Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы вопрос инженерной защиты застраиваемых территорий от опасных инженерно-геологических процессов становится все более острым и актуальным. Среди таких опасных процессов наибольшее распространение имеет подтопление территорий грунтовыми водами. В результате преобразования природных условий и действия техногенных факторов формируется искусственный режим подземных вод, происходит интенсивный подъем их уровня и возникает подтопление территорий городов и населенных пунктов, промышленных площадок.
Наиболее эффективным путем борьбы с подтоплением является предотвращение его появления за счет реализации на начальных этапах строительства соответствующих мероприятий и средств инженерной защиты, гидрогеологическое обоснование которых основывается на достоверном' прогнозе развития процессов подтопления. Учитывая специфику прогнозирования подтопления при строительном освоении территорий (недостаток исходной информации, вероятностный характер техногенных нагрузок и т.д.), прогноз, отвечающий современным техническим требованиям, должен основываться на количественных оценках с применением вариантных проработок различных расчетных схем изучаемого объекта и их последоеательным уточнением в ходе исследования в зависимости от характера решаемых задач на разных этапах работы и по мере получения дополнительной информации об объекте.
Один из наиболее распространенных на практике количественных методов прогноза основывается на применении аналитических решений дифференциальных уравнений, описывающих процесс подтопления для различных расчетных геофильтрэционных схем. Однако су-цествующая технология расчетов вручную, которая основана на хредставлении сложных интегральных функциональных р.амсимостей в зиде таблиц и графиков, имеет ряд существенных недостатков - ог-эаниченный круг расчетных схем, невысокая точності, и большая трудоемкость расчетов. Это снижает возможности применения аналитических моделей при решении практических задач, сд«ржиьз«т проведение вариантных прогнозов, которые являются осноьой оятимиза-іди при создании системи инженерной защиты.
Целью выполненных исследований является создание методікі' прогнозов подтопления на псниье аналитических расчетов геофиль-'рации на ЭВМ, реализация которой обеспечивает повышение качест-
ва прогнозов ка базе вариантных проработок, снижение затрат времени и ресурсов, возможность широкого внедрения в практику инженерных изысканий и проектирования. Основные задачи исследований:
обоснование аналитических методов прогнозирования на базе анализа специфики прогнозов подтопления при строительном освоении территорий;
систематизация и обоснование комплекса расчетных геофильтрационных схем и соответствующих функциональных зависимостей для автоматизации прогнозов подтопления, разработка технологии построения расчетной схемы территории;
- разработка алгоритмов численной реализации расчетных
функциональных зависимостей, верификация исходных функціональних
зависимостей и алгоритмов с помощью комплексного тестирования
расчетных схем на ЭВМ;
разработка программного и информационного обеспечения выполнения расчетов на ЭВМ, включая создание компьютерных средств поддержки методического обеспечения;
исследование влияния параметров геофильтрационных схем на результаты расчетов (подъем УГВ) в типовых природных условиях и разработка рекомендаций по применению расчетных схем;
апробация методики при выполнении прогнозов на конкретных объектах.
Научная новизна работы:
предложена технология описания геофильтрационной схемы территории на базе унифицированного комплекса исходных расчетных схем, полученного з результате обобщения и систематизации известных ранее, а также разработанных автором функциональных зависимостей;
разработаны оптимальные математические алгоритмы, обеспечивающие надежную численную реализацию на ЭВМ сложных интегральных функциональных зависимостей на всем диапазоне изменения исходных параметров с заданной точностью;
проведен анализ динамики процесса подтопления в различных природно-техногенных условиях и даны количественные оценки погрешности отдельных расчетных схем;
- разработана компьютерная методика выполнения прогнозов
подтопления с использованием аналитических моделей геофильтра
ции, основанная на возможности проведения многовариантных расче
тов на ЭВМ в режиме "дружественной вычислительной среды".
Защищаемые положения:
возможность и эффективность применения автоматизированных методов аналитических расчетов геофильтрации при решении широкого класса практических задач, связанных с прогнозами подтопления при строительном освоении территорий;
технология описания и исследования геофильтрационной схемы территории на базе унифицированного комплекса расчетных зависимостей;
математические алгоритмы численной реализации сложных интегральных функциональных зависимостей и программное обеспечение выполнения расчетов в режиме диалога на персональных ЭВМ;
-.рекомендации по применению расчетных схем с учетом нелинейности .процесса подтопления и погрешности схематизации источников питания в плане, в условиях формирования техногенного горизонта в сухих грунтах и др.
Практическая значимость работы. Реализация предложенной технологии автоматизированных прогнозных расчетов позволяет повысить качество исследований за счет расширения состава геофиль-[рационных схем и проведения многовариантных проработок. Создайте программной системы для персональных ЭВМ, включающей расчетной и демонстрационно-обучающий комплексы, обеспечивает возмож-гость массового внедрения методики прогнозирования при инженер-мх изысканиях и проектировании'.
Внедрение. Результаты исследований были использованы в НИИИС при прогнозах подтопления для ряда объектов, в том числе, :а площадке ПО "Атоммаш". Разработанная методика и программное беспечение переданы и внедрены в институтах "Гипротюменнефте-аз" (Тюмень, 1987 г.), "Челябинскгравданпроект" (Челябинск, 988 г.), "Казахский Водоканалпроект" (Алма-Ата, 1990 гТ), "Гип-окоммунстрой" (Москва, 1990 г.). Материалы работы демонстриро-ались на ВДНХ СССР в 1986г.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссер-ации докладывались и обсуждались на научно-техническом семинаре Математическое моделирование гидрогеологических процессов" (Но-эсибирск, апрель, 1984 г.), научно-технической конференции мо-эдых специалистов ВСЕГИНГЕО. "Методические аспекты решения гид-эгеологических и инженерно-геологических задач" (Москва, прель, 1984 г.), научно-технической конференции молодых специа-лстов ПНИИМС "Совершенствование методов инженерных изысканий в гроительстве" (Москва, апрель, 1985 г.), научно-техническом се-
минаре "Графический диалог с ЭВМ при обработке и интерпретации геолого-геофизической и гидрогеологической информации" (Ташкент, октябрь, 1985 г.). Содержание основных положений диссертации отражено в 8 опубликованных работах.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографии из 115 наименований, 10 таблиц, 35 рисунков, 2 приложений. Общий объем работы 194 страницы, в том числе 126 страниц основного текста и 8 страниц приложений.
Автор благодарен доктору технических наук Е.С.Дзекцеру, коллегам, сотрудникам ПНИИИС, за помощь в изучении проблем математического моделирования процессов подтопления и кандидату гео-лого-минералогических наук С.П.Позднякову за внимание, советы и замечания при подготовке диссертации. Автор выражает свою при-, знательность коллегам по сектору "микроэвм" за помощь при оформлении работы и моральную поддержку.