Аннотация

Цель исследований заключалась в создании адекватного математического аппарата, позволяющего установить взаимосвязь между поверхностными и дренажными водами, так как необходимость установления взаимосвязи поверхностных и дренажных вод в задачах экологической безопасности, мелиорации и гидрологии возникает регулярно. Вместе с тем проведение натурных исследований, определяющих эту взаимосвязь, – весьма затратное и трудоемкое мероприятие, поэтому разработка математического аппарата, адекватно описывающего взаимосвязь между поверхностными и дренажными водами, является актуальной задачей. 

Материалы и методы. Разработанный математический аппарат основан на компиляции классической теории, а именно: формулах Шези, Дарси, уровня грунтовых вод, уравнении водного баланса и выражении для уклона водной поверхности. 

Результаты. В результате исследований проведено разбиение зоны стока дренажных вод на конечное число элементов, а также определена средняя скорость фильтрационного потока, взаимодействующего между каналом и дренажными водами. Численная проверка результатов моделирования произведена на основании данных, полученных при полевых исследованиях на участке межхозяйственного канала в районе с. Болото Белевского района Тульской области. В процессе исследований были разработаны алгоритм и программа для расчета расхода дренажных вод для рассматриваемого участка межхозяйственного канала. На основании результатов моделирования построен гидрограф дренажных вод в межхозяйственном канале в районе с. Болото, при этом гидрограф расхода дренажных вод, построенный на основе результатов моделирования, практически совпадает с гидрографом, построенным на основе данных, предоставленных по результатам полевых исследований. 

Выводы. Апробация результатов разработанных математического аппарата и математической модели показала соответствие между теоретическими и опытными исследованиями с величиной коэффициента детерминации, составляющей 90,22 %.

doi: 10.31774/2658-7890-2022-4-2-88-99

Для цитирования

Власов М. В., Куприянова С. В. Моделирование взаимосвязи поверхностных и дренажных вод // Экология и водное хозяйство. 2022. Т. 4, № 2. С. 88–99. https://doi.org/10.31774/2658-7890-2022-4-2-88-99.

Список литературы

1. Стрельбицкая Е. Б., Соломина А. П. Регулирование нагрузки осушительно-увлажнительных систем на водные объекты // Природообустройство. 2018. № 4. С. 98–104.

2. Косиченко Ю. М., Баев О. А. Особенности гидравлических и фильтрационных расчетов осушительно-оросительной системы // Природообустройство. 2021. № 4. С. 90–98. DOI: 10.26897/1997-6011-2021-4-90-98.

3. Анализ современного состояния Ключевской осушительно-оросительной системы Ивановского района Амурской области / Е. А. Гребенщикова, Н. С. Шелковкина, Т. Г. Молчанова, Н. А. Горбачева // АгроЭкоИнфо: электронный научно-производственный журнал. 2019. № 2(36). С. 1.

4. Стрельбицкая Е. Б., Соломина А. П. Решение экологических проблем функционирования мелиоративных систем на осушаемых агроландшафтах // Агроэкология, мелиорация и защитное лесоразведение. Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН, 2018. С. 417–422.

5. Hairer E., Nørsett S. P., Wanner G. Solving ordinary differential equations I: Nonstiff problems. 2nd ed. Berlin: Springer Verlag, 1993. 528 p. https:doi.org/10.1007/978-3-540-78862-1.

6. Бабиков Б. В., Пахучий В. В. Гидротехнические мелиорации (осушение лесных земель): учеб. пособие / Сыктывк. лес. ин-т. Сыктывкар: СЛИ, 2014. 160 с.

7. Гусев А. А. Основы гидравлики: учеб. для СПО. 2-е изд., испр. и доп. М.: Юрайт, 2018. 285 с. 

8. Леонтьев Н. Е. Основы теории фильтрации. М.: Изд-во ЦПИ при мех.-мат. фак. МГУ, 2009. 88 с.

9. Авлакулов М., Хазратов А. Н. Закономерности динамики процессов влаги-соли переноса в почво-грунтах // Инновационное развитие. 2017. № 5(10). С. 9–10.

10. Шестаков В. М., Поздняков С. П. Геогидрология. М.: Академкнига, 2003. 176 с. 

11. Guglielmi N., Hairer E. An efficient algorithm for solving piecewise-smooth dynamical systems // Numerical Algorithms. 2022. 89(3). Р. 1311–1334. DOI: 10.1007/s11075-021-01154-1.

12. Gauckler L., Hairer E., Lubich C. Dynamics, numerical analysis, and some geometry // Proceedings of the International Congress of Mathematicians, ICM 2018. 2018. Vol. 1. Р. 453–486. https:doi.org/10.48550/arXiv.1710.03946.