- •Реферат
- •Содержание
- •Предисловие
- •Введение. Предмет и задачи учебных дисциплин
- •1. Введение в информатику
- •1.1. Определение информации
- •1.2. Свойства информации
- •1.3. Информационные процессы
- •1.4. Процесс хранения информации
- •1.5. Процесс обработки информации
- •1.6. Процесс передачи информации
- •2. Системный подход к гидроло-экологическим расчетам
- •2.1. Общие положения
- •Общие положения, задачи гидроэкологии
- •Место гидроэкологии в системе наук
- •Основные положения системного подхода
- •Системный подход в гидроэкологических исследованиях
- •2.1.1. Полевые наблюдения
- •2.1.2. Эксперимент
- •2.1.3. Моделирование
- •Общие принципы моделирования
- •2.2. Общая схема системного подхода
- •2.2.1. Постановка задачи
- •2.2.2. Концептуализация
- •2.2.3. Спецификация
- •2.2.4. Наблюдения
- •2.2.5. Идентификация
- •2.2.6. Эксперименты
- •2.2.7. Реализация модели
- •2.2.8. Проверка модели
- •2.2.9. Исследование модели
- •2.2.10. Оптимизация
- •2.2.11. Заключительный синтез
- •Моделирование водных экосистем
- •Оптимизационные модели в гидроэкологии
- •3. Основы алгоритмизации (для лабораторных работ по гидрологии)
- •3.1. Введение
- •3.2. Алгоритмические действия
- •3.3. Определение алгоритма и основные требования
- •3.4. Приведение к процедурному представлению
- •3.5. Типовые процедуры
- •4. Представление программных документов
- •4.1. Положение о фонде алгоритмов и программ
- •1. Oбщиe положения
- •2. Состав материалов на програмные средства, представляемых в фап ипс ран
- •4. Доступ к материалам фонда и их использование
- •5. Состав, содержание и порядок оформления материалов пpoгpaмныx средств
- •4.2. Отраслевой фонд алгоритмов и программ (офап)
- •4.3. Правила оформления программных документов
- •4.3.1. Текст программы. Требования к содёржанию и оформлению
- •1. Общие требования
- •2. Титульная часть
- •4. Основная часть
- •4.4. Виды программ и программных документов
- •1. Виды программ
- •2. Виды программмых доkуmehtоb
- •4.5. Описание программы
- •4.6. Описание применения
- •5. Математические модели качества воды
- •5.1. Принципы математического моделирования качества воды водотоков
- •5.2. Расчеты процессов конвективно-диффузионного переноса (кдп)
- •5.2.1. Построение математической модели качества воды на основе схематизации процесса кдп и пв
- •5.2.1.1. Сущность метода кдп и пв
- •I рода II рода III рода
- •5.2.1.2. Схематическое описание процессов кдп и пв
- •5.2.1.3. Определение краевых условия для моделирования
- •5.2.2. Методы решения типовых задач кдп и пв
- •5.2.2.1. Методы, использующие разложение в ряд Тейлора [8, 9, 10]
- •5.2.2.2. Метод Эйлера [10, 11]
- •5.2.2.3. Методы Рунге-Кутта [10,11, 13, 14]
- •5.2.2.4. Применение метода конечных разностей для решения уравнений кдп и пв
- •5.2.2.5. Применение метода сеток для решения уравнений кдп и пв
- •5.2.2.6. Методы непосредственного моделирования
- •5.2.2.7. Применение метода схемотехнического моделирования
- •5.3. Имитационное моделирование задач формирования качества воды при различных видах техногенной нагрузки
- •Принципы моделирования
- •5.4. Пример постановки задачи формирования качества воды (модели распространения загрязнений в основном русле р. Невы)
- •5.4.1. Гидрологическая оценка объекта исследования (реки Нева)
- •5.4.1.1. Общая характеристика гидросистемы
- •5.4.1.2. Сток воды р. Невы и его распределение по рукавам дельты (гидравлическая схема расчета)
- •5.4.1.3. Расчетные формулы
- •5.4.1.5. Расчет поперечной диффузии
- •5.4.1.6. Расчет параметров створа
- •5.4.1.7. Конфигурация рассеивающего источника задаётся следующим способом
- •5.5. Оценка параметров для моделей прогнозирования качества воды в исследуемой системе
