УДК 504.056(005.7)

ББК 20.1 в 641

С 568

Редакционная коллегия:

Ю.И. Шокин, академик, председатель

Ю.И. Винокуров, профессор, зам. председателя

И.А. Суторихин, профессор, ученый секретарь

Л.Б. Чубаров, профессор, ученый секретарь

И.Н. Ротанова, к.г.н., доцент, редактор

И.В. Архипова, к.г.н., редактор

П.В. Воронина, к.ф.-м.н., технический редактор

С 568 Современные методы математического моделирования природных и

антропогенных катастроф. Тезисы IX Всероссийской конференции
(17–22 сентября 2007 г., Барнаул). – Барнаул : Изд-во Алт. ун-та, 2007. – 138 с.

ISBN 978-5-7904-0709-3

В сборнике опубликованы тезисы докладов, включенные в программу IX Всероссийской конференции "Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф". Рассматриваются теоретико-методоло­гические и практические подходы к оценке риска возникновения природных и антропогенных катастроф, смягчения их последствий. Особое внимание уделено вопросам математического моделирования чрезвычайных ситуаций. Освещены различные аспекты использования вычислительно-информационных технологий для изучения катастрофических явлений.

Материалы сборника предоставляют интерес для специалистов в области математического моделирования и вычислительных технологий, прикладной экологии и геоэкологии, оценки риска и экологической экспертизы.

УДК 504.056(005.7)

ББК 20.1 в 641

Издание осуществлено при поддержке гранта РФФИ №07-05-06083

ISBN 978-5-7904-0709-3

© Институт водных и экологических проблем СО РАН, 2007

© Оформление. Издательство Алтайского государственного технического университета, 2007

Алексеев Г.В.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАДАЧ ТРАНСГРАНИЧНОГО ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЯЮШИХ ВЕЩЕСТВ

Институт прикладной математики ДВО РАН, Владивосток, Россия

Применение метода математического моделирования к исследованию процессов распространения загрязняющих веществ в природных водоемах или в атмосфере приводит к необходимости решения начально-краевых задач для дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих распространение загрязнений в рассматриваемых областях. Указанные краевые задачи содержат ряд термогидродинамических, биохимических и других параметров, а также функции, описывающих плотности источников загрязнения, которые должны быть заданы для однозначного определения решения соответствующей краевой задачи.

Однако на практике часто возникают ситуации, когда некоторые из указанных параметров или плотностей источников неизвестны. В этих случаях приходится наряду с решением рассматриваемой краевой задачи отыскивать и неизвестные параметры, используя некоторую дополнительную информацию о решении. Исследование распространения загрязнения может происходить в ситуации, когда источники загрязняющего вещества расположены в месте недоступном для прямых измерений, информация о параметрах источника скрывается, и их требуется восстановить по дополнительной информации.

Наряду с задачей нахождения объемных источников представляет интерес задача нахождения неизвестных граничных источников загрязняющих веществ. Возможны два случая. Первый отвечает ситуации, когда источники примеси действительно расположены на некоторой части границы рассматриваемого водоема с некоторой плотностью и требуется указанную плотность определить по наблюдаемым данным о поле концентрации. Во второй ситуации неизвестный (объемный или граничный) источник расположен в недоступном для измерений районе, например, в соседнем государстве. Создаваемое им загрязняющее вещество переносится через границу, проходящую, например, через водоем, а соответствующее поле концентрации на границе и играет роль вторичных граничных источников. Именно такая ситуация наблюдается в задачах трансграничного переноса загрязняющих веществ.

Целью настоящей работы является теоретическое исследование задач идентификации для нелинейных моделей распространения загрязняющих веществ, основанных на модели Навье-Стокса и приближении Обербека-Буссинеска. С использованием оптимизационного метода указанные задачи сводятся к исследованию экстремальных задач условной минимизации определенных функционалов качества. Исследуется их разрешимость, выводятся и анализируются системы оптимальности, описывающие необходимые условия экстремума и устанавливаются достаточные условия на исходные данные, обеспечивающие единственность решений (более детально в [1]).

Данное исследование поддержано грантом НШ-9004.2006.1 и грантами ДВО РАН (проекты: 06-I-П22-086, 06-II-СО-03-010, 06-III-А-03-072).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев Г.В. Коэффициентные обратные экстремальные задачи для стационарных уравнений тепломассопереноса // Журн. вычисл. мат. и мат. физики. - 2007. - Т. 47, № 6. - С. 1055-1076.

Алифанов Л.А., Морозов С.В., Ереско С.П.
О НОРМИРОВАНИИ СНЕГОВОЙ НАГРУЗКИ В Г. КРАСНОЯРСКЕ

Красноярский государственный технический университет, Красноярск, Россия

Для г. Красноярска, до принятия изменений к СНиП от 01.07.2004г, расчетная снеговая нагрузка составляла 210240 кгс/м2 (дифференцированно, в зависимости от отношения снеговой и постоянной нагрузок), в настоящее же время принято единое значение, равное 180 кгс/м2.

Основные принципы нормирования нагрузок прописаны в [1]. Изменчивость максимумов веса снегового покрова наилучшим образом аппроксимируется двойным экспоненциальным распределением Гумбеля. Теоретически данный закон представляет собой предельную модель для распределения максимальных значений, взятых из N наблюдений, распределенных «по экспоненте» (например, нормально или экспоненциально).

Обеспеченность принятой при проектировании какого-либо сооружения расчетной снеговой нагрузки, т. е. вероятность того, что снеговая нагрузка в течение n лет (срок его эксплуатации) не превысит расчетное значение S, вычисляется по формуле:

Для Красноярска, по результатам обработки статистических данных по годовым максимумам, предоставленных красноярским ГМЦ математическое ожидание m =99,95 кгс/м2; дисперсия D = 27.412=751,3 (кгс/м2)2 значения параметров распределения Гумбеля: = 87,63 кгс/м2, = 21,35 кгс/м2. Значение статистики критерия 2 равно 5,42; значение р при числе степеней свободы n-1=9: p=0,80 при мощности критерия Пирсона для указанного случая равной 0,96.

