Мониторинг геологической среды - Королев В.А.
ISBN 5-211-03344-2
Скачать (прямая ссылка):
При организации мониторинга в связи с расширением в стране компьютерной базы все большее распространение получают различные виды математического (аналитического) моделирования с помощью ЭВМ в форме детерминированного и вероятностного моделирования. Напомним, что детерминированные модели основаны на установленных функциональных связях между зависимыми переменными (функциями) и аргументами. Это моделирование осуществляется на базе ЭВМ-моделей, использующих специальные программы, или на малых структурных аналоговых машинах настольного типа (ABM МН-7М, МН-10М и др.). В рамках детерминированного моделирования применяется и метод конечных элементов (МКЭ), а также метод конечных разностей (МКР).
Для моделирования многофакторных процессов геологической среды или ее геодинамических процессов (оползневых, сейсмограви-тационных, селевых и т.д.) в связи с отсутствием строгих математических описаний этих процессов при моделировании используется
математический аппарат теории вероятностей и математической статистики. Статистические модели основаны на эмпирических данных и содержат, кроме переменных величин и констант, одну или несколько случайных величин различной природы, которые отражают случайные характеристики свойств объектов геологической среды. В принципе любая детерминированная модель, используемая при мониторинге, становится вероятностной, если в нее вводится какая-либо случайная компонента, обусловленная непредсказуемой точно функцией многих переменных.
При организации моделирования в системе мониторинга важно уметь создать модель ПТС, объектов геологической среды или ее элементов, отражающую взаимодействие природной и техногенной компонент. Для этого должна использоваться теория системного анализа.
В системном анализе применяется такой термин, как входной эффект, или вход, под которым понимается любое воздействие на систему со стороны окружающей или внешней среды, или соседней системы. В качестве входного эффекта может рассматриваться любой вид техногенного воздействия на геологическую среду или их комплекс. И наоборот, соответствующими выходными эффектами, или выходами, называются изменения (или отклики), которые претерпеваетсистема. Входные эффекты представляют собой внешние факторы по отношению к рассматриваемой системе (техногенная компонента), а выходные эффекты могут быть изменениями ее свойств и характеризоваться комплексом параметров (реакция геологической среды или ПТС).
При всем невообразимом многообразии реальных систем принципиально различных типов моделей систем очень немного. В системном анализе их выделяется всего четыре: 1) модель типа "черный ящик"; 2) модель состава; 3) модель структуры; 4) комплексная модель (сочетание первых трех).
Модель "черного ящика". Когда ничего неизвестно о внутреннем составе и устройстве самой исследуемой системы (ПТС, элементов геологической среды), то ее модель можно представить в виде непрозрачного "ящика", выделенного из окружающей среды, так называемого "черного ящика". Подчеркнем, что уже эта, максимально простая, модель по-своему отражает два следующих важных свойства системы: целостность и обособленность от среды. Во-вторых, хотя "ящик" и обособлен, выделен из среды, но не является полностью от нее изолированным. Иначе говоря, система связана со средой и с помощью этих связей воздействует на среду. Эти связи осуществляют "входы" и "выходы" рассматриваемой системы (см. рис. 32,а).
Отметим еще раз,что название такой модели образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании "ящика",
Рис. 32. Типы статических моделей систем: а — модель "черного ящика" ; б — модель состава; в — модель структуры; г — структурная схема модели системы (по Ф.И. Перегудову и Ф.П. Тарасенко, 1989)
т.е. рассматриваемой системы. В ней задаются, перечисляются или фиксируются только входные и выходные связи системы с окружающей средой (даже "стенки" ящика в этой модели •обычно не описываются, а лишь подразумеваются, признаются существующими).
Модель "черного ящика", несмотря на всю ее простоту, оказывается весьма полезной, в том числе и при анализе различных природно-технических систем, например, при анализе источников химического загрязнения геологической среды и ее отдельных элементов и т.п. В ряде же случаев модель "черного ящика" оказывается не только полезной, но и единственно возможной и единственно применимой для исследования объекта. Как правило, эта модель используется и на начальных этапах исследований, на начальных стадиях организации мониторинга.
Смысл использования модели "черного ящика" очень прост: варьируя входными переменными — интенсивностью техногенных воздействий (или исследуя их в разных условиях), исследователь изучает реакцию на них выходных параметров — изменений геологической среды или ее элементов. Анализируя затем эту реакцию на выходе, можно сделать ряд важных практических выводов о самой системе. При использовании этой модели в системе мониторинга она реализуется на ЭВМ, и поставленные задачи решаются подбором до наилучшего совпадения входных и
