автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Моделирование процессов геофильтрации в зоне неполного насыщения

КАЗАХСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УПИШИ'СИШ' имени АЛЬ-ФЛРЛВИ

МОДКЛ П РО КЛ till Е ПРОЦЕСС О К

гко ф иль? i* л ц и и и з о in«: и i: ноли о го

НАСЫЩЕНИЯ

Сиетщшкгы 05.13.16 -Применении пычнелигелг.моК 'техники, математическою моделирования и математических метод«» « научных исследованиях.

Автореферат лнссертлинн на соискание ученом степени кандидата технических наук

РГБ Ой

на правах рукописи УДК 551.579:М1.432

• V r-ít '00h

• L.

EPEMEEDA ЕЛЕНА ЯРОСЛАШ1А

Алматм, 1944 г.

Работа шнолиена в Институте гидрогеологии н гидрофизики ПАИ PK нм.У.М.Ахиедсафина.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Всселов D.D.

Ведущее предприятие: Вычислительный Центр Сибирского

отделения Российской Академии Наук Официальные оппоненты; член-коррсспо»1Дснт ПАН PK, доктор

физико-математических наук, про<})сссор, Хприн G.H. кандидаттехнических наук Бегалиев А.Г.

, СО

Защита диссертации состоится 1994 г. в ¿¿1_час.

на заседании Специализированного Совета К 14/ А.01.06. при Казахском государственном Национальном университете-им. Аль-Фараби по адресу: 480012, Республика Казахстан, г.Алматы, ул.Масанчи, 39/47, КазГУ, Мех.-мат.ф., ауд.

С диссертацис! можно ознакомиться о библиотеке КазГУ.

Автореферат разослан " $, 1994 г.

Ученый секретарь

специализированного совета,

кандидат финио-математических . > —.

наук /Т Нысаибаева С.К.

41

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ. Одной из главны* проблей, возникающих при эксплуатации мелиоративных сис- 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 особен.,а сильно сказывается на верхней части подземной гидросферы, называемой зоной аэрации. Следует также отметит^ что дли успешного управления гидромелиоративной системой необходимо иметь тонну? 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 позволяют получить результаты с приемлимой точностью только я узком диапазоне изменения влажности почоо-грунтов и их литологического строения, 8 то же время опыт, имеющийся в облает» исследования процессов переноса влаги в ненасыщенных средах, позволяет использовать для решения этой проблемы системный подход. В иерцуо очередь это касается создания информационной базы гидрогеологических процессов в зоне неполного насыщения, гидрофизических характеристик, а также зависимостей и параметров, характеризующих литологичесжий состав почц. Это необходимо, в первую очередь, для решеми., задач прогноза развития гидрогеолого-мв-лиоративных 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 аэрации на основе современной теории решения задач гео-фильтрацни в ненасыщенном пористом пространстве, а также адаптация программы к условием Шынгельдинского массива орошения.

ОСНОВНЬЕ ЗАДАЧИ исследования:.

анализ существующих подходов к постановке, обоснованию и методам решения задач влагопереноса в зоне неполного насыщения;

формулировка физико-на,еаатической постановки задачи с позиции термодинамики неравновесных процессов, закона сохранения и закона Букингема-Дарси применительно к ненасыщенным средам; *

разработка алгоритма и программы для ПЭВМ, предназначенной для прогноза изменения влажности для различных гидрогеологических условий;

исследование информационного обеспечения гидрогеологической и физической постановок задачи;

разработка технологии качественного и количественного тестирования программы, оценка ошибок прогноза влагопереноса в зоне аэрации;

создание комплекса программ и базы моделей Шынгельд..н-ского орошаемого массива;

разработка технологии моделирован я, адаптированной к решение мелиоративных эадяч в условиях орошения.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для. решения поставленных задач использовались оснорчые положения современной теории решения прямых задач методами математического моделирования, теории численн&х методов решения дифференциальных уравнений, системного подхода применительно'к поставленным задачам. НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

