- •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
5.7.2. Моделирование прибрежных зон Финского залива (Краткое описание модели экосистемы Финского залива) [26]
Система моделей на вложенных сетках работает следующим образом. Сначала на двумерной модели «мелкой воды» всего Балтийского моря рассчитываются изменения уровня моря на входе в Финский залив. С этими граничными условиями трехмерная гидродинамическая модель воспроизводит циркуляцию вод в Финском заливе на пятимильной сеточной области с временным шагом в три часа. Вертикальная структура аппроксимирована девятью слоями с верхними границами, расположенными на глубинах 0, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 50, и 60 м. И, наконец, горизонтальные и вертикальные потоки воды интегрируются в пределах каждых суток в соответствие с трехмерной структурой боксовой модели представлено на рисунке 2.10, воспроизводящей взаимодействие процессов физического переноса и биогеохимических превращений в каждом «столбце» боксов на одномерной модели вертикальной диффузии неконсервативных субстанций - экосистемных переменных модели. В водной толще такими переменными являются: сообщества автотрофов и гетероторофов, органические азот и фосфор, содержащиеся в детрите, аммоний, нитраты и фосфаты, а также растворенный кислород. Придонные боксы взаимодействуют также с лабильными соединениями азота и фосфора, содержащимися в верхнем активном слое донных отложений.
Рисунок 2.10 - Боксовая аппроксимация Финского залива в модели
Боксы примерно соответствуют: 1 - Невской Губе, 2 - мелководному району, 3 и 4 - переходному району, 5 и 6 - внешнему эстуарию Невы, 7 - Нарвскому заливу, 8 - финским шхерам, 9 - открытым водам восточной части Финского залива
Выедание
Автотрофы
Гетеротрофы
Аммоний,
нитраты, фосфаты
Минерализация,
денитрификация
P
N
Детрит
Смертность
Захоронение
Минерализация
Выход
со дна
Объедание
Рисунок 2.11- обобщенная схема биогеохимических потоков вещества в модели
5.7.3. Список литературы
1. Абакумов В. А. (ред.) Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.
2. Руководство по химическому анализу вод суши Л., Гидрометеоиздат, 1977
3.Шишкин А.И. Математическое моделирование переноса примесей и прогнозирование состава окружающей среды. – Л.: Ленинградская лесотехническая академия, 1981. – 123 с.
4. Экология: Учебник для технических вузов / Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев и др.; под ред. Л.И. Цветковой. –М.: Изд-во АСВ, СПб.: Химиздат, 2001. – 552 с.
5.. Дружинин Н.И., Шишкин А.И. Математическое моделирование и прогнозирование загрязнения поверхностных вод суши. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 329 с.
6. Шишкин А.И., Жуков К.Г., Саяпин К.Я. Вычислительные средства систем управления качество окружающей среды. – Л.: Ленинградская лесотехническая академия, 1986. – 88 с.
7. Афанасьев А.И. Оптимизация предельно допустимого сброса промстоков ЦБП методами машинного моделирования при проектировании систем водоотведения: Автореф… канд. техн. наук. – Л.: Технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности, 1988. – 16 с.
8. Дружинин Н.И., Шишкин А.И. Метод электро-конвективно-диффузионной аналогии и его применение при составлении прогноза качества воды в водоёмах. – М.: ВДНХ, 1975. – 34 с.
9. Вавилин В.А., Циткин А.И. Математическое моделирование качества воды // Водные ресурсы. – 1977. – № 5. – С. 114–133
10. Беки Дж.А., Карплюс У.Дж. Теория и применение гибридных вычислительных систем. – М.: Мир, 1970. – 483 с.
11. Кюнж Ж.А. и др. Численные методы в задачах речной гидравлики: практическое применение / Ж.А. Кюнж, Ф.М. Холли, А. Вервей – М.: Энергоиздат, 1985. – 256 с.
12. Рихтмайер Р., Мортон К. Разностные методы решения краевых задач. – М.: Мир, 1972. – 418 с
13. Жуков К.Г., Подобед М.В. Модификационный метод Эйлера и его реализация средствами АЦВТ // Расширенное заседание Национального комитета Международной ассоциации по аналоговым вычислениям: Тр. – Рязань, 1978. – С. 38–42.
14. Рихтмайер Р., Мортон К. Разностные методы решения краевых задач. – М.: Мир, 1972. – 418 с.
