Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)

Для цитирования:

Сухинов А. И., Чистяков А. Е., Сидорякина В. В., Кузнецова И. Ю., Атаян А. М. Использование параллельных вычислений для оценки процесса переноса загрязняющих веществ в мелководных водоемах // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Математика. Механика. Информатика. 2024. Т. 24, вып. 2. С. 298-315. DOI: 10.18500/1816-9791-2024-24-2-298-315, EDN: LXBVIR

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.05.2024
Полный текст:
скачать
(downloads: 118)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Информатика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
519.6
DOI: 
10.18500/1816-9791-2024-24-2-298-315
EDN: 
LXBVIR

Использование параллельных вычислений для оценки процесса переноса загрязняющих веществ в мелководных водоемах

Авторы: 
Сухинов Александр Иванович, Донской государственный технический университет
Чистяков Александр Евгеньевич, Донской государственный технический университет
Сидорякина Валентина Владимировна, Донской государственный технический университет
Кузнецова Инна Юрьевна, Южный федеральный университет
Атаян Ася Михайловна, Донской государственный технический университет
Аннотация: 

Во многих странах мира отмечается ухудшение геоэкологического состояния водных объектов, связанное со значительно возросшим антропогенным воздействием на природные воды. При этом гарантированное качество водных ресурсов и его надежность обеспечиваются сопоставлением реализуемого качества и гарантированного. В настоящей статье рассматриваются модели поступления и перемещения загрязняющих веществ, содержащихся в водной среде. На основе используемых в настоящее время подходов и критериев загрязнения вод разработан комплекс параллельных программ для высокопроизводительных вычислительных систем, позволяющий моделировать рассматриваемые процессы, а также оценивать риски и уязвимость по отношению к антропогенным воздействиям, проводить районирование акватории мелководного водоема в соответствии с уровнями антропогенных нагрузок, осуществлять экологическое проектирование с позиции устойчивого развития.