выявлено распределение основной гидрофизической характеристики по диапазону влажности и элементарным математическим функциям;

создана типизация гидрогеологически:: 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 характеристик» по диапазону влажности и типам элементарных математических функций;

построенная 'типизация гидрогеологических условий на границах моделируемой зоны геофильтрации, а также комплекс моделей процесса влагопереноса в зоне аэрации, пбэвояяющий й даяькейшем применить системный подход к построение алгоритма, программы и создании» технологии их тестирования;

созданная структура информационного пространства модели влагоперекрса,. вклочащая ее гидрогеологическую и физическую составляющие;

разработанные алгоритм а програмыарешения задачи влагопереноса о зоне аэрации, а также технология моделирования задач мелиоративного кадастра на орошаемых массивах, обеспечивающих обработку; гидрогеологической информации и получение достоверных результатов при моделировании, реальных объектов.

ПРЛ1СГИЧЕШЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработанные алгоритм, программа и технолопи« моделирования позволяют быстро и эффективно получить прогноз изменения олагосодержания зоны аэрации,: происходящего а результате агротехнического воздействия на орошаемые территории, а также прогноз подъема уровня грунтовых вод и подтопления сельскохозяйственных земель под влиянием избыточного ицфильтрациоиного питании почвогрунтов, РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОШ. Предложенные алгоритм и программа внедрены в практику гидрогеологических работ. Комплекс моделей гидрогеолог«-эсккх процессов и база гидрофизических характеристик введены в аксплуата' -ш на основе договора с Жэ-тысусской гидрогеолого-мелиоративной экспедицией. Полученные результаты положены в основу решения задач массопереноса и обратных задач упра ления режимами поливов и обоснования параметров системы.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы догладывались » обсуждались ; * 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 - Иыыкент,1993 г,). Международной конференции "Проблемы космического и подспутникового мониторинга территорий Казахстана" (Алматы,1993 г.). Научной кон<|ер_енцш1 "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 ; м. 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 ислольэованноЯ литературы/ включающей 105 названий. В работе 10 таблиц и 15 рисунков.

Автор выражает глубокуо признательность и искреннюю благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Веселову В. В. и всему коллекчлву лаборатории информатики и моделирования гидрогеологических процессов ИГиГ НАН РК за помощь, оказанную в процессе написания работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ВО ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность темы, _ определяю-ется цель и задачи исследовании, приводятся результаты, отражающие новизну и практическую ценность диссертационной работы, формируются основные защищаемые положения.

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвящена проблеме создания физико-мате-тяматической модели процесса переноса влаги в зоне аэрации,

Центральным в этих моделях является понятие влаги. В ненасыщенной зоне почвс;рунтов влага находится в непрерывном движении, она может менять направленность и объемное содер-

жаниэ, изменять при промывании или испарении концентрацию солей п почве, активна загрязнять грунты и грунтовые води при техногенном воздействии, изменять структуру вмещающей городы. Нами были выделены три гоулпы моделей, описывающих процессы влагоперенгза в зоне неполного насыщения, различа ющихся уровнем детализации системы < влага - вмещающее прос транство >, температурным режимом процесса, макроструктурой рассматриваемой области.

Отмечено, что хотя микроскопический подход 'использует законы гидро-газодинамики, а молекулярный основан на молеку лярно-кинетической теории, они, тем но менее, требуот перехода к макропараметрам. Это обусловлено тем, то основной целью моделирования все-таки является описание макрофизики процесса впагопереноса, картина которого складывается из двух типов физических явлений, характеризующих динамику пе реноса влаги. Это цаффузт и конвективный массоперенос. При макропостановке попользуется два основных принципа; баланс массы воды или условие неразрывности ее потока и характерно тика величины, определяющей отот поток через действие сил. Уравнения движения в атом случае могут быть представлены следующей системой:

аа

— •«• 7<1 - о

at ^ (I)

где о - содержание воды п единица обьема ( влажность ), ч количество поды, проходящее за единицу времени через сечение единичной площади (поток влаги ), г,- силы, совокупное действие которых определяет потенциал почвенной влаги и направление ее передвижения.

