CC BY
45APRIL 27-28, 2023
MATEMATIK MODELLASHTIRISH ASOSIDA YER OSTI SUVLARI GEOFILTRATSIYASI MASALALARINI YECHISH Xabibullaev I.X., Yusupov R.A. https://doi.org/10.5281/zenodo.7861811
Annototsiya. Maqolada matematik modellashtirish asosida yer osti suvlari geofiltratsiyasi masalalarini sonli yechish tushunchasi qaralgan. Buxoro va Navoiy viloyatlarida yashayotgan aholini sifatli ichimlik suvi bilan ta'minlashda, Zarafshan vohasida joylashgan Damxo'ja suv olish inshoatida olib borilgan tadqiqotlar keltirilgan. Tadqiqot jarayonida matematik va geoinformatsion modellashtirish, raqamli usullar, algoritmlar va dasturlar, suvli qatlamlarning filtrlash parametrlarini tizimli tahlil qilish hamda rejim va dinamikasi parametrlari va elementlarini o'rganish olingan ma'lumotlarni qayta ishlash usullari qo'llanilgan.
Kalit so'zlar: matematik modellashtirish, yer osti suvlari, geofiltartsiya masalalari, algoritmlar, dasturiy majmua.
KIRISH
Jahonda ko'plab ilmiy tadqiqotlar va hisoblash-eksperimentlar geofiltratsiya jarayonlarini har tomonlama tadbiqi asosida aholining ichimlik suviga bo'lgan talablarini qondirish, gidrotexnik inshoatlar qurish, yer osti suvlari zaxiralarini baholash, atrof-muhitni muhofaza qilish hamda mavjud gidrogeologik sharoitlarni to'g'ri aniqlash zarurligini ko'rsatmoqda. Shu sababli suv olish inshoatlari asosida ichimlik suvi manbasining chuchuk suv resurslari turli xil shart-sharoitlari o'zgarishi monitoringini yuritish usullarini takomillashtirish, yer osti gidrosferasi holatini o'rganishga va yer osti suvlaridan samarali foydalanishda geofiltratsiya jarayonlarini matematik modellash, dastlabki axborot massivi ma'lumotlar bazalarini tuzish hamda ularni qo'llanilishi juda ham dolzarb masalalardan hisoblanadi.
O'zbekiston Respublikasida hozir kunda 69 ta shahar, 335 ta posyolka va 2902 ta qishloq aholi punkitlari aholisining ehtiyojlari yer osti suvlari zaxiralari hisobiga qondirilmoqda. Respublikamiz mustaqilikka erishganidan so'ng o'rganilayotgan hudud bo'yicha suv xo'jaligi faoliyatining o'zgarishi tufayli ishlatinayotgan Zarafshon vohasi hozirgi yer osti suvi konida geofiltratsiya jarayonlari va faoliyatidagi Damxo'ja suv olish inshoati hududida geologiya-qidiruv hamda qo'shimcha filtratsiya tajriba-sinash, matematik modellash ishlari asosida "Damxo'ja suv olish inshoatining mukammal suv olish qobiliyatini model bo'yicha baholash" -kabi fikr, g'oyaviy masalalar maqsadga ko'ra obyektiv voqelikka moslik munosabatlari ifodalandi. Yer osti suvlaridan oqilona foydalanishni matematik modellashtirish va zamonaviy qurilma dasturiy vositalar asosida o'rganish, nazorat qilish, ularni hisobga olishni modernizatsiyalash, samarali monitoring tizimini yaratgan holda ularning zaxiralarini yanada ko'paytirish, kamayib ketish va ifloslanishdan muhofaza qilish, shuningdek, respublikamiz aholisini sifatli ichimlik suvi bilan ta'minlash maqsadida: Buxoro, Kogon, Navoiy, Kattaqo'rg'on va Nurobod shaharlari va mazkur modernizatsiyanalishdagi bir qator aholi yashash punktlarini ichimlik suvi bilan ta'minlash borasida A kategori 204.7 ming m3/kun, B kategoriyaisda - 195.3 ming m3/kun to'rtlamchi allyuvial suvli qatlamda ishlatiladigan muvozanatda yer osti suvi zaxirasini tasdiqladi [2, 6].
