Дослідження впливу розливу забруднюючої речовини на вологоперенесення в ґрунті засобами комп’ютерного та математичного моделювання

Автор(и)

  • Олена Дмитрівна Кожушко Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне
  • Петро Миколайович Мартинюк Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне

DOI:

https://doi.org/10.32626/2308-5916.2018-17.80-92

Анотація

Комп'ютерне та математичне моделювання процесів вологоперенесення в ґрунтах займає чільне місце при проектуванні гідроспоруд, дослідженні стійкості зсувонебезпечних ґрунтових масивів, прогнозуванні врожайності тощо. Ці задачі є складовими забезпечення економічної безпеки держави.

Для формулювання задачі вологоперенесення в даній роботі використовувалася модель, що враховує взаємопов'язані процеси перенесення вологи, тепла та хімічних речовин. Розглянуто різні змінні параметри середовища та згаданих процесів, а також описано деякі залежності для їх знаходження. Дослідження даної моделі здійснено на прикладі двовимірної задачі для випадку розливу забруднюючої речовини на поверхні ґрунту. Особливістю такої задачі є забруднення ґрунту внаслідок адсорбції твердими частками ґрунту хімічної речовини. У цьому випадку, на нашу думку, особливо важливим стає врахування зміни пористості ґрунту, що відбувається внаслідок збільшення об’єму твердих часток. Також відіграють свою роль зміна густини порової рідини, що зростає при розчиненні у ній забруднюючих солей, та явище хімічного осмосу, що впливає на рух рідини.

Поставлена задача вологоперенесення в ґрунті з врахуванням змінної пористості була розв’язана чисельно методом скінченних елементів. Програмна реалізація відповідних алгоритмів здійснена в середовищі FreeFem++. Здійснено чисельні експерименти, в яких порівняно розв’язки класичної задачі вологоперенесення та поставленої задачі із врахуванням тепломасоперенесення. У другому випадку в розподіл вологи у ґрунті спостерігалися значно більші перепади вологості. Це більш точно відображає умови розглянутої задачі та пояснюється впливом описаних вище змінних параметрів процесу. Результати чисельних експериментів свідчать про важливість врахування масоперенесення та пов’язаних із ним факторів для подібних задач.

Посилання

Веригин Н. Н. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород / Н. Н. Веригин, С. В. Васильев, В. С. Саркисян и др. — М. : Недра, 1977. — 271 с.

Власюк А. П. Математичне моделювання фільтраційної консолідації зростаючого шару ґрунту за наявності солепереносу в неізотермічних умовах / А. П. Власюк, П. М. Мартинюк // Математичні методи та фізико-механічні поля. — 2006. — Вип. 49. — № 4. — С. 157–166.

Власюк А. П. Числове розв’язування двовимірної задачі фільтраційної когнолідації ґрунтового масиву за наявності тепло-масоперенесення в деформівній області / А. П. Власюк, П. М. Мартинюк, М. В. Каленик // Вісник Львівського університету. Серія: Прикладна математика та інформатика. — 2007. — Вип. 13. — С. 78–89.

Гайвась Б. Конвективно-теплове сушіння шару зерна / Б. Гайвась, Є. Чапля, Д. Чаплаєв // Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології. — 2015. — Вип. 21. — С. 39–51.

Герус В. А. Узагальнення рівнянь фільтрації та тепломасоперенесення на випадок суфозійних процесів / В. А. Герус, Т. В. Кутя, П. М. Мартинюк // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки. — 2016. — Вип. 14. — С. 48–63.

Кутя Т. В. Рівняння вологоперенесення в грунтах з урахуванням теплових та хімічних чинників / Т. В. Кутя, В. А. Герус, П. М. Мартинюк // Математичні методи та фізико-механічні поля. — 2017. — Т. 60, № 1. — С. 169–177.

Медвідь Н. В. Дослідження впливу тепло-солеперенесення на швидкість фільтрації в грунтовій греблі (просторова задача) / Н. В. Медвідь, П. М. Мартинюк // Вісник Тернопільського національного технічного університету. — 2015. — Вип. 4 (80). — С. 172–181.

Мічута О. Р. Математичне моделювання процесів хімічної та контактної суфозії в ґрунтах / О. Р. Мічута, П. М. Мартинюк, В. А. Герус. — Рівне : Вид-во НУВГП, 2016. — 207 с.

Study and comparison the efficiency of Mualem-Van Genuchten and Brooks-Corey models in predictiny unsaturated hydraulic conductivity in compacted soils / H. Abbaspour, M. Sorafa, R. Daneshfaraz et al. // Journal Civil Engineer-ing and Urbanism. — 2012. — Vol. 2 (2). — P. 56–62.

FreeFem++. Third Edition. Laboratoire Jacques-Louis Lions / F. Hecht, S. Auliac, O. Pironneau et al. — Paris : Universite Pierre et Marie Curieх. — 378 p. — URL: http://www.freefem.org/ff++/ftp/freefem++doc.pdf.

Modeling coupled water flow, solute transport and geochemical reactions affecting heavy metal migration in a podzol soil / D. Jacques, J. Simunek, D. Mallants et al. // Geoderma. — 2008. — Vol. 145 (3–4). — P. 449–461.

Mathematical model of nonisothermal moisture transference in the form of water and vapor in soils in the case of chemical internal erosion / P. M. Martyniuk, M. T. Kuzlo, S. K. Matus et al. // Far East Journal of Mathematical Sciences. — 2017. — Vol. 102 (12). — P. 3211–3221.

Massman W. J. Modeling soil heating and moisture transport under extreme conditions: Forest fires and slash pile burns / W. J. Massman // Water Resourses Research. — 2012. — Vol. 48. — W10548. — P. 1–12.

Saifadeen, A., Gladneyva, R. Modeling of solute transport in the unsaturated zone using HYDRUS-1D. Division of Water Resources Engineering / A. Saifadeen, R. Gladneyva. — Lund University. — 74 p. — URL: https://lup.lub.lu.se/student-papers/search/publication/3051081 (дата звернення: 14.04.2018)

Mathematical modeling of density and viscosity of NaCl aqueous solutions / A. I. Simion, C.-G. Grigoras, A.-M. Rosu et al. // Journal of Agroalimentary Pro-cesses and Technologies. — 2015. — Vol. 21 (1). — P. 41–52.

Shao W. Simulations of coupled non-isothermal soil moisture transport and evaporation fluxes in a forest area / W. Shao, Y. Su, J. Langhammer // Journal of Hydrology and Hydromechanics. — 2017. — Vol. 65 (4). — P. 410–425.

Theory of SWAP version 2.0. Simulation of water flow, solute transport and plant growth in the Soil-Water-Atmosphere-Plant environment / J. C. Van Dam, J. Hyugen, J. G. Wesseling et al. — Wageningen Agricultural University and DLO Winand Staring Centre, 1997. — 168 p.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-05-18