Выражение для потока может быть получено при следующих допущениях г процесс изменения влажности протекает в од ной направлении? связь потенциала с влажностью однозначна. В этом случяе имеем;

аф

Ч = + 0)» -Мф -кв - -к—Уд -ко «• оча -ке , (2)

' * гм *

где в - единичный орт оси г.

Введение новой величины о, но аналогии с законом Фика названной коэффициентом диффузии влаги, дает одну из важных

характеристик влагопроводностн почв. Диффузивность влаги о, также как и коэффициент влагопроводностн К, являются основополагающими величинами в рассмотрении физики исследуемого процесса.

Нами были рассмотрены также ограничения на физическую постановку задачи, которые позволяют получить решение системы (I) а случае, когда поток ч опнсыааетея выражелиэм (2). В диссертационной работе обосновывается выбор следующих допущений: изотермический режим процесса влагопереноса рассматривается в гомогенной, несжимаемой среде; влага содержит только жидкую фазу, является несжимаемой и обладает постоянной плотностью; потенциал влаги в ненасыщенной области определяется капиллярной и гравитационной составляющими и однозначно зависит от влажности; скорость влагопереноса прямо пропорциональна градиенту гидравлического потенциала, также как и в законе Дарен, описываовды геофильтрацию в насыщенных областях. Если принять, что закон Дарси применимым то всех рассматриваемых нами случаях влагопереноса и с учетом закона неразрывности, то можно записать систему уравнений, которая составит, основу для вывода дифференциального уравнения влагопереноса:

/ Ы \

ч = - к(0) - - - 1| уравнение Дарси * эх '

а. ' (3)

_ _ _ одномерное уравнение

31 ах неразрывности

Используя эту систему можно уже. получить уравнение влагопереноса для одномерного случая:

ао а ( ( 8ф .

— - — К(0)--1

91 ах [ 1 ах

Данное :быражен"9 является основным уравнением влагопереноса в ненасыщенной среде, которым мы в дальнейшем будем пользоваться.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящэна описанию математической постановки задачи моделирования процесса переноса влаги.

Нами рассматривалось математическое описание процесса для случая, когда движение происходит вдоль вертикальной ко-

ординаты г. Относительно переменной « уравнение (4) имеет вид.-

зо а , ее .

— - — о — - к| ♦ i . (5)

at dz * 3z

a*

где o—Kle) — - диффузивность почвенной влаги, мг/сут; К - коэффициент влагопроводности, м/сут;, о - влажность. c!i / <?м.; i - интенсивность источника, м/сут.

Граничные условия, замыкающие уравнение (5), можно записать в следующей форме:

«(г,t) « e<t) t род

J"«! r

00 ' D(z.t)— " Pit) 2 род (6)

8z

, M 1

D--К « r(e-« ) 3 род,

l Э2 °

где г- коэффициент пропорциональности в граничном условии третьего рода, »»-фиксированное минимальное значение влажности в задачах испарения или любое фиксированное значение, характеризующее почву.

В случае конечно-разностного метода решения дифференциального уравнения непрерывная область геофильтрации аппроксимируется сеточной областьо с переменным шагом по пространству. Получающаяся при этом система алгебраических

уравнений имеет вид: , г

• 1 f |»!/г

т % Дг( К

1-1/2 , .

