L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий

Математическое моделирование процессов в компонентах природы


ГруппаУчебная литература
Название на русском языкеМатематическое моделирование процессов в компонентах природы
Авторы на русском языкеСафронова Т.И.

Резюме

Сельскохозяйственная мелиорация – это изменение природной среды с целью ее улучшения для ведения сельского хозяйства (Н.Ф. Реймерс, 1990).

Современные масштабы мелиоративного строительства предопределяют значительные региональные изменения в гидрогеологических условиях, которые нередко влекут за собой и неблагоприятные воздействия на состояние сельскохозяйственных земель. Потому при проведении изысканий для обоснования мелиорации ставятся задачи изучения гидрогеологических условий объекта, прогноза их возможных изменений и выбора оптимальных мероприятий, предупреждающих ухудшение мелиоративной обстановки. Такой прогноз должен опираться на надежную количественную оценку почвенных процессов, которая может быть получена методами математического моделирования.

Развитие сельского хозяйства и промышленности должно основываться на внедрении новейших технологий, на использовании эффективных методов научных исследований. К таким эффективным методам следует отнести математизацию исследований.

Математизация исследований предполагает в первую очередь получение математической модели исследуемого процесса, достаточно точно, адекватно его описывающей. При наличии такой модели возникает возможность дальнейшее исследование процесса заменить анализом его математической модели для получения решения поставленных конкретных задач.

Математическое моделирование, с помощью которого можно получить ответ на тот или иной специальный вопрос, а также сделать обоснованный выбор из ряда альтернативных стратегий, дает возможность сократить объем продолжительных и дорогостоящих экспериментальных работ, выполнение которых было бы необходимым при отсутствии моделей.

Практическая значимость математического моделирования заключается в применении ее методов, позволяющих выявить главные факторы и показатели и отсечь второстепенные, дать обоснованный прогноз развития в заданных условиях или при предполагаемых изменениях условий, проверить эффективность ранее принятых управленческих решений и рассчитать последствия предполагаемых сценариев развития мелиоративной ситуации при различных вариантах управленческих решений.

Целью освоения дисциплины «Математическое моделирование процессов в компонентах природы» является формирование комплекса знаний о математическом моделировании практических задач в области мелиорации, рекультивации и охраны земель, эксплуатации водохозяйственных систем и оборудования на основе передовых инновационных технологий.

Теоретические знания необходимы профессионалу при исследовании, проектировании, реконструкции и эксплуатации гидромелиоративных систем, гидротехнических сооружений объектов сельскохозяйственного водоснабжения и обводнения.

Задачами курса «Математическое моделирование процессов в компонентах природы» являются:

– ознакомление студентов с наукой как сферой человеческой деятельности,

– овладение методологией научного поиска,

– изучение современных методов и средств научных исследований.

Математические модели позволяют получать различные комбинации факторов, влияющих на урожайность культур, плодородие почвы, прогнозировать конечные результаты в зависимости от сочетания этих факторов, ставить эксперименты, которые часто невозможно осуществить в природных условиях. Эксперимент проводится не с системой, а с моделью, которая количественно описывает конкретную систему.

Системный метод представляет собой методологию научного анализа и решения проблем, которая позволяет организовать наши знания о процессах формирования урожая, плодородия почвы таким образом, что создается возможность находить лучшие по избранным критериям плановые и технологические решения, используя методы математического моделирования. Мелиорация является составной частью природопользования. Оросительная система как сложный объект обладает следующими особенностями:

1) единая цель функционирования (доставка оросительной воды водопользователям в нужное время и в нужном количестве);

2) большое число взаимодействующих элементов;

3) возможность расчленения системы на группы (эксплуатационные участки, магистральные каналы, распределительные каналы);

4) многообразие форм связи между элементами и процессами (гидравлическая, электрическая, компьютерная, экологическая, административная);

5) большое количество параметров (расходы, уровни, насосные станции, пространственная разобщенность);

6) нетривиальность поведения, связанная со случайным характером внешних воздействий (осадки, температура).

Кроме общих особенностей, каждую оросительную сеть отличает широкий спектр особенностей индивидуальных, связанных с топологией местности, пространственной разобщенностью объектов.

Несмотря на недостаточность информации оросительная система поддается формализованному описанию как функциональная система кибернетического типа с указанием входа, процесса, выхода, подсистемы управления и ограничений. На входе системы многообразные факторы – материальные, энергетические, информационные. Управляя факторами на входе, можно добиться желаемого выхода. При этом под выходом подразумевается не только количество сельскохозяйственной продукции, но и ее качество, энергетические затраты, состояние плодородия почв и окружающей среды. Цель исследований – управление мелиоративным водохозяйственным комплексом на основе математического моделирования, научных методов и современных вычислительных средств.

Использование комплексных технологий принципиально меняет организацию управления мелиоративной деятельностью за счет привлечения моделирования и количественных методов оценки принимаемых решений.

Трудности практического применения моделирования в решении задач природопользования связаны с наполнением содержания моделей конкретной информацией. В данном учебном пособии изложены отдельные разделы математического моделирования процессов в компонентах природы. Модели разного уровня и назначения совершенствуются с появлением новых задач и потребностей общества. Главное в моделях – не расчет, а понимание процессов, которые надо моделировать в разных ситуациях и разрабатывать сценарии расчетов.

Издание "Математическое моделирование процессов в компонентах природы" (Сафронова Т.И.) отмечено наградой
МЕДАЛЬ «ЗА ВЕРНОСТЬ ТРАДИЦИЯМ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» С УДОСТОВЕРЕНИЕМ