46. Понятие о гидрогеохимическом моделировании и прогнозировании

Гидрогеохимический прогноз в гидрогеологии—это вероятно­стное предсказание изменений химического состава подземных вод, происходящих во времени и пространстве под влиянием естественных и искусственных факторов. Особое значение гид­рогеохимические прогнозы приобретают в настоящее время, когда качество подземных вод хозяйственно-питьевого назна­чения может быстро изменяться под влиянием различных за­грязняющих веществ и нерационального эксплуатационного водоотбора.

Прогнозы имеют исключительно важное значение для своевременной разработки и проектирова­ния водоохранных мероприятий, сохранения и улучшения каче­ства воды, управления этим качеством; они необходимы для обеспечения оптимального функционирования эксплуатацион­ных водозаборов.

К формализованным методам относят: а) методы экстраполяции и интерполяции, основанные на статистическом изучении гидрогеохимических явлений и б) методы моделиро­вания, основанные на построении и изучении вспомогательных созданных нами искусственных систем, называемых моделями.

Все методы прогнозирования делятся на два основных ти­па: интуитивные и формализованные. К числу интуитивных методов относят широко распространенный метод экспертных оценок, который представляет собой индивидуальные или кол­лективные суждения специалистов о дальнейшем развитии обът екта. Такие суждения выполняются на основе мобилизации профессионального опыта. Методы экспертных оценок использу­ются при анализе объектов, развитие которых не поддается формализации на основе методов точных наук

Пути и методы гидрогеохимического про­гнозирования зависят от конкретных задач прогноза, стадии гидрогеологических забот, гидрогеологических и гидрогеохими­ческнх ситуаций, возможностей приложения к ним существую­щих расчетных средств, степени обеспеченности таких расчет­ных средств необходимой информацией о происходящих про­цессах и т. д.

Моделирование—это метод изучения объекта или процесса, в ходе которого исследуется не сам объект, а некоторая вспо­могательная, созданная нами система, называемая моделью. В ггх существуют различные виды моделей. К первым из них относятся так называемые портретные—или фотографические модели, фиксирующие какие-то определенные гидрогеохимические качества гидрогеологической структуры. К таким моделям относятся гндрогеохимические карты, гидро­геохимические разрезы н т. д. Эти модели могут быть исполь­зованы только для качественного прогноза гидрогеохимических явлений.

Второй тип моделей — генетические, которые дают возмож­ность рассчитывать гидрогеохимические явления и прогнозиро­вать их. Такие модели выражаются различными количествен­ными зависимостями н формулами. В основе этих моделей ле­жат принципы точных фундаментальных наук

Примерами являются модель комплексообразо­вания элементов в подземных водах, основанная на принципах химической термодинамики;

Используя такие модели, н, варьируя граничными условиями, можно определять и вычислять резуль­тат различных процессов, происходящих в гидрогеологических структурах. Именно в этом заключается прогностическая сила и смысл генетических моделей.

Исходя из общей теории моделирования и управления, сформулируем общие требования к прогностическим моделям:

• модель должна соответствовать современному научному уровню знаний о процессах, происходящих в гидрогеохимиче­ских системах;

• модель должна находиться в определенном соответствии с самим познаваемым объектом в отношении некоторых задан­ных критериев, т. е. должна обладать свойством адекватности;

• в ходе познания и прогнозирования модель должна быть способной замещать по определенным критериям сам объект и реакции модели на внешние возмущения должны быть по­добны реальным природным реакциям, т. е. модель должна обладать свойством адаптивности.

Важнейшим вопросом является оптимальный предел фак­торов, учитываемых в модели, обеспечивающий ее максималь­ную адекватность реальности.

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.

это возможность вычисли­тельного эксперимента.

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.

При моделировании гидрогеохимических явлений и процес­сов важно знать, что ЭВМ