(7)

Az

Ли(» --I » 1,2.....И (в)

к ,к

К\'ч,г" ,, „ i => t.Z. . .. .N (9)

К ♦ К » I l-t

20 D «

I l-J-

V «V,

i - 1,2,,..,N ,

(Ю)

о = э/К(<>); а - текущий, а п - предыдущий моменты време-

Граничныо условия (6) также представляются в конечна-¿чностном виде:

О. = const

i> -а г I

-D

Az

I род

+ V<W г_3 Р°л

граничные условия

на (II) верхней границе

const tf -о

И M.I

Ы.

1 род

2 род

граничные условия

на (12) нижней границе

Здесь О ,D ,коэффициенты дийфузивности в точках,

У 1 / 2 И— я г tt .

расположенных непосредственно у границы; к1/г<ки_,/г ~ коэффициенты влагопроводности; ,Ря- потоки по границам области; г- коэффициент линейной пропорциональности в граничном условии 3 рода.

Для решения сеточных уравнений (7), (II)-(I2) был использован прямой метод прогонки. Значения коэффициентов метода определяется следующим образом: at= 1/г + Ъ + ct

b = D* К, /Да? i i«i/2 Ni/г' I

d, + " » ' йг

Величиньг коэффициентов в краевых точках определяются из выражений (6) для граничных условий:

вид коэффициентов в уравнениях метода прогонки для верхней границы

(13)

с = о

d » P - К

N II H-l/2

пил коэффициентов в уравнении метода (15) прогонки дня нижней границы

Следует отметить, что при реализации большинства пари антов плагопереноса (инфильтрация, испарение, «¡«¡иллярноо поднятие влаги) частная производная аппроксимируется первым порядком справа:

оо аг

Э»| . 0Ц-0И-1

Ö2-ÖI ÜZ

(IG)

дг'х'Н йг

Однако, в задачах с малыми значениями градиента или при наличии условия второго рода на нижней границе г =0, решение производилось с использованием болео точного мечода аппроксимации:

оо т - зв - о

2 1 3

Иг

24z

(17)

00 30 - 40 t<

я и-i *-г

&Z 1=И

Ziz

Необходимо подчеркнуть, что поскольку коэффициенты к и и" являются функциями искомой величины влажности, то это сильно патр-'дниет получение решения.

Коэффициент влагопроводности К является интегральной характеристикой области i-еофильтрации. Для насыщенной среды он соответстиует коэффициенту фильтрации и является парамет ром, зависящим от литологического состава грунтов и структуры области геофильтрации. Второй коэффициент, диффузипность почвенной влаги п. определяет проникающую способность влаги. Кроме coro, как проводящая способность почвы (коэффициент нлагонрооодносги К ), так и проникающая способность влаги (коэффициеи-v днффузимюсти D), зависят от величины влагооо-дорж.чния н :эоно неполного насыщения и потенциала почпенной

с

N

влаги. Вид функции, выражающей зависимость потенциала влаги от влагосодержания, является основной гидрофизической характеристикой процесса влагопереноса.

В работе рассматривается два возможных и взаимодополняющих друг друга способа систематизации функций, выражающих основную гидрофизическую характеристику. Первый основан на том факте, что интервал возможных значений влажности имеет критические точки, при переходе через которые процесс меняет свою физическую основу. Другими словами, на определенных интервалах значений влажности физическое состояние системы в целом определяется различными закономерностями. Если принять за основу такое разделение физических моделей процессов влагопереноса, то для построения обобщенной модели необходимо иметь не только весь набор моделей, но и условия их сшивки по границам выделенных отрезков. Сказанное выше дает основание для утверждения, что первым признаком объединения функциональных зависимостей в - группы является их принадлежность к определенному интервалу значений влажности.

Вторым признаком группирования функций может быть факт их принадлежности к подмножествам, в математическом отношении представленных элементарными или специальными функциями, которые используются для представления в явном виде исследуемых зависимостей. Нами была построена классификация моделей основных гидрофизических функций, при создании которой были использованы рассмотренные выше признаки.

