авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 ||

«3 Оглавление О ГЛАВ Л ЕН И Е ...»

-- [ Страница 15 ] --

При интенсивном загрязнении подземных вод, основным процессом, формирующим облик конкретной пробы, является техногенный процесс, который приводит к изменению естественного облика подземных вод в системе вода–порода. Таким образом, каждый из показателей химиче ского состава, может быть представлен через три составляющие: при родная (фоновая), загрязняющая и преобразованная части, последняя формируется за счет взаимодействия воды с породой в присутствии за грязняющих компонентов. Эти составляющие могут быть в разных соот ношениях и отражаются через компонентный состав пробы. В факторном Р.П. Кочеткова, Л.А. Гоманюк анализе они определяются как факторные нагрузки показателей химиче ского состава на эти 3 составляющие (факторы). Усиление какого-либо процесса приводит к формированию химического состава пробы опреде ленного облика, однако и другие менее проявляющиеся процессы вносят определенные отклонения (специфичность) этого облика в конкретной пробе. Для достижения такого подхода в факторном анализе, предлагает ся применение статистической процедуры нормализации факторов и ва римаксного вращения. Нормализация всей матрицы факторных нагрузок и последующее ортогональное (варимаксное) вращение факторных осей применяется как математический метод, с помощью которого упрощает ся исходная матрица факторных нагрузок. Если вращение проводится без нормализации, то основное внимание направлено на изучение преобла дающего процесса и факторное значение в каждой пробе, отражает облик (генезис) этого гидрогеохимического процесса. Применение нормализа ции практически реализует принцип равнозначности нескольких, одно временно протекающих, гидрогеохимических процессов в подземных водах. Совместное использование этих двух процедур позволяет учесть интенсивность загрязнения подземных вод и оценить влияние основного процесса на интенсификацию вторичных процессов.

Дальнейшее применение дискриминантного анализа позволяет, в условиях взаимозависимых процессов и взаимосвязанных показателей химического состава [3] (химический состав подземных вод – замкну тая равновесная система, где применение линейной корреляции некор ректно и с позиций статистики целесообразно применять каноническую корреляцию) определить меняющийся во времени и по территории об лик подземных вод и установить границы фронта загрязнения.

Таким образом, для анализа закономерностей изменения химическо го состава подземных вод, классификации подземных вод по компонент ному составу, прогноза и оценки интенсивности загрязнения целесооб разно проводить комплексный статистический анализ, включающий:

• методы одномерной или описательной статистики (среднее, дис персия, диапазон изменчивости) – для анализа изменчивости одной ком поненты химического состава (для характеристики средних значений, тенденций изменения, превышений ПДК, аномальных значений, как по территории, так и во времени);

• методы корреляционного и регрессионного анализа, для выявления взаимосвязей показателей химсостава и выбора пилотных компонентов;

• методы факторного анализа (R- и Q-методы) – первый из которых позволяет выявить закономерности комплексного изменения химическо го состава (для обоснования возможных гидрогеохимических процессов в подземных водах), а второй для выявления групп проб со схожим хи мическим составом, проследить тенденции изменения компонентного состава во времени и по территории;

508 Проблемы гидрогеологического образования • методы дискриминантного анализа (классификационного и кано нического) – первый из которых позволяет классифицировать имеющие ся данные о химическом составе подземных вод на группы по облику (для типизации химического состава подземных вод), а второй – провес ти границу между выделенными группами, как по территории (для рай онирования), так и во времени (для обеспечения гидрогеохимического мониторинга).

Литература 1. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA – Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2001.

2. Вуколов Э.А. Основы статистического анализа: Практикум по статисти ческим методам и исследованию операций с использованием пакетов Statistica и Excel: Учебное пособие для вузов – М.: Форум / Инфра-М. 2008. – М., 2004.

3. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М.: «Финансы и статистика», 1989.

4. Халафян А.А. SТАТISТIСА 6. Статистический анализ данных. 3-е изд.

М.: ООО «Бином-Пресс», 2007 г.

