АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ГРУНТАХ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Соколов А.А.¹, Соколова О.А.², Соколова Е.А. ³, Кочиев Г.Д. ⁴

¹кандидат технических наук, доцент; ²ассистент; ³кандидат технических наук, доцент; ⁴аспирант; Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), г. Владикавказ.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ГРУНТАХ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Аннотация

При решении задач связанных с распространением вредных веществ подземными водами, а также вопросов касающихся надежности прогноза изменения окружающей среды с целью защиты и сохранения ее стабильности ученым приходиться сталкиваться с вопросом определения величины капиллярного поднятия жидкости. В работе предложен способ моделирования на основе универсального метода, при использовании которого в результате детализации получается сеточный вид участков промышленно-техногенной системы, который можно описывать математическими методами с использованием теории матриц и теории электрических цепей, предполагая, что участки подсистемы и их аналоги - участки электрической цепи характеризуются взаимно однозначными параметрами.

Ключевые слова: системный анализ, моделирование распространения загрязнений, капиллярное поднятие, грунты, фильтрационные процессы.

Sokolov A.A.¹, Sokolova O.A.², Sokolova E.A. ³, Kochiev G. D. ⁴

¹Candidate of Technical Sciences, associate professor; ²assistant; ³Candidate of Technical Sciences, associate professor; ⁴Postgraduate student; North Caucasian mining and metallurgical institute (state technological university), Vladikavkaz.

THE ANALYSIS OF RESULTS OF MODELLING OF DISTRIBUTION OF POLLUTION IN SOIL OF VARIOUS TYPES

Abstract

At the solution of problems of the harmful substances connected with distribution by underground waters, and also the questions concerning reliability of the forecast of change of environment for the purpose of protection and preservation of its stability by the scientist to have to face a question of determination of size of a capillary raising of liquid. In work the way of modeling on the basis of a universal method at which use as a result of specification the net type of sites of industrial and technogenic system which can be described by mathematical methods with use of the theory of matrixes and theories of electric chains turns out is offered, assuming that sites of a subsystem and their analogs - sites of an electric chain are characterized by biunique parameters.

Keywords: system analysis, modeling of distribution of pollution, capillary raising, soil, filtrational processes

Введение.

Высота капиллярного поднятия жидкости зависит от множества различных факторов, таких как: размеры пор- капилляров, формы частиц, плотности и однородности их сложения, гранулометрического состава пород, степени минерализации и солевого состава воды. Поскольку вышеперечисленные факторы индивидуальны для каждой  промышленно-техногенной системы (далее ПТГС), то для ускорения процесса  анализа и обработки информации в цифровой форме желательно иметь готовый технический аппарат включая информационно-аналитическую систему с блоком постоянно действующих моделей способных в режиме он-лайн осуществлять надежные прогнозы распространения техногенных загрязнений в грунтах различных типов [1,2].

Цель исследований, и ее практическое достижение.  Целью исследований авторов являлась разработка универсального метода моделирования на основе программного обеспечения в частности программы Electronics Workbench. Для вывода нового  способа моделирования фильтрационного потока, содержащего техногенные загрязнения участки ПТГС, через которые осуществляется фильтрация, предлагается разделять на подсистемы по коэффициенту фильтрации и разности гидравлических уклонов. В результате детализации получается сеточный вид участков ПТГС, который можно описывать математическими методами с использованием теории матриц и теории электрических цепей, предполагая, что участки подсистемы и их аналоги - участки электрической цепи характеризуются взаимно однозначными параметрами.

Полученные значения высоты капиллярного поднятия  для некоторых исследуемых песчано-глинистых горных пород представлены в таблице 1  вместе с расчетными значениями (определенными по формуле Козени , где n - коэффициент пористости, доли единицы, а d_e – действующий диаметр,  ) и данными других литературных источников.

Таблица 1.  Результаты расчетных  значений высоты капиллярного поднятия для некоторых типов  горных пород  и  данные лабораторных экспериментов, (H_K, _M).

 

Из таблицы 1 следует, что блок постоянно-действующих моделей способен достоверно определять высоту капиллярного поднятия, и вполне пригоден, для дальнейшего использования совместно с программой Electronics Workbench, в которую была внесена составленная на основе экспериментов база данных по свойствам грунтов различных типов [3,4].  Далее на основе реального взаиморасположения грунтов  исследуемой ПТГС была составлена схема виртуального моделирования на рисунке 1.

 

Рис. 1 - Скриншот схемы виртуального моделирования фильтрационных процессов через грунты ПТГС.

 По результатам моделирования в программе были построены гистограммы, представленные на рисунке 2, которые позволяют осуществлять эффективную визуализацию капиллярного поднятия жидкости в грунтах различных типов, а следовательно определять и распространение техногенных загрязнений грунтовыми водами в ПТГС.

Рис. 2 - Гистограмма по определению высоты капиллярного поднятия жидкости в грунтах ПТГС.

Следовательно, предложенные технические средства и методики моделирования обладают достаточной надежностью и могут в дальнейшем сократить затраты на проведение опытно-конструкторских работ и натурных испытаний.

Результаты исследований и их обсуждение. В заключении подведем итоги и наметим нерешенные задачи. Предложенные технические решения и научные методики по экологическому мониторингу можно использовать, для повышения эффективности локализации и ликвидации негативных техногенных воздействий на окружающую среду [5-9]. Однако, вопрос о комбинированном мониторинге с применением GIS- технологий со специальным программным обеспечением  и индивидуальными базами данных по ПТГС для  устойчивого развития макрорегиона пока остается открытым [10, 11].

