Моделирование диффузного стока консервативных загрязнителей на участке реки Чарыш
https://doi.org/10.26897/1997-6011-2025-5-99-105
Аннотация
Целью работы является применение методики определения полного массового расхода консервативного загрязнителя и эффективной величины числа Пекле при различных сценариях диффузного загрязнения. На основе гидродинамической модели участка реки Чарыш произведен расчет прямой и обратной задачи определения полного массового расхода консервативного загрязнителя при различных сценариях диффузного загрязнения. Расчет обратной задачи выполнен с использованием методов нелинейной глобальной оптимизации и Монте-Карло на основе полиномиального представления распределения полного массового расхода. Установлено удовлетворительное согласие восстановленных и исходных распределений, при этом получена оценка эффективной величины числа Пекле. Выяснено, что значение эффективной величины числа Пекле находится в интервале его реального изменения.
Ключевые слова
диффузное загрязнение,
расход загрязнителя,
обратная задача,
глобальная оптимизация,
метод Монте-Карло
При поддержке: Работа выполнена в рамках государственного задания ИВЭП СО РАН (проект № 0306-2021-0002 «Изучение механизмов природных и антропогенных изменений количества и качества водных ресурсов Сибири с использованием гидрологических моделей и информационных технологий»).
Об авторах
В. Ю. Филимонов
Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН)
Россия
Россия
Валерий Юрьевич Филимонов, д-р физ.-мат. наук, главный научный сотрудник
656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1
А. В. Кудишин
Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН)
Россия
Россия
Алексей Васильевич Кудишин, канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник
656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1
О. В. Ловцкая
Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН)
Россия
Россия
Ольга Вольфовна Ловцкая, старший научный сотрудник
656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1
А. В. Дьяченко
Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН)
Россия
Россия
Александр Владимирович Дьяченко, научный сотрудник
656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1
К. В. Марусин
Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН)
Россия
Россия
Константин Валерьевич Марусин
656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1
Список литературы
1. Диффузное загрязнение водных объектов: проблемы и решения / Коллективная монография под рук. В.И. Данилова-Данильяна. М.: Российская академия наук. 2020. 512 с.
2. Коронкевич Н.И. Сток с водосбора как источник диффузного загрязнения рек / Н.И. Коронкевич, С.В. Долгов // Вода и экология, проблемы и решения. 2017. № 4 (72). С. 103-110. EDN: YPORPC
3. Раткович Л.Д. Факторы влияния диффузного загрязнения на водные объекты / Л.Д. Раткович, В.Н. Маркин, И.В. Глазунова, С.А. Соколова // Природообустройство. 2016. № 3. С. 64-75. EDN: WJLCPP
4. Chueh Yi, Fan C., Huang Y. Copper concentration simulation in a river by SWAT-WASP integration and its application to assessing the impacts of climate change and various remediation strategies // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 279. P. 111613.
5. Liu Q., Cheng Y., Fan C. Pollution characteristics and health exposure risks of heavy metals in river water affected by human activities // Sustainability. 2023. Vol. 15 (10). 8389. https://doi.org/10.3390/su15108389
6. Byrne P., Onnis P., Runkel R.L., Frau I., Lynch S.F.L., Edwards P. Critical shifts in trace metal transport and remediation performance under future low river flows // Environmental Science & Technology. 2020. Vol. 54 (24). P. 15742-15750. https://doi.org/10.1021/acs.est.0c04016
7. Ren J., Hao J., Tao L. Concentrations, spatial distribution, and pollution assessment of heavy metals in surficial sediments from upstream of Yellow River, China // Environmental science and pollution research. 2021. V. 28. P. 2904-2913. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10349-3
8. Boano F., Revelli R., Ridolfi L. Source identification in river pollution problems: A geostatistical approach // Water Resources Research. 2005. V. 41(7). P. 1-13. https://doi.org/10.1029/2004wr003754
9. Chaikovskii D., Zhang Y. Convergence analysis for forward and inverse problems in singularly perturbed time-dependent reaction-advection-diffusion equations // Journal of Computational Physics. 2002. V. 470. 111609. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2022.111609
10. Chen Y., Lin L.S., Viadero R.C., Gang D.D. Nonpoint Source Pollution // Water Environment Research. 2007. V. 79(10). P. 2032-2048. https://doi.org/10.2175/106143007X218656
11. Kulbay M., Mukanova B., Sebu C. Identification of separable sources for advection diffusion equations with variable diffusion coefficient from boundary measured data // Inverse Problems in Science and Engineering. 2017. V. 25(2). P. 279-308. https://doi.org/10.1080/17415977.2016.1160396
12. Kashefipoura S.M., Falconer R.A. Longitudinal dispersion coefficients in natural channels // Water Research. 2002. V. 36(6). P. 1596-1608. https://doi.org/10.1016/s0043-1354(01)00351-7
13. Pannone M., Mirauda D., Vincenzo A.D. Molino, B. Longitudinal dispersion in straight open channels: Anomalous breakthrough curves and first-order analytical solution for the depthaveraged concentration // Water. 2018. V. 10(4). P. 478. https://doi.org/10.3390/w10040478
14. Goliatt L., Sulaiman S.O., Khedher K.M., Farooqueean A.A., Yaseen Z.M. Estimation of natural streams longitudinal dispersion coefficient using hybrid evolutionary machine learning model // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2021. V. 15 (1). P. 1298-1320. https://doi.org/10.1080/19942060.2021.1972043
15. Gualtieri C., Ciaravino G., Doria G.P. Analysis of longitudinal dispersion equations in streams and rivers // Proceedings of the 7th International Conference on HydroScience and Engineering Philadelphia, USA September 10-13, 2006 (ICHE2006). Philadelphia, USA.
16. HEC-RAS River Analysis System User’s Manual Version 5.0. US Army Corps of Engineers. Hydrologic Engineering Center (HEC). 2016. 962 рр.
17. Filimonov V.Yu., Lovtskaya O.V., Zinoviev A.T. Calculation of dissolved pollutants mass flow according to the data of their concentration spatial distribution in the sites of small plaint rivers // Eurasian journal of mathematical and computer applications. 2023. V. 11(4). P. 14-28. https://doi.org/10.32523/2306-6172-2023-11-4-14-28
18. Nocedal J., Wright S.J. Numerical Optimization. New York: Springer. 2006. 651 p.
19. Global Optimization Toolbox. User’s Guide. The MathWorks, Inc., 2020. 877 p.
20. Strijov V., Weber G.W. Nonlinear regression model generation using hyperparameter optimization // Computers & Mathematics with Applications. 2010. V. 60(4). P. 981-988. https://doi.org/10.1016/j.camwa.2010.03.021.
Рецензия
Для цитирования:
Филимонов В.Ю., Кудишин А.В., Ловцкая О.В., Дьяченко А.В., Марусин К.В. Моделирование диффузного стока консервативных загрязнителей на участке реки Чарыш. Природообустройство. 2025;(5):99-105. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2025-5-99-105
For citation:
Filimonov V.Yu., Kudishin A.V., Lovtskaya O.V., Dyachenko A.V., Marusin K.V. Modeling of diffuse runoff of conservative pollutants in the Charysh River section. Prirodoobustrojstvo. 2025;(5):99-105. (In Russ.) https://doi.org/10.26897/1997-6011-2025-5-99-105
Просмотров:
18
Послать статью по эл. почте 