APRIL 27-28, 2023
Hozirgi faoliyat yuritilayotgan Murtak va Nurobod suv inshoatlari (100 ming m3/kun) umumiy suv olish inshoatlarining bir bo'lagi sifatida qabul qilingan, Zarafshon daryosi irmog'ining Qoradaryo o'zanidagi Damxo'ja chuchuk yer osti suvlari zaxiralarini ko'paytirish bo'yicha gidrogeologiya ishlarini amalga oshirish, ularning holati yuzasidan ilmiy-tadqiqot, dala-komeral va monitoring ishlari olib borish, gidrogeologiya-melioratsiya tadqiqotlari o'tkazish, hududiy gidrogeologiya stansiyalarining ishlab chiqarish bazalari asosida statistik tahlil, matematik modellash hamda filtratsiya tajriba-sinash ishlari olib borildi.
Yer osti suvlarining geofiltratsiya jarayonlari tavfsilotlari va xususiyatlarini modellash asosida o'rganish Ch.Teys, Ch.Djeykoba, L.Lukner, V.A.Mironenko, V.M.Shestakov, A.A.Samarskiy, N.N.Verigin, L.S.Yazvin, B.V.Borevskiy, I.K.Gavich kabi chet el olimlari, shuningdek, F.B.Abutaliev, U.U.Umarov, I.X.Xabibullaev, R.N.Usmonov, J.X.Djumanov, P.P.Nageevich, I.N.Gracheva va b., kabi vatandosh olimlar tadqiqotlar olib borgan [1, 3].
Masalaning qo'yilishi va tadqiqot ishning maqsadi gidrogeologik muhitda suv xo'jalik faoliyati o'zgarishi, daryo va yer osti suvlarini o'zaro bog'lanishlarini hisobga olgan holda suv olish inshoati hududlarida suv sathlari, resurslaridagi o'zgarishlarni samarali hisoblashning geofiltratsion matematik modellarini ishlab chiqishdan iborat.
Buxoro viloyati (Navoiy bilan birgalikda) aholisiga bo'lgan ehtiyoj 1318 ming m 3/kun, shu jumladan: shaharlar - 1051 ta, qishloq aholi punktlari - 267 ta, 2010 yil uchun - 1882 ming m3/kun, shu jumladan: shaharlar - 1487 ta, qishloq aholi punktlari - 395 ta. Samarqand viloyatida 2010-yilda ichimlik suviga bo'lgan ehtiyoj 1432 ming m3/kun (shahar va tuman markazlarida - 989, qishloqlarda - 443), 2020-yilda 2168 ming m3/kun (shahar - 1576 , qishloq -592). Samarqand viloyatining o'z chuchuk suvi (P.Neyman) bilan ta'minlanmagan g'arbiy hududlari umumiy hududiy ehtiyojning qariyb 10 foizini tashkil qiladi [2, 3].
Hozirgi vaqtda Buxoro va Navoiy viloyatlari hududida dastlabki qidiruv ma'lumotlari bo'yicha hisoblangan 203 ming m3/kun chuchuk suv resurslari (sho'rligi 1 g/l gacha) yer osti suvlari mavjud. Bular Zarafshon daryosining qadimiy kanalida 100 ming m3/kun resurslarga ega Ko'kchi koni, G'arbiy-Qizilqum koni kuniga 50 ming m3/kun, Qizilqum tog' tizmalari - 30 ming m3/kun, Shimoli-Sharqiy Qizilqum - 20 ming m3/kun va Mingbuloq - 3 ming m3/kun. Buxoro va Qorako'l vohalarida minerallashuvi 1g/l gacha bo'lgan alohida quduqlar ham bor. Lekin aholini toza va sifatli ichimlik suvi bilan ta'minlashda 300 ming m3/kun chuchuk suv resurslari (qo'shimcha yana 100 m3/kun) lozim bo'lmoqda, suv ta'minotida matematik modellash usullari bilan suv zaxiralarini qidirish va baholash (sho'rligi 1 g/l gacha) ilmiy tadqiqot ishalrini taqozo yetadi [2, 7].
