Система нечетко-детерминированного моделирования процессов формирования и эксплуатации водозаборов подземных вод

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации: На сегодняшний день в странах мира различными являются уровень обеспеченности водными ресурсами, в среднем на каждого человека приходится 24 646 м3 (24,65 млн.литров) воды в год.1 С увеличением роста населения мира быстрыми темпами растет спрос на питьевую воду. Согласно статистическим данным для населения земного шара объем годовой потребности потребления питьевой воды составляет 64 млн.м3. По результатам исследований к 2025-2030 годам 47% населения стран планеты ощущает нехватку воды.2 Обеспечение питьевой водой населения мировых государств и совершенствование методов анализа состояния гидросферы подземных вод, повышение эффективности проведения гидрогеологических опытов для эксплуатации экологически чистых вод, определению информационных неопределенностей, связанные с доминированием информации относящихся к гидрогеологическим объектам уделяется отдельное внимание. В Республике Узбекистан проведены широкомасштабные мероприятия по эффективной организации мер по формированию и эксплуатации водозаборных подземных вод. В этой сфере, в том числе, совершенствование и развитие разработки механизмов рационального использования водных ресурсов с учетом особенностей каждого региона, анализ нужд и потребностей населения в питсвой и хозяйственной воде, создание технологии и методов распрсснсния аномалий высокоминсрализованных подземных вод, определение состава и объема резервов одно- и двухслойных подземных вод. В мире особое внимание уделяется разработке методов и алгоритмов нечетко-детерминированного моделирования процессов формирования и эксплуатации водозаборных подземных вод (ВПВ) на основе сезоннорегиональных особенностей и нового поколения компьютеризированной системы. В этой области осуществление целенаправленных научных исследований является приоритетными задачами, в том числе, научные исследовании в следующих направлениях: создание комплекса программных средств и математических аппаратов, предназначенных для решения задачи распрсснсния аномалий высокоминсрализованных подземных вод в сильно засоленных условиях одно- и двухслойного строения водоносных пластов; разработка нечетко-дстсрминированных математических моделей динамического наблюдения водных ресурсов в процессе формирования, эксплуатации и восстановления ВПВ в одно- и двухслойных водоносных пластах; разработка алгоритмов и методов нечетко-детерминированного моделирования сезонно-территориальных процессов формирования, эксплуатации и восстановления ВПВ; определение закономерностей исследования гидрогеологических, технологических и экологических основ функционально-структурного формирования одно- или двухслойных ВПВ; разработка структуры компьютеризированной системы мониторинга ВПВ, основанной на информационной интеграции процессов принятия решений и нечетко-детерминированного моделирования ВПВ на базе беспроводных сенсорных сетей; Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в законе Республики Узбекистан «О воде и водоиспользовании» (ЗРУ-837-ХП от 6 мая 1993 года), в Постановлении Президента Республики Узбекистан № ПП-1989 от 27 июня 2013 года «О мерах по дальнейшему развитию Национальной информационнокоммуникационной системы Республики Узбекистан», и Постановлении Президента Республики Узбекистан №ПП-2264 от 17 ноября 2014 года «Об Инвестиционной программе Республики Узбекистан за 2015 год», а также в Постановлении Кабинета министров Республики Узбекистан №82 «Порядок водопользования и водопотрсбления в Республике Узбекистан» от 19-марта 2013 года. Целью исследования является разработка методов, алгоритмов и компьютеризированной системы нечетко-детерминированного моделирования процессов формирования и эксплуатации с учетом сезонно-территориальных особенностей одно- или двухслойных водозаборов подземных вод. Научная новизна исследования заключаются в следующем: разработаны алгоритмы и комплекс программных средств нечетко-детерминированного моделирования процессов территориально-объемного формирования, эксплуатации и сезонного восстановления, фильтрации ВПВ; разработаны информационно-технологические и идентификационноинформационные модели, обеспечивающие в интерактивной форме взаимосвязи