При сроке службы равном 100 лет и при P=0.95 значение расчетной снеговой нагрузки должно составлять 250 кгс/м2 (т.е. быть больше действующего значения на 40% и примерно соответствовать нагрузке до принятия изменений, для легких покрытий).

Рис.1. Распределение годовых максимумов для г. Красноярска, кг/см2.

Согласно [2], допускается при наличии статистических данных определять расчетное значение нагрузок непосредственно по заданной вероятности их превышения с учетом срока службы здания. Это обстоятельство может быть использовано проектировщиками при назначении теоретически обоснованного значения расчетной снеговой нагрузки на покрытия ответственных зданий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ISO 2394: 1998(E) General principles on reliability for structures.

2. Савельев В.А., Малый В.И. и др. Положения по назначению расчётной снеговой нагрузки // Промышленное и гражданское строительство. – 2004.– №5.

Арипов М.М., Сеттиев Ш.Р.
ВОЛНООБРАЗОВАНИЯ В ТЕЧЕНИЯХ НАД ПЕСЧАНЫМ ДНОМ

Национальный Университет Узбекистана, Ташкент, Узбекистан

Исследованию волнообразования в течениях над песчаным дном посвящено большое количество работ [1-3]. Интерес к таким течениям связан с проектированием и эксплуатацией гидротехнических сооружений. Образующие волновые структуры по механизму формирования и своим характеристикам делятся на две группы. К первой группе относятся волновые движения, связанные с наличием свободной поверхности потока; они существуют и при течении жидкости над недеформируемым дном. Эти волны формируются при достаточно больших числах . При небольших скоростях жидкости, при которых число Фруда существенно меньше критического значения , но достаточно для начала движения донных частиц в узком придонном слое или во взвешенном состоянии, возможно возникновение волновых структур второго типа.

Для исследования таких задач, применяемые математические модели отличаются по способам описания движения жидкости и донных наносов. Формирование волн на нижней поверхности потока было получено с использованием модели потенциального течения идеальной жидкости в рамках систем гидравлических уравнений и применением полуэмпирических моделей турбулентности. В данной работе предлагается гидравлическая модель, которая включает оба механизма неустойчивости. Гидравлическая уравнение получается из уравнения Навье-Стокса в котором вместо вязкого члена вводится гидравлическое сопротивления. Изменения отметок дна во времени рассчитывается по уравнению баланса наносов, которое является уравнением неразрывности для твердой фазы с привлечением эмпирических формул для расчета наносов. Переход донных частиц во взвешенное состояния или их осаждение учитывается в уравнении концентрации частиц в потоке жидкости. Таким образом, имеем уравнение гидравлики, уравнение концентрации и уравнение неразрывности для твердой фазы. Проведенные численные расчеты по линейной теории показали, что имеется два неустойчивых решения. Первое получается параметрическим продолжением решения, существующего для течения слоя жидкости над недеформируемым дном; основное влияния на его коэффициент усиления оказывают два параметра – число Фруда и - угол наклона. Для этого решения, которое будем называть поверхностным, критическое число Фруда близко к его значению для течения над недеформируемым дном . Неустойчивость второго решения, которое можно назвать донным, существенно зависит от величины неразмывающей скорости. Результаты показали что, при малых числах Фруда существует неустойчивость песчаных волн, которые наблюдается в экспериментах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Colombini B.M.Reviziting the linear theory of sand dune formation // Journal of Fluid Mechanics. – 2004. – V.502. – P. 1-16.

2. Kennedi J.F. The formation of sediment ripples, dunes and antiduns // Annual Rewiew of Fluid Mechanics. – 1969. – V.1. – P.147-168.

3 Арипов М., Сеттиев Ш. К численному моделированию течения слоя жидкости над песчаным дном // ДАН Узбекистана. – 2006. – №6. – С. 50-55.

Архипов И.А.1, Архипова И.В.1, Котенева В.Г.2
ВОПРОС ОПАСНОСТИ РТУТИ ДЛЯ ЖИТЕЛЕЙ ПОС. АКТАШ

1Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия;

2Алтайский государственный университет, Барнаул, Россия

Объектом исследования является территория Акташского месторождения и АГМП, расположенная на юго-западном макросклоне Курайского хребта. Промышленная зона расположена на высотах 2150-2200 м в верховье р. Ярлыамры (левый приток р. Чибитка), в 10 км восточнее пос. Акташ (рис. 1).

Рис. 1 Схема отбора проб

Для оценки влияния ртутьдобывающего и ртутьперерабатывающего производства на здоровье населения был проведен комплекс исследований: "источник загрязнений - природная среда - человек".

В результате эколого-биогеохимических исследований установлено, что концентрация ртути в различных компонентах окружающей природной среды на территории промзоны значительно превышает ПДК (табл.). Основными носителями загрязняющих веществ являются отвальные руды. В самом поселке концентрация токсичных металлов в природной среде характеризуется как умеренно-интенсивная.

Табл. Концентрации микроэлементов в почвах и растениях Акташского рудника (мг/кг)

Точка отбора	Hg почва	Hg растения	Точка отбора	Hg почва	Hg растения	Точка отбора	Hg почва	Hg растения	Точка отбора (вода)	Hg (вода) растворенные формы мкг/дм3
К-1	1	0,195	К-5	7,2	0,100	ШТ-4	9,1	0,160	Т 1	0,09
К-1	1,4		К-5	61		ШТ-4	10		Т 2	0,30
К-2	0,8	0,152	К-5	0,48		ШТ-4	0,75		Т 3	0,02
К-2	7,2		К-5	13		ШТ-9	212	5,422	Т 4	1,06
К-2	0,69		ТО-12	11	0,279	ШТ-9	330		Т 5	0,32
К-3	3,8	0,484	ТО-13	88	0,115	ШТ-14	15	0,092	Т 6	0,05
К-3	1,3		ТО-13	91		ШТ-30	62	0,139	Т 7	0,27
К-3	2,2		ТО-13	22		ШТ-36	4,5	0,116	Т 8	0,01

Известно, что при длительном воздействии на человека паров металлической ртути в концентрациях, превышающих ПДК в 10-15 раз, близких к ПДК или даже ниже, наблюдаются нарушения функций эндокринной системы, увеличение онкологической заболеваемости, расстройства нервной системы, признаки вегетативной дисфункции поражение печени и почек. Так, в п.Акташ в структуре первичной заболеваемости ведущее место занимают болезни органов дыхания, кровообращения, эндокринной и мочеполовой системы. При этом на фоне благоприятной динамики основных медико-демографических показателей (рост рождаемости, снижение смертности, стабилизация или снижение заболеваемости населения) происходит увеличение онкологической заболеваемости, болезней эндокринной и мочеполовой системы.

