Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас

Запропоновано математичне моделювання сценаріїв проведення водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас.

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2018
Hauptverfasser:	Ковальчук, П.І., Рожко, В.І., Балихіна, Г.А., Демчук, О.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2018
Schriftenreihe:	Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162151
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас / П.І. Ковальчук, В.І. Рожко, Г.А. Балихіна, О.С. Демчук // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2018. — Вип. 17. — С. 71-80. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-162151
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1621512020-11-19T14:28:20Z Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас Ковальчук, П.І. Рожко, В.І. Балихіна, Г.А. Демчук, О.С. Запропоновано математичне моделювання сценаріїв проведення водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас. The mathematical modeling of water-exchange scenarios in the Dnipro-Donbass channel system is proposed. 2018 Article Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас / П.І. Ковальчук, В.І. Рожко, Г.А. Балихіна, О.С. Демчук // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2018. — Вип. 17. — С. 71-80. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 2308-5916 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162151 621.501.72 uk Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Запропоновано математичне моделювання сценаріїв проведення водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас.
format	Article
author	Ковальчук, П.І. Рожко, В.І. Балихіна, Г.А. Демчук, О.С.
spellingShingle	Ковальчук, П.І. Рожко, В.І. Балихіна, Г.А. Демчук, О.С. Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки
author_facet	Ковальчук, П.І. Рожко, В.І. Балихіна, Г.А. Демчук, О.С.
author_sort	Ковальчук, П.І.
title	Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас
title_short	Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас
title_full	Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас
title_fullStr	Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас
title_full_unstemmed	Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас
title_sort	математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу дніпро-донбас
publisher	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate	2018
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162151
citation_txt	Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас / П.І. Ковальчук, В.І. Рожко, Г.А. Балихіна, О.С. Демчук // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2018. — Вип. 17. — С. 71-80. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.
series	Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки
work_keys_str_mv	AT kovalʹčukpí matematičnemodelûvannâscenaríívvodoobmínuvsistemíkanaludníprodonbas AT rožkoví matematičnemodelûvannâscenaríívvodoobmínuvsistemíkanaludníprodonbas AT balihínaga matematičnemodelûvannâscenaríívvodoobmínuvsistemíkanaludníprodonbas AT demčukos matematičnemodelûvannâscenaríívvodoobmínuvsistemíkanaludníprodonbas
first_indexed	2025-07-14T14:42:17Z
last_indexed	2025-07-14T14:42:17Z
_version_	1837633779391266816
fulltext	Серія: Технічні науки. Випуск 17 71 УДК 621.501.72 П. І. Ковальчук, д-р. техн. наук, В. І. Рожко, Г. А. Балихіна, канд. техн. наук, О. С. Демчук, канд. техн. наук Інститут водних проблем і меліорації НААН України, м. Київ, ** Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СЦЕНАРІЇВ ВОДООБМІНУ В СИСТЕМІ КАНАЛУ ДНІПРО-ДОНБАС Запропоновано математичне моделювання сценаріїв прове- дення водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас. Канал напо- внюється дніпровською водою з Кам’янського водосховища з метою покращення стану Краснопавлівського водосховища, з якого вода подається для питних потреб м. Харків. Ставиться задача вибору найбільш економічно ефективного варіанту водо- обміну при забезпеченні доброго екологічного стану водних ре- сурсів в Орільському та Краснопавлівському водосховищах. Для вибору структури