Моделювання гідродинаміки ґрунтових вод на підтоплених територіях
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро
Abstract
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача розрахунку динаміки ґрунтових вод на підтопленій території за роботи локального дренажу. Складність розв’язання даної задачі полягає в тому, що за наявності забудови на підтопленій території неможливо використовувати існуючі нормативні методики для розрахунку дренажу. Тому виникає потреба розроблення спеціалізованих математичних моделей для оцінювання зміни, з часом, рівня ґрунтових вод на підтопленій території. Мета роботи − розроблення чисельної багатопараметричної моделі та створення на її базі комп’ютерного коду для прогнозування зміни рівня ґрунтових вод та рівня забруднення підземного водоносного шару за роботи дренажу на підтопленій території. Методика. Для розрахунку динаміки ґрунтових вод за роботи водознижувальних свердловин використовується рівняння фільтрації для безнапірного підземного потоку. Для розрахунку концентрації домішки в ґрунтових водах за роботи дренажної системи використовується двовимірне рівняння масоперносу, що враховує конвективний перенос домішки та перенос домішки за рахунок дисперсії. Для чисельного інтегрування рівняння фільтрації безнапірних підземних вод використовується локально-одновимірна скінченорізницева схема розщеплення. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу домішки в ґрунтових водах за роботи дренажу використовується скінченорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Розроблена ефективна чисельна модель дозволяє прогнозувати зміну рівня ґрунтових вод під час роботи локального дренажу. Модель також дозволяє прогнозувати рівень забруднення ґрунтових вод за роботи дренажу. Практична значимість. На базі розробленої чисельної моделі розроблено комп’ютерний код, орієнтований на розв’язання комплексу прикладних задач, що пов’язані з проектуванням систем локального дренажу на підтоплених територіях. Висновки. Розроблені чисельна модель та комп’ютерний код дозволяють оцінювати динаміку зміни рівня ґрунтових вод та інтенсивність їх забруднення за роботи локального дренажу. Наведені результати обчислювального експерименту.
ENG: Problem statement. The task of calculating the dynamics of groundwater in the flooded area during the operation of local drainage is considered. The difficulty of solving this problem consists in the fact that in the presence of building on the flooded territory, it is impossible to use the existing regulatory methods for calculating the drainage. Therefore, there is a need to develop specialized mathematical models for evaluating the change over time in the groundwater level in the flooded area. The purpose of the work is to develop a numerical multi-parameter model and create a computer code based on it to predict changes in the level of groundwater and the level of pollution of the underground aquifer during the operation of drainage in a flooded area. Methodology. The filtration equation for headless underground flow is used to calculate the dynamics of groundwater during the operation of water-lowering wells. A two-dimensional mass transfer equation is used to calculate the impurity concentration in groundwater during the operation of the drainage system, which takes into account the convective transport of the impurity and the transport of the impurity due to dispersion. A locally one-dimensional finite-difference splitting scheme is used for the numerical integration of the filtration equation of headless groundwater. Finite-difference splitting schemes are used for numerical integration of the mass transfer equation of impurities in groundwater during drainage operation. Scientific novelty. An effective numerical model is developed, which allows predicting the change in the level of groundwater during the operation of local drainage. The model also makes it possible to predict the level of groundwater pollution during drainage operations. Practical value. Based on the developed numerical model, a computer code was developed, which is oriented towards the solution for a complex of applied problems related to the design of local drainage systems in flooded areas. Conclusions. A numerical model and computer code is developed that allow to evaluate the dynamics of changes in the groundwater level and the intensity of their pollution during the operation of local drainage. The results of the computational experiment are presented.
ENG: Problem statement. The task of calculating the dynamics of groundwater in the flooded area during the operation of local drainage is considered. The difficulty of solving this problem consists in the fact that in the presence of building on the flooded territory, it is impossible to use the existing regulatory methods for calculating the drainage. Therefore, there is a need to develop specialized mathematical models for evaluating the change over time in the groundwater level in the flooded area. The purpose of the work is to develop a numerical multi-parameter model and create a computer code based on it to predict changes in the level of groundwater and the level of pollution of the underground aquifer during the operation of drainage in a flooded area. Methodology. The filtration equation for headless underground flow is used to calculate the dynamics of groundwater during the operation of water-lowering wells. A two-dimensional mass transfer equation is used to calculate the impurity concentration in groundwater during the operation of the drainage system, which takes into account the convective transport of the impurity and the transport of the impurity due to dispersion. A locally one-dimensional finite-difference splitting scheme is used for the numerical integration of the filtration equation of headless groundwater. Finite-difference splitting schemes are used for numerical integration of the mass transfer equation of impurities in groundwater during drainage operation. Scientific novelty. An effective numerical model is developed, which allows predicting the change in the level of groundwater during the operation of local drainage. The model also makes it possible to predict the level of groundwater pollution during drainage operations. Practical value. Based on the developed numerical model, a computer code was developed, which is oriented towards the solution for a complex of applied problems related to the design of local drainage systems in flooded areas. Conclusions. A numerical model and computer code is developed that allow to evaluate the dynamics of changes in the groundwater level and the intensity of their pollution during the operation of local drainage. The results of the computational experiment are presented.
Description
М. Біляєв: ORCID: 0000-0002-1531-7882; В. Козачина: ORCID 0000-0002-6894-5532
Keywords
підтоплення території, локальний дренаж, рівняння фільтрації, чисельне моделювання, flooding of the territory, local drainage, filtration equation, numerical modeling, КГВФ
Citation
Біляєв М. М., Козачина В. А. Моделювання гідродинаміки ґрунтових вод на підтоплених територіях. Український журнал будівництва та архітектури. 2023. № 2 (014). С. 36–41. DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.250423.36.928.