Компьютерное моделирование фильтрации подземных вод ключевые слова

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Ключевые слова: вода, гидрогеология фильтрация, моделирование, численное моделирование, компьютерное моделирование.
1. Введение
Вода, наряду с воздухом, является неотъемлемой и чрезвычайно важной составлюощей среды обитания всего живого на нашей планете, Представить себе существование человека без воды невозможно. Постоянное пополнение запаса воды в организме является обязательньш условием его нормальной жизнедеятегљности. С древнейших времен вода— источник жизни. Но она давно перестала быть лишь средством дтя поддержания жизнедеятегљносги живых органшмов. На сегодняшний день вода используется практически во всех сферах человеческой деятельности. Промышленность, строительство, электро и теплоснабжение — вот лишь некоторые отрасли, в которых вода выполняет созидательные функции. Но она может не только создавать, но и разрушать, напр№шер подземные воды могут подмывать карьеры, шахты, фундаменты зданий и сооружений, Поэтому крайне важно знать закономерности движения подземных вод, а также условия их формирования под влиянием естественных и искусственных факторов. Изучением этих вопросов занимается наука под названием гидрогеология. Она занимается изучением природных гидрогеологических процессов иусловий формирования подземных вод.
Одним из важнейших гидрогеологических процессов является фильтрация подземных вод или геофильтращш, которая представляет собой гравитационное течение воды в пористой или трещинной среде. Движение подземных вод осуществляется, главньш образом, именно путем геофильтращи.
Для того, чтобы №шеть наглядное представление о движении подземньж вод очень часто используют моделирование геофильтращш. Для современных гидрогеологических исследований характерно применение математического (численного) моделирования процессов геофильтращш. Это связано, в первую очередь, с необходимостью получения точных гидрогеологических расчетов, которые будут способствовагь рациональному использованшо поземных вод.
На сегодняшний день, такие гидрогеологические исследования как, расчеты водозаборов подземных вод, защита карьеров от затопления, охрана подземньжv вод от загрязнения и многие другие, не обходятся без численного моделирования геофильтращш.
Большой вклад в исследование численного моделирования внесли такие отечественные ученые как В.М. Шестаков, В.А. Мироненко, ИК. Гавич, Е.А. Ломаюш и другие. Но, не смотря на большой объем накопленных теоретических знакшй, существузг ряд трудностей. Ошта ш КШХ заключается в сложности и громоз- дкости математических вычислений. Эта проблема может быть легко решена путем применения вычислительных мощностей современных компьютеров.
Разработка современных методов компьютерного моделирования геофильтрации является актуальной задачей. Ее решекше позволит создать информационную систему моделирования, которая будет соответствовать современным требованиям и позволит значительно упростить процесс моделирования.
2. Фильтрация подзмных вод (геофильтрация)
Фильтрация подземных вод — эго самый распространенный вид движения подземных вод в толщах земной коры
Фильтращюнный поток формируется под действием гравитационных сил. Они выражены гравитационным потенциалом ᵠ , который характеризует удельную энергию гравитационных сил в единице объема водного потока:
(1)
где Р— гидростатическое давление, у — изменение объемного веса воды, z ордината точки относительно плоскости сравнения.
В зоне активного водообмена изменение объемного веса воды у очень мало, поэтому можно пренебречь. В этом случае вместо гравитационного потениала ц удобнее использовать гидростагичесмй напор:


где, 11 -эт высота давление (пьезометрическая высота), которая характеризует энергию давления в данной точке, z — ло ордината точки относительно плоскости сравнения, которая характеризует энергию положения в данной точке [1].
Движение подземных вод в земной коре можно и нужно рассматривать с позиций системного анализа [2]. Система, в данном случае, представляет собой единую совокупность элементов, которые характеризуются определенной структурой и находятся в постоянно взаимодействии друг с другом и с окружающей средой. Особенность системного подхода к рассмотрению движения подземных вод заключается в том, что конкретные формы залегания водоносных горизонтов и фильтрацию в них можно рассматривать как бесчисленное множество гидрогеологических систем разного уровня. В качестве таюрк систем могут выступать водоносные слои, пласты, горизонты и многое другое.
Лобая гидрогеологическая система характеризуется рядом факторов: 1) структурой системы, в которую входят размер, форма, расположение и соотношение составляющих ее компонентов; 2) свойствами горных пород и залегающих в них подземных вод; З) типов внутренних и внешних связей, которые проявляются в виде взармодействия разнообразных сил, умеют разное происхождение и шпенсивность. К внешним связям относятся, напрњтер, все виды воздействия инженерной и хозяйственной деятельности человека, которые затрагивают подземные воды.
Гидрогеологические параметры выступают в качестве показателей свойств динамических гидрогеологических систем и выполняют роль коэффициентов дифференциальных или шттегральных уравнений при математическом моделировании.