системи управління водообміном пропо- нується метод сценарного аналізу. Розглянуто підхід, в резуль- таті реалізації якого критерій економії водних ресурсів необхід- но спрямувати до максимального значення. Критерій якості во- ди розглядається як обмеження згідно чинних нормативів. Для екосистемного оцінювання якості води вздовж каналу використовуються нейронні мережі. Системний просторово- часовий аналіз якості води за ансамблем нейронів персепт- ронного типу дозволяє співставляти зміни якості води в каналі за окремими показниками та групами показників. Це дає мож- ливість виявити найбільш перспективні варіанти прийняття рішень. Пропонуються балансові моделі водообміну, що ба- зуються на рівняннях динаміки та збереження мас забрудню- ючих речовин. Спочатку розраховуються потоки води, а потім концентрації забруднюючих речовин в результаті змішування. Математичне моделювання надає можливість відслідковувати щодобові зміни гідрологічних та гідрохімічних показників у водосховищах при різних варіантах проведення водообміну, процеси транспортування та перемішування водних мас різної якості в Орільському та Краснопавлівському водосховищах. Варіанти сценаріїв визначають добу настання запланованого результату якості води та тривалість водообміну. За результа- тами сценарного аналізу найбільш економічно доцільним і при цьому екологічно безпечним є варіант виключення спрацю- вання та наповнення Орільського водосховища. У цьому ва- ріанті тривалість проведення водообміну зменшується до © П. І. Ковальчук, В. І. Рожко, Г. А. Балихіна, О. С. Демчук, 2018 Математичне та комп’ютерне моделювання 72 45 днів, не здійснюються безповоротні скиди води та лише на 5.6 % підвищується жорсткість у Краснопавлівському водос- ховищі протягом перших 12 діб. Ключові слова: нейронні мережі, моделювання водообмі- ну, персептронна модель, імітаційні сценарії, екосистемний підхід, категорія та клас якості вод. Вступ. Математичне моделювання дозволяє прогнозувати кіль- кісні та якісні показники зміни стану водного середовища з метою розроблення рекомендацій щодо здійснення заходів покращення во- дообміну на основі аналізу варіантів сценаріїв [1], зокрема і в системі каналу Дніпро-Донбас. Канал Дніпро-Донбас наповнюється дніпровською водою з Кам’ян- ського водосховища з метою безперебійної подачі води на м. Харків та покращення екологічного стану Краснопавлівського водосховища у Ха- рківській області. Однак у зв’язку з відсутністю фінансування на вико- нання цих заходів, водообмін проводиться раз на 2–3 роки. За період відсутності проведення чергового водообміну у Краснопавлівському водосховищі відмічається близька до кризової ситуація: наповнення во- досховища наближається до рівня його робочого спрацювання, жорст- кість води перевищує нормативи для питних потреб [2, 3]. На основі імітаційного моделювання сценаріїв водообміну пот- ребує дослідження як економічна ефективність варіантів, так і забез- печення доброго екологічного стану водних ресурсів в Орільському та Краснопавлівському водосховищах [4]. Ставиться задача вибору найбільш ефективного варіанту водообмі- ну і наповнення Краснопавлівського водосховища із забезпеченням на- лежної якості води згідно методик [2, 3, 5]. Для оптимізації еколого- економічних оцінок ефективності необхідно провести математичне мо- делювання різних сценаріїв згідно затвердженого варіанту водообміну [6] та інших перспективних варіантів управління подачею води. Метод моделювання сценаріїв. Інтегрований підхід за екологі- чними та економічними цілями. При виборі сценаріїв водообміну ін- тегрований підхід за екологічними та економічними цілями є одним із напрямів реалізації системної узгодженості управління. В умовах стало- го розвитку системна узгодженість управління полягає в тому, що функ- ціонування системи передбачає багатокритеріальну оптимізацію еконо- мічних цілей, які визначаються як сумарні прирости на інтервалі Т:          1 0 0 1 , ,..., 1 , max, T T nF X t U t dt F X t U t dt             (1) де F1,…, Fn — економічні критерії оцінювання кількості та якості водокористування; X(t) та U(t) — відповідно стани системи та управ- ління в момент t. Серія: Технічні науки. Випуск 17 73 При цьому безумовно враховують екологічні цілі, задані як обмеження або як критерії досягнення доброго екологічного стану системи:               1 11 , ; ... 