Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Структурная идентификация систем водозаборов подземных вод с целью их эффективности и рациональной эксплуатации

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Структурная идентификация систем водозаборов подземных вод с целью их эффективности и рациональной эксплуатации"

РТБ "ОН

* Г| (в

ГоеудорстазнпиЛ Кшитот Российской Оияорацил по высшему обрязовешю

Сезист-Петорь'уиг'скнй государстьен1Г>1й горный инстичут мшни Г. В. Плеханова С ткничг.ск'.'Л унипацемют 3

на правах рукописи

Огздолубцев Виктор Сергеевич

СГРУКТУН'ЛЯ ЮШПЯМДОДО ¡ЖЛТМ ООДОЗАБОРОВ ПОДЗЕМКИ ВОД С ЦЕЛЬЮ ИХ Зй&ТГ^Ш Й РА^ПНМЙЙЙ ЗХСПЛУА'ВДГЛ 1 С на пркиире г. Воронежа 3

Слвд1иа.'гыюсть 04.00-00 •- "ГИДГ-ОГЕОЛОГга"

Автореферат

дмсеертяг'м* соятсмч-а ученой стппвнч канлил'яп ггодого-^тюрвдогичеехмх на/к

. .'-л ,• -

Работа выполнена в

Воронежском

государственном университете

Научный руководитель доктор геолого-минералогическик наук.

профессор Бочаров . Виктор Львович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогичееких наук,

Норватов О. А.

кандидат геолого-минералопических наук Антонов В. В.

Ведущее предприятие: Государственное геологическое предприятие С ГГП ) " . ВОГХЗНЕЖГЕОЛОГИЯ "

Защита состоится " октября 1994 г. в часов_£Р минут на заседании специализированного . совета Д. 063.15.07 в

Санкт-Петербургском горном институте по адресу : ].99026,

Санкт-Петербург. 21 линия, д. 2, ауд. N__

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГИ.

Автореферат разослан 1994 г. .

УЧИШ СЕКРЕТАРЬ специализированного совета, кандидат геоло го-шнвраяогичесгсии наук, додает

А. В. КУЗЬМИН

- 3 -

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность, работы. Развитие территориально-произвсдствен-1ык комплексов (ТЛЮ и рост их влияния на окружашую. среду . приво-шт к изменению карактера добычи питьевой волы с экстенсивного на штенсивный. Для районов с высотой урбанизацией населения и юлъшш промышленным потенциалом, к числу которых относится и '.Воронеж с городами-спутниками Семилуки, Рамонь, . НовсвоРонеж и ш, экстенсивный путь увеличения эксплуатационньм запасов питье-вод неприемлем, что заставляет более внимательно изумить и мс-1ользовать уже разведанные месторождения подземных- вод,.

• Интенсивный путь использования природных ресурсов геофильтра-шонного потока предполагает определение оптимального режима зк-;пл!>аташй водозаборов подземных вод (ВПВ). что, в свою бчералъ, Ш-тодит к необходимости увеличения числа, действующих ■ (факторов, считываемых при Решении гидрогеологических задач. Исследований сложных гидрогеологических систем метоаашл иммигац'лонногр -моде-пирования невозможно, в частности, без разработки методики- ийде-' лирования гидрогеологических объектов, анализа основный стонасте-. веских закономерностей исследуемых систнм и создания зФФвктисНъ?л численных алгоритмов V. программ, роализуших методику моделирования. .

Цель работы - создание постоянно действувдйх математичес;о<й моделей С ПЛММ ) процесса геофильтрации в системах ВПВ . дай-■ решения вопросов эффективного управления водоотбором подземных вйд.

Для реализации этой проблемы необходимо. решить следушйо задачи. •

1. Сбор, систематизация и анализ йактлчэского материала, 'необходимого -для создания ГЩММ процесса гесФилътрации в..нарумён-ной природной системе ВПВ . • ■ _

2. Разработка методики структурной идентификации наруйеНнЬя гидрогеологических систем на основе теории самоорганизации,

3. Создание компьютерной технологии и программного продукта, осуществляющего идентификацию гидрогеологических систем.

4. Структурная кпейтаФикшия систем ВИВ г. Воронежа.

5. Обоснование методики 1ШМ. процесса геофильтрации в система

впв. ;

6.; Разработка компьютерной технологии и программна го продукта, реализующего возможности методики ПЛММ пронесся геофлльтря-ции в система ВПВ.

- 7. Создание ГШММ.процесса гзофилътрации в системах ВИЗ г.Ворог нежа.

'» -

На зав&ггу выносятся:

1. Методика структ. ной идентификации процесса геофильтрации в системах ВПВ.

2. Рекомендации по проведению эксперимента структурной . идентификации процесса геофилътраиии в системам ВПВ.

3. Численные решения задач структурной идентификации процесса геофильтрации в системах ВПВ.

4. Методика создания постоянно действующих математических моделей на основе данный структурной идентификации процесса геоФильтрации в система« ВПВ.

5. Результата использования ГШММ для эффективной и рациональной эксплуатации шсторовдений подземш«н вод.

Научная ноиизна ргйоты заключается в разработке оригинальной методики структурной идентификации процесса геофильтрации в систе-мак ВПВ с использованием положений теории самоорганизации и создании на ее основе постоянно действующим математических моделей ВПВ с учетом рексмендадий по проведению эксперимента структурной идентификации систем ВЩЗ. -

' Прёюгмвошв значение проведенных исследований заключается в возможности создания ГЮММ для ссек тапов яодоэаСо'ров практически без• проведения дополнительных, гидрогеологических исследований (определение параметров водоносного пласта и ярЗ и требований по эксплуатации'ВПВ - режимные наблюдения за дебитом эксплуатационно скважин (ЭС). Предлагаемые П£№ позволяют решать следующие задачи : '

1. Прогноз развития процесса гёоФильтрации в системе ВПВ при Фактическом Водо'отборе .

2. Определение максИ^льно возможного среднемесячного.водоотвода при суйествуйаем расположении ЭС на ВПВ.

3. Определение ^эффективно работающих ЭС ВПВ.

4. Прогноз развитая • процесса геофильтрации при-вводе в эксплуатацию даполнителмшк ЭС.

5. Определение максимально возможного среднемесячного водоот<5о-■ ра при оптимальном расположении ЭС.

6. Прогноз развития Процесса гёоФильтрации при -вводе в .эксплуатацию дополнительные ЭС и од>ктременноМ выводе из эксплуатации неэффвкгивн.о работавших ЭС.

7. Расчет динамического'напора в ЭС. для достижения определенного, оптимально-м-эксимального вовоотбора ВПВ: .'

8. Прогноз развития.процесса гёоФильтрации с учетом гидрокими-ческик условия в системе ВГВ, .

9. Графический ввод информации для моделирования процесса геоФильтрации в системе ВПВ. . .0. Графический вывод информации об из-изненнян в системе ВПВ в иоде эксперимента.

Подученные результаты позволяют определять структуру любой жроднсй системы, а в. случае нарушенный природным систем - создать ГШММ:с целью эффективного й рационального управлениями слоили процессами, протекашими в нин.

Реализацией проделанной работа стола эксплуатация ГШ ВПЗ Воронежа в производственном управлении водапроводно-канализа-юнного нозяйства г.Воронжа. Это позволила решть в 1891-92 гг.' шросы оптимизации режима эксплуатации ВПВ N8. и N11, уваличвния 5ъема водоотбора в системен ВПВ N3 и N4 и изучить, возможность зеличения водоотбора в системе ВПВ N9. Экономический э£й>ект от 1ед рения эти« Ъекбмендаций составил более 13 млр. рублей Сй.ценах э 1.03,94 v. J.

