Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Одной из главных проблей, возникающих при эксплуатации мелиоративных сие- эм а засушливых и маловодных областях Республики Казахстан, является рациональное использование водных ресурсов. Оптимальный режим водопользования и система мероприятий, направленных на защиту и охрану подземных вод от загрязнения, должны быть приоритетными при проектировании и эксплуатации ирригационных систем. Активная агротехническая деятельность особеь.»а сильно сказывается на верхней части подземной гидросферы, называемой зоной аэрации. Следует также отметить* что дли успешного управления гидромелиоративной системой необходимо иметь точную информацию о тех процессах, которые возникают во время орошения и перераспределения влаги в-межполивной период. Достаточно эффективным средством ,,ля достижения этой цели , является метод математического моделирования.
Существующие способы решения задач влагопереноса в зоне аэрации позволяет получить результаты с приемлимой точностью только и узком диапазоне изменения влажности лочао-грунтов и их литологического строения, В то же время опыт, имеющийся в облает» исследования процессов переноса влаги в ненасыщенных средах, позволяет использовать для решения этой проблемы системный подход. В нервуо очередь ато касается создания информационной базы гидрогеологических процессов в зоне неполного насыщения, гидрофизических характеристик, а также зависимостей и параметров, характеризующих литологичесжий состав почв, Это необходимо, в первую очередь, для решени., задач прогноза развития гидрогеолого-мо-лиоратинных процессов на орошае.-ых массивах и для ведения управляемого мониторинга в подземной гидросфере на постоянно действующих моделях.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ валяется разработка и практическая реализация алгоритма и программы решения задачи влагопереноса в зоне аурации на основе современной теории решения задач гоо-фипьтрашіи в ненасыщенном пористом пространстве, а также адаптация программы к условиям Шынгельдинского массива оро^ тения.
ОСНОВНЬЕ ЗАДАЧИ исследования:.
анализ существующих подходов к постановке, обоснованию и методам решения задач влагопереноса в зоне неполного насыщения;
формулировка фиэико-на,еаатической постановки задачи
с позиции термодинамики неравновесных процессов, закона сох
ранения и закона Букингема-Дарси применительно к ненасыщен
ным средам; '
разработка алгоритма и программы для ПЭВМ, предназначенной для прогноза изменения влажности для различных гидрогеологических условии;
исследование информационного обеспечения гидрогеологической и физической постановок задачи;
разработка технологии качественного к количественного тестирования программы, оценка ошибок прогноза влагопереноса в зоне аэрации;
создание комплекса программ и базы моделей Щынгельд..н-ского орошаемого массива;
разработка технологии моделирован я, адаптированной к решение мелиоративных эадяч в условиях орошения.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для. решения поставленных задач использовались осноячые положения современной теории решения прямых задач методами математического моделирования, теории численных методов решения дифференциальных уравненіій, системного подхода применительно'к «оставленным задачам.
выявлено распределение основной гидрофизической характеристики по диапазону влажности и элементарным математическим функциям;
создана типизация гидрогеоло-ических условий на границах зоны геофильтрации;
создан комплекс моделей процесса влагопереноса в зоне аэрации;
разработана структура информационного пространства модели влагопереноса, включал ее гидрогеологическую и физическую составляющие;
разработаны алгоритм и программа решения задачи влагопереноса в ненасыщенной области;
разработана технология моделирования задач мелиоративного кадастра на орошаемых массивах.
В диссертации ЗАЩИЩАЮТСЯ:
выявленное распределение основной гидрофизической характеристики по диапазону влажности и типам элементарных математических функций;
построенная типизация гидрогеологических условий на границах . моделируемой зоны геофильтрации, а также комплекс моделей процесса влагоперейоса в зоне аэрации, пбэвояяющий в дальнейшем применить системный подход к построению алгоритма, программы и созданию технологии их тестирования;
созданная структура информационного пространства модели влагоперейоса,. включаїоадая ее гидрогеологическую и физическую составляющие;.
разработанные алгоритм и программа решения задачи влагопереноса о зоно аэрации, а также технология моделирования задач мелиоративного кадастра на орошаемых массивах, обеспечивающих обработку; гидрогеологической информации и получение достоверных результатов при моделировании; реальных объектов. ' ПРАІаШЕСКЛЯЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработанные алгоритм, программа "и технология моделирования позволяют быстро и оф-фективно получить прогноз изменения влагосодержания зоны ао-vрации,: происходящего а результате ві*ротехнического воздействия на орошаемые территории, а также прогноз подъема уровня грунтовых вод и подтопления сельскохозяйственных земель под влиянием избыточного инфильтрацйониого питании почвогрунтов,
РЕАЛИЗАЦИЯ,РАБОШ. Предложенные алгоритм и программа внедрены в практику гидрогеологических работ. Комплекс моделей гидрогьйлоги- эсккх процессов и база гидрофизических характеристик введены в аксплуата'чю на осново договора с Jfe-тысусской гидрогеолого-мелиоративной оксподицией. Полученные результаты положены в основу решения задач массопереноса и обратных задач улра ления режимами поливов и обоснования параметров системы.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы догладывались » обсуждались ; t Научном семинаре "Применение вычислительной техник» и компьютеризация технологий при гидрогеологических и инженерно - геологических работах"
(Москва,1990 г.), Научном семинаре "Математическое моделирование гидрогеологических процессов" (Душанбе, 1991 г.), Республиканском семинаре "Опыт устранения подтоплений в городах и населенных пунктах Казахстана" {Алматы - Иымкент,1993 г,). Международной конференции "Проблемы космического и подспутникового мониторинга территорий Казахстана" (Алматы,1993 г.). Научной конференции "Оценка ресурсов подземных вод в условиях гехногенеэа" (Киев, 1993 г.), расширенном заседании лаборатории информатики и моделирования гидрогеологических процессов Института гидрогеологии и гидрофизики НАН РК. расширенном заседании проблемной лаборатории математического моделирования Института Проблем Горения и кафедры прикладной математики Казахского Национального Государственного университета ; ч. Аль -Фараби.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 4 и сдано на депонирование 3 работы, в которых отражены основные положения диссертации и полученные автором результаты. СТРУКТУРА И ОБЬЕМ РАБОТУ. Диссертационная работа изложена на 137 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы/ вклвчаоаеи 105 названий. В работе 10 таблиц и 15 рисунков.
Автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Веселову В. В. и всему коллет,іву лаборатории информатики и моделирования гидрогеологических процессов ИГиГ НАН РК за помощь, оказанную в процессе написания работы.