1 , ; n n p p F X t U t C t F X t U t C t           (2) де Fn + 1, …, Fp — екологічні критерії, Cn + 1(t),…,Cp(t) — обмеження в моменти t ϵ [0; T] для досягнення доброго або відмінного екологічно- го стану. Для еколого-економічного обґрунтування варіантів управління водообміном розробляються різні сценарії динаміки руху водного потоку та поширення забруднень. Сценарії оцінюються за критеріями (1, 2), оптимальне рішення стосовно системи управління визначаєть- ся на основі багатокритерільної оптимізації, зокрема з використанням принципу Парето. При виборі структури управління водообміном в системі каналу Дніпро-Донбас пропонується підхід, в результаті реалізації якого економічний критерій (економія водних ресурсів) необхідно спряму- вати до максимального значення:  * 1 , max,F F x t  (3) де F* — максимальні (планові) витрати водних ресурсів; F1(x, t) — поточні витрати водних ресурсів за варіантами. При цьому, показники якості води Краснопавлівського водосхо- вища залишаються в межах допустимих (нормативних) значень (в межах концентрацій ≤ ГДК):         2 1, ; ... , ,p p F X t C t F X t C t       (4) де F2(x, t),…,Fp(x, t) — екологічні критерії, C1(t),…,Cp(t) — обмежен- ня показників якості води згідно чинних нормативів. Нейронні мережі як метод моделювання якості води в про- цесі водообміну. Для екологічної оцінки ефективності проведення водообміну пропонується екосистемний підхід, що базується на ви- користанні нейронної мережі [7]. Для адекватної розробки нейронної мережі та візуалізації екологічної оцінки на вибраному об’єкті необ- хідно розробити карту-схему каналу Дніпро-Донбас з нанесенням пунктів відбору проб (рис. 1). Математичне та комп’ютерне моделювання 74 Рис. 1. Карта-схема каналу Дніпро-Донбас Сукупність нейронів, що взаємодіють на рівні певної системи при прийнятті рішень будемо називати нейронною мережею або ансамблем нейронів. Формальний нейрон являє собою елементарний персептрон, тобто систему прийняття рішення в окремій точці, що складається з кількох шарів, які утворені відповідно елементами трьох типів: сенсо- рних елементів, тобто рецепторів (S-елементів), що фіксують концент- рації гідрохімічних показників в заданій точці; асоціативних елементів (А-елементів), які здійснюють пороговий відбір; R-елементів прийняття рішень, що реалізують інтегровані оцінки якості води (числові, графіч- ні, логіко-лінгвістичні) за рівнями ієрархії (рис. 2). Досить адекватною для реалізації екосистемного підходу в сис- темі каналу, на нашу думку, є методика екологічної оцінки [5], за якою рішення приймаються в кожному пункті вимірювань. Точки спостережень складають елементи системи і являються формальними нейронами (індикаторами), прийняття рішень в яких здійснюється на основі персептронної моделі [7]. Використання моделі нейронної ме- режі полягає в розрахунку якості води в системі каналу до водообмі- ну та після його проведення. Рис. 2. Схема басейнових екологічних оцінок якості води за ансамблем нейронів персептронного типу Особливістю системної моделі є можливість повної екологічної оцінки, що враховує проміжні оцінки вихідних значень нейронної мережі на всіх рівнях ієрархії. Такий системний просторово-часовий Серія: Технічні науки. Випуск 17 75 аналіз якості води за ансамблем нейронів персептронного типу дає можливість виявити найбільш перспективні напрямки прийняття рі- шень для покращення якості води у водних об’єктах. Математичні моделі водообміну. Пропонуються балансові мо- делі, що базуються на рівнянні динаміки та збереження мас забруд- нюючих речовин, побудовані таким чином, що спочатку розрахову- ються потоки води, а потім концентрації забруднюючих речовин в результаті змішування [8]. Водообмін у каналі відбувається таким чином, що частина забрудненої води витісняється потоком води з Кам’янського водосховища. 