Розглянуто математичні моделі фільтрації грунтових вод з урахуванням механічної та хімічної суфозії та кольматації грунтів, а також запропоновано метод числового розв'язання планової задачі фільтрації за умов інтенсивного техногенного впливу.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д466.21

Рубрики:

Умови фільтрації і флюації режиму підземних вод

Шифр НБУВ: Ж23887 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Створено автоматизовану програмну систему моделювання процесів у тривимірних багатокомпонентних грунтових середовищах з наявністю довільно орієнтованих у просторі тонких слабопроникливих включень. Розроблено комплекс підсистем, що автоматизують задачі скінченно-елементного моделювання: представлення тривимірних областей як об'єктно-орієнтованих моделей, їх редагування та відображення, скінченно-елементне розбиття, пошук розв'язку, графічне та табличне представлення результатів. За допомогою побудованого інструментарію розв'язано модельні приклади та практичні задачі.

Розглянуто мембранні технології і проблеми їх застосування під час очищення поверхневих і грунтових вод. Проаналізовано чинники, що впливають на процес мікрофільтраційного і ультрафільтраційного очищення поверхневих і грунтових вод, і запропоновано шляхи їх усунення.

Проаналізовано результати багаторічних спостережень за параметрами режиму рівнів підземних вод і характеристиками космічних, метеоро-, гідрологічних і геодинамічних чинників формування режиму підземних вод для території Дніпропетровської області. Оцінено взаємозв'язок параметрів гідрогеодинамічного режиму. У розглянутих багаторічних часових рядах виявлено основні ритми коливань як основу прогнозування режиму підземних вод.

На стан історико-архітектурних пам'яток заповідника "Древній Київ" суттєво впливають режим грунтових вод у пролювіальних відкладах Глибочицької яружної системи, частково - в делювіальних грунтах та пісках межигірської світи палеогену. Виконано схематизацію гідрогеологічних умов, розроблена і відкоригована гідрогеологічна модель перших від поверхні водоносних горизонтів на території заповідника. В результаті моделювання вивчено режим та баланс підземних вод, прогнозовано зміну гідрогеологічних умов під впливом різних водозахисних заходів, вплив останніх на стан будівель.

Розглянуто основні закономірності спільного врахування нелінійного за параметрами вологопереносу у ненасичених і фільтрації в насичених водою грунтах на підставі численних прогнозних розв'язків за стаціонару та несталого одномірного, профільного та вісесиметричного рухів із урахуванням різного роду граничних умов, різних початкових умов, внутрішніх джерел вологозмін, а також конфігурації об'єкта вивчення. Виявлено цікаві особливості прогнозних змін витрат вологи, так званої висоти височування, всмоктуючих тисків, об'ємних вологовмістів. По суті, імітовано дію різного виду водозбірних і наливних споруд за різних типових природно-техногенних умов.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д466.2

Рубрики:

Фактори, які впливають на режим підземних вод

Шифр НБУВ: Ж60337 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проаналізовано основні шляхи та фактори забруднення поверхневих та підземних вод Миргородського, Хорольського та Семенівського районів центральної частини Полтавської області. Розглянуто сучасні підходи екологічного моніторингу. Установлено основний факт технології підготовки води для населення в Україні. Наведено основні негативні чинники, які впливають на якість води досліджуваних районів. Виявлено зміни хімічного складу поверхневих і підземних вод у процесі експлуатації. Розглянуто основні характеристики методики біотестування, а також визначено, що вона надає змогу одержати інтегральну інформацію за всієї сукупності впливових (токсичних) агентів. Показано результати розрахунків, які дозволяють визначити показники виживаності дафній у відібраних пробах води в досліджуваних районах Полтавської області. Проведено оцінку якості поверхневих та підземних вод обраних районів з використанням методів біотестування за допомогою тест-об'єктів. Установлено перспективи подальших досліджень.

Проведено математичне моделювання процесу перенесення солей за сумісної фільтрації і вологоперенесення в насичено-ненасичених грунтах. Числові розв'язки відповідних крайових задач одержано за допомогою методу скінченних різниць. Розроблено відповідне програмне забезпечення, з використанням якого проведено числові експерименти та зроблено їх аналіз.

На протяжении трех стадий интенсивного промачивания суффозионного грунта последовательно исследовано аналитическими методами формирование и развитие аккумулирующего слоя при предельном его насыщении неструктурными частицами поверхностного слоя жидкости. На типичных примерах проанализировано влияние на деформационный и фильтрационный процессы подвижности и концентрации суффозионных частиц. Показано, что внутренняя суффозия способствует замедлению увлажнения и в конце концов может существенно ухудшить вертикальный водообмен в пласте.