15. Лапшев Н.Н. Расчёты выпусков сточных вод/ Н.Н. Лапшев. – М.: Стройиздат, 1977, -87 с
16. Шишкин А.И. Основы математического моделирования конвективно-диффузионного переноса примесей. – Л.: ЛТИ ЦБП, 1976. – 243 с.
17. Афанасьев А.И. Оптимизация предельно допустимого сброса промстоков ЦБП методами машинного моделирования при проектировании систем водоотведения: Автореф… канд. техн. наук. – Л.: Технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности, 1988. – 16 с
18. Жуков К.Г., Лоренц Е.А. Специализированный аналоговый процессор на линейных интегральных схемах. Линейные интегральные схемы и их применение в приборостроении и промышленной автоматике // Всесоюзная научно-техническая конференция. – Л.: ЛЭТИ, 1977
19. Шишкин А.И. К вопросу теории развития метода ЭКДА и практики его применения при прогнозе качества воды // Материалы VI Всесоюзного симпозиума по современным проблемам самоочищения водоёмов и регулирования качества воды. – Секция 1. – Таллин: ТПИ, 1979. – С. 23–35
20. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: Пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – Т.1. – 504 с
21. Гультяев А. Имитационное моделирование в среде Windows. – СПб: Корона принт, 1999. – 288 с
22. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MatLab: учебный курс. – CПб: Питер, 2000. – 432 с.
23. Математическое моделирование природных экосистем / В.И. Косов, Д.Ф. Шульгин, В.Е. Клыков, В.Н. Иванов. – Тверь, 1998. – 255 с
24. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MatLab: учебный курс. – CПб: Питер, 2000. – 432 с.
25. Горбунов Н.Е., Шишкин А.И. Имитационное моделирование задач прогноза качества воды аналого-цифровыми средствами // Научно-технические ведомости СПбГТУ. – СПБ: Изд-во СПбГТУ, 2000. - №4. - C. 122-130
26. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. – М.: Наука, 1982. – 320 с.
27. Караушев А.В., Речная гидравлика, Л. Гидрометиоиздат, 1969, 416 с
28. Интегрированное управление водными ресурсами Санкт- Петербурга и Ленинградской области/ опыт создания систем поддержки принятия решений. СПб.: Borey Print, 2001, 419c.
29 Маневич Я.З. ; Обоснование основных параметровгенеральной гидравлической модели Невской губы, Известия issn 0368-0738
30. Гиргидов А. Д. Турбулентная диффузия с конечной скоростью.— СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1996.— 259с.
31.Гиргидов А. Д. Техническая механика жидкости и газа (одномерные задачи): Учеб. пособие / А. Д. Гиргидов; ЛГТУ.—Л.: ЛГТУ, 1990.—79 с.
32. Основы прогнозирования качества поверхностных вод. – М.: Наука, 1982, - 181 с
33. Черкинский С.Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоёмы. – М.: Стройиздат, 1977. – 224 с.
34. Лапшев Н.Н. Расчёты выпусков сточных вод/ Н.Н. Лапшев. – М.: Стройиздат, 1977, -87 с
35. Шишкин А.И. Определение допустимых промышленных выбросов ЦБП в водоёмы методом ЭКДА. – Л.: Ленинградская лесотехническая академия, 1983. – 50 с.
36. Юделевич А.М. Идентификация параметров моделей фильтрационного режима в системе «Гравитационная бетонная плотина – скальное основание»: Автореф… канд. техн. наук. – СПб, 1999. – 25 с
37. Беличенко Ю.П., Карабан И.Н., Косовцева Л.В. Об одном подходе к расчёту предельно допустимых сбросов в водные объекты // География и природные ресурсы. – 1986. – №2. – С. 119–122.
38. Ревская губа, опыт моделирования; издание Санкт-Петербуржского научного центра, ; под редакцией Нищенко1957г, 419 с
39. рх. ГГИ, №43348, 1981 год
40. Нижеховский Р.А.; Вопросы гидрологии реки Невы и Невской губы, Л. гидромететеоиздат, 1988 г
41. Нижеховский Р.А. Вопросы формирования качества вод реки Невы и Невской губы; Л. гидрометеоиздат. 1985 г
42. Зимин А.А, Белоусова Н.В.; Гидрохимический словарь, Л. гидрометиоиздат, 1988 г.