Математическое моделирование геофильтрационных процессов региональных гидрогеологических систем

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день в мире для обеспечения растущих потребностей населения к питьевой воде важное значение приобретает эффективное использование ресурсов пресных подземных вод. «Мировые запасы воды составляют 97% соленых вод, пресные 3%. 68% источников питьевой воды сосредоточены в ледниках, лишь 2% пресных вод находятся в реках и в поверхностных озерах, что составляет 93 тыс. км3. В подземной гидросфере находятся 30% источников питьевых вод»3. Поэтому, в исследовании состояний подземной гидросферы и рационального использования подземных вод на основе геоинформационных систем (ГИС) составление и использование картографических баз данных, мониторинг автоматизированного измерения, совершенствование методов математического моделирования процесссов геофильтрации являются актуальными вопросами. В развитых странах, в том числе США, Германия, Канада, Дания, Япония, Франция, Россия в управлении процессами и явлениями, происходящими в сложных гидрогеологических условиях, широко используются компьютеризированные измерительные приборы, ГИС-технологии и методы математического моделирования. После приобретения независимости в нашей Республике, широко осуществляются мероприятия по оценке ресурсов подземных вод и ведению эффективного мониторинга, методам наблюдений процессов и событий, происходящих в сложных гидрогеологических условиях на базе компьютеризированных автоматических измерительных приборов, достигнуты результаты по развитию и реализации на основе интеграции методов математического моделирования с ГИС-технологиями. В этой сфере, необходимо отметить, что-проведены ряд научно-исследовательских работ по информационному обеспечению математического моделирования геофильтрационных процессов региональных гидрогеологических систем, направленных на совершенствование замера параметров подземной гидросферы на основе автоматических измерительных устройств, позволяющих оперативно определить состояние гидрогеологических объектов. В мире по разработке системы математических моделей геофильтрационных процессов регионального характера на основе ГИС-технологий и оперативного анализа изменения уровня грунтовых вод, и при необходимости создание системы оптимального управления ресурсов подземных вод имеет важное значение. В этом направлении, изучение геофильтрационных процессов методами математического моделирования, особенно в годы маловодья роль подземных вод в водных ресурсах и учет их взаимосвязи с поверхностными водами, изучение гидрогеологических характеристик месторождений подземных вод, обоснование режимов гидротехнических сооружений и мелиоративная водообеспеченность, загрязнение подземных вод и ликвидация засоленности сельскохозяйственных площадей, наблюдение состояний гидро-геологических обьектов автоматизированными методами и комплексом аппаратно-программных средств, совершенствование интеллектуальных систем и обоснование принятия решений о рациональном использовании водных ресурсов считаются одним из основных задач. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан №ПП-1730 от 21 марта 2012 года «О мерах по дальнейшему внедрению и развитию современных информационно-коммуникационных технологий», №ПП-2954 от 4 мая 2017 года «О мерах по упорядочению контроля и учета рационального использования запасов подземных вод на 2017-2021 годы», постановление Кабинета Министров Республики Узбекистан №82 от 19 марта 2013 года «Об утверждении Положения о порядке водопользования и водопотребления в Республике Узбекистан, а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является повышение эффективности методов математического моделирования геофильтрационных процессов региональных гидрогеологических систем. Научная новизна исследования заключается в следующем: разработана концепция математического моделирования гидрогеологических процессов регионального характера, основанная на принципах теории геофильтрации и геомиграции в сложных гидрогеологических условиях, усовершенствованы методы интеграции математического моделирования гидрогеологических процессов с информационно-коммуникационными технологиями; развиты численные методы математического моделирования гидрогеологических процессов регионального плана на базе современных ГИС-технологий, позволяющие объединить разноплановые модели геофильтрации в рамках единой информационно-технологической системы; предложена гибкая система геоинформационно-математического моделирования геофильтрационных процессов региональных гидрогеологических объектов, основанная на использовании принципов формирования и совместного применения моделей разного масштаба и пространственного охвата; разработано программное обеспечение, технологии и аппаратно-инструментальные средства системы автоматизированного замера, регистрации и передачи гидрогеологической информации, используемые для