В основу алгоритма решения задачи влагопереноса была положена функция, предложенная А. М.Якиревичем:

Ф • — «¡^ (18)

где высота капиллярного поднятия влаги, (м); приведенная величина влажности, равная отношению о ■ (о ~о ), в котором « .«0- фиксированные значения максимальной и минимальной влажности соотратственно.

Коэффициент влагопроводности вычисляется по формуле С. Ф. Аверьянова.-

К -, <19)

где хг- коэффициент фильтрации, (» - \)/(»- «о.) - приведенная величина влажности, п - степенной коэффициент.

В процессе моделирования системы < влага - вмещающая порода - внешняя среда > сначала выделяют моделируемую область, а затем определяют условия на ее границах. Поскольку зона аэрации является областью, связывающей атмосферу .. подземную пгдросуеру, то в качестве верхней границы обычно принимают естественную линию раздела атмосферы и почьи., а нижней - уровень грунтовых вод. Условия на границе имеют исключительное значение, поскольку они определяют гидрогеологическую ситуацию в рассматриваемой областитеофильтрации.

Системнь подход к рассмотрению гидрогеологических условий, которые могут возникнуть й . процессе влагоперноса, позволил нам получить типизацию возможных гидрогеологических ситуаций по границам геофшьтрацяоиной зоны. На верхней границе онп представлены двумя большими группами; инфильтрацио-нным питанием и перераспределением влаги под действием испарения, траиспирации и гравитационного стенания, В этом случав признаков разделения на группы будет служить наличие или отсутствие йнфильтрационного питания На нижней границе таким разделяющим признаком является проницр^мость. На оснований этого признака сформированы две неравные группы.

Полученная структура изйнчог'эязной системы граничных условий 1-3 рода позволила получить 64 варианта моделей. Из этого множества,, по признаку направленности процесса на изменение влагосодержания в зоне аэрации, было вы(г -«лено подмножество моделей процесса влагопереноса. Направленность процесса определялась по знаку дивергенции влажности div «. Положительное ее значение указывало на увеличение влагозапа-са в зоне аэрации,.отрицательное •*■ на уменьшение, а нулевое на ее неизменность. Этот признак хорошо сочитается с показателем проницаемости границ, г соответствии с которым области геофильтрации можно разделить на изолированные и неизолированные.

В работе рассматриваются также необходимые уповия, при которых моделируемую область можно считать конечной по пространству. Било выявлено, что конечность модели определяется наличием или отсутствием сил. фгрмирующих возмущение

в нижних частях зоны аэрации-. инфильтрационное питание, капиллярное поднятие с уровня грунтовых вод, испарение и тран-спирация. При отсутствии таких условий "бесконечность" зоны аэрации должна оговариваться особо. В заключительной части главы рассматривается вопрос о балансовых составляющих модели и оценке запасов влаги в зоне аэрации.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена информационному, алгоритмическому и программному обеспечению решения задач влагопереноса.

На основе полученного ранее описания гидрогеологичес ких и физических особенностей моделируемого процесса, функциональных зависимостей, даюших представление о гидрофизических характеристиках почвогрунтов, а также метода математического решения прямой задачи влагопереноса. были проведены исследования по формированию информационной базы, характеризующей процессы переноса влаги в ненасыщенном поровом пространстве.

Каждая модель (гидрогеологическая, физическая и т.д. > по ряду признаков была разложена на множество подмоделей, характеризующих различные особенности исследуемого процесса влагопереноса. Вся совокупность моделей и подмоделей, сия заных между собой определенными отношениями, образует, так называемую, базу моделей, формирующую, в конечном итоге, не которое структуированное информационное пространство, используемое для решении конкретных гидрогеологических задач в зоне аэрации. Такой подход был реализован п данной диссер тационной раС^те.