Ключевые слова: 
перенос загрязняющих веществ
модель гидродинамики
модели диффузии-конвекции взвеси
явно-неявная схема
параллельные алгоритмы
Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-21-00509).
Список источников: 
  1. Moriasi D. N., Wilson B. N., Douglas-Mankin K. R., Arnold J. G., Gowda P. H. Hydrologic and water quality models: Use, calibration, and validation // Transactions of the ASABE. 2012. Vol. 55, iss. 4. P. 1241–1247. http://dx.doi.org/10.13031/2013.42265
  2. Bristeau M. O., Perthame B. Transport of pollutant in shallow water using kinetic schemes // ESAIM Proceedings. 2001. Vol. 10. P. 9–21. http://dx.doi.org/10.1051/proc:2001002
  3. Hang Z. Commentary on study of surface water quality model // JournaI of Water Resources and ArchitecturaI Engineering. 2006. Vol. 4, iss. 4. P. 18–21.
  4. Burn D. H., McBean E. A. Optimization modeling of water quality in an uncertain environment // Water Resources Research. 1985. Vol. 21, iss. 7. P. 934–940. https://doi.org/10.1029/WR021i007p00934
  5. Rinaldi S., Soncini-Sessa R. Sensitivity analysis of generalized Streeter – Phelps models // Advances in Water Resources. 1978. Vol. 1, iss. 3. P. 141–146. https://doi.org/10.1016/0309-1708(78)90024-6
  6. Dobbins W. E. BOD and oxygen relationships in streams // Journal of Sanitary Engineering Division. 1964. Vol. 90, iss. 3. P. 53–78. https://doi.org/10.1061/JSEDAI.0000495
  7. Camp T. R. Water and Its Impurities. New York : Van Nostrand Reinhold Inc., 1963. 368 p.
  8. Mujumdar P. P., Subbarao Vemula V. R. Fuzzy waste load allocation model: Simulation-optimization approach // Journal of Computing in Civil Engineering. 2004. Vol. 18, iss. 2. P. 120–131. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0887-3801(2004)18:2(120)
  9. Yih S.-M., Davidson B. Identification in nonlinear, distributed parameter water quality models // Water Resources Research. 1975. Vol. 11, iss. 5. P. 693–704. https://doi.org/10.1029/WR011i005p00693
  10. Jirka G. H. Large scale flow structures and mixing processes in shallow flows // Journal of Hydraulic Research. 2001. Vol. 39, iss. 6. P. 567–573. https://doi.org/10.1080/00221686.2001.9628285
  11. Murillo J., Burguete J., Brufau P., Garcia-Navarro P. Coupling between shallow water and solute flow equations: Analysis and management of source terms in 2D // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2005. Vol. 49, iss. 3. P. 267–299. https://doi.org/10.1002/fld.992
  12. Vasilachi I. C., Asiminicesei D. M., Fertu D. I., Gavrilescu M. Occurrence and fate of emerging pollutants in water environment and options for their removal // Water. 2021. Vol. 13. Art. 181. https://doi.org/10.3390/w13020181
  13. Wang Q., Li S., Jia P., Qi C., Ding F. A review of surface water quality models // The Scientific World Journal. 2013. Vol. 2013. Art. 231768. https://doi.org/10.1155/2013/231768
  14. Сидорякина В. В., Сухинов А. И. Исследование корректности и численная реализация линеаризованной двумерной задачи транспорта наносов // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2017. Т. 57, № 6. С. 985–1002. http://doi.org/10.7868/S0044466917060138, EDN: YRWNQH
  15. Сухинов А. И., Чистяков А. Е., Проценко Е. А., Сидорякина В. В., Проценко C. B. Комплекс объединенных моделей транспорта наносов и взвесей с учетом трехмерных гидродинамических процессов в прибрежной зоне // Математическое моделирование. 2020. T. 32, № 2. С. 3–23. https://doi.org/10.20948/mm-2020-02-01
  16. Сухинов А. И., Чистяков А. Е., Проценко Е. А., Сидорякина В. В., Проценко C. B. Параллельные алгоритмы решения задачи динамики изменения рельефа дна в прибрежных системах // Вычислительные методы и программирование. 2020. Т. 21, вып. 3. С. 196–206. https://doi.org/10.26089/NumMet.v21r318, EDN: UHVOOQ
  17. Четверушкин Б. Н. Пределы детализации и формулировка моделей уравнений сплошных сред // Математическое моделирование. 2012. Т. 24, № 11. С. 33–52. EDN: RXPNZB
  18. Д’Асчензо Н., Савельев В. И., Четверушкин Б. Н. Об одном алгоритме решения параболических и эллиптических уравнений // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2015. Т. 55, № 8. С. 1320–1328. https://doi.org/10.7868/S0044466915080037, EDN: UDEXPJ
  19. Четверушкин Б. Н., Д’Асчензо Н., Савельев А. В., Савельев В. И. Кинетическая модель для магнитной газовой динамики // Математическое моделирование. 2017. Т. 29, № 3, С. 3–15. EDN: YIXTTB
  20. Сухинов А. И., Проценко Е. А., Чистяков А. Е., Шретер С. А. Сравнение вычислительных эффективностей явной и неявной схем для задачи транспорта наносов в прибрежных водных системах // Вычислительные методы и программирование. 2015. Т. 16, вып. 3. С. 328–338. https://doi.org/10.26089/NumMet.v16r332, EDN: YTTYNN
  21. Sukhinov A., Chistyakov A., Sidoryakina V. Investigation of nonlinear 2D bottom transportation dynamics in coastal zone on optimal curvilinear boundary adaptive grids // XIII International Scientific-Technical Conference “Dynamic of Technical Systems” (DTS-2017) (September 13–15, 2017). Rostov-on-Don : EDP Sciences, 2017. Art. 4003. https://doi.org/10.1051/matecconf/201713204003, EDN: ZWFGPV
  22. Ковтун И. И., Проценко Е. А., Сухинов А. И., Чистяков А. Е. Расчет воздействия на водные биоресурсы дноуглубительных работ в Белом море // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9, № 2. С. 27–38. EDN: XENHWZ
  23. Биологические процессы и самоочищение на загрязненном участке реки: (на примере верх. Днепра) / под ред. Г. Г. Винберга. Минск : Изд-во БГУ им. В. И. Ленина, 1973. 192 с.
  24. Винберг Г. Г., Алимов А. Ф., Балушкина Е. В., Никулина В. Н., Финогенова Н. П., Цалолихин С. Я. Опыт применения разных систем биологической индикации загрязнения вод // Научные основы контроля качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1977. С. 124–132.
  25. Данилов-Данильян В. И., Готовцев А. В., Никаноров А. М. Проблемы мониторинга БПК // Водные ресурсы. 2012. Т. 39, № 5. С. 510–520. EDN: PBWDDP
  26. Джамалов Р. Г., Мягкова К. Г., Никаноров А. М., Решетняк О. С., Сафронова Т. И., Трофимчук М. М. Гидрохимический сток рек бассейна Оки // Вода и экология: проблемы и решения. 2017. № 4 (72). С. 26–39. https://doi.org/10.23968/2305-3488.2017.22.4.26-39, EDN: YPORLZ
  27. Никаноров А. М., Брызгало В. А., Решетняк О. С. Изменчивость экологического состояния речных зон устьевых экосистем крупных рек России // Вода: химия и экология. 2013. № 12. С. 15–21. EDN: RPYDUF
  28. Матишов Г. Г., Степаньян О. В., Григоренко К. С., Харьковский В. М., Поважный В. В., Сойер В. Г. Особенности гидролого-гидрохимического режима Азовского и Черного морей в 2013 г. // Вестник Южного научного центра. 2015. Т. 11, № 2. С. 36–44. EDN: UCBKRJ
Поступила в редакцию: 
11.05.2023
Принята к публикации: 
11.07.2023
Опубликована: 
31.05.2024
  • 293 просмотра