геоинформа-ционно-математического моделирования, а также для ведения мониторинга подземной гидросферы; разработаны принципы организации базы данных геоинформационно-математических моделей региональных гидрогеологических объектов совмещающие фактографические и картографические данные с возможностями последующей их интеграций в единый автоматизированный комплекс; разработаны принципы и критерии построения геоиформационной системы в интеграции математической модели переноса солей взаимосвязанными потоками поверхностных и подземных вод для крупномасштабных объектов со сложными гидрогеологическими условиями. Заключение В результате проведенных исследований докторской диссертации по теме «Математическое моделирование геофильтрационных процессов региональных гидрогеологических систем» предлагается следующее заключение: 1. Обзор современного состояния проблемы моделирования гидрогеологических процессов регионального характера, развитие методологии моделирования и создания информационного обеспечения в реальном режиме времени, а также разработка усовершенствованных методологий математического моделирования геофильтрационных процессов региональных гидрогеологических систем на базе интеграции современных ГИС-технологий определяют перспективу информационных технологий при решении проблемы защиты, рационального использования и управления водными ресурсами. 2. Построение и системный анализ математических моделей на основе ГИС-технологий с учетом специфики и своеобразия гидрогеологических и мелиоративных исследований, а также использование основных направлений ГИС-технологий в прикладных гидрогеологических исследованиях позволяет выбор структуры классифицированной геобазы данных, модулей и компонентов для внедрения в гидрогелогические системы. 3. Разработка региональных геоинформационных моделей и структуры геобазы данных служит для построения цифровых геолого гидрогеологических карт с использованием ГИС-технологий и на их основе разрабатывать предложения и мероприятия по защите от ухудшения качества и загрязнения подземных и поверхностных вод и управления ими. 4. Создание и ведение мониторинга подземной гидросферы, планирование, определение факторов и обоснование принятия эффективного решения, дистанционное измерение, сбора и управление данными, разработка и внедрение системы передачи и приема информации с автоматизированных электронно-измерительных приборов, особенности автоматизации, обеспечивающие дистанционной сбор информации и управление мониторинга подземных вод на базе аппаратно-программных средств дает возможность, формирования и внедрения автоматизированных баз данных мониторинга подземной гидросферы. 5. Автоматизированные геоинформационные системы интегрирующие ряд технологических процессов, системы моделирования гидрогеологических процессов, учитывающие взаимосвязи подземных и поверхностных вод, а также оперативная визуализация картографической информации с различными нагрузками позволяют создание новых технологий комплексного анализа информации, полученной в результате автоматизированного измерения основных гидрогеологических параметров; 6. Численное решение моделей процессов геомиграции и геофильтрации, учитывающие взаимосвязи подземных и поверхностных вод в период эксплуаации, их алгоритмы и комплекс програмного обеспечения, создание и внедрение математиеских моделей, разработка математических моделей геофильтрации подземных вод Ферганской долины, обоснование начальных и граничных условий, создание информационного массива, определение параметров трехслойной модели в целях повышения водообеспеченности орошаемых регионов в условиях влияния природных и техногенных факторов в годы маловодья, математичкие модели региональных гидрогеологических процессов и определение перспективы комплексного использования воды в экономике математических моделей региональных гидрогеологических процессов по обоснаванию баланса подземных вод, а также запасов, ресурсов позволили решению следующих задач: а) оценка естественных и эксплуатационных ресурсов (запасов) по месторождениям подземных вод Ферганской впадины; б) установление взаимосвязи между напорными и грунтовыми водами при многоцелевом использовании подземных вод (хозяйственно питьевые воды для обеспечения техники и производства); в) оценка эксплуатационных запасов ирригационно-грунтовых вод для орошения земель по следующим месторождениям подземных вод равнинной части Ферганской впадины: 1) конусов выноса - Нарынское, Майлисуйское, Караунгурское, Сохское,Исфаринское; 2) предгорные месторождения подземных вод Андижан-Шахриханское, Алтыарык-Бешалышское, Сырдарьинское и др. 7. На основании создания картографической информации по геологическим, гидрогеологическим, гидрологическим, мелиоративным и водохозяйственным условиям решены задачи: прогнозирования, управления, эффективного использования водных ресурсов, решены вопросы создания гидрогеолого-информационной системы Хорезмского оазиса.