Апробация работа и публикации. Основные теоретические нолоя®-И прикладные результаты неоднократно докладывались на окзгод--)й'научной конференции геологического факультета Воронежского го-^ниверситета. Автор выступал с докладами на: . '

- научно-практической конференции " Экологические основы приго- ' допользования в бассейне Дона", Воронеж. 1991 г. I

- Всесоюзном семинаре " Применение ЭВМ при гидрогеокимичесКоц моделировании". Ленинград, 1991 г.

Теоретические разработки опубликованы в статье и монографии, тагсяй в-тезисам докладов 2-й научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, че-. Фен глав, заключения, изложенным на 87 страницах машинописного .' ;кста, 13 рисунков, 36 таблиц, списка литературы из 104.. наимоно-зний и приложения. ■ .

Автор выражает благодарность профессорам- Воронежского уни-грситета В.Л.Бочарову, А. Н. Вамташвой и доценту; К'юскоб^кого уни-^рситета P.C.Штенгелову за научное руководство настоящей; темой, эитические замечания и конструктивные советы в проведении nayv- ' >м исследований и написании диссертации. . . . •

При подготовке и проведении исследований по структурной идеи- , 1Фикации систем водозаборов подземных вод большую помощь оказались Сомов, С. Н. Гребцов и Л. Л. Ореиова, за что автор, им искренне бла-здарен!

СОДЕРЖАНИЕ РАЮ'Ш ' L. ОБЩАЯ ГГОЛ0ПЬ1даОТЁа1Юге(ЕСКАЯ Х№АКтТ1СГП1кЛ РАЙ?их ■

ТПК г. Воронежа приурочен к приграничным районам западной часта Океко-Донской равнины со Среднерусской возвышенность» и расположен на водораздельном пространстве рек 2Ьн-Воронеж. Воронежское водохранилище разделяет исследуемую территорию на возвышенное правобережье и низменное левобережье реки Воронеж.

Территория г. Воронежа-находится в пределак восточных склонов Воронежской антеклизы, з зоне антиклинальной структуры второго порядка е осевой линией, проходящей по водоразделу Дон-Воронеж.

В геологическом строении ТПК г. Воронежа принимают участие два структурных этажа: кристаллический Фундамент аохеяско-протерозой-ского возраста и несогласно залегаюций на нем осадочный чэхол. представленный породами девонской, неогеновой и четвертичной систем- В верхнем структурном этаищ выделяют два яруса", палеозойский (нижний!) и мезокаянозойский С верхний).

Подземные воды рассматриваемой територии расположены в области питания Московского и Сурско-Хоперского артезианских бассейнов. В разрезе подземные воды района образуют два гидрогеологических этажа и приурочены к четвертичным, неогеновым, девонским' отложениям - верхний этаж и докембрийским отложениям - нижний гидрогеологический этаж.,

/Ькембрийские водоносные отложения заслючают пластово-треиин-ные напорные воды, В отложениях девона встречаются пороео-плэсто-вые и пластово-трещинныа напорные воды. В четвертичных и современных отложениях циркулируют преимугцестаенно безнапорные или в меньшей степени слабонапорные воды, которые относятся к поровым грунтовым водам. Таким образом, характеризуя гидрогеологические условия, можно выделить современный водоносный горизонт, чет-вертичнь'й, плиоценовый, девонский и докембрийский водоносные ко»ь плексы. В связи с. особенностями литологического состава водовма-щаотих пород, указанные водоносные комплексы имеют гидравлическую взаимосвязь. Отмечается также гидравлическая связь поверхности!о< вод с грунтовыми, Четвертичный! и плиоценовый водоносные комплексы являигзя основным источником централизованного водоснабжения г.Воронежа, поэтому рассмотрим их более подробно.

Четвертичный водоносный комплекс представлен следушими водоносными горизонтами: а) современных шлввиально-озерных отложений С а IV ): 63 верхнечетвертичных аллювйально-озерных отложений СаПП: в) среднечетвертичных аллювиальных отложений Call): г) донским водно-ледниковый озовод горизонтом Cos I dn Водовмещаа-щие породы представлены разнозэ'рнистыми песками, супесями с линзами пойменных глин, сугличкоз. с гразирм и галькой в основании. Во-

эонипаомостъ порол изменяется от 0, 5 до 52 м/с и в средне« сос-ляет 3,5 м/с. Удельные дебита скваяин и колодцев колеблются от 3 до 1 л/с.Благодаря отсутствию воцоупоря этот комплекс гидрев-ески взаимосвязан с подстилающим плиоценовьаг водоносным ком-ксом и имеет тесную гидравлическую связь с водами водоирашли-и рек." Воронеж, Усмань и Ивница. Моиность водоносного котлвк-колеблетея от 1„0 до 22,0 м. Движение грунтовый вод направлено уст рек и к Воронежскому водохранилищу, где осуществляется ии грузка. Большая часть воды отбирается эксплуатационная! скввжи-м водозаборов I» колодцами.

Плиоценовый- водоносный комплекс С N ). приурочен к древне^ еодолине Пра-Лон, в пределах, которой имает повсеместное . рас-странение. Вояовмешашие породы представлены реэноэврнистыми ками кварц-полевошпэггового состава, переходящими к основанию мин в крупнозернистые и гравэлистыз разности, иногда.с галькой. 1Ность горизонта в правобережной части изменяются от 7 до 30 м. «имальная моиность отмечается вблизи водохранилища. В. среднем ¡ль водораздела она составляет 15-20 м. Воды слабонапорные, н&-> 5-7 м. Глубина залегания кровли водоносного комплексе .зависит рельйфа и изменяется от 15 до 70 м. В левоберехной части -чат-»тичный водоносный комплекс гидравлически связан, с плиоценовым. >тличие от неогеновый пески четвертичного возраста более мелколистые, иногда глинистое. Моашость комплекса изменяется от 25 м .-еверной части До 50 м п южной. Воды имекгг в основном Ьвободнуй зернность.

. Коэффициент Фильтрации песков измзняетея от 5 .до 60 -м/еут. 5иты скважин колеблются от 1069 до 3090 куб/сут при Понижении звня на 1,5-4,5 м . Питание водоносного ксияляекса осуместоляет-эа счет перетекания вод из верхнечетвертичного горизонта, о оке за счет ин^лътрации поверкностнмн вод водохранилища й рок эез аллювия донных отложений.. Подземной поток направлен К долн-' л рек Воронеж. Дой и водонранилика, где и происнод! его раз--/экз. Масть воды порекватквае тся водозаборе^. '

По химическому составу преобладают гидро;сар6'оча'шые калъцие--магниевые воды. Реяй вскрываются сквашнами гййРокярбонЕьло-иъфатныа натряево-каАъциевые води с минерализацией. До 0, . г/л '. • . СТРУКТУРНАЯ 11ШШ№!<А105Я СИСТЕМ ШДВЛЕОРС0 ' ГЯДЭОЗШ шл" Вопрос о выборе метода моделирования ставится -на основагии адиза следующих положения: а) цель' моделирования, б) . уровень /ченности объекта, ыоделирования, в) качество исходной информок .1 об объекта моделирования, г) практическая возможность рсалйЗа-

- ч

Ш1И алгоритмов моделирования, д.' качество ожидаемы;« результатов моделирования.

