ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІКИ ПІДЗЕМНИХ ВОД ТА ПРОЦЕСІВ ТЕПЛОМАСОПЕРЕНОСУ
DOI:
https://doi.org/10.30838/UJCEA.2312.271224.135.1121Ключові слова:
фільтрація, підземні води, математичне моделювання, тепломасоперенос, заморожування підземних водАнотація
Постановка проблеми. Підземні води зазнають значного антропогенного навантаження в багатьох країнах світу. Наслідком такого навантаження є зміна рівня ґрунтових вод, погіршення їх якості. Захист підземних вод від антропогенного навантаження включає рішення декількох важливих задач. Значна кількість задач пов’язана з необхідністю прогнозування процесів фільтрації та тепломасопереносу в підземних потоках. У зв’язку з цим важливо мати спеціалізовані математичні моделі як сучасний інструмент наукового дослідження. Слід зазначити, що використання фізичного експерименту для задач даного класу суттєво обмежено, що пов’язано зі значною вартістю обладнання, значними витратами часу на постановку та проведення експерименту. Мета роботи – створення комплексу чисельних моделей для моделювання процесів фільтрації та тепломасопереносу в ґрунтових водах. Методика. Для моделювання процесу руху безнапірного потоку підземних вод використовується рівняння безнапірної фільтрації. Для моделювання процесу масоперносу домішки в підземних водах використовується двовимірне рівняння конвективно-дифузійного руху забруднюючої речовини. Для моделювання процесу теплопереносу в підземних водах, в задачі про заморожування підземних вод, використовується двовимірне рівняння енергії. Для числового інтегрування моделюючих рівнянь використовуються кінцево-різницеві схеми. Наукова новизна. Розроблено чисельні моделі процесів фільтрації та тепломасопереносу, що дозволяють в режиме реального часу аналізувати зміну якості та теплового режиму підземних вод. Практична значимість. Розроблені чисельні моделі дають можливість швидко аналізувати нестаціонарні процеси тепломасопереносу в підземних водах при розробці систем дренажу на підтоплених територіях. Висновки. Побудовано чисельні моделі фільтрації та тепломасоперносу в підземних водах. Для практичного використання побудованих моделей потребується стандартна гідрологічна інформація. Моделі дають можливість аналізувати динаміку формування льоду в підземних водах при реалізації технології заморожування потоку підземних вод.
Посилання
DSTU-N B V.1.1-38:2016. Nastanova shchodo inzhenernoho zakhystu terytorii, budivel i sporud vid pidtoplennia ta zatoplennia [DSTU-N B V.1.1-38:2016 Guidelines on engineering protection of territories, buildings and structures against flooding and inundation]. Kyiv : SE “State Research Institute of Building Structures”, 2017,
p. (in Ukrainian).
Zgurovskiy M.Z., Skopetskiy V.V., Khrushch V.K. and Belyaev N.N. Chislennoe modelirovanie rasprostra-neniya zagryazneniya v okruzhayushchey srede [Numerical modeling of the spread of pollution in the environment]. Kyiv : Naukova Dumka Publ., 1997, 368 p. (in Russian).
Kremez V.S., Buts Y.V. and Tsymbal V.A. Modelyuvannya protsesu pidtoplennya terytoriy v zoni vplyvu vodoskhovyshch. Lyudyna ta dovkillya [The modelling of process of flooding by subsoil waters is in the affected of reservoirs zone. Man and environment]. Problemy neoekolohiyi [Issues of Neoecology]. 2012, no. 1−2, pp. 128–130. (in Ukrainian).
Rudakov D.V. Matematychni metody v okhoroni pidzemnykh vod [Mathematical methods in groundwater protection]. Dnipropetrovsk : National Mining University Publ., 2012, 158 p. (in Ukrainian).
Tiutkin O.L. & Miroshnyk V.А. Porivnyalʹnyy analiz spetsialʹnykh sposobiv pid chas prokhodky vertykalʹnykh vyrobok [Comparative analysis of special methods during vertical works]. Mosty ta tuneli: teoriya, doslidzhennya, praktyka [Bridges and Tunnels: Theory, Research, Practice]. 2020, no. 17, pp. 81–90. URL: https://doi.org/10.15802/bttrp2020/205019 (in Ukrainian).
Shcherbak O.V., Yakovlev Ye.O. and Dolin V.V. Modelyuvannya hidroheofilʹtratsiynoho polya gruntovykh vod u zoni vplyvu metalurhiynoho vyrobnytstva [Modeling of hydrogeofiltration groundwater field in the influence zone of metallurgical production]. Mineralʹni resursy Ukrayiny [Mineral Resources of Ukraine]. 2018, no. 3, pp. 19–25. URL: https://doi.org/10.31996/mru.2018.3.19-25 (in Ukrainian).
Cashman P.M. and Preene M. Groundwater Lowering in Construction. A Practical Guide to Dewatering. CRC Press, 2020. URL: https://doi.org/10.1201/ 9781003050025
Guangwei Wu, Yulong Dong, Lei Liu, Yingqiang Yao, Yubai Bi, Jian Guo and Sha Gu. In Study on Groundwater Environmental Impact Assessment in Datang Binzhou Combined Heat and Power Generation Project Based on MODFLOW. 2023, vol. 43: Hydraulic and Civil Engineering Technology VIII, pp. 766774. URL: https://doi.org/10.3233/atde230795
Harbaugh A.W. MODFLOW-2005 : the U.S. Geological Survey modular ground-water model-the ground-water flow process. In Techniques and Methods 6-A16. 2005. URL: https://doi.org/10.3133/tm6a16
Hong Z., Shi R., Yue F., Yang J. and Wu Y. Mathematical Solution of Temperature Field in Non-Hollow Frozen Soil Cylinder Formed by Annular Layout of Freezing Pipes. Mathematics. 2023, no. 11 (8), pp. 1–15. URL: https://doi.org/10.3390/math11081962
Mustafa S., Bahar A., Aziz Z.A. and Darwish M. Analytical solutions of contaminant transport in homogeneous and isotropic aquifer in three-dimensional groundwater flow. Environmental Science and Pollution Research. 2022, no. 29 (58), pp. 87114–87131. URL: https://doi.org/10.1007/s11356-022-21402-8
Shaikh B.Y. and Eldho T.I. Analytical modeling of contaminant transport along sloping coastal beaches in presence of tidal waves and exponential rainfall infiltration. Journal of Contaminant Hydrology. 2023, no. 256, art. 104194. URL: https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2023.104194
Shakeri R., Nassery H.R. and Ebadi T. Numerical modeling of groundwater flow and nitrate transport using MODFLOW and MT3DMS in the Karaj alluvial aquifer, Iran. Environmental Monitoring and Assessment. 2022, no. 195, arti. 242. URL: https://doi.org/10.1007/s10661-022-10881-4
Zhou M.-M., Marwan A. and Meschke G. Modeling and optimization of ground freezing in tunneling. ITA World Tunnel Congress-2015. 2015, pp. 1–12.
Remediation of sites with mixed contamination of radioactive and other hazardous substances. Vienna : International Atomic Energy Agency, 2006.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Біляєв М. М., Козачина В. А., Кіріченко П. С., Козачина В. В., Кайдаш М. Д.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
<a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><img alt="Creative Commons License" style="border-width:0" src="https:/ /i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png" /></a><br />Ця робота ліцензована за <a rel="license" href="http://creativecommons.org /licenses/by/4.0/">Міжнародна ліцензія Creative Commons Attribution 4.0</a>.