1n n n n i i i iW W q p     , n = 1, …, N, (5) де Wi n + 1, Wi n — об’єм водних ресурсів у водосховищі в (n + 1)-й і n-й моменти часу в i-й комірці; qi n — водні ресурси, що надходять з ка- налу у водосховище; pi n — водні ресурси, що відбираються з водос- ховища, в результаті скиду в р. Орілька або забору в систему каналу для подачі в Краснопавлівське водосховище; i — номер комірки. Концентрація речовини в n-й момент часу в i-й комірці в резуль- таті змішування знаходиться за формулою: 1 1 , n n n n n n n i i i i i i i n i W U q C p S U W      (6) де Wi nUi n — водні ресурси Wi n з концентрацією Ui n, що знаходяться в i- й комірці в n-й момент часу; qi nCi n – водні ресурси qi n, що надходять з каналу в Орільське водосховище з певною концентрацією Ci n в і-й комірці в n-й момент часу; pi nSi n – водні ресурси pi n, що відбираються з водосховища, з концентрацією Si n в і-й комірці в n-й момент часу. Аналіз якості води при проведенні водообміну. Згідно методики [5] проводилась екологічна оцінка якості вод у системі каналу Дніпро- Донбас до водообміну та після його проведення. Результати аналізу яко- сті вод до проведення водообміну показують, що води каналу відносять- ся до 2–4 категорій 2–3 класів. В системі каналу якість вод змінювалася від «дуже добрих», «чистих» з тенденцією наближення до категорії «до- брих», «досить чистих» (с. Шульгівка) до «задовільних», «слабко забру- днених» вод з тенденцією наближення до «посередніх», «помірно забру- днених» (Орільське та Краснопавлівське водосховища) (рис. 3). Після проведення водообміну у каналі відмічається покращення якості води від дуже добрих, «чистих» вод (с. Шульгівка) до перехід- них за якістю від «дуже добрих», «чистих» до «добрих», «досить чис- тих» вод (с. Орілька) 2–3 категорій 2 класу якості та «задовільних», «слабко забруднених» вод з ухилом до «добрих», «досить чистих» вод 4 категорії 3 класу якості (рис. 3). Математичне та комп’ютерне моделювання 76 Рис. 3. Категорії якості води та абсолютні значення показника ІЕсер. до водообміну та після його проведення Якість води за показником жорсткості до водообміну коливалася від 3 мг-екв/куб.дм (с. Шульгівка) до 18,4 мг-екв/куб.дм (Орільське водосхо- вище), зокрема в Краснопавлівському водосховищі становила 8,0–8,1, при ГДК для питного водоспоживання 7,0 мг-екв/куб.дм. Після проведення водообміну якість води суттєво покращилась від 3,3 до 7,5 мг-екв./куб.дм, що не перевищує норми ГДК для питних потреб (рис. 4). Рис. 4. Величина жорсткості води до водообміну та після його проведення Сценарний аналіз варіантів водообміну. Імітаційна модель складається з двох взаємопов’язаних блоків — Орільського та Крас- нопавлівського водосховищ. Розглянуто перший варіант сценарію проведення водообміну відповідно до регламенту [6]. Водообмін в Орільському водосховищі триває 20–21 добу і включає п’ять етапів: двократне спрацювання і наповнення водосховища та власне водообмін з подальшим перека- Серія: Технічні науки. Випуск 17 77 чуванням води до Краснопавлівського водосховища. Математична модель водообміну у Краснопавлівському водосховищі включає два етапи наповнення з паралельним водозабором на м. Харків і етап ли- ше спрацювання на питні потреби м. Харкова. Другий варіант сценарію відповідає фактично проведеному водообміну, який включає разове спрацювання і наповнення Орільсь- кого водосховища, в результаті якого жорсткість води знижується з 18,8 до 15,4 мг-екв./куб.дм, та власне етап водообміну з одночасним наповненням водосховища з каналу Дніпро-Донбас та подачею води до Краснопавлівського водосховища протягом 50 днів. Імітаційна модель водообміну за третім варіантом виключає етап безповоротного скиду вод високої жорсткості з Орільського водосховища у р. Орілька, адже це економічно недоцільні витрати. Сценарій даної моделі включає етап наповнення водосховища та вла- сне етап водообміну, який триває до моменту зниження жорсткості води у Краснопавлівському водосховищі до 7,0 мг-екв./куб.дм, згідно моделі — 45 діб. Жорсткість води у Краснопавлівському водосхови- щі знижується з 8,3 до 7,0 мг-екв/куб.дм з нетривалим підвищенням до 8,8 мг-екв./куб.