Архипова И.В.
АНАЛИЗ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ УЯЗВИМОСТИ ТЕРРИТОРИИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия

Погодно-климатические особенности территории присутствуют в окружающей среде вне зависимости от социально-экономического фактора и постоянно воздействуют на жизнедеятельность человека – формируют условия труда и отдыха, влияют на здоровье метеочувствительных людей.

Согласно выполненной в предыдущих работах оценке комфортности климата на основе метеоданных за 1980-2001 гг., установлено, в целом население юга Западной Сибири находится в средне комфортных климатических условиях. Это свидетельствует о наличии лимитирующих факторов благоприятности проживания населения – наличие тепла, влаги и скорость ветра. Влияние на жизнедеятельность населения оказывает климатическая нестабильность, определяемая частыми отклонениями основных климатических параметров (температуры, давления, скорости ветра) от среднегодовых или многолетних значений. В течение последних лет отмечается тенденция роста повторяемости неблагоприятных, в т.ч. экстремальных гидрометеорологических явлений.

В районе исследования в холодный период часто повторяются суровые погодные условия в сочетании с низкими температурами и сильным ветром, высока вероятность метелей с ухудшением видимости, снежных заносов, ветра со скоростью 15 м/с, гололедных явлений. В теплый период года – неблагоприятна для жизнедеятельности населения повторяемость душных, а также суховейно-засушливых погод. Среди неблагоприятных погодных явлений в межсезонье отмечается частая повторяемость прохладных погод, которые формируются при температуре от 0 до 5С в сочетании с высокой влажностью воздуха и сильным ветром. Такие погоды провоцируют обострение хронических заболеваний у метеочувствительных людей. Вероятность таких погод в отдельных районах края превышает 80%. При оценке метеорологической уязвимости территории особое внимание уделено частой повторяемости изменчивых погод. Нами был рассчитан показатель изменчивости погоды, разработанный В.И. Русановым (1973). Методика определения показателя учитывает контрастную смену погоды, определяемую величиной межсуточного изменения температуры, сменой облачности и дней с осадками, выпавшими за сутки. Внутрирегиональные характеристики показателя на территории края свидетельствуют, что зачастую смена погоды происходит через день, и физиологические механизмы адаптации метеочувствительных людей не в состоянии обеспечить приспособление организма к новым погодным условиям.

Для анализа метеорологической уязвимости территории, важно оценить не только возможную вероятность повторяемости неблагоприятных погодных явлений, но и то, насколько сильно экстремумы отличаются от средних значений. В крае наблюдались экстремально низкие отрицательные температуры в холодный период (в 2001 г. tв –47,6С), в теплый период года – возможны ливневые дожди, крупный град, высокие положительные температуры (>40С), а также резкая изменчивость погоды (в декабре 2006 г. понижение tв на 28С). Среди экстремальных погодных явлений, наблюдаемых в межсезонье, в края отмечают вероятность низких температур в марте (2004 г. – понизилась tв до –44С), смерч и сильные ветры с порывами до 40 м/с.

Работы поддержаны грантом РГНФ-БРФФИ № 05-06-90604 а/Б

Асанова А.Т.
О НЕЛОКАЛЬНОЙ КРАЕВОЙ ЗАДАЧЕ ДЛЯ СИСТЕМЫ ИНТЕГРО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ГИПЕРБОЛИЧЕСКОГО ТИПА

Институт математики МОиН РК, Алматы, Казахстан

В прямоугольнике рассматривается задача с данными на характеристиках для системы интегро-дифференциальных уравнений гиперболического типа

, (1)

, , (2)

, , (3)

где , - матрицы , , , , , , , , - вектор-функции , непрерывны на и , соответственно, - вектор-функция непрерывно дифференцируема на .

Непрерывная на функция – классическое решение задачи (1)-(3), если она имеет непрерывные на частные производные , , , удовлетворяет системе (1) при всех и условиям (2), (3).

Математическое моделирование различных процессов в физике, химии и биологии приводит к системам интегро-дифференциальных уравнений гиперболического типа (1). В связи с этим возникает необходимость исследования вопросов разрешимости различных краевых задач для указанной системы и нахождения их классических решений.

В отсутствии интегрального слагаемого в системе уравнений (1), краевая задача с данными на характеристиках для системы гиперболических уравнений с условиями (2), (3), рассматривалась в работе [1]. Для исследования и решения этой задачи был предложен метод введения функциональных параметров, который позволил установить коэффициентный критерий корректной разрешимости рассматриваемой задачи [2], а также построить алгоритм нахождения ее классического решения. В сообщении для решения задачи (1)-(3) применяется метод введения функциональных параметров. Получены достаточные условия существования единственного классического решения задачи (1)-(3) в терминах исходных данных и предложен алгоритм ее нахождения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Асанова А.Т., Джумабаев Д.С. Однозначная разрешимость нелокальной краевой задачи для систем гиперболических уравнений //Дифференц. уравнения. – 2003. – Т.39, № 10. – С. 1343-1354.

2. Асанова А.Т., Джумабаев Д.С. О корректной разрешимости нелокальной краевой задачи для систем гиперболических уравнений //Доклады РАН. – 2003. – Т.391, № 3. – С.295-297.

Аяганов Е.Т.
СТАБИЛИЗАЦИЯ ОБЪЕКТА С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЦЕНКИ МНОЖЕСТВА ОТРЕЗКОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ

Институт проблем информатики и управления, Алматы, Казахстан

Большое количество технологических, природно-экологических, экономических, биологических объектов можно отнести к сложным объектам, характеризующихся наличием различного рода запаздыванием.

