятников архитектуры и археологии), позволяющий в каждом конкретном случае получать необходимое компромиссное решение.
Отсутствие к настоящему моменту постановок таких задач, способов и алгоритмов их решения обусловили необходимость и актуальность данной работы.
Цель работы состоит в разработке методики оптимизации управления уровенным режимом грунтовых вод, а в основном, его регулирования, на застроенной исторической территории. Методика включает постановку задачи, разработку алгоритмов ее решения, на основе применения оптимизационных математических методов, создание необходимого программного обеспечения.
Основные задачи исследований включают:
выявление особенностей формирования гидрогеологически: условий на ЗИТ;
осуществление общей инженерно - гидрогеологической и матема тической постановки задачи регулирования режима УГВ с помо щыо дренажных систем в условиях конфликтной гидрогеологи ческой ситуации;
разработку методики оптимизации регулирования режима грун товых вод на ЗИТ;
создание гибкой проблемно - ориентированной компьютерной си стемы для реализации указанной методики;
применение полученной методики и ее апробация при выполнении оптимизационных расчетов дренажных систем в конкретної исторической территории.
Научная новизна:
-
Разработаны основные методические положения выработки оптимального управляющего (регулирующего) решения при использовании дренажных систем на исторических территориях.
-
Впервые предложена постановка многокритериальной задачи оптимизации управления (в смысле регулирования) режимом грунтовых вод застроенной исторической территории с учетом сохранения увлажненного культурного слоя и осушения заглубленных конструкций фундамента памятников архитектуры.
-
Разработаны математические алгоритмы решения поставленной задачи археологе - и архитектурноэкологической оптимизации на основе математических методов оптимального управления, теоретике - игровых подходов к получению компромиссного варианта, численных методов решения прямой и сопряженной задач для получения градиента оптимизирующего функционала и определения оптимальных управлений.
-
Разработана гибкая компьютерная система управления режимом грунтовых вод, позволяющая оперативно вырабатывать и корректировать управляющие воздействия (УВ) в гидрогеологически - конфликтных ситуациях.
Методы исследований в основном теоретические, базирующиеся на использовании уравнения Буссинеска для фильтрационных расчетов дренажных систем и методов оптимального управления системами с распределенными параметрами для решения задачи археологе - и архитектурноэкологическои оптимизации, а также численных методов решения дифференциальных уравнений и экстремальных задач.Исследования включают анализ и обобщение экспериментальной, а также фондовой гидрогеоинформации.
Практическая значимость работы состоит в использовании предложенной методики для оперативной выработки и корректировки вариантов оптимального компромиссного управляющего воздействия (например, дренажа), направленного на решение инженерных задач защиты памятников от подтопления на исторических территориях.
Достаточно общая постановка задачи и разработанные алгоритмы позволяют применять методику не только на исторических территориях, но и в других случаях, где возникают противоположные требования со стороны разных объектов опасности к необходимой норме осушения.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научной конференции в Одессе ("Современные инженерно - геологические и гидрогеологические проблемы территорий городов и городских агломераций", 1987г.), на научно - техническом семинаре в .г.Новгороде при Гендирекции Новгородреконструкщш (1993г.).
По теме диссертации опубликовано 4 работы, результаты и расчеты использованы в нескольких научных отчетах отдела гидрогеологических исследований ПНИИИС (1992 - 1994гг.) для конкретных объектов.
Внедрение. Оптимизационные геофильтрационные расчеты были выполнены для дренажей на территории Новгородского Кремля и приняты в качестве необходимого обоснования проектных решений.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (97 наименований), содержит 163 страницы, в том числе, 54 рисунка и 4 таблицы.
Защищаемые положения:
1. На подтапливаемой застроенной исторической территории, формирующаяся в процессе ее эксплуатации гидрогеологическая сп-
туация, определяется как конфликтная, т.к. сохранение памя: ников архитектуры требует понижения УГВ, а памятники архе< логин (культурный слой) требуют его высокого положения, 41 зафиксировано в предложенной постановке задачи оптимпзаши
-
Подсистема регулирования^ состоящая из различных дренажны систем для исторических территорий, как правило, должна раї сматриваться как часть более общей системы оптимизационно: управления режимом УГВ, включающей также подсистемы (бл< ки) мониторингового контроля (слежения), выработки и приш тия решения (оптимизационный и диалоговый "процессоры").
-
Сформулированные в работе задачи регулирования режимо УГВ на исторических территориях должны рассматриваться ка многокритериальные экстремальные задачи оптимального упрі вления системами с распределенными параметрами, с приориті том экологической оптимизации (в данном случае, археологе -архитектурно - экологической) с соблюдением выполнения ЭК( номических и др. ограничений.
-
Разработанная методика многовариантных оптимизационны фильтрационных расчетов различных видов дренажей, осні ванная на применении математических методов оптимальної управления и ее компьютеризация, позволяет получать вариаі ты компромиссных оптимальных инженерных решений в ки фликтных гидрогеологических ситуациях и служит основание для принятия управляющего решения по регулированию режим УГВ на ЗИТ.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность н: учному руководителю д.т.н., профессору Е.С.Дзекцеру за постояннь творческие обсуждения, неизменное внимание к работе. Автор такя искренне признателен д.г.-м.н., профессору М.В.Рацу за ценные сов ты и критические замечания на начальной стадии работы. Пользуж случаем, автор благодарит сотрудников отдела гидрогеологическі исследований ПНИИИС за полезные обсуждения получаемых резул: татов исследований, а также за поддержку и внимание.