Для традиционных методов моделирования процесса геоФилътра-ции , основанный на применении детерминированных моделей, характерны погрешности , связанные с незакономерной пространственной изменчивостью ге g Фи л ь тршиоmын параметров водоносного пласта, с определением к учетом влияния различным внешнии Факторов гидрогеологически)! систем, а также качеством и обьеном исходного аактичэс-кого материала. Следует учитывать и изменение геофильтрационных параметров С КФ, Т. а 3 в процессе эксплуатации ВПВ,

С другой стороны, рассматривая нарушенные природные системы как сложные образования , открытые внешним воздействиям, делаются попытки анализировать процессы, происходящие в таких системах, на основе- детерминированных моделей с вводом в ник параметра, влияющего., гю мнению исследователя, на зтл процессы . Такой подход нельзя назвать верным с .точки зрения теории множественности модэ-. лей. • По экспэришнтальнъш данным принципиально-нельзя найти - единственную модель. Это проблема решается методами структурной идентификации* основамньыи. на тнории самоорганизации, где величина внешних критериев отбора дает погрешность прогноза изучаемой характеристики ,

Предлагаемая.мзтсШ'са структурной идентификации систем ВПВ предназначается для использования при изучении особенностей раз&и-.тид процессов гёофильтрации и массолнреноса в природных и в нарушенных гидрогеологических система;; и для целей управления этими процессами на базе построения ГЙММ.

Методика исходит иэ наличия у исследователя только общей информации об исследуемой система. Так Kai; в качестве объекта исследования были выбраны системы ЗГ1В-, то объем и харгжтер исходной информации соответстует данным, полученньг«' б коде разведки и эксплуатации месторождения подэамных вод. Это. прежде всего, абсолютные отметки уровня подземных вод \ УПВ 3 в наблюдательных сква-™нах С НС 3, абсолкямые отмзтки подо упорного горизонта, характер граничных условий системы, координата НС и эксплуатационным скважин ( ЭС Однако зависимость от внешних Факторов, влияющих на гидрогеологическую систему С количество осадков, Еюдоотбор. температура воздуха, объем речного стока и т. д. >, не определена. Таким образом, "вход" исследуемой системы С факторы, вЛиявдиа на развитие процесса геоФильтрацниЗ, в отличии от "выхода" - УПВ - "не ясен. ■

На качество исходной информации влияют сдедущие факторы:

■ ч -

инструментальные погрешности измерения У1Ю при режимных набяю-нняч. 2. периодичность проведения заморов УПБ при режимных наб-шеннях. 3. ехеыачизедия гилсог-алогическсй обстановки системы !В С прежде всего координаты НС и ЭС ), 4. скомети.заиия граиич-« условий. В ходе эксперименте по структурной йдентоФикаши про-' сса геофильтрации в системах ВИЗ было установлено, что на ре-лътаты моделирования в основном пли я ют псгрешноста, связанж 1 с !р)юличностью проведения режимных наблюдений за УПВ в НС. На до-1 этого вида'погрешности исходного фактического материала прихо-|тся до 80 X общей погрешности. Оценивая другие вилы погрешности, |>но считать, что на долю инструментальных измерений приходится I 5 %, погрешность в расположении НС и ЭС - 10 X и, наконец, ¡грешность. возникамцая при схематизации граничных условий, до 5%. ¡ельный вес двух последних погрешностей неуклонно снижается при |еныизнии шага схематизации гидрогеилогичессих условий, системы 1В. Обаая погрешность исходных данных, на которых проверялась ме->дика, составляет 12 - 30 X.

Кочествс ожидаемых результатов моделирования должно отвечать :лям и задачам моделирования. Основная цель данных исследований -Иектийное управление процессами геоФильтрашш в системах ВГВ. го достигаемся перераспределением нагрузок в система ВПВ. так, гобЫ' пг>и допустимых УПВ в ЭС получать максимальное количество ггьевой воды'. Отсюда и погрешность результатов моделирования не )Ж.ча превышал- 1 - 2 % от мощности водоносного пласта, что сос-звляет в нашем случае 40 - 60 см. Увеличение погрешности может >ивест к аварийным ситуациям работе ЭС.

Учитывая цели и задачи моделирования, качество исходных дан-.IX и ожидаемых результатов был выбран комбинированный дедуктив-/-индуктивный подпол к моделированию процессов г'еофильтрашш в к:темах ВПВ, а в качестве- основы методики моделирования - теория змооргапизаиии и ее реализация - метод группового учета аргумен->в С МГУА ).

Задача структурной идентификации состоит в получении матема-пеского описания исследуемого процесса или явления. Она может >ггь решена, при помощи двух подходов :

1. дедуктивного, при котором исследователь указывает Физические законы элементов системы, а затем исследует их взаимодействие;

2. индуктивного, при котором используются исуоднь'е данные, С результате экспериментов. наЧпадения- за искомой величиной и т. п. ) и при помощи перебора большого числа моделей (

1С« -

2**л-1, где II - максимальное число параметров - модели?, обычно с помет, ы ЭВМ, находится модель оптимальной сл.охзюа-ти на основе того или иного внешнего : >итерия отбора .

Модель оптимальной сложности соответствует минимуму внешнего критерия . Этот процесс и называется самоорганизацией моделей на ЭВМ.

Принцип структурной идентификации сложных систем на основе теории самсооганизации можно сформулировать следушмм образом: при постепенном увеличении сложности моделей С увеличении числа независимых параметров ) значения внутренних критериев (полученный на той же выборке данных,"что и модель) монотонно падают, а все внешние критерии ( определенных а . новых выборка;« данных) проходят через свои минимумы, что и лает возможность определить модель • оптимальной структуры, единственную для каждого внешнего критерия ( при этом известно, что исходные данные получены с определенной погрешностью 3. Поэтому для успешного решения задачи структурной идентификации исследуемого процесса необходимо правильно подобрать внешний критерий, соо тетствуший типу реыаемой эасачи моделирования. '

В качестве внешних критериев в задаче структурной- идентификации систем ВПВ используются критерий минимума смешения, критерий баланса переменных, критерий сходимости, комбинированный критерий и неформальный "сценарный критерий" , которые позволяют выбрать оп'гимальг.ую модель исследуемой системы.

Критерий минимума смещения требует максимального совпадения значения в ¡¿одной величины двух моделей, полученных на двух различных частях таблицы исходных данных:

•^С Уа - УЬ А Нем = - .

¿У^таб. ••

где: а - точки таблицы исходных данных с большим значением дисперсии выходной.величины С в нашем случае - напора ); Ь - точки с меньшим ее значением: п - все • эчки таблицы исходных данных. Норма критерия позволяет получать модели, которые дакгг близкие по результатам значения на опытных данных а и Ь. Этот критерий позволяет решать задачу восстановления закона, скрытого в экспериментальных данных, что делает его необходимым для решения задачи идентификации систем ВПВ.

Критерий сходимости пошагового интегрирования конечно-разное-

тот' модален кмй°т вид:

"С" С Уя -- У г Л

I СгО =

а

•де: Уп - модельное значение выходной величины: У1т - табличное гначвние выходной величины С данные режимных наблюдений за УПВ 3. критерий представляет собой среднеквадратичную ошибку пошагового 'нтагрчровония. определенную на интервале интерполяции, т.е. опра-(елязт точность эпигнозного прогноза.