Такого рода объекты привносят существенные трудности в решении задач анализа и синтеза систем управления такими объектами.

Одним из перспективных направлений для решения задачи эффективного и качественного управления такого рода объектами являются системы управления с изменяющейся конфигурацией. В работе предлагаются конструктивные вычислительные алгоритмы решения задачи параметрического синтеза подсистемы стабилизации в рамках названного класса систем управления. Подсистема стабилизации предназначена для обеспечения асимптотической устойчивости решений дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом, описывающих динамические процессы в объектах с запаздыванием.

В настоящее время существует большое количество работ, посвященных проблеме исследования асимптотической устойчивости систем с последействием. В большинстве своем, эти работы представляют два основных научных направления в области анализа асимптотической устойчивости систем с последействием: одно из них, основано на методе знакоопределенных функционалов Ляпунова-Красовского [1], другое – на методе знакоопределенных функций Ляпунова [2].

В докладе делается акцент и аргументация на перспективность и конструктивность метода знакоопределенных квадратичных функций Ляпунова.

Предметом исследования настоящей работы является проблема исследования асимптотической устойчивости системы дифференциально-функциональных уравнений запаздывающего типа с ограниченным последействием, описывающей динамику подсистемы стабилизации и разработка на основе полученных условий устойчивости конструктивных вычислительных алгоритмов параметрического синтеза.

В рамках систем управления с изменяющейся конфигурацией получено условие асимптотической устойчивости системы дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом на основе прямого метода Ляпунова и подхода Разумихина [3] с использованием скалярно - оптимизационной функции и оценки множества отрезков интегральных линий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Красовский Н.Н. Некоторые задачи теории устойчивости движения. – М.: Физматгиз, 1959.
2. Матросов В.М., Козлов Р. И. Метод функций Ляпунова в динамике нелинейных систем. – Новосибирск: Наука, 1983.
3. Разумихин Б.С. Устойчивость эредитарных систем. – M.: Наука, 1988. – 112 с.

Бабушкин А.Г.1, Пикинеров П.В.1, Шмелева Т.А.2
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОХИМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВОДОТОКА

1Институт Криосферы Земли, Тюмень, Россия,

2НИИ СУАТ, ТюмГНГУ, Тюмень, Россия

Рассматривается задача параметрической идентификации однокамерной гидрохимической модели водотока, лежащей в основе технологии слежения за объемами скрытых нефтезагрязнителей (НЗ). Искомая модель, представленная системой дифференциальных уравнений (1), может быть декомпозирована по сезонному фактору на две более простые. В летнее время ледовая составляющая НЗ - отсутствует, в следствие чего для летнего времени имеем:

(1)

где - массы «подвижного» НЗ в воде, на берегу и в донных отложениях, - массовые расходы загрязнителя на входе и выходе камеры, - массовый расход контролируемых сбросов, - массовый расход скрытых сбросов с вектором интенсивностей .

Под идентификацией понимается отношение , устанавливающее по информации о входо – выходных процессах, вектор оценок параметров уравнений, связывающих эти процессы. В рамках введенных обозначений блочный вектор искомых параметров:

имеет высокую размерность . Условие идентифицируемости требует значительной представительности данных выборки измеряемых процессов. Типовой набор данных имеет описание:

,

где выделены данные о состоянии и динамике загрязнений водной среды, метеоданные о температурах, водности, осадках и индикаторная вектор-функция типизирваннных скрытых сбросов.

Алгоритм идентификации параметров гидрохимической модели заключается в представлении уравнений системы в виде моделей регрессии. Для восстановления недоступных по измерениям сигналов () используются фильтры осреднения. Запуск алгоритма осуществляется с выставления начального приближения идентифицируемых параметров модели. В итоге самонастраивающийся алгоритм идентификации строится как итеративная схема определения параметров модели методом наименьших квадратов с поэтапным приближением к истинным значениям за счет доуточнения фильтров. Результаты вычислений свидетельствуют о параметрической сходимости процесса идентификации из зоны с 20% начальной погрешностью.

Базаров М.Б., Калханов П.Ж., Худайбердыев О.Ж., Юлдашев З.Х
Об интервальном варианте модели прогнозирования

экологических катастроф

Национальный Ун-т Узбекистана, Навоийский Гос. горный институт, Узбекистан

Пусть имеется некоторая консервативная среда с условным объемом V, на устойчивость которой во времени воздейтсвует некий усредненный экотоксикант. Не исключая общности, с целью построения в некоторой степени общей модели, предположим, что в данной экосистеме возможно проявление m-механизмов биохимических превращений основных экозагрязнений, имеющих усредненный объем . В работе [1] рассмотрены механизмы биохимических превращений экотоксикантов с целью получения возможности прогнозирования экологических катастроф и принятия упреждающих природоохранных решений, приведены основные виды экозагрязнителей. Мы предположили, что недетерминированные по своей природе характеристики загрязнённости имеют ограниченную амплитуду колебаний, и, следовательно, могут быть рассмотренные в качестве интервальных величин [2], обозначаемых ниже, в отличие от вещественных, “жирно”.

На основе уравнения материального баланса, выписываемого последовательно для концентрация экозагрязнителя , текущего удельного значения воздействия на концентрацию экозагрязнителя , – текущего значением продуктов реакции и биохимического агента , с исходной концентрацией построена логико-динамическая интервальная модель с управлением вида

, (1)

, (2)

, (3)

. (4)

где -объемная скорость отходов производства, -концентрация экозагрязнителя в отходах производства.

Решение задачи (1)-(4) строилось с применением алгоритма IMOD[3], в котором использовались расчетные формулы полуявного интервального метода Рунге-Кутта[4]. Численные эксперименты показали что, для некоторых интервалов [0, T] подбором техногенных механизмов подавления концентраций экотоксикантов можно построить двусторонние апостериорные оценки для концентраций самих экотоксикантов, когда максимальное значение концентрации остаётся ниже порога допустимых концентраций. В численных экспериментах константа скоростей реакций k принималась усреднённой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Попов А.А., Потапкин В. А. Прогнозирование и предупреждение экологических катастроф // Кимёвий технология. Назорат ва бошкарув. - 2006.- №2(8). – С.38-47.