Были выделены два класса подмоделей влагопереноса. По рвый класс содержал основные модели, отражающие пять уровней описания и изучения данного процесса: гидрогеологический, физический, математический, гидрофизический, геолого литоло гический. В результате этого было образовано пять типов мо-( делей, состав; ощнх единую систему моделей процесса инагоне реноса. Эта система была положенна в основу дальнейшей раз работки алгоритма. Второй класс образовали, -гак называемые дополнительные.модели, к которым относятся алгоритмы решения задач и выбора необходимых мо^члей, алгоритмов и программ, а также программа решения прямых задач влагопереноса.

Для исследования информационного пространства тидроге

алогических моделей были выделены три основные группы факторов, включающие внешние и внутренние условия формирования процесса, а также величина влагозапаса. Необходимая для выполнения моделирования гидрогеологическая информация включает сведения о процессах, происходящих на границах моделиру-мой области, а также данные о режимах функционирования пнут-ренних источников и стоков.

В основу формирования информационного пространства фи-физической модели был положен ряд признаков. Ф-гэическая модель, полаженная в основу математической модели, алгоритма и программы описывалась одинадцатыэ признаками.

Алгоритм разработанной программы вклочал следующие действия-, решение самого дифференциального уравнения влаго-переноса численным методом прогонки в итерационном цикле; задание информации, необходимой для начала расчетов, выбор рода граничных условий, задание выбранной гидрофизической функции, а также условия для автома лческогй выбора вида аппроксимации граничных условий.

Программа реализована на ПЭВМ ibm pc/at с использованием ОС ts dos версии з, оо и выше. Первоначально она была написана на языке гопвал версия s. оо. После создания сервисной оболочки, с целью адаптации расчетной части программы в среде turbo pascal, была разработана версия программы на языке pascal.

Программа выполняет следующие функции: вводит исходную информацию в диаголовом режиме; производит численное решение дифференциального уравнения влагопереноса; выводы* полученные результаты роптания на экран или принтер в табличной и графической форме, с последующей записью при необходимости в ба«к.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приводятся результаты моделирования • процесса влагопереноса в зоне аэрации на тестовых примерах и реальных гидрогеологических объектах.

Предварительным, но в то же ,время одним из основных этапов работы в этом направлении, може\ считаться тестирование программы, которое базируется н асоот ветствувдеv, системе.

Использование в качестве основы для создания группы тестов системного подхода позволило провести наиболее полное и

обоснованное "датирование, в результате проведения которого было установлено, что; ч>членные результаты соответствует характеру гидрогеологического процесса по всем видам гидрогеологических ситуаций; динамика переноса влаги соответствует описание физических процессов, представленных преимущественно гравитационным стеканизм влаги и диффузией; численный метод позволяет быстро и качественно произвести расчет конечной эпюры р^еяностй; алгоритм и программа отвечают логике построения математической модели. Кроме этого, было установлено, что аппроксимация по первому порядку представления производной до/эг не достаточна для описания процессов, связанных с малыми изменениями потоков или при их полном отсутствии.

Результаты решения задачи влагопереноса были сопоставлены с данными экспериментов, полученных в результате исследования процессов испарения из почвенной колонки и инфильтрации в колонку с песком. Относительная ошибка расчета ло в этом случав была «е велика. Результаты количественного тести- -звания позволили перейти к решению типовых мелиоративных задач на орошаемом массиве.

Для моделирования достаточно сложных гидрогеологических объектов на основе рабочего варианта программы была создана технология, представляющая собой многоуровневую систему, которая включала четыре массива вводимой информации-, неременный массив, где собирается и формируется необходимая для расчета информация; расчетная или стационарная часть; массив, в котором хранятся ранее созданные тестовые примеры и модели типовых орошаемых участков; информационная часть, с помощью которой осуществлялся вывод результатов расчета но данной программе.