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА НИМФА И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ И.Л. Хархордин1, И.В. Горев ООО «Геостройпроект», ОАО «ВНИМИ», СПбГУ;

ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»

В работе по созданию программного комплекса НИМФА, предна значенного для моделирования широкого спектра гидрогеологических процессов, в разные годы участвовало несколько десятков человек из нескольких организаций: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», СПбО ИГЭ РАН, КГУ, МГУ, СПбГУ, ВНИМИ [1]. В истории разработки можно выде лить два этапа. На первом этапе (2000–2009 гг.) работа велась в рамках грантов МНТЦ. Это во многом определило специфику проекта, когда наряду с традиционными задачами (фильтрация, многокомпонентный массоперенос, физико-химические процессы) приходилось включать в программу возможности, предполагающие решение частных научных задач (карстообразование, многофазная фильтрация в средах с двойной пористостью [2], моделирование изотопных систем и т.д.).

На следующем этапе (2010–2012 гг.) работа финансировалась из бюджета РФ в рамках темы: «Разработка технологий проектирования и имитационного моделирования для суперЭВМ на основе базового про граммного обеспечения». На этом этапе была разработана параллельная версия пакета НИМФА.

И.Л. Хархордин, И.В. Горев Традиционно разработка коммерческих пакетов осуществлялась по принципу Препроцессор – Решатель. Фактически первым этапом по строения модели было создание сеточной области, которая затем запол нялась параметрами. Основным плюсом такой технологии является пол ный контроль со стороны пользователя за параметрами отдельных ячеек, но при этом теряется гибкость в построении модели. Увеличение дробно сти дискретизации моделируемой области неминуемо требует повторно го ввода данных. Использование больших сеток, содержащих несколько миллионов ячеек, сильно замедляет работу интерфейса таких программ.

НИМФА построена по иному принципу: Препроцессор – РНД (Рас четчик Начальных Данных) – Решатель. На этапе работы с исходными данными пользователь не имеет доступа к отдельным ячейкам расчет ной области. Создание сетки и заполнение её параметрами происходит только при запуске программы на счет. Такая технология позволяет решать задачу на разных сетках, использовать один и тот же набор дан ных для подготовки разномасштабных моделей.

Следующим важным моментом в построении кода является тот факт, что в балансовые уравнения для отдельных ячеек наряду с пото ками через грани входят внешние источники, интенсивность которых определяется характером взаимодействия сеточной области с гидрогео логическими объектами.

Под гидрогеологическими объектами далее мы будем понимать при родные тела или инженерные сооружения, оказывающие влияние на формирование водного баланса, а также тепловых и массовых потоков, в пределах расчётной области. Если действие внешних граничных условий описывается достаточно традиционно, то организация взаимодействия ячеек с гидрогеологическими объектами, на которых реализуются внут ренние граничные условия, может представлять определённые сложно сти как на этапе генерирования расчетной сетки, так и на стадии счета.

Возможно два пути организации счёта: а) функции для описания взаимодействия объектов с расчётной областью могут быть ассоцииро ваны с ячейками, т.е. ячейка обращается к объектам и получает от них потоки;

б) классы, описывающие объекты, имеют функции для расчета потоков в отдельные ячейки расчётной области, т.е. объекты «знают», к каким ячейкам им надо обращаться.

Первый путь весьма эффективен для описания простых объектов, но не позволяет программе развиваться в сторону описания объектов более сложных, взаимодействующих одновременно с множеством ячеек расчётной области. Так, например, фильтровая часть реальной скважи ны может проходить через несколько ячеек расчётной области. Форми рование притока к такой скважине определяется не только фильтраци онными свойствами пород в пределах расчётной ячейки, но и текущими величинами напоров, т.е. распределение расхода скважины по отдель 510 Проблемы гидрогеологического образования ным ячейкам должно осуществляться на счёте. Организация таких вы числений в рамках первого подхода представляет большие сложности, т.к. он не предполагает иных путей взаимодействия между ячейками кроме потоков через грани.

В рамках второго подхода предоставляется гораздо больше воз можностей для описания гидрогеологических объектов сложной струк туры. Такие объекты могут содержать свои внутренние модели для рас чёта их взаимодействия с ячейками. Важной особенностью второго подхода является то, что на счёте становится возможным отслеживание водного баланса по гидрогеологическому объекту в целом. Последнее часто бывает необходимым, чтобы избавиться от некоторых распро странённых ошибок при моделировании, например, при оценки потерь речного стока, когда модельные потери воды из реки в пласт на отдель ных участках превышают расход реки.