2. Калмыков С.А. и др., Методы интервального анализа. –Н-ск: Наука, 1986.–224с.

3. Шокин Ю.И., Юлдашев З.Х. К задаче управления в интервальных логико-динамических системах // Вычислительные технологии. – 1998.- №5(2).- с.91-96.

4. Шокин Ю.И., Туляганов З.Ш., Юлдашев З.Х. Об интервальном варианте полуявного метода Рунге–Кутта//Алгоритмы и численные методы решения задач прикладной механики и управления: Ташкент: ТашГУ, 1986. – С.91-96.

Бабайлов В.В., Чубаров Л.Б.
Моделирование стокового механизма генерации волн цунами в рамках уравнений теории мелкой воды

Новосибирский государственный университет,
Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск, Россия

В докладе рассматриваются результаты моделирования поверхностных волн, возникающих при кратковременном стоке жидкости в донные трещины, образующиеся в результате землетрясения. Эта задача является модельной для описания стокового механизма генерации волн цунами, возникающих в результате быстрого локального понижения уровня воды, последующего столкновения встречных фронтов и распада образующегося возвышения свободной поверхности на длинные волны большой амплитуды. Генерируемые волны имеют нелинейный характер и для их адекватного моделирования желательно привлекать полные модели волновой гидродинамики. Однако, предварительные результаты, отражающие основные стороны моделируемого явления, могут быть получены и на основе приближенных моделей. В настоящей работе для моделирования использовалась нелинейная модель мелкой воды с источниковыми членами, описывающими вытекание жидкости через щели, выведенная Г.С.Хакимзяновым. Нелинейные уравнения мелкой воды апроксимировались схемой распада разрыва С.К. Годунова.

Полученные результаты сравнивались с материалами работ Г.С. Хакимзянова и Д.Б. Дамбиевой, использовавшими для решения аналогичной задачи линейную и нелинейную модели двумерных потенциальных течений жидкости со свободной границей.

Выполнены вычислительные эксперименты для разных значений скорости вытекания и разной ширине щели. Установлено, что все упомянутые выше модели правильно описывают качественную картину процесса генерации волн. В частности, все они указывают на то, что в начальные моменты времени поверхность воды понижается над щелью, затем образуются две волны, движущиеся к стенкам бассейна, после их отражения от стенок над щелью возникает возвышение, которое вновь распадается на волны, движущиеся в противоположных направлениях. После закрытия щели над ней образуется всплеск, который далее также распадается на две волны. И, наконец, выполнено сравнение результатов расчетов с известными экспериментальными данными из работы [1], показавшее приемлемую точность предлагаемых методов численного моделирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стоковый механизм генерации волн цунами / Препринт. ИМГиГ ДВО РАН, Южно-Сахалинск, 2006. - 20 с.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 05-05-64460, 06-05-64869, 06-05-72014, 07-05-13583), программы Интеграционных фундаментальных исследований СО РАН (проекты 28, 113), программы Государственной поддержки научных исследований, проводимых ведущими научными школами Российской Федерации НШ-9886.2006.9, проекта INTAS 06-1000013-9236.

Барановский Н.В.
НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПРОГНОЗА ЛЕСНОЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

ОСП НИИ прикладной математики и механики ТГУ, Томск, Россия

Прогноз лесной пожарной опасности является актуальной задачей [1]. В различных странах мира разработаны методики прогноза лесной пожарной опасности. Например, в Канаде [2], России [3] и Южной Европе [4]. В настоящей работе представлена новая детерминированно-вероятностная система прогноза лесной пожарной опасности, которая базируется на новой концепции лесной пожарной опасности. Система учитывает метеорологические данные, свойства лесного горючего материала, грозовую активность и антропогенную нагрузку [5]. Основой новой концепции лесной пожарной опасности являются следующие положения. Метеорологические данные получают не со станций учета метеорологических параметров (пространственное разрешение сети метеостанций особенно низко в районах Дальнего Востока и Севера), а путем интерактивного взаимодействия программного обеспечения прогноза лесной пожарной опасности [5] и математического обеспечения, реализующего мезомасштабные модели атмосферы. Например, полулагранжева модель атмосферы [6]. Информация о количестве наземных грозовых разрядов поступает из систем пеленгации разрядов класса облако-земля [7]. Обработка входной информации происходит на многопроцессорной вычислительной системе [8].

Представлены результаты расчетов вероятности возникновения лесных пожаров для различных сценариев по метеорологическим данным, свойствам лесного горючего материала, грозовой активности, антропогенной нагрузки. Предполагается опытная эксплуатация системы в Тимирязевском лесхозе Томской области.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Доррер Г.А., Доррер М.Г., Клишта И.Н. и др. Проблемы создания региональных информационно-аналитических систем по охране лесов от пожаров. // Математическое и физическое моделирование сопряженных задач механики и экологии: Избранные доклады международной конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. С. 133-159.
2. Canadian Forest Fire Danger Rating System / B.J. Stocks, M.E. Alexander, R.S. McAlpine at all. – Canadian Forestry service, 1987. – 500 p.
3. Нестеров В.Г. Горимость леса и методы ее определения. – М.: Гослесбумиздат, 1949. – 76 с.
4. Viegas D. X., Bovio G., Ferreira A., Nosenzo A. and B. Sol. Comparative Study of Various Methods of Fire Danger Evaluation in Southern Europe // International Journal of Wildland Fire, 2000, Vol. 9, N 4, P. 235-246
5. Барановский Н.В., Гришин А.М., Лоскутникова Т.П. Информационно-прогностическая система определения вероятности возникновения лесных пожаров // Вычислительные технологии, 2003, № 2, С. 16-26
6. Толстых М.А. Полулагранжева модель атмосферы с высоким разрешением для численного прогноза погоды // Метеорология и гидрология, 2001, № 4, с. 5-15.
7. E.P. Krider, R.G. Noggle, A.E. Pifer, D.L. Vance. Lighting detection–finding for forest fire detection // Bulletin of the American Meteorological Society, 1980. Vol. 61. N 9. P. 980 – 986.