Mazkur masalani yechish va maqsadni amalga oshirish uchun Zarafshon daryosi o'zanidagi Qoradaryo irmog'ining Damxo'ja chuchuk yer osti suvlari konining murakkab va o'zgaruvchan sharoitlarida suv olish inshoatlarining mukammalligini aniqlash tamoillarini tezkor tanlash imkonini beradigan modeli va dasturiy vositasi ishlab chiqish masalasi qo'yilgan.
Tadqiqot jarayonida matematik va geoinformatsion modellashtirish, raqamli usullar, algoritmlar va dasturlar, suvli qatlamlarning filtrlash parametrlarini tizimli tahlil qilish hamda rejim va dinamikasi parametrlari va elementlarini o'rganish bo'yicha dala va laboratoriya tajribalari, eksperimental usullar, shuningdek, olingan ma'lumotlarni qayta ishlash usullari qo'llanilgan.
ASOSIY QISM
APRIL 27-28, 2023
Yer osti va yer usti suvlarining o'zaro ta'sirini modellashtirish yuqori va pastki chegaralarda hamda ichki manbalarda suv oqimi sharoitlari bo'lgan daryo o'zanida joylashagan suv olish inshoatlari hududida rejalashtirilgan nostatsionar yerkin suv sathli geofiltrlashning matematik modeli misolida ko'rib chiqiladi, bunda suv almashinuv harakatidagi, ma'lum tezligidagi tashqi shartlardagi (chegaraviy) o'ziga xos oqim sathidir h = h (x, y, t).
Matematik model o'zaro bog'langan suvli qatlamlarda yer osti suvlarining nostatsionar rejimdagi oqimini tavsiflovchi tenglamalar tizimiga asoslangan bo'lib geofiltratsiya jarayonlarini modellashtirish vazifalari odatda gidrogeologik, yerkin sathli tizim doirasida shakllantiriladi va raqamli yechimida yanada qat'iy matematik rasmiylashtirish qo'llaniladi. Yer osti suvlarining suvli qatlamdagi harakatining matematik modeli parabolik turdagi hususiy hosilali nostatsionar filtrlanishning tekislik huhudidagi differensial tenglamalari tizimi bilan tavsiflanadi, u quyidagi shaklga ega [1, 5]:
dh dt dh\ dt dh\ (1.1) *Tt=Tx [k*h ~x)+^ [kyh SQ«"> (1.2)
h(x,y,t0) = ^1(x,y,t0); t0 = 0; (x,y) E G
h(x,y,t) = ^2(x,y,t); t > to; (x,y) ^ G±; (13)
dh , ^ , ^ (1.4)
—kh— = ^3(x,y,t); t>to; (x,y)EG2;
—kh — = y(hv — h); t>toi (x,y)EG3; on
bu yerda ^ - suvli qatlamning suv yo'qotish koeffitsienti (o'lchovsiz kattalik); h=h(x, y, t) - yer osti suvlari sathi yoki yerkin
yuzasi, m, ^y
- mos ravishda soha eni va uzunligi bo'yicha bo'ylama va ko'ldalang filtrlanish koeffitsiyenti, m/kun; f(x, y, t)=fk-fd-fSp-grunt suvlarining infiltratsion to'ldirilishi, atmosfera yog'inlari va sug'orish suvlarining (daryodan, kanallardan filtrlanish ) suv qatlamiga oqib o'tuvchi qismidan iborat. Hududda suv sathi vaqt o'tishi bilan sezilarli darajada o'zgaradi, shuning uchun uni koordinatalar va vaqt funksiyasi sifatida ko'rsatish mumkin. Bu yerda: fk - kanal, soy yoki daryo bo'lsa, yer osti suvlarini to'yintiruvchi daryodir; fd - drenaj bo'lsa, u yer osti suvlaridan to'yinadi, yani yer osti suvlarini oqizib ketadi; fp-yer osti suvlari sathidan bug'lanishdir, maydon xarakteriga ega bo'lib, fazoviy va vaqt koordinatalarining funksiyasi hisoblanadi; Qskv - quduqning oqim tezligi; Qskv =Q(t) 5 (x-xo, y-yo) t>to; S -Dirak funksiyasi; x, y - fazoviy va t - vaqt koordinatalari, to - hisoblashning dastlabki vaqti.