заключительной стадии исследований были произведены расчеты динамики влагопереноса в условиях Шынгельдинского орошаемого массива. Этот массив расположен на территории Та-лгарского района Алматынской облает, и простирается и юга на север от хребта Заилийского Алатау к хребту Малайсары. Земли массива эксплуатируются без искусственного дренажа. Большая часть территории массива эасо..ена. Источником засоления <-.у жат грунтовые воды, уровень залегания которых составляет 0.8

- 7,0 м. Это обстоятельство вызывает необходимость оздоровления мелиоративной обстановки. В первую очередь ото касается обоснования режимов поливов, которое невозможно без решения серии прогнозных задач на основа использования методов математического моделирования.

Решение задачи прогноза развития процесса влагоперено-са на моделируемых орошаемых участках проводилось в два этапа, На перпом этапе на нескольких произвольных участках рассчитывалась конечная эпюра влажности по моделям конкретных процессов. Ка втором этапе воспроизводились агротехнические условия по режимам орошения зерновых (колосовых) культур, применительно к условиям средкесухого года. Моделируемые участки в. одят в состав Шынгельдинского орошаемого массива.; Данные по оросительным нормам, использованные в процесса решения,, охватывают период с мая по октябрь месяц. Результаты решения задачи прогноза изменения влаги на: орошаемых участках: приведены на рпсунке.

В заклоченйи необходимо отметить, что комплекс программ и база данных, использованных для моделирования влаго-йереноса на участках даук совхозов Шнгельданского орошаемого массива» были созданы,» рамках договора с йетысусской гид-рогеолого-мелиоративноЯ экспедицией в рампах темы' "Разработка и внедрение программ автоматизированного ведения мелиоративного кадастра на массивах орошения Ллматынской области Шын-гельдинскиЯ массив орошения) на базе сточных вод'* и переданы в эксплуатацию в 1993 году. .

■ ЗАООТЕНИЕ содержит основные результаты, полненные в процессе выполнения диссертационной'работы:

- исследование вопросов, связанных, с решением задач влагопереноса в зоне аэрации позволила получить: распределение известных функций гидрофизической характеристики *1=г(о) по диапазону влажности и элементарным математическим функциям; типизацию гидрогеологических.условий на границах геофильтрационной области; множество моделей процесса, основанных на комбинациях граничных условий 1-3 рода на верхней и нижней границах; подмножество моделей, основной Характеристикой которых является направленность процесса на изменение плагосодержания;

- изучекиэ информационного пространства моделей влагопереноса позволило состаЕ .гь структуированную схему процесса созда^я модели процесса влагопереноса в зоне аэрации; выделить факторы, определяющие гидрогеологическую модель процесса влагопереноса, а также построить схему этих факторов; получить структуированную схему описания физической модели исследуемого процесса;

- получены схемы моделирования процесса решения задачи влагопереноса и "универсальной" программы моделирования; разработана технология моделирования сложных геофильтрационных областей на орошаемых массивах;

- на основеИспользования современных математических методов разработан алгоритм решения Задачи влагопереноса в зоне аэрации, имеющей многослойное строение и сложный лито-, лс шческий состав почвогрунтов. Программа, использующая этот алгоритм, была проверена на тестовых примерах. Это дало возможность выявить ее преимущества и оценить ошибки. В результате было установлено, что программа обеспечивает получение ре< :ьной картины процесса при задании исходной информации с допустимыми в гидрогеологии погрешностями. Она является экономичной по затратам машинного времени и удобной в эксплуатации ;

- разработанная программа использовалась при моделировании задач мелиоративного кадастра на Шынгельдинском орошаемом массиве и передана в эксплуатацию Жэтысусской гндрогеоло-го-молиоратир"ой экспедиции МГРК в 1993 году.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: I. Еремеева Е. Я., Ботвина Е. Г. , Мамлясов В. П., Мирлас В. М. , Киктев В.А. Моделирование процесса влагопереноса и зоне аэрации в рамках решения прямой нестационарной задачи. // Тезисы докладов семинара "Математическое моделирование гидрогеологических процессов". Душанбе. 1991. с. ЬО.