между водозаборами подземных вод и их нечетко-детерминированными моделями; разработана структура компьютеризированной системы на основе нечетко-детерминированных моделей водозаборов подземных вод и беспроводных сенсорных сетей информационной интеграции процессов принятия решений; разработаны программные средства, алгоритмы и нечетко-детерминированные модели процессов распрсснсния аномалий высокоминсрализованных подземных вод в сильно засоленных условиях одно- и двухслойного строения водоносных пластов; разработаны алгоритмы, программные средства и принципы распараллеливания процессов создания нечетко-детерминированных моделей гсофильтрационных процессов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе проведённых исследований по докторской диссертации на тему «Система нечетко-детерминированного моделирования процессов формирования и эксплуатации водозаборов подземных вод» представлены следующие выводы: 1. Алгоритмы и программный комплекс нечетко-детерминированного моделирования гидрогеологических объектов водозабора подземных вод природно-техногенного характера дают возможность с достаточной надежностью прогнозировать и оценить динамику изменения резервных запасов подземных вод. 2. Технология формирования запасов подземных вод на основе создания ВПВ в одно- и многослойного строениях водоносных пластов создает возможность управления и оперативного исследования закономерностей формирования подземных вод. 3. Разработаны и обоснованы нечетко-детерминированные модели формализации процессов формирования, эксплуатации и восстановления ВПВ в условиях неоднородности фильтрационной сферы в горизонтальном и вертикальном разрезе, нечеткости начальных и граничных условий, неопределенности режимов работы источников поверхностных и подземных водозаборных скважин. 4. Предложены нечетко-детерминированные модели взаимосвязи в двухслойных областях геофильтрационных и гидрохимических режимов в условиях взаимосвязи двухслойных геофильтрационных областей исходя из условий квази двухмерности потоков, формирующих гсофильтрационныс процессы и двухмерности в вертикальном разрезе потоков соленых вод в подземных скважинах на основе гипотезы Мятисва-Гиринского, в условиях одно- и двухслойной подземной гидросферы. 5. Предложенные алгоритмы и программный комплекс нечетко-детерминированных моделей эффективной реализации технологических схем ВПВ адекватно учитывают параметры, типы и конструкции инфильтрационных и водозаборных устройств. 6. Распараллеливание процессов создания нечетко-детерминированных моделей ВПВ осуществляется в направлении визуализации, формирования данных и решаемых задач, сегментации вычислительных процессов, а также, обоснования распараллеливания задачи режима откачки вод из подводных заборов и при четырех вариантах решения задач в последовательном режиме, в разных граничных условиях обеспечивает расход времени 83 мле, а в параллельном режиме 2 мле. 7. Предложены алгоритмы и программные средства создания информационной модели, осуществляющие информационную взаимосвязь между нечетко-детерминированной моделью ВПВ, составляющие параметры процесса моделирования, выполняют задачи управления и проведения вычислительных экспериментов в различных вариантах значений граничных условий. 8. Целью непрерывного измерения значений параметров ВПВ (уровень подземных вод, температуры и минерализации) информационной базы компьютеризированной системы, основанной на интегрировании информационных процессов принятия решений и нечетко-детерминированной модели ВПВ, во-первых, является недопущение грубых ошибок при измерении и устранении влияния человеческих факторов и, во-вторых, при решении проблемы актуальности данных, осуществляется измерение в режиме реального времени на основе беспроводных сенсорных сетей и передаче данных мониторинга ВПВ в компьютеризированную систему. 9. Возможности использования граничных условий в качестве отдельных тематических пластов моделей геоинформационных систем в исследовании концентрации и уровней подземных вод, особенностей использования геоинформационных технологий нечетко-детерминированного моделирования ВПВ будут использованы в процессе проведения вычислительных экспериментов определения геофильтрационных параметров в неоднородных условиях фильтрационной сферы, изменения территориальных гидрогеологических условий.