Yer osti suvlari sathining o'zgarishini o'rganishimizda, ya'ni G sohada (1) tenglamani yechish masalasini qaraymiz. Bu hududni filtratsiya hududi deb ataymiz va uni yetarli darajada silliq G egri chiziq bilan chegaralangan deb faraz qilamiz, G = G1 + G2 + G3 kesmada u uzluksiz chiziqlidir.
(1) tenglamaning umumiy yechimi h ning ixtiyoriy holatlariga bog'liq, shu sababli, aynan yechimini olish uchun qo'shimcha shartlar zarur, ularning tabiati yer osti va yer usti suvlari sathi darajasidagi o'zgarishlarni o'rganish bilan aniq vazifani bajarish mumkin.
Oqimning umumiy tekislikdagi harakatini konstruktiv tuzilmasini saqlab qolgan holda, daryo suvi oqimi, o'zani va suv oqimlarining gidrogeodinamik nomukammalligi fo qo'shimcha filtrlash qarshiligi bilan tavsiflanadi, bu suv qatlamining sath o'zgarishining nomukammalligini
APRIL 27-28, 2023
hisobga oladi tabiatan matematik modeli [3, 7] va uning raqamli yechimi [6] hamda dasturiy ta'minoti [8, 9] tadqiqotlarda keltirilgan.
Matematik modellashtirish orqali daryoning yuqori oqimida galereyaning ta'siri baholandi. Modellashtirish 3000 m * 500 m maydonga ega bo'lgan suv toshqini va tekislik ustidagi I -terassasi hududini abscissa o'qi bo'ylab 300 ta katakchalar va ordinata o'qi bo'ylab 50 ta ustunlar bilan qamrab olindi (1-rasm). Modellashtirish uchun minimal to'r panjara oralig'i galereya fragmenti joylashtirilgan maydonda va modelning yon tomonlarida maksimal 10 * 10
1-Rasm. O'rganilayotgan sohani matematik model sxemasi
Modelda teskari masalalarni yechish jarayonida kuzatuv quduqlaridagi monitoring
o'lchovi haqiqiy suv sathlari va modelda tayanch - nazorat punktlaridagi o'lchov sathlarning
holatini solishtirib, model kalibrlandi, galereya fragmentining modeli va haqiqiy suv sarflari
o'rganildi. Modelda teskari masalani yechish jarayonida haqiqiy o'lchovlar bilan kalibrlangan,
ya'ni gidrogeologik tizimlarning geofiltratsiya parametrlari aniqlandi, shu tariqada endi bu
bashoratlash masalalarini hal qilish uchun asos bo'lib xizmat qildi. Keyingi bosqichda
galereyaning o'tkazuvchanlik parametri uni 700 ga oshirish va drenaj (to'ldirilgan qum -tuproq)
ustidagi maydonda vertikal yo'nalishda filtrlash koeffitsiyentini oshirish orqali kalibrlangan.
k
Natijada, kx = ky va kz = qiymatlari qabul qilinadi.
Bu holda yer osti suvlarining ekspluatatsion zaxiralarini qayta baholash dinamik sath ma'lum bir chuqurlikda 6,5-7,0 m gacha pasaytirish sharti bilan galereyaning oqizishini hisoblashgacha qisqartirildi. Bu yerda yer osti suvlari balansining alohida moddalarini batafsilroq aniqlash maqsadida 5 ta zona ajratilgan. Hudud quyidagicha zonalarga bo'lingan:
1) galereya;
2) g'alla maydonlari;
3) paxta dalalari;
4) galereya - qurilishni davom ettirish qismidan;
5) Qoradaryoning o'zani qismidan.
