Введение к работе
Актуальность. Значительное влияние техногенных и природных факторов на загрязнение окружащей среда, сложность оцешш их отрицательных последствий на экологические системы и экономику приводят к необходимости разрабатывать количественные методы комплексных оценок антропогенных воздействий на почву и грунтовые воды. Решение этой проблема наиболее успешно реализуется с помощью математического моделирования.В качестве объекта исследования рассматривается зона аэрации и протекающие в ней процессы миграции загрязняицих веществ. В настоящее время существует определенное количество моделей (аналитических и численных), отражающих различные аспекты этих явлений. Однако в связи со сложностью, разнообразием и отсутствием единого подхода к их математическому моделированию, эти процессы еще недостаточно изучены. Остается немало положений требующих своего усовершенствования, более полного учета реальных факторов, влияющих на ' миграция. При этом важно получить прогнозные расчеты о вертикальной миграции загрязняющих веществ по профилю почвы и оценки степени загрязнения почвы и грунтовых вод. В связи с этим в настоящее время актуально дальнейшее исследование- на математи- ческих моделях процессов миграция загрязнявших веществ в зоне аэрации.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Дис-; '
сертадия выполнена в соответствии с научным направлением кафедр
высшей математики и і'идрологаи и инженерной геологии- ГГУ им.
Ф.Скорины по темам ГВ ЦМ 93-U2 "Исследование процессов влаго-
переноса и миграции загрязняющих веществ в зоне аэрации юго-
востока Беларуси" {Я IV 9302) и ГБ ИМ 95-17 "Моделирование вод
ных процессов литосфера но результатам исследований влагопере-
носа и миграций загрязняющих веществ в зоне аэрации вго-востокэ
Беларуси" (* ГР І996111 Г- ' ,'
Цель и задачи. Целью работы является усовершенствование и развитие методов исследования математических моделей взаимосвязанных процессе» фильтрации и масганереіюса в зоне азрпции.
Для достижения цели необходима решить следующие задачи;
1.Разработать методику исследований математических моделей
взаимосвязанншс процессов фильтрации и массопереноса в зоне аэрации с помощьв аналитические и численных методов;
2.Разработать математическую модель процессов загрязнения гочвогрунтов жидкими нефтепродуктами;
3.Разработать алгоритмы и программы в виде библиотеки ПП для реализации вычислительного эксперимента;
4.Провести аппробацию моделей в виде многовариантных рас
четов с помощью созданной библиотеки ІШ, при этом исследовать
свойства этих моделей. -
Научная новизна. В диссертационной работе выполнен комплекс исследований, являющийся дальнейшим развитием теории нестационарных процессов фильтрации и массопереноса в зоне аэрации, отличающихся следующей новизной:
усовершенствованы аналитические методы изучения изотермического и неизотермического влагопереноса в зоне аэрации;
разработана методика использования аналитических моделей влагопереноса для изучения диффузионного переноса вещества в зоне аэрации; '
предложен комплекс алгоритмов и прогреми для проведения численных расчетов на ПЭВМ профилей влажности, скоростей фильтрации, оценок степени загрязнения почвы;
разработана новая аналитико-чнеленная двухстадайная математическая модель загрязнения почвы вплоть до уровня ґрунтових вод.
Практическая значимость. Разработанный в диссертационной работе комплекс алгоритмов и программ в виде библиотеки ПП для автоматизации расчетов на ПЭВМ позволяет осуществлять прогнозы по количественной и качественной оценке ресурсов почвенных вод, загрязнения почвы, заменяя тем самим дорогостоящие натурные эксперименты. *
В теоретическом плане подучены следующие результаты:
проведены исследования влагопереноса с учетом потока пара в тючвз при различных режимах увлажнения;
Ешолнени исследования неизотермического влагопереноса при затухающих синусоидальных колебаниях температуры почвы; .
получены функциональные зависимости для определения дола эвгрязвяодего вещества в почве переменной влашости;
разработана математическая модель загрязнения почвогруа-
тов. жидкими нефтепродуктами, учитывающая впитывание нефти с поверхности земли и продвижение нефтяного слоя по профилю почвы вплоть до грунтовых вод.
Основные теоретические результаты используются при изучении спецкурсов студентами по специальности "Гидрология и инженерная геология" специализации "Геоэкология".
Экономическая значимость полученных результатов. Использование полученных результатов (Функциональных зависимостей и созданной библиотеки ПП) при прогнозировании степени загрязнения почвы и грунтовых вод радионуклидами и жидкими нефтепродуктами позволяет избежать выполнения трудоемких и энергоемких промысловых и экспериментальных исследований на реальных объек- . тах и значительно сокращают сроки их проведения.
Основные положения, выносимые на защиту;
методика комплексных исследований свойств эксплуатации математических моделей фильтрации и нассопереноса в зоне аэрации;
аналитяко-числевдая модель процессов загрязнения почвог рунтов жидкими нефтепродуктами;
библиотека программ математической реализации не ПЭВМ процессов загрязнения почвы;
результата аппробации методов исследования математических моделей процессов загрязнения зона аэрации и определение свойств этих моделей.
Личный вклад соискателя. Все результаты диссертационной работы, выносимые на защиту, получена автором самостоятельно. В совместных публикациях, отраженных в диссертации, использована только та часть, которая выполнена самостоятельно. Подготовка исходных данных для аппробации метода чи средств исследования процессов фильтрации и массопереноса выполнен автором самостоятельно.
Достоверность результатов. Достоверность результатов исследования математических моделей аналитическими и числешшми методами определяется во-первых, использованием строгих математических доказательств с помощью классических подходов к построений аналитических моделей; во-вторых, проверкой адекватности оналитико-числешшх моделей по данным натурных эксперимента.
Аідпюбациіі результатов диссертации. Основные результаты
диссертационной работы докладывались и обсуждались.на:
ежегодных научных семинарах кафедры высшей математики;
Республиканской конференции математиков Беларуси (Гродно. 1992);
Международной математической конференции, посвященной 200-летию Н.И.Лобочевского (Минск,1992);
Республиканской научной конференции "Экологическое н социально-экономическое обоснование региональных схем рационального природопользования" (Минск, 1993);
Республиканской научно-технической конференция "Экология и ресурсосбережения" (Могилев, 1993):
Международной конференции "Алгебра и анализ", посвященной 100-летию со дня рождения Н.Г.Чеботарева (Казань, 1994);
Межгосударственной научно-практической конференции творческой молодежи "Информатика 94" (Минск, 1994);
Международной математической конференции, посвященной' 25-летии ГГУ им.Ф.Скорины (Гомель,1994);
Международной конференции "Математика. Компьютер. Образование" (Москва,1995),
3 Ыегцдународзой конференции тагдкн математиков (Воронеж, 1995), '
Республиканской научно-методической конференции, посвященной 25-лотіш факультета прикладной математики и информатика (Цішск, 1995),
1-й Международной конференции "Экологическое моделирование, и оптимизация в условиях техногенеза" (Минск-Солагорск, I99G).
Опубдикованность диссертации. Основные результаты ддссер- ташіошюй работа опубликованы в 18 работах, в том числе: статей п научиш журналах - I, статей в сборниках - 2, учебно-методическая разработка -,1, тезисов докладов конференций -. 14.
Структура и оотем диссертации. .
Диссертация состоит по введения., основной характеристики работы, четырех глав, выводов, списка используемых источников. Ее содержание изложено на 96 страницах машинописного текста, сод(.'[яшт О рисунка. 2S таблиц, 5 приложений. Список, литературы шиію'(еет 117 ііап'.їоііоіганкй.