Критерий баланса переменных требует минимального отличия рв-|ультатов прогнозов моделей с разным шагом дискретизации по време-|й. В настоящей работе он используется для корректировки среднемесячного прогноза то среднегодовому:

В - С Уг - Ц Ум1 ] . -•де: У г - среднегодовой прогноз? Ум - среднемесячный прогноз.

Комбинированные критерии позволяют сделать выбор оптимальной гадели болэе острым и объединить требования, предъявляемое к модем исследуемой системы ВИВ. В нашем случае комбинированный кси-•еиий имеет аид". —\

33

I2- I . 1*./.- г.

Ь 11/

\г~т—

\ I птах V Ьшах/ \

1тах/

•де: птах, Ьтах, 1тах - максимальное значение критериев минимума :мешения; баланса переменный и сходимости.

НэФормяльныЯ "сценарный " критерий используется при долгосрочных прогнозах: Суть его в том, что делается прогноз по вре-гени значительно бэльие. чем зремя требуемого прогноза Тп. ¡ксперимэнтально показано. что если в течение 2Тп процесс имеет [равдоподобный характер С значения напора не уводят в бесконеч-юсть и др.), то модель, лахшая такой долгосрочный прогноз, точно |р0гнсзирует изменение величины напора при времени прогноза Тп.

Анализируя модели в пространстве вышеперечисленных внешних ритермв отбора мы определяем оптимальную модель исследуемой сис-•емы ВПЗ.

При самоорганизации моделей априорная информация, необходи-!ая для структурной идентификации систем ВПВ, сводится к минимуму: >адается таблица исходных данных и критерии отбора. Однако, если (Ы заладим достоверные данные об исследуемой системе С в первую ¡чередь - общий вид модели системы 3, то резко уменьшим об"ъем работы по выбору оптимальней модели . Из этого и исходит дедуктив-го-мндуктиаНьтя подход в структурной идентификации систем ВГВ. Кои-

п

- iг -

бинаторннй алгоритм И1 VA, как известно, реализуется по сладушей схеме : а) гыбираатсн некоторое "полное опйсаниа" модели, которое лаяает все возможные вариадты дадели системъ ВПВ; 63 с помошью за-нудения тая или иных коэффициентов из полного описания получают частные описания: Ю Частные описания оценивается с использованием всея -экспериментальный данных по МНК:гЭ оптимальная модель i ыбнрается по тому или иному внесшему критерию. Та;< как данная"ма-•)')дик.а разрабатывалась с целью моделирования нестационарны« гео-(1ч'льтрйцшннын потоков, то и класс структур выбирался с учетом рейс кия этой задачи. Если реальная система ВПВ описывается уравненном, не внодяшим в полное описание, то этз может повлечь за собой яакачественный долгосрочный прогноз. 8 связи с эт>!м при выборе класса учитывались то уравнения математической Физики, ко торы? используются для аналитического решения задачи Нахождения напора.

Учитывая вьтаизложенное, а также один и? основный приншпо! тчс рии МГУА - принцип "свободы выбора решений" - был выбран клас< оттуктур в виде: . ;ЭгН "5гН Э'-Н эН ОН £Н А,-— + В,-—- <- С,-— + D,— + Е,— + G<— + ■ 31* 0 х! D*1 3t Эх "у С. I Э

» г<Т.3 + ZfQQ.¡ + ZjOS.J + ZyTP.j + Z/ST-i + 00 •> О t nti'. H - среднемесячное значение мощности водоносного пласт I июгноэируемая переменная в мЗ; А СН). В (Ю. С СН), Р (Н), Е СН .- соотгдатстЕУШие коэффициенты пои производных, t, х, v - ко орд и н-пы; ТТ.'- среднемесячная температура воздуха в С QQ - сг*?днеме снчкнй вохюотбор в тыс.м /сут*. 0S - среднемесячное количеств осадков в мм: ТР - среднемесячная температура почвы в С: 5Т - раз мица объемов речного cvjkb до ВПВ и после в.м /еек: г,. e¿, 2Д, ' , ?.s- соответствувдие коэффициенты при ТТ, QQ, 05, ТР. 5Т,' 00 гвободный член. Комбинаторике алгоритмы МГУА рекомендуется примо н<пь при числе членов полного описания не больше двадцати С огра нимения по времени идентификации). Это условие является недостач ком комбинаторного метода, что ограничивает возможности его приме нения, котя одно из его достоинств то, что он позволяет просмот роть все модели-претенденты данного полного описания. В настоите методике этот. н°достаток преодолевается посредством гручйровх членов полного описания СГЧГО) разностного аналога уравнения (1) которые далее рассматриваются как один член полного описания. Эп позволяет во-шрвын. оставаясь в ток да предела« (20 членов полис го описания), произвести селекцию Моделей на основе полного описг иия с большим порядком дифференциального уравнения, во-вторык, э-

пает огромное пшлмушвсчро при интерпретации результатов »ювелмро-вания, пониманию фиэическин закономерностей, яэяствушии ö яирМой система. При уменьшении числа запаздываний параметров - мом>т быть увеличено число членов полного описании. Второй особенность» данной методики яоляется то, что коэМмшенты А , В . С , D i Н . при соответствуюшмк производных полного описания зависят: от искомой Функции. Эта зависимость носи+ нелинейный характер, и поэтому дать сразу качественный долгосрочный прогноз не представляется ' возможным . Чтобы исключить влияние изменения этих коэФвмииентов настоящей методйкоп ппелусмтриводгсй восстановление зависимости вида

а - h;CO Ci - J...... m), С 2 )

где: a - коэффициент при переменной ; jiv - число независимых. переменная; г. - О' ": времени. Полное описание,зависимости < 2 3 на котором МГУА определялась конкретная функция h имеет вид:

а - k,+ kAt'+ kst + k,t С 3 )

Зиаг. зависимость а h (О-мы уже можем дать объективный количественный долгосрочный прогноз .

Информационно-логическая схема алгоритма представляет собой цепочку, состоящую из ID блоков. Перечислим их.

1. Построение сетки на области D.

2. Формирование »«дели, исходя из полного описания С 1 ).

3. Определение зависимых величин среди подлежащих перебору параметров.

4. Определение•коэффициентов модели по МНК.

5. Определение значения критерия несмещенности п модели.

6. Определение значения критерия баланса nfлучших по критерию несмещенности моделей.

7. Определение значения критерия. сходимости для N ¿лучший по критерию баланса моделей.'.

8. Определение комбинированного критерия.

9. Получение долгосрочного прогноза на 5-10 шагов по Ерекгзни Сшг по бремени подразумевается 1 год).

10. Выбор оптимальной модели изучаемой системы по "сценарному" критерию-

Приведенная внйр методика и описанный алгоритм реализованы в виде программ WATER на языке FORTRAN ЕС ЭВМ и VAT на языке ТУРБО ПАСКАЛЬ 5.5. Программы VATER и VAT разрабатывались с привлечением технологии вертикального строения .

Рассмотрим последовательно процесс илентаФикоции систем ВПВ. Задача планирования эксперимента, стратегия и тактика его проведения играют ключевую роль в успехе структурной идентификации сис-

И

тем ВПВ. План проведения эксперимента включает в себя проведение и постановку следукших .мероприятий : а) сбор фактических данных, составлявших основу эксперимента; б) анализ к обработка, полученных Фактических ценных: в) составление плана размещения наблюдательных и эксплуатационных скважин, исследуемого водозабора: г) определение коэффициентов парной корреляции параметров, взятых для анализа данной системы ВПВ: д) структурная идентификация систем ВПВ: в) анализ полученных моделей системы ВГБ: жЭ получение долгосрочного прогноза поведения системы ВПВ по моделям и выбор оптимальной, на основе "сценарного критерия".