Galareyani suv olish inshoatlarida suv olinish qiymati 86.13 l/s -buni yer osti suvlaridan ta'minoti -37.49 l/s (42.8%) va daryodan infiltratsiyasi 50.9 l/s (57.2%) ni tashkil etadi. Sersuvlilik davrda galareyani suv olish qiymati 104.5 l/s -buni yer osti suvlaridan ta'minoti -40.9 l/s (38.8%) va daryodan infiltratsiyasi 65.4 l/s (61.5%) ni tashkil etadi. Yechimning 1-versiyasida 2018 yil iyun - 2019 yil may davriga to'g'ri keladigan 2,8 m, 1,9 m va 1,0 m chuqurlikdagi kanallarning 3 guruhi va yer osti suvi oqimining gidrogeologik rejimi ko'rsatilgan (2-rasm). Bu davrda fragmentga qarama-qarshi bo'lgan yo'nalish bo'ylab sathning tebranishlari amplitudasi 2,10 m ni tashkil etdi. Ekstremum sath o'zgarishi qiymatlari tahlilida minimal 0,6 dan 1,0 m gacha; maksimal sath o'zgarishi - 2,30 - 2,70 m.
APRIL 27-28, 2023
2-Rasm. Modelda galereyaning yer osti suvi oqimi sathiga ta'siri sxemasi.
Prognoz masalasini hal qilishning ikkinchi variantida daryoning gidrologik rejimi 2019-yil 1-oktabrda boshlanib, 2020-yil 30-sentabrda tugallanishi belgilandi va bu qo'shimcha ravishda yana ikki yil davom ettirildi. Bu variantdagi gidrologik rejim har bir davrning intensivligi va davomiyligi jihatidan turlicha kechgan.
Taklif va tavsiyalar. Mazkur tadqiqotda galereyali suv olish hududidan gidrogeologik rejim ma'lumotlarni qayta ishlashda filtratsiya va suv o'tkazuvchanlik koeffitsiyentlari, shuningdek, daryo tubining filtrlash qarshiligi modelda hisob-tajriba ishlari amalga oshirildi, zahiralarning dastlabki hisob-kitobi galereyali usul sxemasiga kiritiladi.
Model hisob-kitob ishlarining dastlabki natijalarini tahlil qilganda ma'lum bo'ldiki, faqat yer osti suv tutuvchi qatlamdan allyuvial davrga mansub tog' jinslaru toshlardan iborat birinchi suvli qatlam to'ldirilishi muhim ahamiyatiga ega.
Qoradaryo yer osti suvlari konini modellashtirish asosida o'rganish natijasida daryolar hududining hozirgi to'rtlamchi yotqiziqlaridagi suvli qatlam atroflicha qaraldi, u quyidagilar bilan tavsiflanadi: yer osti suvlari sathi 0,8-1,0 m chuqurlikda joylashgan; qatlam quvvati yer yuzasidan 6,7-13,5 m, yer osti suvi amplitudasi 1,5 m dan oshmaydigan; filtrlash koeffitsiyenti o'rtacha 200 m/kun; quduqning oqim tezligi 19-45 l/s; xo'jalik ichimlik suv sifati GOST "Ichimlik suvi" talablariga javob berdi (xo'jalik ichimlik suvning umumiy minerallashuvi 550 mg/l dan oshmaydi).
Modellash natijalari shuni ko'rsatadiki, model va odatiy kuzatuv jarayoni ma'lumotlari orasidagi farq eng kichik bo'lib, ushbu bosqichlarda dasturiy vosita asosida ko'p variantli quyidagi gidrogeologik vazifalarni yechish amalga oshirildi:
- tog' jinslaridan tashkil topgan allyuvial shag'al-qumtoshlardan iborat 7,0 m gacha chuqurlikdagi suv tutuvchi qatlamlarda yer osti suvi konlarining yuqori qismidagi filtratsiya parametrlarini baholash va yer usti va yer osti suvlari o'rtasidagi bog'liqlik shartlari aniqlandi;
- turli davrlarda suv toshqinida yer osti suv konlaridan suv olishining ayrim hududlari sharoitida daryoda oqimning to'liq va kamsuvlilik shart-sharoitlarida, suv olish inhoati bir qism bo'lagining mahsuldorligini baholandi;
- ekspluatatsiya zaxiralarini aniqlash maqsadida suv olishning rejalashtirilgan sxemasi bo'yicha burg'ulangan qidiruv ishlarini A, B, C toifalari bo'yicha ko'rsatilgan suv olish qiymatini (100 ming m3/sutka) hisobga olgan holda asoslandi va suv zaxirasining murakkablik guruhiga qarab suv konini samaradorligini o'rganildi;