дм протягом перших 12 діб. а) б) Рис. 5. Взаємозв’язок між жорсткістю води та обсягом наповнення водосховищ за варіантами сценаріїв імітаційних моделей: а) для Орільського водосховища; б) для Краснопавлівського водосховища Математичне та комп’ютерне моделювання 78 Висновки. Математичне моделювання надає можливість відслід- ковувати щодобові зміни гідрологічних та гідрохімічних показників у водосховищах при проведенні водообміну, процеси транспортування та перемішування водних мас різної якості у Орільському та Краснопавлів- ському водосховищах. Варіанти сценаріїв визначають добу настання запланованого результату якості води та тривалість водообміну. За результатами першого сценарію покращення якості води по жорс- ткості у Краснопавлівському водосховищі до позначки 6,2 мг-екв/куб.дм досягається на 56 день проведення водообміну (загальний термін стано- вить 77 днів). За другим сценарієм водообміну жорсткість води у Крас- нопавлівському водосховищі понизилась до позначки 7,0 мг-екв/куб. дм на 50 добу. Відповідно до третього сценарію, що виключає попередній водообмін у Орільському водосховищі, показник жорсткості знижується до позначки 7,0 мг-екв/куб. дм на 45 добу. Результати математичного моделювання показують, що в усіх трьох варіантах сценаріїв до Краснопавлівського водосховища буде подаватися вода підвищеної жорсткості у перші дні наповнення, про- те час наповнення водосховища залежить від інтенсивності водооб- міну у Орільському водосховищі. Найбільш тривалим (77 днів) та економічно затратним є варіант проведення водообміну згідно за- твердженого регламенту, адже він включає двократне спрацювання Орільського водосховища та безповоротні скиди води загальним об’ємом 10 млн. куб. м. Але при даному сценарії досягається най- краще значення показника жорсткості — 6,2 мг-екв/куб. дм. Найбільш економічно доцільним і при цьому екологічно безпеч- ним є варіант виключення спрацювання та наповнення Орільського водосховища. У даному варіанті тривалість проведення водообміну зменшується до 45 днів, не здійснюються безповоротні скиди води та лише на 5,6% підвищується жорсткість у Краснопавлівському водос- ховищі протягом перших 12 діб. Список використаних джерел: 1. Kovalchuk P. Modelling of water use and river basin environmental rehabilitation / P. Kovalchuk, H. Balykhina, O. Demchuk, V. Kovalchuk // Комп’ютерні науки та інформаційні технології CSIT 2017 : матеріали XII Міжнародної науково-технічної конференції CSIT 2017. — Львів : Вида- вництво «Вежа і Ко», 2017. — Т. 1. — С. 468–472. 2. Державні санітарні норми та правила охорони поверхневих вод від забру- днення (ДСанПіН 4630-88). 3. ДСТУ 4808:2007 Джерела централізованого питного водопостачання. Гігієнічні та екологічні вимоги щодо якості води і правила вибирання. — К. : Держспоживстандарт України, 2007. 4. Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy // Official Journal of the European Communities. 22.12.2000, ENL327/1. Серія: Технічні науки. Випуск 17 79 5. Методика екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями / В. Д. Романенко, В. М. Жукинський, О. П. Оксіюк [та ін.]. — К. : Символ-Т, 1988. — 28 с. 6. Регламент проведення водообміну у Краснопавлівському водосховищі у період жовтень-грудень 2016 року, затверджений Державним агентством водних ресурсів України від 29 серпня 2016 р. 7. Kovalchuk P. I. Perceptron model of system environmental assessment of water quality in river basins / P. I. Kovalchuk, A. V. Gerus, V. P. Kovalchuk // 4-th international conference on inductive modeling. Proceedings. — K., 2013. — P. 279–284. 8. Ковальчук П. І. Сценарне моделювання промивки річки Інгулець при подачі води на зрошення / П. І. Ковальчук, О. С. Демчук, Р. Ю. Ковален- ко, Г. А. Балихіна // Індуктивне моделювання складних систем : збірник наукових праць. — 2016. — № 8. — С. 117–127. THE MATHEMATICAL MODELING OF WATER EXCHANGE SCENARIOS IN THE DNIPRO-DONBASS CHANNEL SYSTEM The mathematical modeling of water-exchange scenarios in the Dnipro- Donbass channel system is proposed. The channel is filled with Dnipro water from the Kamensky reservoir in order to improve the conditions of the Kras- nopavliv reservoir, from which the water is supplied for Kharkiv city drink- ing needs. The task of choosing