Множество фактических данных включает в себя параметры системы, которые по мнению исследователя в той или иной степени влияют на функционирование системы ВПВ, а также сопутствующие параметры, полученные в ходе тех же полевых исследований. Основу Фактическим данных, взятых для проведения эксперимента по структурной идентификации составляют режимные наблюдения за уровнем подземных вод по НС ВПВ. Они собираются за весь срок эксплуатации данного ВПВ. Параметры, влиячаие на Функционирование системы ВГБ и за которыми ведутся наблюдения: а) температура воздуха: б) водоотбор: в) количество осадков: г) температура почвы: д) объем речного стока, выбираются также за время эксплуатации ВПВ. Анализируются среднемесячные значения вышеперечисленных параметров. Наряду с получением количественных характеристик системы ВПВ собирается графический материал, включающий в себя карту расположения НС и ЭС, разрезы и карту глубин залегания водоупорного горизонта. Масг "абы карт должны обеспечивать детальность решения поставленной задачи. В основном это масштабы 1:25000 и 1:5000. причем первый выбирается для получения моделей ГФП дт долгосрочного прогнозирования по НС, а второй для построения ГШММ по НС и ЭС.

Анализ и обработка полученных фактических данных заключается в рассмотрении объема и качества данных. Выбирается максимальная выборка данных, характерная для всех взятых для моделирования НС,

Одновременно с гмализом фак'. лческого материала составляется план размещения НС (область И) исследуемого водозабора . Для этого выбирается такой шаг по оси X и по оси У , чтобы как можно большее число НС с максимально возможной длиной выборки данн--ч режимных наблюдений были представлены в эксперименте. Фактически исследования проводятся по всем НС за исключением лиид> недавно введенных в эксплуатацию скважин с малой длиной выборки данных режимных наблюдения. Количество НС, взятых для моделирования, составляет 80-90 % от общего числа НС исследуемого водозабора. В случае

гл'^-эния. м&гемачичпсксй медели ВПВ цля созпания ШИН шаг сетки ¡ласт 0 по. X И по У вмб'ирзется и.? расчете минимального расстоя-

• ??'Пу ЗС . •

Под базовыми НС понимают НС, для который берутся конечные »эности. Для этих целей выбираются НС равномерно распределенные > области 0 , чтобы полученная математическая модель ВПВ объектно отражала процессы, происходящие в исследуемой системе. Спе-№т заметить, что с увеличением базовый НС возрастает погреиь зстъ исходным данным, что ведет в свою очередь к увеличению зна-?нцй критериев селекции. Поэтому брать все исходные НС в качес-50 базовых неэ&Фектиено. Зто будет оправдано в случае качественно исходного материала (.как количественным измерений параметров, мтых для экспзримента, так и графического материала).

С- списания выбора базовых НС км перешли непосредэственно к груктушой идентификации систем ВПВ.

Однако проведение исследований "с ходу" не всегда закончн-ается положительным результатом. Чтобы добиться положительного г'гультата следует манчтъ тактику проведения эксперимента.. Выбор зктики базируется на глубоком знании объекта исследований . Это реете всего геологические, гидпогеологические, географические собанности исследуемого ВИЗ. Для успеха эксперимента, для получена об-ьбктисных. ланнын об идущих в системе процессам необходимо делать глубокий анализ динамики воиоотбора за весь период эксплуатации . В случае изменения ре:кима эксплуатации (увеличение ли уменьиение водоотбора) возможно изменение хилели изучаемого б'секта . Следует также внимательно отнестись к разделению вьь орки данных на обучамую и проверочную последовательности, что чькь важно для успеаного проведения зкепорыонта структурной ^гкгификацки . Этому вопросу - разбиению выборки денных - посвя-ено много работ .однако в каждом конкретном случае исследователь ол!/ен сам выбирать внешний критерий для оценки правильности это-о разбиения. В настоящей методике таким ¿знекним критерием яви-ась величина водоотбора подэемнкх вод. Анализ зависимости крите-ия селекции - мощность исходной выборки показывает, что мини"ум рипяриев селекции приходится на выборку для которой характерен алболэе постоянный ре ¿им эксплуатации Е)одозебора. Вместе с тем ели мы котим получить модель, характерную не только для одногг остояния исследуемой системы, но и описываадей все развития нару-ений природной системы ВПВ, мы должны отдавать предпочтение моде-ям. ¡юлученным на вмборках большой мощности.

Получить модели с меньшими значениями критериев селекции и

соответственно с меньшей погрешностью прогноза можно также путем правильного выбора базисных НС. Однако и в этом случае следует подходить к поребор;; вариантов выбора базисных НС исходя из конкретных задач, которые стоят перед исследователем. При наличии развитой наблюдательной сетм можно, выбирая те или иные НС, получать модели, характеризуют« процессы, происходящие в центральных зонах НС, в приграничных областях или на асей области моделирования процесса геоФильтрации .

Структурная идентификация системы ВПВ N 8 Водозабор расположен на левом берегу водохранилища. Водозабор состоит из 62 эксплуатационных скважин, расположенных в двух линейных рядах. Расход водозабора весной 1988 г. достигал 118,3 тыс. м. куб/сут при 52 работающих ЭС. Условный дебит одной ЭС составил 2000 м.куб/сут. Коэффициент Фильтрации для южного участка Cl-20 ЗС) составляет 52.3 м/сут, мощность водоносного горизонта 37,8 м: для северного участка КФ = 31,3 м/сут и H = 25,1 м.

Структурная идентификация системы ВПВ N 8 проводилась по выборке наблюдений за уровнем подземных вод в период 1Э74-1989 гг. Область моделирования D размером 6300x3150 м была разбита сеткой с шагом сетки по X - 70 м и по- V - 70 м, который определялся исходя из минимального расстояния ме«ду ЭС.В качестве управляющих параметров-были быброны: среднемесячная температура воздуха СТП. среднемесячный водоотбор COQ), месячное количество осадков С00!),' .среднемесячная температура почвы на глубине 20 см С IP) за тот же период наблюдений . В качестве базисных скважин были выбраны скважины 24, 36, 157, 44, 46, 38. Ib »«толике структурной идентификации была выбрана оптимальная модель hî.| = h ¿ _ О, 0903С+0, 0001D+0,015442, -0,00213"¿¿+0,091 С1руктуг>наЯ идентификация сисями BI1B N9 ВПВ N 9 расположен на втопоп левобережной террасе в 6 км от берега водохранилища. Водозабор работает с 1965 г. Эксплуатаичонние запасы не утверждались. На ВПВ пробурено 39 ЭС. Глубина их 60-75 м. Обкий расход водозабора составил 43 nue. м. куб/сут. Условная Фактическая производительность одной скважины била равна 12135 м. куб/сут. Коэффициент фильтрации водовмешакщих погод по данным откачек составляет 45,8 м/сут.