8. Барановский Н.В. Ландшафтное распараллеливание и прогноз лесной пожарной опасности // Сибирский журн. вычислит. математики. – 2007. – Т.10, № 2. – С. 141-152.

Барахнин В.Б., Витяев Е.Е.
Обзор методов обнаружения угроз безопасности компьютерных сетей

Институт вычислительных технологий СО РАН (Новосибирск)

Задача обнаружения аномального трафика в крупных телекоммуникационных сетях сводится к выявлению редких событий и взаимосвязей. Актуальность применения математических методов для анализа сетевого трафика отмечена в зарубежной научной литературе в свете автоматического обнаружения атак на компьютеры и серверы; предотвращение утечек конфиденциальной информации и т.п. Так как современные схемы подобных действий характеризуются большой сложностью и запутанностью, то обнаружение в этих сложных схемах взаимосвязей между несопоставимыми, на первый взгляд, явлениями и разнообразными данными требует развития новой технологии.

Для решения указанных задач возникла новая область интеллектуального анализа данных, называемая обнаружение взаимосвязей (ОВ) (Link Discovery). На сегодняшний день ОВ опирается на ассоциативные правила, сигнатурный подход, детерминированные графические технологии, а также на байесовы вероятностные и причинные сети.

На основании проведенного анализа отечественного и зарубежного опыта, накопленного при решении подобных задач, предлагается технология автоматического обнаружения атак на компьютеры и серверы, названная гибридной корреляцией событий (ГКС). Эта технология состоит в автоматическом извлечении знаний из совокупности данных путем обнаружения высоковероятных закономерностей (ВВЗ) с последующим обнаружением нарушений этих закономерностей. При этом используется предположение, что высоковероятные закономерности определяют нормальное, регулярное или штатное течение событий, а нарушение закономерностей – аномальное: атаку или вредоносное течение событий. Важной особенностью этого подхода является возможность обнаружения новых, не встречавшихся ранее атак. Для этого не требуется обучающегося материала, то есть наличия уже идентифицированного набора атак определенного рода, как это нужно для всех существующих методов машинного обучения.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 06-07-89038), Программы интеграционных фундаментальных исследований СО РАН (проект 1.7), Программы государственной поддержки научных исследований, проводимых ведущими научными школами Российской Федерации (проект НШ-9886.2006.9), государственного контракта 2007-4-1.4-00-04-103

Bezhaev A.Yu.1, Marchuk Аn.G. 1, Titov V.V. 2
ESTIMATION OF INITIAL ELEVATION IN THE EXTENDED TSUNAMI SOURCES ON THE BASE OF DEEP WATER WAVE MEASUREMENTS

1Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, Новосибирск, Россия, 2NOAA Center for Tsunami Research, NOAA/PMEL - UW/JISAO, Seattle, USA

In the last years the technical possibility to register amplitude and a waveform of a tsunami in deep ocean has appeared. These recorded time series are free from oceanic shelf and coastal influence, therefore they can give an information about tsunami source (attitude and a profile of initial vertical surface displacement) more precisely. The linear character of a tsunami propagation in a deep water gives a basis for presentation of generation and a wave propagation processes from the complicated source, as a superposition of waves from the several more simple (basis) sources, that compose this actual source. The main idea of the approach is the following: the area of the possible locations of tsunami sources is divided on small sections of approximately equal shape in which the basis (unit) sources with the typical for the real tsunami source profiles of a water surface are placed. It is necessary, that the basis sources are capable in a linear combination to approximate accurately all possible initial displacements of a free surface in real tsunami source. After the system of basis sources is built, preliminary numerical calculations of tsunami propagation from each of these unit sources are have been carried out. Calculated time series in points of a disposition of deep water registers are stored in the special database. After registration of an actual tsunami wave, with the help of specially developed program the set of coefficients in a linear combination of the basis sources that minimize (according to the wave recording at several stations) a discrepancy between actual wave form and a linear combination of calculated time series is determined. Thus, the actual tsunami source is estimated as a linear combination of the linear combination of several basis sources, which produces tsunami waves with characteristics similar to an actual wave (at least in directions of deep water stations).

At small sizes of an actual source (when a linear combination includes up to six basis sources) searching of optimal coefficients can be done by only combinatory mode. That is looking trough all possible combinations of coefficients and calculating of values of a discrepancy for each of these combinations. However, if for three or four sources all process of searching of optimum coefficients takes several seconds, for six sources it is required about several minutes. The total number of processor operations at such approach increases as a constant in a power of an amount of considered basis sources. If the actual tsunami source will be very extended (as it was during the Indian ocean tsunami of 2004), process will take too much time to be usable in real-time mode. The quick algorithm for coefficients determination is proposed. Here the number of arithmetical operations required by processor linearly increases at taking into account the additional unit sources. The main idea of the method is to construct the chronological hierarchy of incoming waves (calculated time series) from basis sources. Then process of coefficients determination is carried out according to this sequence. The algorithm has been tested on available records of an actual tsunami by deep water registering stations.

The work supported by CRDF Grant RUG1-2801-NO-06 and Grant SB RAS 2006-113.

Белов С.Д., Чубаров Л.Б.
Предварительные результаты тестирования создаваемой системы мониторинга и сбора статистики СПД СО РАН

Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск, Россия

В докладе излагаются результаты тестирования характеристик работоспособности, надежности и производительности сервера сбора статистики СПД СО РАН. Сервер предназначен для раннего обнаружения вредоносных воздействий на сеть извне, проявлений аномального поведения компьютеров абонентов сети и наличия нелегитимных приложений с целью обеспечения безопасности сети. Предполагалось, что сервером будет анализироваться в режиме реального времени поток данных значительной интенсивности, была поставлена задача оценки возможностей операционной системы и прикладных программ обрабатывать такие интенсивные потоки, не допуская просчетов (пропусков).

Исследуемый поток получается с центрального коммутатора сети СО РАН с использованием технологии span-портов или мониторирующих портов, на один из интерфейсов коммутатора копируется весь трафик некоторых выделенных интерфейсов.