 

 Литература

1. Соколов А.А. К ПРОБЛЕМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВЫХ ВОД. Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел геологический. 2009. С. 69.
2. Соколов А.А. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОКРУЖАЮЩИЕ ЭКОСИСТЕМЫ ИННОВАЦИОННЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ И МЕТОДАМИ (НА ПРИМЕРЕ МОЗДОКСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ СЕВЕРНАЯ ОСЕТИЯ - АЛАНИЯ). Экология урбанизированных территорий. 2010. № 2. С. 94-97.
3. Соколов А.А. АНАЛИЗ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ Москва, 2010. Сер. Т. 46 Доклады МОИП / Московское о-во испытателей природы.
4. Соколов А.А. РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АНАЛИЗА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ Доклады Московского общества испытателей природы. 2010. Т. 44.
5. Соколов А.А., Петров Ю.С., Соколова О.А. СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ. Патент на полезную модель RUS 84144 16.01.2009.
6. Петров Ю.С., Соколов А.А. СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ. Патент на изобретение RUS 2339079 07.11.2006
7. Соколов А.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОКРУЖАЮЩИЕ ЭКОСИСТЕМЫ РАЗРАБОТАННЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ. Перспективы науки. 2010. № 4. С. 110-113.
8. Соколов А.А., Соколова Е.А. АНАЛИЗ РАБОТЫ АЛГОРИТМОВ КОМПРЕССИИ ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ ОБЪЁМА ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ. Перспективы науки. 2010. № 7. С. 93-96.
9. Соколова Е.А. К ПРОБЛЕМЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПРЕССИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ. Безопасность информационных технологий. 2008. № 2. С. 57-60.
10. Соколов А.А., Соколова Е.А. ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ. Патент на полезную модель RUS 87280 22.06.2009.
11. Галачиева С.В., Дыгов Х.З. ПОДХОДЫ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ МАКРОРЕГИОНА. Экономические науки. 2012. № 97. С. 118-121.

References

1. Sokolov A.A. K PROBLEME JeLEKTRIChESKOGO MODELIROVANIJa FIL''TRACII GRUNTOVYH VOD. Bjulleten' Moskovskogo obshhestva ispytatelej prirody. Otdel geologicheskij. 2009. S. 69.
2. Sokolov A.A. KOMPLEKSNAJa OCENKA VOZDEJSTVIJa PROMYShLENNYH OB##EKTOV NA OKRUZhAJuShhIE JeKOSISTEMY INNOVACIONNYMI TEHNIChESKIMI SREDSTVAMI I METODAMI (NA PRIMERE MOZDOKSKOGO RAJONA RESPUBLIKI SEVERNAJa OSETIJa - ALANIJa). Jekologija urbanizirovannyh territorij. 2010. № 2. S. 94-97.
3. Sokolov A.A. ANALIZ PRIRODNO-TEHNIChESKIH SISTEM. OT TEORII K PRAKTIKE Moskva, 2010. Ser. T. 46 Doklady MOIP / Moskovskoe o-vo ispytatelej prirody.
4. Sokolov A.A. RAZRABOTKA NOVYH METODOV I SREDSTV ANALIZA OBRABOTKI INFORMACII I UPRAVLENIJa SLOZhNYMI PRIRODNO-TEHNIChESKIMI SISTEMAMI Doklady Moskovskogo obshhestva ispytatelej prirody. 2010. T. 44.
5. Sokolov A.A., Petrov Ju.S., Sokolova O.A. STEND DLJa ISSLEDOVANIJa I MODELIROVANIJa JeKOLOGIChESKIH RISKOV. Patent na poleznuju model' RUS 84144 16.01.2009.
6. Petrov Ju.S., Sokolov A.A. SPOSOB JeLEKTRIChESKOGO MODELIROVANIJa JeKOLOGIChESKIH RISKOV. Patent na izobretenie RUS 2339079 07.11.2006
7. Sokolov A.A. ISSLEDOVANIE VLIJaNIJa PROMYShLENNYH OB##EKTOV NA OKRUZhAJuShhIE JeKOSISTEMY RAZRABOTANNYMI TEHNIChESKIMI SREDSTVAMI. Perspektivy nauki. 2010. № 4. S. 110-113.
8. Sokolov A.A., Sokolova E.A. ANALIZ RABOTY ALGORITMOV KOMPRESSII DLJa SOKRAShhENIJa OB##JoMA CIFROVOJ INFORMACII. Perspektivy nauki. 2010. № 7. S. 93-96.
9. Sokolova E.A. K PROBLEME POVYShENIJa JeFFEKTIVNOSTI KOMPRESSII IZOBRAZhENIJ. Bezopasnost' informacionnyh tehnologij. 2008. № 2. S. 57-60.
10. Sokolov A.A., Sokolova E.A. GEOINFORMACIONNAJa SISTEMA MONITORINGA JeKOLOGIChESKIH RISKOV. Patent na poleznuju model' RUS 87280 22.06.2009.
11. Galachieva S.V., Dygov H.Z. PODHODY K OPREDELENIJu USTOJChIVOGO RAZVITIJa MAKROREGIONA. Jekonomicheskie nauki. 2012. № 97. S. 118-121.