Предполагается, что по мере развития НИМФА будет дополняться как по набору объектов, так и по новым опциям для их связи с модели руемой областью. Отдельные гидрогеологические объекты могут иметь свои собственные внутренние модели, которые используются для кор ректировки внутренних граничных условий в расчетной области (напри мер, перерасчет уровня в водоёме на основе модели формирования его водного баланса) или позволяют оптимизировать режим работы самого объекта (например, подобрать насосное оборудование для скважины).

Дальнейшее развитие пакета НИМФА предполагает решение сле дующих задач.

1. При численной реализации математических моделей напорной, безнапорной и насыщенно-ненасыщенной фильтрации необходимо:

а) обеспечить возможность выбора режима фильтрации не только для всей расчётной области, но и независимо для отдельных пластов;

б) функции для расчета взаимодействия гидрогеологических объектов с расчётной областью и соответствующие структуры данных должны принадлежать классам объектов, а не ячеек.

2. Внедрение отдельных объектов в структуру программного ком плекса НИМФА должно происходить постоянно по ходу разработки.

Пользователь должен иметь большой набор опций для представления гидрогеологических объектов на модели в зависимости от специфики схематизации гидрогеологических условий, целей расчётов, масштаба модели и имеющегося параметрического обеспечения.

3. Предоставляемые программным пакетом НИМФА возможности корректировки пространственной разбивки моделируемой области на фрагменты и дробности дискретизации внутри фрагментов должны быть дополнены технологиями пересчета геометрической составляю щей фильтрационного сопротивления (проводимости) для гидрогеоло И.Л. Хархордин, И.В. Горев гических объектов. Необходимые функции целесообразно включить в классы соответствующих объектов.

4. Необходима разработка модулей, позволяющих создавать слож ные, изменяющиеся во времени гидрогеологические объекты для ото бражения на геофильтрационных моделях горных выработок.

5. При развитии программного обеспечения для описания взаимодей ствия гидрогеологических объектов с моделируемой областью необхо димо предусмотреть не только функции для расчета влияния объектов на водный баланс отдельных ячеек, но и для модификации свойств окру жающего их породного массива. Гидрогеологические объекты могут со держать свои внутренние модели, которые могут использоваться как для изменения характера внутренних граничных условий в сеточной области, так и для оптимизации работы инженерных устройств, обеспечивающих работу объекта (например, насосного оборудования).

6. Важнейшим этапом разработки геофильтрационной модели явля ется её калибровка, которая может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Для калибровки моделей в автоматическом ре жиме в состав пакета программ НИМФА необходимо включить модуль для решения обратных задач. Такой модуль должен быть, по возможно сти, универсальным и не требовать каких либо переделок при расшире нии комплекса моделируемых процессов и гидрогеологических объектов.

В качестве прототипа программы целесообразно взять UCODE2005, раз работанный в геологической службе США.

7. Доработка модуля для моделирования физико-химических про цессов в системе вода-порода, газы. Расширение соответствующих баз данных.

Литература 1. Базин А.А., Бакулин В.Е., Величко О.М., Голубев А.А., Горев В.В., Го рев И.В., Дерюгин Ю.Н., Губкова Г.Н., Еремин А.Д., Зеленский Д.К., Козел ков А.С., Новиков И.Г., Павлуша И.Н., Панов А.И., Певная П.И., Резяпов А.А., Рябов Е.И., Селин В.И., Сизова Л.И., Субботин А.Г., Шанин А.А., Шемару лин В.Е. (РФЯЦ-ВНИИЭФ), Коносавский П.К, Румынин В.Г., Румянцев В.А., Хархордин И.Л.(СПбО ИГЭ РАН), Алимов М.М., Костерин А.В., Савельев А.А., Храмченков М.Г., Чекалин А.Н. (НИММ Казанского университета). «Методика и пакет программ НИМФА как инструмент создания постоянно-действующих моделей бассейна подземных вод». Конференция «Промышленная экология и безопасность», г. Казань, 6–7 сентября 2006 года.

2. Горев И.В., Чекалин А.Н. Математическое моделирование двухфазной фильтрации в трещиновато-пористых пластах с неньютоновской нефтью и по дошвенной водой, вскрытых горизонтальной скважиной. – Супервычисления и математическое моделирование. Труды XIII Международного семинара. Саров:

ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2012. – С. 196–207.



Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.