Эффективность такого мониторирования современных высокопроизводительных сетей определяется как используемыми аппаратными средствами (сетевые интерфейсы, используемая вычислительная платформа), так и используемым программным обеспечением этого монитора. Требование обеспечить определенную масштабируемость системы мониторинга, возможность ее работы не только с теми уровнями загрузки, которые существуют в сети настоящее время, но и иметь перспективы роста, диктует необходимость оценки характеристик построенной системы. Неадекватность системы захвата трафика может проявляться из-за потери пакетов, либо из-за нехватки вычислительных ресурсов для последующего анализа захваченных пакетов. Вероятность потери пакетов может быть уменьшена за счет выбора адекватного сетевого интерфейса. Использование в построенной системе серверных сетевых интерфейсов Intel PRO/1000 PT (80003ES2) обеспечивает эффективное решение соответствующей задачи.

Для предварительной оценки возможностей созданного программно-аппаратного комплекса была проведена калибровка системы, результаты которой показали, что выбранная аппаратная платформа и установленная ОС в комплексе с различными программами-коллекторами поддерживает достаточную производительность, обрабатывая анализируемый поток, не допуская потерь пакетов и, тем самым, обеспечивая достоверность собираемых данных при существующей загрузке каналов. При этом загрузка процессора составляет единицы процентов.

Начата работа по адаптации свободно распространяемой системы SNORT с библиотекой сигнатур для идентификации сетевых приложений. На начальном этапе рассматривался ограниченный набор сигнатур, необходимых для идентификации только двух сетевых приложений (E-Donkey и BitTorrent), ответственных, по предварительным оценкам, за генерацию до 20-30 %% нелегитимного трафика. Опытная эксплуатация системы продемонстрировала достаточную полноту собираемой информации и ее адекватность поставленным задачам.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 06-07-89038), Программы интеграционных фундаментальных исследований СО РАН (проект 1.7), Программы государственной поддержки научных исследований, проводимых ведущими НШ РФ (проект НШ-9886.2006.9), государственного контракта 2007-4-1.4-00-04-103

Белолипецкий В.М., Белолипецкий П.В.
Оценка возможных последствий гидродинамических аварий

Институт вычислительного моделирования СО РАН,

Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия

Начальной стадией гидродинамической аварии является прорыв плотины, который представляет процесс образования прорана. Во фронте устремляющегося в проран потока воды образуется волна прорыва, имеющая значительную скорость движения и обладающая разрушительной силой. Основным последствием гидродинамической аварии является катастрофическое затопление местности.

Основными параметрами волны прорыва являются высота, скорость и время существования, которые зависят от объема водохранилища, размеров прорана, уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, гидрологических и топографических условий реки и ее поймы. Теоретической основой определения параметров волны прорыва является решение задачи о разрушении плотины с использованием газодинамической аналогии [1, 2].

Для оценки зоны затопления в результате распространения волны прорыва используется стационарное приближение для русла прямоугольной формы. Расход воды при разрушении плотины определяется по параметрам волны прорыва. Для бурного потока число Фруда (Fr) больше единицы, на некотором расстоянии от плотины течение становится критическим (Fr=1), формируется гидравлический прыжок, в котором глубина потока резко увеличивается от величины, меньшей критической глубины, до величины большей критической. Для участка ниже гидравлического прыжка, схематизированного в виде прямоугольного цилиндрического, применяется приближение равномерного движения. Вычисляются глубина, площадь поперечного сечения и средняя скорость течения (u). Скорость распространения волны (uv)оценивается по формуле uv=ku, k=1.2-1.5. По скорости волны прогнозируется время подхода волны к заданному створу. Уточнение параметров воздействия гидродинамической аварии можно выполнить с помощью численного решения нестационарных уравнений Сен-Венана.

Список литературы

1. Стокер Дж. Волны на воде. - М.: Изд-во иностр. лит., 1959.

2. Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. - М.: Наука, 1981.

Белолипецкий В.М., Генова С.Н.
Прогнозирование ледотермического режима нижнего бьефа Богучанской ГЭС

Институт вычислительного моделирования СО РАН, Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия

Зарегулирование плотинами гидроузлов вносит существенные изменения в при-родные условия прилегающих районов. Изменяются температурные и скоростные режимы реки как выше, так и ниже гидроузла. Смена температурного режима оказывает влияние на развитие речной и флоры и фауны, понижение температуры в летний период приводит к снижению самоочищающей способности реки. Для полной оценки экологического воздействия строящейся Богучанской ГЭС необходимо знать прогноз гидротермического и ледового режима реки выше и ниже плотины и выработать рекомендации по уменьшению негативного влияния строительства ГЭС.

Для выполнения прогнозных расчетов используются разработанные в Институте вычислительного моделирования СО РАН математические модели и вычислительные программы [1]. В исследованиях ледотермических режимов открытых водотоков основной интерес представляет определение изменений во времени положения створа кромки ледяного покрова, толщины ледяного покрова по длине водотока, расхода и общего количества образующейся шуги. Математическое моделирование ледотермического режима реки основывается на методе расщепления по физическим процессам. Для расчетов используются подробные значения метеоданных (среднесуточные значения температуры воздуха, скорости ветра, влажности, атмосферного давления).

Верификация компьютерной модели выполнена на данных для Усть-Илимской ГЭС. Получено хорошее согласование численных результатов с натурными данными. Для Богучанской ГЭС рассмотрены два варианта плотины: НПУ 208.0 и НПУ 185.0. Влияние плотины БоГЭС на ледотермический режим р. Ангары распространится на 30 – 40 км при поверхностном водозаборе и на 60-70 км - для проектных условий водозабора. В летний период для проектных условий водозабора температура воды, сбрасываемой из водохранилища в нижний бьеф, на 3–5 градусов ниже бытовой для НПУ 185.0 м, на 4-6 градуса ниже бытовой для НПУ 208.0 м.

Список литературы

1. Белолипецкий В.М., Генова С.Н., Туговиков В.Б., Шокин Ю.И. Моделирование задач гидроледотермики водотоков / Сибирское отделение РАН, Институт вычислительных технологий, Вычислительный центр в г. Красноярске, 1993. - 138 с.