Область моделирования D размером 6600x8500 м б ми а разбита ссп1-icoti шагом 150 м по оси X и с шагом 250 м по V. Для структурной идентификации системы ВПК N 9 были рзятн режимные наблюдения лэ изменением уровня подземный вод, среднемесячной температуры ьозду-•иа. почеч и водоотЪ'ором, количества осадков за период 1983-1987

Скважины 45, 40, 48, 49 - базисные скважины. Г! качестве опти-альной структуры системы ВПВ N 9 была выбрана модель вида []"";'- 0,0007В+0,ОСШС-Ю.00" 12, -0.00902«иО, 398

V V

Структурная идентификация системы ВПВ N .12 Еолоээбор расположен у сеперо-восточной окраины про мышление- -) центра, на намытой искусства иной дпмбе в пойме реки. На водоза-51» пробурено 36 эксплуатационный - скважин. Расход водозабор" сос-авил в марте 19В8 г. 31, 0 тыс. м. куб/сут. При 29 и>аботаших сквернах условный расход одной скважины составил 1069 м. куб/сут. ээйтцизнт фильтрации всдовмещагаиш пород составляет 37,9 м/сут. • Область моделирования 3300x1300 м была разбита сеткой с ша-зм 100 м по X и с шагом 25 м по У. Структурная идентификация сис-гкы ВПВ N 12 была проведена по выборка. . .аблюдений за изменениями 1В, температуры воздуха и почвы, водоотбора и количества осадков 1 период 1386-1639 гг. Базисные сюажкны - 116. 17'2. 175," 90. В ачестзо оптимальной структуры системы БГ1В N 1.2 была выбрана мотель вида Ы^О. ООбЗС+а 01890+0,0032г,-0,0143г,-0, 0053г3+0,9427 Структурная идентификация системы ВПВ N 3 Водозабор расположен на с1слоне праеоберечшой террасы. На вэ-^заборе пробурено 17 скважин в двух рядах. Расход водозабора в арте 1988 г. составлял ЗА, 8 тыс. м. куб/сут при 15 рсботавдих сква-■шах. Условный Фактический дебит . одной скважины составил 2320 куб/сут. Коэффициент фильтрации на участке водозабора составит 5-'2,6 м/сут. .

Область моделирования О размером 1750x2250 м бала разбита эткой шагом 50 м по оси X и У . Лля структурной идентификации четемы -ЗПВ. N 3 были привлечены данные об изменениях УПВ, темперэ-;рм воздуха м почву, подоотбора и количества осадков эа период 379-1989 гг. Базисные скважины - 1. 20, 2. 40. В качестве олта-мьной структуры системы ВПВ N 3 была выбрана модель вида И- =К,./- +О.СО253В-О,ОО15Е-О.00468г,+О.ОО11С^гО. 04^83 . Структурная идентификация системы ВПВ N 4. Водозабор N 4 расположен в 2 км ееаернее водозабора N 3. На >дсз5боре пробурено 30 скважин. Расход водозабора 42.6 >1с.и. куб/сут при 28 работавших скважинах. Условный расход одной свакчны составил 1521 и. куб/сут. Коэффициент Фильтрации дли учас-:а бзрегового ряда скважин составляет 60, 8 м/сут.

Область моделирования 13 размером 3250x7500 м. была разбита пкой с иагом 50 метров по оси X и V . Структурная илен-п-фикаиия 1стемы ВПВ N 4 »доводилась по данным ражимч'м наблюдений за чзма ?мием УПВ, температуиы воздуха и почвы, водоотбога i; количества

оеадксщ за период 1975-1989 гг. В качестве базисных скважин были выбраны 23, 44, 45, 38. По методике структурной идентификации, была выбрана оптимальная модель ВПВ N 4 вида

0,00041С+0.12235D+0, 0141082,-0,Wl532zt+0,00413?

Структурная идентификация системы ВПВ N 11.

Водозабор находился в 16 км севернее промышленного центра на пойменной террасе. Водозабор Эксплуатируется с 1972 г. Эксплуатационные скважины расположены в 3-х линейных рядах. Расход водозабора равен 160,7 тыс.м. куб/еут при 52 работающих скважинах. Условный дебит одной скважины 3090 м. ку'б/сут.

Область моделирования D , размером 8000x10000 м, была разбита сеткой с шагом 50 м по X и У . Структурная идентификация системы ВПВ N 11 была проведена .па выработка наблюдений за изменениями УПВ, температурой воздуха и почвы, вояоочбора и количества осадков за период 1982-1989 гг. Базисные скважины - 5, 14, 9, 16, 17. По методике структурной идентификации была выбрана оптимальная модель ВПВ .11

h^=h;*i-0, 0214l>MD,00196]E+0,05052 < -0.001119z4 -0,26573i . Выделяются краткосрочные С1-3 года), среднесрочные С3-5 лет) и долгосрочные СS-^IO и более лет) прогнозы развития процесса геоФильтраций в системах ВПВ. Краткосрочные и среднверочные прогнозы изменения УПВ в системах ВПВ целасообразно получать для целей корректировки оптимальных среднемесячных водоотборов в отдельные месяцы эксплуатации по причинам значительного изменения величин внешних воздействий на систему ВПВ. Таких, как температура воздуха, количество осадков, водоотбор.

Используя для прогноза модели, полученные по методике структурной идентификации, с известными критериями селекции, мы получаем прогноз с известной погрешностью моделирования. Структура критериев селекции Cb, I) такова, что их значения близки tc погрешности прогноза . Это хорош согласуется с полученными результатами прогнозирования. Погре(иностъ прогноза колеблется от 0,5 X до 1,5 % от мощности водоносного горизонта 40 м. В то же время значения критериев баланса И сходимости близки к погрешности прогноза. Так. модель ВПВ N 8 имеет Ь = 0,012, а I = 0,0156 В то время как па грешность прогноза составляет 1.3 % ; у модели ВГ1В N 9 b -0,0055, 1 = О,"Ю58, погрешность 0,5% ', у модели ВПВ N12 b = .0,0102, 1 = 0.0251. погрешность 1,0 % : у модели ВПВ N 3 b = 0,00699, I = 0,01607, погрешность менее 1 7. у модели ВПВ N 4 Ь= ,0,01561, I = 0.02029, погрешность 1 X и, наконец, у модели ВПВ N 11-, b = 0,19491, I = 0,02701, погрешность 0,5 %. В последнем слу-

чае высокий значения критериев селекции обусловлены резким изменением режима эксплуатации. Реальная эксплуатация ВПВ накладыЕает ^bov'i отпечаток на картину прогноза. Это вьгаажаэтся как в выбросах значений изменения УПВ в отдельных НС, так и в обцем возрастании погрешности прогноза. Причины: изменение вояоотбора с отдельных участков площади ВПВ, что связано с выводом или вводом в эксплуатацию отдельных ЭС - ВПВ N 9: изменение оощего водоотбора - РПВ N 3 : изменение условий питания ВГ13- ВПВ12 и .ВПВЗ: техническая реконструкция сооружений - ВПВ N 9 и ВПВ Nil. Эти-погрешности мокно устранить С кроме погрешностей, связанных .с технической реконструк-лисй ВПВ) с помощью создания постоянно действующей матештичесгой подели ВПВ, позволявдей учитывать текущие изменения, происходящие з системе ВПВ. Это относится, как к перераспределению нагрузки на отдельные участки водоотборэ, так и к учету иэмензний условий питания С через индексы запаздывания соответствуицкх' параметров-- _ -:ре£немйсячноГ1 температуры воздуха и количества осадков), С другой стороны изменение условий питания может быть • учтено доодоы ¡ю-зого независимого параметра в эксперимент по идентификации структуры ВПВ. В наюм случае это касается ВПВ i?„ питание которого осуществляется, в основном,. за счет инфильтрации речных вод, в об-нее описание структур которого введен параметр .стока реки.