Побудовано математичну модель задачі дифузійного розчинення сольового включення, що омивається фільтраційним потоком підземних вод. Розроблено обчислювальний алгоритм розв‘язку відповідної крайової задачі. Чисельний розв'язок одержано методом скінченних різниць з використанням чисельних конформних відображень. Побудовано математичну модель задачі дифузійного розчинення сольового включення в грунтовому масиві, що омивається фільтраційним потоком підземних вод. Розроблено обчислювальний алгоритм розв‘язку відповідної крайової задачі. Чисельний розв'язок одержано методом скінченних різниць з використанням чисельного методу конформних відображень. На основі проведених чисельних експериментів визначено розподіл концентрації в грунтовому масиві та кількість винесених фільтраційним потоком речовин за різних значень параметрів.

The mathematical model of a problem of salt inclusion diffusive dissolution was built in the ground array that is washed by an underground waters filtrational stream. The computing algorithm of the respective boundary problems solutions is developed. Numerical decision is received by a finite difference method with usage of numerical conformal transformations. On the basis of the spent numerical experiments concentration distribution in the ground array and quantity of the substances taken out by a filtrational stream is defined at the different values of parameters.

Побудовано математичну модель задачі напружено-деформованого стану грунтового масиву за умов тепло-масопереносу у процесі фільтрації підземних вод та наявності рівня грунтових вод. Чисельний розв’язок відповідної одновимірної крайової задачі знайдено методом скінченних різниць. Досліджено задачу напружено-деформованого стану двошарового грунтового масиву. Наведено результати чисельних експериментів та їх аналіз.

The mathematical model of the tensely deformed state of a soil array problem taking into account the salt and heat transfer at filtration of subsoil waters and at presence of a level of subsoil waters has been formulated. The numerical solution of thecorresponding one-dimensional boundary-value problem has been found by the finite difference method. As an example, the tensely deformed state of a two-layered soil array problem has been investigated. Numerical experiments and their analyses have been carried out.

В Інституті кібернетики ім. В. М. Глушкова НАН України спільно з Інститутом геологічних наук НАН України проводять роботи зі створення інформаційної технології моделювання просторових процесів фільтрації води в неоднорідних геологічних середовищах. Її особливостями є використання математичних моделей з розривними розв'язками у тривимірній постановці та застосування паралельних обчислень, що дозволяє розв'язувати задачі з великою кількістю невідомих. Розроблено архітектуру і виконано програмну реалізацію базових програмних модулів. Створене програмне забезпечення використовується для розв'язання задач з уточнення оцінки запасів підземних вод різних регіонів України, а обчислення виконуються на багатопроцесорних обчислювальних комплексах сімейства СКІТ в Інституті кібернетики ім. В. М. Глушкова НАН України.

Запропоновано нову нелінійну математичну модель взаємопов'язаних процесів перенесення солей, фільтрації та вологоперенесення у насичено-ненасичених грунтових середовищах з рухомою межею контакту насичених та ненасичених грунтових масивів з урахуванням залежностей коефіцієнтів систем рівнянь від концентрації, напорів та осмосу в одно- та двовимірних випадках. Розроблену математичну модель узагальнено на процес перенесення солей під дією плоско-вертикальної безнапірної стаціонарної фільтрації сольового розчину до горизонтального систематичного дренажу за наявної рухомої та нерухомої вільної поверхні грунтових вод. Розглянуто обчислювальні алгоритми розв'язання поставлених задач, здійснено їх програмну реалізацію, проведено серію числових експериментів, на основі яких встановлено закономірності процесу перенесення солей за умов вологоперенесення у ненасичених грунтах, фільтрації, вологоперенесення та осмосу у насичено-ненасичених грунтових середовищах за наявної рухомої або нерухомої внутрішньої поверхні контакту грунтових масивів, що містять дрену як осушувальний або зволожувальний елемент дренажної системи.

Побудовано нові математичні моделі напружено-деформованого стану грунтових масивів і основ у нелінійній постановці з урахуванням тепло-масоперенесення під час фільтрації сольових розчинів за неізотермічних умов та залежностей коефіцієнтів фільтрації, Ламе і модуля Юнга від концентрації сольових розчинів та температури, наявності вільної поверхні грунтових вод та дослідження деформаційних процесів у грунтах, які складаються з шарів із різними механічними та фізико-хімічними властивостями. Виведено систему рівнянь рівноваги в формі Ламе для зміщень грунту на основі узагальнення закону Гука з урахуванням тепло-масоперенесення та залежностей коефіцієнтів Ламе, модуля Юнга від концентрації сольових розчинів та температури. Одержано граничні умови та умови спряження для зміщень і напружень з урахуванням теплового та хімічного станів грунтового середовища. Розвинено обчислювальні методи для знаходження числових розв'язків відповідних крайових задач в одно- та двовимірному випадках. На основі розроблених алгоритмів створено відповідний програмний комплекс, проведено серію числових експериментів та їх аналіз. Показано вплив факторів тепло-масоперенесення під час фільтрації сольових розчинів за неізотермічних умов, наявності вільної поверхні, багатошаровості грунту на розподіл зміщень, нормальних та дотичних напружень та деформацій.