the most cost-effective variant of water ex- change is determined, while providing a good ecological state of water re- sources in the Orilske and Krasnopavliv reservoirs. The method of scenario analysis is proposed for selecting the structure of the water management sys- tem. An approach is considered, as a result of which the criterion of water re- sources saving should be directed to the maximum value. The water quality criterion is considered as a limitation according to the current standards. Neural networks are used for ecosystem assessment of water quality in the channel system. System spatial-temporal analysis of water quality by ensemble of neurons of the perceptron type allows to compare the changes of water quality in the channel by separate indicators and groups of indica- tors. It gives the opportunity to find the most promising options for deci- sion making. The balance models of water exchange, based on the equa- tions of dynamics and preservation of the masses of pollutants, are pro- posed. Initially, the water flows are calculated, and then the concentration of pollutants as a result of mixing. The mathematical modeling provides the opportunity to monitor daily changes in hydrological and hydrochemi- cal parameters in reservoirs at different variants of water exchange, pro- cesses of transportation and mixing of water mass of different quality in the Orilsky and Krasnopavliv reservoirs. The scenario options are defined the day onset of the planned result of water quality and duration of water exchange. According to the results of the scenario analysis, the most eco- nomically feasible and at the same time environmentally safe is the option to exclude the drain and filling of the Orilsky reservoir. In this embodi- ment, the duration of water exchange is reduced to 45 days, no irreversible Математичне та комп’ютерне моделювання 80 discharges of water are carried out and only a 5.6% increase in rigidity in the Krasnopavliv reservoir during the first 12 days. Key words: neural networks, water exchange modeling, perceptron model, simulation scenarios, ecosystem approach, category and water quality class. Отримано: 28.05.2018 УДК 537.7 О. Д. Кожушко, молодший науковий співробітник, П. М. Мартинюк, д-р техн. наук, професор Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РОЗЛИВУ ЗАБРУДНЮЮЧОЇ РЕЧОВИНИ НА ВОЛОГОПЕРЕНЕСЕННЯ В ҐРУНТІ ЗАСОБАМИ КОМП’ЮТЕРНОГО ТА МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ Комп'ютерне та математичне моделювання процесів воло- гоперенесення в ґрунтах займає чільне місце при проектуванні гідроспоруд, дослідженні стійкості зсувонебезпечних ґрунто- вих масивів, прогнозуванні врожайності тощо. Ці задачі є складовими забезпечення економічної безпеки держави. Для формулювання задачі вологоперенесення в даній роботі використовувалася модель, що враховує взаємопов'язані процеси перенесення вологи, тепла та хімічних речовин. Розглянуто різні змінні параметри середовища та згаданих процесів, а також опи- сано деякі залежності для їх знаходження. Дослідження даної мо- делі здійснено на прикладі двовимірної задачі для випадку розли- ву забруднюючої речовини на поверхні ґрунту. Особливістю такої задачі є забруднення ґрунту внаслідок адсорбції твердими част- ками ґрунту хімічної речовини. У цьому випадку, на нашу думку, особливо важливим стає врахування зміни пористості ґрунту, що відбувається внаслідок збільшення об’єму твердих часток. Також відіграють свою роль зміна густини порової рідини, що зростає при розчиненні у ній забруднюючих солей, та явище хімічного осмосу, що впливає на рух рідини. Поставлена задача вологоперенесення в ґрунті з врахуван- ням змінної пористості була розв’язана чисельно методом скін- ченних елементів. Програмна реалізація відповідних алгоритмів здійснена в середовищі FreeFem++. Здійснено чисельні експе- рименти, в яких порівняно розв’язки класичної задачі вологопе- ренесення та поставленої задачі із врахуванням тепломасопере- © О. Д. Кожушко, П. М. Мартинюк, 2018

Математичне моделювання сценаріїв водообміну в системі каналу Дніпро-Донбас

Institution

Ähnliche Einträge