ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ КРУПНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
Рассматривается комбинированный подход моделирования крупных водных объектов, на примере Камского водохранилища. Моделируемый водный объект (Камское водохранилище) является очень большим, сложным и техногенно нагруженным объектом для моделирования. В связи с ограниченностью вычислительных ресурсов, в настоящее время актуально использовать комбинированный подход при моделирований такого крупного водного объекта, как Камское водохранилище. Для всего водохранилища создаем одномерную модель, для его крупных техногенно нагруженных участков, в данном случае Соликамско-Березниковского промузла, создаем двухмерную модель, а для наиболее техногенно нагруженных участков (станция перекачки в г. Березники) создаем трехмерную модель.
Создание для всего Камского водохранилища трехмерной модели представляется не возможным в связи с тем, что для этого потребуются очень мощные вычислительные системы, которыми мы не располагаем, да и которых не так уж и много во всем мире. Данные модели позволяют производить расчеты с учетом неоднородности водных масс, при этом дают возможность выводить результаты как по отдельным сечениям так по отдельным профилям по длине потока Они так же позволяют определять допустимые техногенные нагрузки на водные объекты..
Создание двухмерной модели является очень сложной задачей, но более вероятно выполнимой, чем трехмерная модель. Двухмерная модель требует на порядок меньше вычислительных ресурсов, чем трехмерная модель, но двухмерная модель тоже не подходит из-за того, что её создание, улучшение и верификация займет в общем от 1 до 3 лет, а проводимые с её помощью расчеты будет происходить примерно один расчет в течений суток. Полностью отбросить возможность её создания конечно нельзя, если на это выделить огромные средства и время, то создание такой модели вполне возможно и даже необходимо, так как позволяет понять и оценить многие гидродинамические процессы, происходящие в Камском водохранилище. Дает возможность оценить: скоростной режим потока, направления течений, время полной смены водной массы в водохранилище, последствия всевозможных аварийных ситуаций на предприятиях расположенных по берегам водохранилища, анализируя возможных реализуемых при таких авариях. Одномерная модель является наиболее приемлемой для реализации, так как ее создание не занимает много времени, её расчет происходит в течений пары минут и она способно быстро адаптироваться, улучшаться и изменяться, верификация тоже будет относительно не очень сложной. Данная модель позволяет получить все необходимые данные, которые в основном необходимо знать по водным объектам, это скорости, глубины и уровни водной поверхности.
Выше описаны основные недостатки и плюсы всех трех моделей. В связи с ограниченностью вычислительных ресурсов, в настоящее время актуально использовать комбинированный подход при моделирований такого крупного водного объекта, как Камское водохранилище. Для всего Камского водохранилища делаем одномерную модель, для которой необходимо знать морфометрию дна и берегов водохранилища, задать начальные и граничные условия в виде расходов воды поступающей в водохранилище из различных источников, рек ручьев, а так же зависимость уровня воды от расходов на Камской ГЭС или зависимость уровня воды от времени на Камской ГЭС и коэффициент сопротивления. Одномерная модель позволяет рассчитывать данные уровней воды и скоростей по всему водохранилищу.
Для крупных техногенно нагруженных участков водохранилища, в данном случае Соликамско-Березниковского промузла, делаем двухмерную модель, для которой необходимо знать морфометрию моделируемого участка, по возможности более точную, чем для построения одномерной модели, необходимо задать начальные и граничные условия в виде расходов воды и уровня воды, а так же ветровую нагрузку, начальную скорость потока, коэффициент сопротивления, силу Кориолиса, а для проведения расчетов на возможное распространение загрязнений еще и задать расходы и концентрации источников загрязнения. При использовании комбинированных моделей появляется возможность проводить оценку накальных и граничных условии для 2–х мерных моделей на основе проедения расчетов по одномерной модели. В тоже время двухмерная модель дает поле скоростей осредненных по глубине и поле уровней воды на моделируемом участке, а так же дает зоны загрязнения, при возможных случаях распространения загрязняющих веществ.
Трехмерную модель создаем для наиболее техногенно нагруженных участков (станция перекачки в г. Березники), где необходима оценка неоднородности водных масс по глубине. Для этого необходимо знать морфометрию моделируемого участка, по возможности еще более точную, чем для построения двухмерной модели, также необходимо задать начальные и граничные условия в виде расходов воды и поля уровней воды, а так же ветровую нагрузку, начальное поле скоростей тока, коэффициент сопротивления, силу Кориолиса, а для проведения расчетов на возможное распространение загрязнений еще и задание расходов, концентраций и размеров источников загрязнения. В модели понадобятся данные, полученные из двухмерной модели, это начальное поле скоростей тока и поле уровней воды по всему участку моделирования. Модель дает возможность проследить изменение скоростей по глубине, дает возможность анализа происходящих течений и перемещений водных масс.
В результате получаем экономию человеческих ресурсов, экономию времени и экономию вычислительных ресурсов. Мы расставляем приоритеты, для каких участков лучше будет одномерная или двухмерная, или трехмерная модель. Так для всего водохранилища в целом достаточно одномерной модели, в тоже время для техногенно нагруженных участков целесообразно использовать двухмерные модели в дополнение к одномерной модели. Для отдельных участков с наиболее жизненно важными объектами инфраструктуры, например, участки со сбросом высокоминерализованных рассолов, водозаборными станциями, для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека просто необходимы трехмерные модели. Это необходимо для установления влияния загрязнения, придонных наносов, изменения водных масс и учета неоднородности водных масс на объект, и влияние течений на качество потребляемой воды населением.