Рассмотрена проблема мониторинга загрязнения водных объектов продуктами деятельности промышленных предприятий, в технологических циклах которых присутствует кадмий. Разработана и опробована аналитическая процедура определения его содержания в планктонных организмах, для чего применяли атомно-абсорбционный метод с электротермической атомизацией. Рассчитаны коэффициенты биоаккумуляции кадмия и определен линейный диапазон зависимости его накопления в Chydorus sphaericus от концентрации в модельных растворах.

Розглянуто задачу ідентифікації параметрів моделі у випадку математичного моделювання дробово-диференціальної динаміки аномального процесу конвективної дифузії розчинних речовин за профільної усталеної фільтрації грунтових вод з вільною поверхнею. При цьому, процес масопереносу описується моделлю, що містить узагальнену похідну дробового порядку Капуто - Герасимова за часовою змінною, а процес фільтрації розглядається у потенціальному полі швидкостей. Оскільки область фільтрації є областю з частково невідомою межею, розв'язання поставленої задачі виконується шляхом попереднього переходу до області комплексного потенціалу за відомої характеристичної функції течії. Ставиться задача ідентифікації значень параметрів узагальненої дробової похідної, виходячи з вимірів концентрації речовини. Такий підхід надає змогу більш адекватно описувати процеси масопереносу в середовищах зі складною просторово-часовою структурою, у тому числі в грунтах у ситуації суттєвої затратності їх точного геофізичного аналізу. З огляду на складність вирішення обернених задач для диференціальних рівнянь з дробовими похідними, фіксовану кількість і неперервність параметрів, що визначаються, запропоновано використовувати для їх ідентифікації метаевристичний алгоритм рою частинок. В роботі стисло викладено скінченно-різницеву методику наближеного розв'язання прямої задачі, наведено постановку задачі ідентифікації параметрів, описано використовувану варіацію алгоритму рою частинок. Наведено результати комп'ютерних експериментів, які показують ефективність алгоритму рою частинок для визначення параметрів похідної дробового порядку, а також те, що залежно від вигляду функціонального параметра узагальненої дробової похідної, модель надає змогу описувати як "надповільні", так й "надшвидкі" дифузійні режими.

Досліджено процеси перенесення солей при фільтрації та вологоперенесенні у насичено-ненасичених грунтах. Побудовано математичні моделі даних взаємозв'язаних процесів у насичено-ненасичених грунтових середовищах з рухомою та нерухомою внутрішньою вільною поверхнею контакту насичених і ненасичених грунтових масивів, які описуються відповідними крайовими задачами в одно- та двовимірній постановках. Методом скінчених різниць з використанням чисельних конформних відображень (у двовимірному випадку) побудовано монотонні різницеві схеми для даних крайових задач. Розроблено відповідне програмне забезпечення, за допомогою якого проведено чисельні експерименти. Наведено результати чисельних експериментів та їх аналіз. Проведено дослідження процесу солеперенесення при фільтрації та вологоперенесенні у випадках осушення та зволоження насичено-ненасичених грунтових масивів під дією горизонтального систематичного дренажу.

Розглянуто задачу ідентифікації параметрів моделі у випадку математичного моделювання дробово-диференціальної динаміки аномального процесу конвективної дифузії розчинних речовин за профільної усталеної фільтрації грунтових вод з вільною поверхнею. При цьому, процес масопереносу описується моделлю, що містить узагальнену похідну дробового порядку Капуто - Герасимова за часовою змінною, а процес фільтрації розглядається у потенціальному полі швидкостей. Оскільки область фільтрації є областю з частково невідомою межею, розв'язання поставленої задачі виконується шляхом попереднього переходу до області комплексного потенціалу за відомої характеристичної функції течії. Ставиться задача ідентифікації значень параметрів узагальненої дробової похідної, виходячи з вимірів концентрації речовини. Такий підхід надає змогу більш адекватно описувати процеси масопереносу в середовищах зі складною просторово-часовою структурою, у тому числі в грунтах у ситуації суттєвої затратності їх точного геофізичного аналізу. З огляду на складність вирішення обернених задач для диференціальних рівнянь з дробовими похідними, фіксовану кількість і неперервність параметрів, що визначаються, запропоновано використовувати для їх ідентифікації метаевристичний алгоритм рою частинок. В роботі стисло викладено скінченно-різницеву методику наближеного розв'язання прямої задачі, наведено постановку задачі ідентифікації параметрів, описано використовувану варіацію алгоритму рою частинок. Наведено результати комп'ютерних експериментів, які показують ефективність алгоритму рою частинок для визначення параметрів похідної дробового порядку, а також те, що залежно від вигляду функціонального параметра узагальненої дробової похідної, модель надає змогу описувати як "надповільні", так й "надшвидкі" дифузійні режими.