- •5.6. Результаты моделирования бассейна р. Невы с использованием пакета «Гидроэкопрогноз 2.97.001»
- •5.6.1. Расчетный участок
- •5.6.2. Параметры расчётной модели
- •5.6.3. Основные результаты и выводы по расчетам
- •5.7. Невская Губа
- •5.7.1. Краткая характеристика Невской губы
- •5.7.2. Моделирование прибрежных зон Финского залива (Краткое описание модели экосистемы Финского залива) [26]
- •5.7.3. Список литературы
- •6. Гидрологические расчеты распространения примесей
- •6.1. Постановка задачи
- •6.2. Выбор схемы решения задачи массопереноса в воде
- •6.3. Литература
- •7. Методические указания к практикуму «Расчеты тепломассопереноса в реках и водоемах»
- •7.1. Общие положения
- •7.2. Условия однозначности
- •7.3. Методы решения задач
- •7.4. Практикум «Расчеты тепломассопереноса в реках и водоемах»
- •7.4.1. Задача 1. Расчёт вертикального распределения температуры воды в водоёме при открытой водной поверхности (без учёта факторов гидродинамики)
- •7.4.1.1. Постановка задачи
- •7.4.1.2. Пример решения
- •7.4.2. Задача 2. Расчёт теплообмена в ложе водоёма
- •7.4.2.1. Постановка задачи
- •7.4.2.2. Пример решения
- •7.4.3. Задача 3. Расчёт среднедневного и среднедекадного значения коэффициента теплопроводности для слоя снега при постоянной его плотности
- •7.4.3.1. Постановка задачи
- •7.4.3.2. Пример решения
- •7.4.4. Задача 4. Расчёт разбавления сточных вод в реках по методу а.В. Караушева (плоская задача)
- •7.4.4.1. Постановка задачи
- •7.4.4.2. Пример решения
- •7.4.5. Задача 5. Расчёт теплопереноса в водотоке
- •7.4.5.1. Постановка задачи
- •7.4.5.2. Пример решения
- •Литература
- •8. Приложения Министерство образования Российской Федерации
- •Программа учебной дисциплины «применение методов информатики в гидрологии»
- •012700 – Гидрология суши
- •Пояснительная записка
- •I организационно-методические указания
- •II объем и распределение часов курса по видам занятий. Формы контроля Продолжительность изучения 1 семестр Общая трудоёмкость дисциплины 109 часов
- •III содержание курса
- •Раздел 1. Введение (2л)
- •Раздел 2. Персональный компьютер. (4л 4с)
- •Раздел 3. Операционные системы. (4л 6с)
- •Раздел 4. Графические пользовательские оболочки операционной системы мс-дос (6л 6с)
- •Раздел 5. Операционная система windows. (6л 8с)
- •Раздел 6. Проводник. (2л 2с)
- •Раздел 7. Текстовые редакторы. (6л 8с)
- •Раздел 8. Библиотечные процессоры. (8л 8с)
- •Раздел 9. Общие сведения о программировании на языках высокого уровня. (4л 2с)
- •Раздел 10. Работа с кампилятором turbo-pascal. (10л 10с)
- •Раздел 11. Основы информационной безопасности (4л 2с)
- •Самостоятельная работа
- •IV. Литература Основная
- •Министерство образования Российской Федерации
- •Программа учебной дисциплины «применение эвм в гидрологии»
- •012700 – Гидрология суши
- •Пояснительная записка
- •I организационно-методические указания
- •II объем и распределение часов курса по видам занятий. Формы контроля Продолжительность изучения 1 семестр Общая трудоёмкость дисциплины 137 часов
- •III содержание курса
- •Раздел 1. Введение (2л)
- •Раздел 2. Правила оформления программных документов. (4л 4с)
- •Раздел 3. Требования к организации информации при использовании эвм. (6л 6с)
- •Раздел 4. Этапы системного анализа и их взаимосвязь. (4л 6с)
- •Раздел 5. Моделирование и математические модели. (6л 8с)
- •Раздел 6. Организация вычислительного процесса. (6л 8с)
- •Самостоятельная работа
- •IV. Литература
- •Вопросы по информатике
3.4. Приведение к процедурному представлению
В линейном алгоритме, где все действия выполняются последовательно, любое неэлементарное действие можно выделить в процедуру. Рекомендуется выделять процедуры, которые выполняются не один раз и/или облегчают чтение алгоритма.
