Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
414
При моделировании гидрогеохимических явлений и процессов важно знать, что ЭВМ — это средство не только для счета на новом качественном уровне, но и для решения самых разнообразных задач, решение которых в «домашинное время» было невозможно. Прежде всего, это возможность вычислительного эксперимента. Дело в том, что прямое адекватное экспериментальное изучение природных гидрогеохимических явлений практически невозможно,- Главными препятствиями на пути эксперимента являются: а) многокомпонентность природных систем; б) время их существования и функционирования; в) метастабильность многих реакций в эксперименте; г) неизбежность упрощения и изменения систем; д) необходимость проведения большого числа экспериментов и т. п.
Компьютерный вычислительный эксперимент при правильном выборе модели и определении граничных условий часто оказывается более эффективным, чем прямой эксперимент, поскольку существует возможность вычислительного определения геохимических эффектов любых процессов при любых граничных условиях и параметрах их протекания.
Другие важные возможности ЭВМ связаны с решениями так называемых обратных задач. В моделировании обычно используют такое понятие как обратная связь. Это воздействие выходных величин какой-то определенной системы на входные величины этой системы. На основе обратной связи и решают эти обратные задачи. Типичный пример решения обратной задачи в гидрогеохимии —это установление условий и параметров формирования химического состава подземных вод по его конечному естественному или заданному состоянию. Эта важная возможность моделирования позволяет решать задачи управления качеством подземных вод. Их сущность заключается в решении вопроса; как надо изменить химический состав подземных вод и условия его формирования для того, чтобы концентрация нормируемого элемента не превышала ПДК-
В то же время надо отчетливо представлять, что при всех этих больших возможностях ЭВМ, не сама машина решает задачу— эту задачу решает работающий на ней человек. ЭВМ это мощное вычислительное средство с очень большими возможностями решения различных задач, но качество решения этих задач зависит от того насколько была правильно выбрана модель, насколько она адекватна природной реальности и насколько правильно были оценены вероятные процессы с позиций их геохимической реальности, количественных характеристик и граничных условий протекания.
Приведем еще некоторые определения, применяемые в моделировании. В технологии- моделирования используют понятия «алгоритм», «программа» и «язык программирования». Алгоритм — это совокупность правил, определяющих эффектив-
но
ную процедуру решения вычислительной задачи. Это точное предписание, регламентирующее последовательность выполняемых вычислительных и логических действий и определяющее наши действия в ходе преобразования информации для решения конкретной задачи. Мы уже давно, правда не сознавая этого, живем в мире алгоритмов. Например, правило сложения или правило вычисления квадратного корня, это тоже алгоритмы. Выполнить алгоритм —это значит выполнить определенную последовательность действий. Программа — это распоряжение для вычислительной машины, в своей сущности это описание алгоритма решения задачи, заданное и записанное на языке вычислительной машины. Дело в том, что разные типы ЭВМ имеют различные языки и ЭВМ может выполнить программу действий, записанную только на том языке, на который она рассчитана. В связи с этим созданы различные языки программирования. Язык программирования — это формальный язык общения человека с ЭВМ, предназначенный для описания совокупности действий, выполнение которых обеспечит решение требуемой задачи. В настоящее время имеется несколько языков программирования (АЛГОЛ-60, ФОРТРАН, ПЛ-1, ПАСКАЛЬ, БЕЙСИК). Для решения гидрогеохимических задач на используемых больших и персональных ЭВМ чаще используют разные модификации ФОРТРАНа (его название происходит от английских слов Formula translator) и ПЛ-1 (Programming Language).
?
15.2. СОСТОЯНИЕ, ЗАДАЧИ И ПУТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИИ
Исторически сложилось так, что в гидрогеологии при прогнозе изменений химического состава подземных вод длительное время использовали так называемые гидродинамические методы, основанные преимущественно на транспортных моделях (это модели конвекции, поршневого вытеснения и др.). Такие модели довольно полно описывают перемещение подземных вод в водоносных системах, но обычно недостаточно учитывают геохимические взаимодействия как в гомогенных системах подземных вод, так и в гетерогенных системах «подземная вода— порода». Распределения компонентов химического состава подземных вод при использовании таких моделей обычно прогнозируются в предположении совместного и одновременного движения растворителя и растворенного вещества на основе механических параметров переноса. При использовании таких транспортных моделей фронт растворенного вещества должен возрастать одновременно с увеличением скорости потока подзомных вод. Иногда в таких моделях учитывается