3. постоям» дейслвушш мате?1атическ11е отдели

аггел водозаборов гадащых гад

В основу выбора оптимального варианта эксплуатации той иди (ной системы ВПВ положен принцип получения максимального во^оотбо-за. Настоящая-нзторчка создания ПДММ- базируется на мнении структу-. >н ВПВ, которые предлагается определять по- методике структурной шентмфикаиии. При создании ПЛММ водозабора были поставлен!! сле-шйкие. вопрссы:

1. Прогноз развития прошсса геоФил£трации в • системе ВПВ при Фактическом водоотбсрс.

2. Определение максимально возможного среднемесячного водоотбора при суаествухщем расположении ЭС на'ВПВ.

3. Определение неэффективно работатйх ЗС ВПВ.

4. Прогноз развития процесса гео!ильтрации.при вводе в эксплуатацию пополнительных ЭС.

5. Прогноз развития процесса геофильтрации при вводе в эксплуатацию дополнитепькых.ЭС м одноьрганечном выводе из эксплуатации неэФФэктивно работакиип: ЗС.

6. Прогноз динамического напора в ЭС при выбранном ' режиме эк-

- го -

сплуатшии. .

7. Прогноз развитие процесса геофилътрации с учетом гидрохимических услорий В Системе ВПВ.

8. Учет гидрохимической обстановки в районе ВПВ.

9. Графичеакий ввод информации для моделирования процесса гео-.Фильтрации в системе ВПВ.

10. Графический вывод информации об изменения« в системе ВПВ в коде эксперимента. • ■ IUM1 ВПВ использует модели процесса геоФильтрации, полученные с помощью метода группового учета аргументов, и строится на сетке с шагом 50 м. Такой шаг 'был выбран исходя из минимально возможного расстояния менаду ЭС , определенного в результате натурных исследований, проведенных ГГП "Вороножгеология" в 1983-1991 гг. Фактический материал, необходимый для построения ГЩММ, в ¡сличает в себя данное о системе ВПВ, которые были использованы при определении структуре ВПВ, а именно:

1. Режимные наблюдения за уровнем подземных вод по НС .

2. Режимные наблюдения за изменением температуры воздуха и поч-' вы, кол., остеом осадков и стоке реки Усмань С среднемесячные

значения). .

3. Данные о водоотборе подземных вод ВПВ С среднамэсячныо значения ).

4. Режимные нгблвдания за уровнем подземных вод rio. зксплуата-. ционкым с-кзажияам С динамический уровень X

5. Карта расположения ЗС и НС масштаба 1 г 5000.

6.. Кагл-а глубин залегания водоупорного Горизонта на участке ВПВ маснггаба 1 I 25000. ....

Анализ используемого фактического материала показывает, что это стандартный набор данных. иМеицийся по любому крупному ВПВ.

Для обновления Фактических данных ГШМ ВПВ необходимо учиты- • вать сведения первых трех, пунктов.. Режимные наблюдения за уровнем подземных вол/по ^эксплуатационным скважинам используются лишь для обновления модели ЭС в случае изменения ее конструкции или замены. Пункты 5: и 6 дополняемся в коде эксплуатации ВПВ. Поэтому настоящая методика построения ДДММ может быть использована для любого ВПВ, структура которого получена по методике структурной идентификации.

' Изучаемые системы ВПВ, как правило, имеют большую, линейную протяженность С 3-4 км.), что сказывается на параметрах водоносного пласте С Кф и Н }. В то же. время решение задачи оптимального дебита ЗС предполагает, -что в качестве оптимизируемого параметра

- «'л •

эротся водоотбор ЭС. Однако в ряде случаев С отсутствие расходо-;ров ЭС, использование задзижэк для регулирования . дебита ЭС, ^исправность, обратных клапанов ) невозможно регулярно измерять з'бит ЭС, В то же время всегда есть возможность замерять УПВ ЭС. связи с этим было стлано предпочтение схемам, постррвйия ПДММ с грэниченныь) использованием аналитичеких зависимостей, использую-лп Кф и Н и при создании методики Г№М систам ВПЗ был положен эинцип оптимизации общего Бодоотбора ВПВ. Исходя из его значения, тределяится оптимальные среднемесячные напоры в ЭС. Таким обращу., удерживая УПВ в. ЭС около определенного среднемесячного зЙ'Аче-ия, мы выйдем на оптимальный среднемесячный водоотбор ВШ. '.Как празило, в оптимизационных расчетах используются аналити-. эские зависимости понижений УПВ з ЭС 6т дебита, который На учитм-ают индивидуальность отдельной ЭС, Еыражвннуй s месте респо'ложэ-ля и, как следствие, своими параметрами водоносного -пласта, : ко.ч-грукТивными особенностями. За время' эксплуатации вре- эти ке.рак- ■ эристики претерпеваигг значительные, изменений» что является ■ ояцми з решаших Факторов- увеличения .погрешности прогноза.. Это все 2«с-авило рассмотреть возможность определения модели каждой двйствуо-эй ЭС с полным описанием вида '..'"-.

h - а0 + а,Н -.-ка/Н* + алН3 , ...

дег. h .- напор в ЭС, Н - напор в пласте,. по методике -структурой дентификяиии. В случае,-если есть возможность замерять добит 7С о 3, полное описание модели ЭС изменится на • h = а»+ а(Н +.a4Ht+,aJ.H1+ ф Q + а,.'НАси-' aíH'íci4- а^Н q*+ а?Н «V ' aJHicri+ aJiV -t a^H^Va^Q +

4. ИСПОЛЬЗОаА1&1Е ПОСТОЯННО ЛЕЙСТВ^ШЯ МДТШ'!А'Ш11ЕСг<1К ' . -МОЙЕУШЙ ВОЛЗЗЛБОгШ ПОДЗЕМНЫХ ВОД .ДЛЯ ИХ Э5ФЕКТ1®ШЙ

И PAUÍOH/UbHDH ЭШШАТМШ' Рассмотрим ситуацию с водоснабжением г. Воронежа, сложигкчуюсй а конец 80-х. годов. Начиная с 1974 гола С поело заполнения Воро-зЛсКого водохранилища развитие сйстех го'родсКйя Bosoiafiopoa ло по пути - "больше скважин - больше воды'', что позволяло ;

pq наращивать мощности водоподъемник станций. К uoíjuv 80-к керти-з меняется. В эта время водоотбор из сисйэм БПВ гр-нближается к аксимально возможному. Наращивание, мощностей водоподъемных стан-лй СВПС) за счет бурения новых сквйжад. уже не дает, одатаоьвэго'эф-зкта. а зачастую ¡приводит к уменьшению водоотвода-' подземных' вой. зчинаот сказываться и ограниченность вбяозабои«.«- '-плзщйдей при прении новых дкважин для* замены -выашиьы из строя в рс-лудьтато .

процесса кольматаши . Все это приводит к. замедлению роста и даже к: уменьшению водотбоц-в ВПВ города. В настоящее время дефицит в питьевой воде составляет 150 тыс. м.куб./cv гки ( добыча 470 тыс.м. куб. /сутки, а потребность 620 тыс. м. куб. /сутки). Рассмотрим возможности и перспективы развития правобережных и левобережных ВПС. По результатам моделирования, возможности правобережных 8ПС оцениваются в 350 тыс. ы. куб/сутки с учетом намыва островов в районе ВПС N3 , расширения плошали ВПС N4 в северном и Южно-Чертовиц-кого участка ВПС N11 в южном направлении . с перспективой бурения эксплуатационных скважин на всем протяжении границы водохранилища от ВПС N11 до ВПС N4 на 'fcr. В соответствии с этим, в 1993 г. планируются работы по намыву северного участка ВПС N4. расширению Южно-Чертовкакого участка ВПС N11 и намыв острова в районе ВГ1С N3 с вводом его в эксплуатацию в 1994 году.