О 2. Веселое В. В., Еремеева Е. Я. Математическое моделирование влагопереноса в зоне неполного нашщения при прогноэиро вании процесса подтопления грунтовыми водами. //Тезисы до кладов на Республиканском семинаре "Опьгг устранения подтоплений в городах и населенных пунктах Казахстана". Шымкент. 1993. с, 13.

3. Веселое В. В., Еремеева Е. Я, Прогноз изменения качественного и количественного состава влаги в ненасыщенной зоне методами математического моделирования и грограммирования. //Тезисы докладов конференции "Оценка ресурсов подземных вод в условиях техногенеза". Киев. 1993. с. 74-76.

4. Веселов В. В. , Еремеева Е. Я, Моделирование процесса влаго-гопереноса в зоне аэрации для различных гидрогеологических условий.// Геология Казахстана. 1994. мЗ. с. 78-85.

5. Еремеева Е. Я. Моделирование процесса влагс-полепереноса в зоне аэрации на основе выбора физической модели процесса. //Депон. ст; р/н 4775-Ка. 94., от 12.04.94.

6. Еремеева Е, Я, Основные положения и результаты тестирования программы решения задач алагопереноса в зоне неполного насыщения.//Депон. ст. р/н 4776 - Ка.94от 12,04.94.

7. Еремеева Е.Я. Формирование информационной базы данных для целей моделирования влагопереноса при неполном насыщении почвогрунтов.//Депон. ст. р/н 5166;- Ка. 94 от 18.07.94.

Рас. ¿омононне дянааакд злати на «частке совхоза КаччагаЛскаЭ за период с 4)5.05 йо 13.10, аод/ченцое в результате расчетоз алагопереиоса ао аоеая полазов (1,3,5,7,9) а а меа-аоляажм лег-од 7.22 жютпа-тзалесязагтав я лсзате.чяя златя (2.4.6.3}: а) - аачальяая 3) - конечная эпюры влазноста-; а] -'ланяя раздела почв 1

Еремеева Елена Ярославкыэы.

Толык каныкпаган белдемдег! жерасты сузг!леу процессетер1м улгиеу.

Диссертациялик ¡кумыс толык каныкпаган белдем/, г i ылгал тасымзлдау ее птер!н шешу упНн математикалык улг!леу одiсте-р!н колдануга ариалган. Кург1з1лген жумыстардын нэтижес1нде с!нбе коректенуден/ буланудан, грунт сулар;; денгейш1н кете-pi лу I нен жопе т-6. себептерден топырак груитгарынын ылгалдылы-гынын озгеру!н болжамдау осептеИи вешуге мумк!нд!к берет in багдарламалаг мен улНлерд!н кешен! жасалган.

Зертгеу аймагда» 7лг1лердИ1 акпараттык нег!здер1н жэне гидрогеологиялык жагдайларды . зерттеуге асуЯел!к тургыдан келу, койылган есептерд! толык каьггуга жэне кгшти об лысы Жынгыш суару ала(5ында ылгал козгалысьяг есептеугё mymkHuIk берд1 • Кешеи 1993 жылы 2ет1су гидрогеоло. ия-мелиоративт1к экспеди-цнясюй пайдалануга бер1лген-

Eremeeva Siena Jaroslavna

MODELING OF CEOFILTRATIOll PROCESSES IM UNSATURATED ZONE

The thesis deals with usage of mathematical modeling methods for solving problems of moisture transfer in unsaturated zone. A complex of programns and models that allows to solve problems of forecasting a change of moisture content in soils due to infiltration recharge, evaporation, groundwater level rising etc is developped as result of the investigations. A system approach to studying the subject allowed to consider' the investigated problems completely and to calculate moisture dynamics on the Shengeldy irrigated massif in the Almaty region. The complex was put into exploitation in the Zhetysu hydrogeo-logical and reclamational expedition ¿n 1993.