К сожалению не всегда можно привести алгоритм к процедурному представлению. На примере вычисления среднего слоя атмосферного слоя методом квадратов рассмотрим алгоритм с вложенными циклами. В этом случае в процедуры целесообразно выделять только те части алгоритма, которые содержат циклы только самого нижнего уровня вложения и при этом выполняются последовательно.
Задача может быть представлена в виде четырех последовательных действий, которые надо привести к элементарным действиям:
Разбить площадь водосбора сетью равновеликих квадратов числом n.
В квадратах, где есть станции, определить среднюю величину осадков как среднее арифметическое из слоя осадков станций, попавших в квадрат.
В квадратах, где нет станций, определить среднюю величину осадков интерполированием значений осадков в соседних квадратах.
Вычислить среднее значение слоя осадков делением суммы осадков во всех квадратах, расположенных в пределах водосбора, на число квадратов.
Чтобы выполнить действия 2, 3, 4 надо вычислить величины осадков во всех квадратах. Однако эти действия нельзя объединить в один «цикл по квадратам», т.к. квадраты со станциями должны быть «обработаны» раньше квадратов без станций. Поэтому можно организовать либо три цикла, либо два цикла: на второе и на остальные 3 и 4 действия.
В первом «цикле по квадратам» для вычисления суммы осадков в квадрате необходимо проверить координаты всех станций, чтобы определить, попадают ли они в данный квадрат. «Цикл по станциям» будет вложен внутрь «цикла по квадратам».
Наконец, в условиях задачи не указано число квадратов, и может понадобиться производить различные разбиения площади водосбора и сравнивать результаты, поэтому необходим внешний «цикл делений площади», включающий все остальные циклы. В итоге получаем следующую схему алгоритма:
1. начало
2. выполнить процедуру ввода исходных данных по станциям
3. цикл деления площади водосбора на n квадратов: начало
. . .
3.1. цикл по квадратам для определения средней величины осадков как средней арифметической из слоя осадков станций, попавших в квадрат: начало
3.1.1. цикл по станциям для определения суммы осадков по станциям, попавшим в квадрат: начало
3.1.2. конец цикла по станциям
3.2. конец цикла по квадратам
3.3. цикл по квадратам для определения средней величины осадков интерполированием величин осадков в соседних квадратах и для определения суммы осадков во всех квадратах: начало
3.4. конец цикла по квадратам
3.5. вычислить среднее значение слоя осадков
. . .
4. конец цикла деления площади
5. конец
В этой схеме ввод исходных данных выделен в отдельную процедуру и вынесен в начало для удобства чтения алгоритма и облегчения отладки. Но если данных много, и они не требуют особого контроля, то это действие можно включить в цикл по станциям, пункт 3.1.1.
В окончательном виде алгоритм может иметь следующий вид:
начало
объявление переменных
S – площадь водосбора (квадрат)
m – число станций
Z[m] – массив осадков по метеостанциям
X[m], Y[m] – массивы координат станций
n – число квадратов
a – сторона квадрата
D[n] – массив осадков по квадратам
DS[n] – массив числа станций по квадратам
ix – номер квадрата по оси OX
iy – номер квадрата по оси OY
REZ – результат, средний слой осадков на площади водосбора
вып. процедуры ввода исходных данных: S, m, Z[m], X[m], Y[m]
цикл деления площади водосбора на n квадратов: начало
вып. процедуры задания числа квадратов
присвоение начальных значений D[i]=0, DS[i]=0 для i=i,m; ix=0; iy=0; a=кв. корень из S/n; b=кв. корень из n;
цикл по n квадратам, i=1,n: начало
если квадрат находится в начале строки матрицы квадратов, т.е. i=b*iy+1, то ix=1; iy=iy+1, иначе ix=ix+1
цикл по m станциям, j=1,m: начало
если j-ая станция с координатами x[ j ], y[ j ] попадает в квадрат, т.е. (ix-1)*a < X[ j ] < ix*a .И. (iy-1)*a < Y[ j ] <= iy*a, то D[i]=D[i]+Z[ j ]; DS[i]=DS[i]+1
конец цикла по станциям
если D[i]<>0 .И. DS[i]<>0, то D[i]=D[i] / DS[i]
конец цикла по квадратам
цикл по n квадратам, i=1,n: начало
если станций в квадрате нет, DS[i=0], то вып. процедуры интерполирования осадков по квадратам, результат а D[i]
REZ=REZ+D[i]
конец цикла по квадратам
вычисление среднего слоя осадков: REZ=REZ / n
вывод результатов
конец цикла деления площади водосбора
конец