- yer osti suvi koni hududining sanitariya hududi va holatini baholashda yer osti va yer usti suvlarining sifatini modellash jarayonidagi sath o'zgarishlarga bog'liqligi o'rganildi;
XULOSA
APRIL 27-28, 2023
- matematik modelini yaratish asosida yer osti suvlari geofiltratsiyasi va Qoradaryo daryosining galereya turidagi suv olish inshoatlari asosida daryo yon bag'ri va qayiri hududlarida shakillanadigan ichimlik suvlarini olish uchun yer osti suvlarining ekspluatatsion zaxiralari baholandi;
- galereyali suv olish inshoati hududida geologo-gidrogeologik xususiyatlari, sohaning geometrik ko'rsatgichlari va fizik-matematik parametrlari bo'yicha yer osti suvlaridan oqilona foydalanish borasida taklif va tavsiyalar ishlab chiqildi;
Hozirgi vaqtda Buxoro va Navoiy viloyatlari hududida dastlabki qidiruv ma'lumotlari bo'yicha hisoblangan 203 ming m3/kun chuchuk suv resurslari (sho'rligi 1 g/l gacha) yer osti suvlari mavjud. Bular Zarafshon daryosining avvalgi o'zani kanalida 100 ming m3/kun resurslarga ega Ko'kchi koni, G'arbiy-Qizilqum koni kuniga 50 ming m3/kun, Qizilqum tog' tizmalari - 30 ming m3/kun, Shimoli-Sharqiy Qizilqum - 20 ming m3/kun va Mingbuloq - 3 ming m3/kun. Buxoro va Qorako'l vohalarida minerallashuvi 1g/l gacha bo'lgan alohida quduqlar ham bor.
REFERENCES
1. Абуталиев Ф.Б. Численные решения системы дифференциальных уравнений в частных производных, ФАН.-Т 1972. 208 с.
2. Айтматов Р., Мирюсупов Ф.М. Проведение доразведки эксплуатируемого месторождения Современной долина р. Зарафшана участкие действующего водозабора "Дамходжа" в связи с изменением водохозяйственных условий (II Дамходжинская ГГП на 2001-2003), Ташкент, 2001, Отчет ГГП "Узбекгидрогеология".
3. Djumanov J.X., Yusupov R.A., Axrolov Sh.S., Egamberdiev X.S., Isroilov U.B. Suv xo'jalik faoliyati o'zgargan sharoitlarda yer osti suvlari harakatini matematik modellash (Zarafshon vohasining Damxo'ja suv olish inshoati misolida). Muhammad al-Xorazmiy avlodlari. Ilmiy-amaliy va axborot-tahliliy jurnal. 2019. №4(10). - B.132-136.
4. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. - М.: Наука, 1977, 410 с.
5. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. 2-е изд., испр.-М.: Физматлит, 2005. 320 с.
6. Xabibullaev I., Yusupov R.A. "Damxo'ja suv olish inshoati hududining geofiltratsiya jarayonlarini modellash dasturiy majmui" //Science and Innovation. -Toshkent. 2022.
7. 7.Yusupov R.A., Egamberdiev X.S., Axrolov Sh.S., Ishanxodjaev O.A Yer osti suvlari geofiltratsiya jarayonlarini modellashning dasturiy ta'minotini ishlab chiqish. TATU xabarlari ilmiy-texnika va axborot-tahliliy jurnali. 2020. №3(55). - Б.34-45.
8. Yusupov R.A., S.S. Akhralov, Kh.Egamberdiev, J.J. Jumanov. Geoinformation technologies and methods of mathematical modeling in hydrogeological research. InterCarto, InterGISVolume 26, 2020, Pages 240-2522020 International Conference on GI Support of Sustainable Development of Territories; Moscow; Russian Federation; 28 September 2020 до 29 September 2020;
9. Юсупов Р.А., Айтметов Б., Ахролов Ш. Геоинформационные технологии и методы математического моделирования в гидрогеологических исследованиях. УзМУ хабарлари. Мирзо Улугбек номидаги Узбекистон миллий университети илмий журнали.2021 3/1 Табиий Фанлар. - Б. 144-149