Увеличение водоотбора с левобережных ВПС не предусматривается. Задача состояла в сохранении существующего водоотбора на основа оптимизации схем расположения и дебите отдельных эксплуатационных скважин. С учетом этого существующие левобережные ВПС могут давать до 200 тыс. м. куб./сутки. Суммируя возможности правобережных и левобережных ВПС, С 550 тыс. и. куб. /сутки J видим, что проблема дефицита питьевой воды значительно снизится, а в случае намыва острова в районе ВПВ N4 в 1994 г. будет полностью решена С предварительные исследования показывают, что в этом случае возможности правобережных ВПС достигнут 420 тыс. м. куб/сутки ).

Задача учета гидрохимической обстановки в районе ВПВ становится все более актуальной в связи с . продолжайцимся загрязнением окружашей среды . С этой целью был .сделан среднесрочный прогноз развития процесса массой ¡реноса марганца в системе подземных вод "ГПК г. Воронежа ( в настоящее время отмечены концентрации Мп до 0,89 мг/л.1 м даны практические рекомендации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ I. На основе изучения современных математических методов моделирования геофилътрации с целью сс дания на их основе'ПДММ ВПВ, была разработана надежная методика структурной идентификации процесса геофильтрации, баэирушаяся на положениях теории самоорганизации и ее реализации - методе группового учета аргументов.

II. Разработаны эффективная компьютерная технология структурной идентификации процесса геофилътрации и-ее программное обеспечение - прогргшмы WATER и VAT, с учетом современных представлений о

юграммном продукте.

I. Осуществлена структурная идентификация систем ВГШ г.Воронежа

3.4,8,9,11,12. На основе получегнын полелей сделаны дол.'осроч-.е прогнозы развития процесса геофилътраипи в -лтих система« с вьн жой степенью сходимости. с фактические процессом. Погрешность мо-»лирования не превышает 1,5 % от мощности пласта, что позволяет ;пользозать полученные результата в ПТММ. ВПВ.

У. Созданная на базе метода группового учета аргументов, метоии-J создания ПД'И водозаборов подземных вод отвечает всем требованы эксплуатирующих организаций и позволяет решать чй ее ..основе 1едутоие вопросы: ...

1. Прогноз развитая процесса геоФильтрации в системе • ВИЗ при Фактическом водоотборе —~

2. Определение максимально возможного среднемесячного водоотбо-ра при суыествукщем расположении эксплуатационных, сквэжин-tift ВПВ. ' '

3. Определение незФФэктивно работающих ЭС ВПЗ,- .

4. Прогноз развития процессе геофильтрации при ьводе в эксплуатацию дополнительных ЭС. •:

51 'Определение максимально возможного среднемесячного водеотбй-ра при оптимальном расположении ЭС.

6. Прогноз развития процесса геофильтрации при вводе в .'экеплуа-. тацию дополнительных ЭС и одно&ремоннсм выводе из эксплуатации неэффективно работающих, ЭС. - ' - ■

7. Расчет динамического напора в ЭС для достижения определенного оптимально-максимального водоотбора ВПВ. '

8. Прогноз развития процессе..геофильтрации с у.чатом гилгх>хим*(-ческих условий в система ВПВ. - ' ' : • ..

9. Графический веюд информации для моделирования процесса Фильтрации в системе ВПВ. ' •

10. Графический вывод информации об изменениях в систтгв ВЯЗ и коде эксперимента. ..'.'. ■ ■

{. Согласно методике и основанному на ней алгоритму была раэр&бо-эна и создана- программа WATER ! на языке FORIRAÍÍ ЕС ЭВМ для' ЭВМ me EC-10S6 и программы V/ÁT0-UAT6 на языке. ТУРБО Г^СКАЯЬ Для ЭВМ, которая является математическим воплощением V реалйзагшзй 1ей ПЗ-1М. Программа создана с привлечением поеледшк. . иаьейжуг заработок. з области про граммировайия и позволяет 'реиагь Все eiíss--- . ?речислен"|[ые поло;ген'ля методики.

11. Создание ГШММ систем ВПВ N о,4,8,9,11,12" т.Вомнйя«;, на ocho-, г вышеперечисленных теоретических и поограммныч разработок* при-зло к э<Мх?ктавтму и рациональному использованию, гаписов' поцзем-лх вод и выработке нового подхода к perism:» просЪх-й горсяског.с

- гч -

водоснабжения. • . . ' •

YII. Предложен!"'е ПДММ водозаборов подземных вод создавались как открытые системы управления процессами ' геофильтрации и поэтому могут быть ь любой момент дополнены новыми управлявшими рэоамэчарами С например, качества подземных вод, как в случае'с.Кг.).

Оценивая огромный объем ребот и сроки их выполнения Сыасть ГШММ моделей были созданы в течение 2-х лет) нельзя не сказать., что это лишь первый udr в создании АСУ вояоотбором подземных вод. Вторым шагоц стало создание ГШММ процесса геофильтрации подземных вод в системе ТПК г. Воронежа и ее базы данных. ОписэдИе методических основ ПДММ ТПК г.Воронежа и практической реализации Ик найдет свое отражение в г1сследу>ац!<м работай автора. ■ . •

Автор видич% что дальнейшее развитие г. Воронежа и другий крупных промышленных центров должно идти через создание постоянно действукишх математических моделей нарушенных природных систем, какими и являктгся системы' этих городов, где одним из основный "кирпичиков" и станет ПДММ процесса геофильтрации и математические модели основных загрязняицик компонент подземных вод .

По теме диссертации опубликованы слеяумаие работы 1. -Мах' "угов С. Д., Стародубцев В. С. Структурное моделирование природных процессов по экспериментальным данным / Воронеж, .гос. ун-т. - Воронеж, 1988. - 27 с. - Лап. в ВИНИТИ 2d. 12.83, N D95 - В88.

2„ Манортов С. Д., Стародубцев В. С. Структурная идентификация систем водозаборов подземных вод с целью их эффективной и 'рациональной эксплуатации / Воронеж, гос. ун-т. - Воронеж. 1992. -172 с. - Дел. в ВИНИТИ 25.05.92, N 1710 - В92. ' .

3. Смирнова А. Я., Стародубцев В. С. К вопросу мониторинга пшрод-но-техногенной системы ТПК г. Воронежа на -примере структурной идентификации Процесса массопереноса Мп в системах поверхностных и подземных вод // Экологические основы природопользования в бассейне Дона*. Материалы науч.-праг.т. ¡сонФ. .. - Воронек,

.. 199.1. - С. 105 - 150.

4. Стародубцев B.C., Смирнова А. Я., Вахтанова А.Н. Структурная идентификация процесса массопарсноса. загрязнякщих компонентов в •подземных водах нарушек .ой .природной системы Сна Примере • Мп и Fe. в системе ТПК г. Воронежа) // Применение ЭВМ при гияропзохи-мическом моделировании: Тез. докл. Всессирз. семинара, Ленинград, 13-18 мая .1991 г. - Л. 1991. - С." 12-14.

Зэклэ 243 от 23. пв. 94 г. Тир I0G экз.' Формат 60'Х-90 l/lG. О&ёи I п. д^ОДпвтняя лаборатория BJ7.