Бризицкий Р.В., Соболева О.В.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАДАЧ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЛЯ ЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Институт прикладной математики ДВО РАН, Владивосток, Россия

В работе исследуются обратные экстремальные задачи для стационарных моделей распространения загрязнений. В ограниченной области из пространства RRd (d=2,3) с липшицевой границей, состоящей из двух частей и рассматривается следующая краевая задача:

(1.1)

Здесь C - концентрация примеси, u=(u,v,w) – скорость, k0 – величина, характеризующая распад загрязняющего вещества за счет химических реакций, f – плотность распределенных источников, – величина вертикальной скорости осаждения частиц под действием силы тяжести, – некоторые функции.

Исследуемая задача, заключается в нахождении неизвестных параметров , f и по дополнительной информации о состоянии среды в некоторой подобласти области . С помощью оптимизационного метода (см. [1]) указанная задача сводится к исследованию задачи условной минимизации при определенном выборе функционала качества на слабых решениях исходной краевой задачи. Доказывается их разрешимость, выводятся и анализируются системы оптимальности, описывающие необходимые условия экстремума. На основе проведенного анализа систем оптимальности устанавливаются достаточные условия на исходные данные, обеспечивающие локальную единственность решения конкретных экстремальных задач.

Работа поддержана грантом НШ-9004.2006.1, грантом РФФИ 06-01-96020-р\_восток\_а и грантами ДВО РАН (проекты 06-I-П22-086, 06-II-СО-03-010, 06-III-А-01-011, 06-III-А-03-072)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев Г.В. Коэффициентные обратные экстремальные задачи для стационарных уравнений тепломассопереноса // Журн. вычисл. мат. и мат. физики. – 2007. – Т. 47. N 6. – С. 1055-1076.

Буриев Т.
МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПРОЦЕССОВ ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ОСОБО ВАЖНЫХ ОБЪЕКТОВ И ПОТРЕБНЫХ СИЛ И СРЕДСТВ ОРГАНОВ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ (ЧС) ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СПАСАТЕЛЬНЫХ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЯХ

Институт информатики АН РУз, Ташкент, Узбекистан

Командные пункты (КП), промышленные объекты, сборные эвакопункты (СЭП), посадочные пункты (ПП), мосты, участки, на которые разбиты маршруты выдвижения - объекты прогнозирования. Основными параметрами для объекта прогнозирования, характеризующими его состоянии, возможный наряд сил и средств ЧС на проведение спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ (СНАВР), являются величина избыточного давления во фронте ударной волны (р) и уровень концентрации отравляющих веществ (ОВ) (или радиации на 1 час после взрыва R). Разработанные модели, алгоритмы и программы позволяют оперативно получить достоверный прогноз разрушения участков маршрутов выдвижения, объектов, убежищ и укрытий, мостов, КП, СЭП и ПП, потери личного состава, а также пожарной и химической опасности в объектах и проездах, рассчитать возможный вариант использования сил и средств ЧС для проведения СНАВР в очагах поражения. Состояние объекта прогнозирования определяется исходя из: 1) числа, координат и мощностей взрывов, характеристик метеоданных; 2) справочников нормативных данных по типам объектов прогнозирования о величинах избыточного давления во фронте ударной волны и уровня концентрации ОВ. Названный класс задач решается в республике по областям, в области по городам, по районам, по маршрутам ввода сил и средств ЧС, в маршруте по участкам, на участке по объектам. Объекты прогнозирования на участке располагаются в порядке их следования при движении по маршруту из загородной зоны к центру населенного пункта. Описанные алгоритмы и комплекс программ может охватить 99 областей в республике, 9 категорированных городов в области, 99 районов в городе, 99 маршрутов выдвижения в районе, 99 участков в маршруте, 99 объектов на участке, 9999 промышленных объектов.

Исходная информация состоит из двух частей: а) постоянная; б) оперативная. Постоянная информация не изменяется или мало изменяется в длительный промежуток времени. Она создается в начале внедрения автоматизированной системы, записывается на внешних запоминающих устройствах (ВЗУ), обрабатывается согласно требованиям задачи и постоянно хранится на ВЗУ. Оперативная информация необходима для проведения конкретных расчетов. Она должна быть компактной, приспособленной для передачи на различных каналах связи и содержит самую необходимую переменную информацию.

Содержание задачи требует выявления и определения источников: участков маршрутов ввода сил, подробную информацию об объектах и их характеристик (количество и вместимость убежищ и укрытий, этажность зданий, категория важности, плотность и код застройки, огнестойкость, категория пожарной опасности и количество людей, подлежащих укрытию), координаты участков и объектов, мостов, КП, ПП, СЭП. Для получения этих данных непосредственно с карты необходимо определить иерархию административно-территориального деления, документы, содержащие перечисленные выше данные, и нормативные таблицы, содержащие информацию о степени разрушения и завала объектов, видах и площадях пожаров, поражении личного состава и необходимых силах и средствах ЧС для проведения СНАВР.

Буриев Т.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ОСОБО ВАЖНЫХ ОБЪЕКТОВ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЯХ

Институт информатики АН РУз, Ташкент, Узбекистан

Обеспечение безопасности эксплуатируемых и получение качественного проекта запланированных объектов энергетики, транспорта, промышленности, административно-жилищного и сельскохозяйственного строительства с учетом всевозможных разрушительных факторов экстремальных ситуаций стихийного (землетрясения, наводнения) и техногенного (аварии, пожары) характера обусловливает: а)обеспечение прочности конструкций рассматриваемых сооружений из разносопротивляющихся растяжению и сжатию материалов в рамках расчетных нагрузок и режимов эксплуатации, а в случаях непредвиденных ситуаций – исследование их реального состояния вплоть до разрушения; б)оптимизацию жесткостных характеристик несущих элементов по критерию равнопрочности при соблюдении условий минимального веса и устойчивости сжатых элементов с учетом их гибкости; в) установления диапазона эффективной применяемости использованных моделей, вычислительных и реализационных алгоритмов, которые играют решающую роль в процессе анализа существующих объектов и проектных решений новых объектов перед возведением сооружений в натуре. Оперативное прогнозирование реального состояния сложных объектов при ЧС требует сокращения времени счета на ЭВМ с обеспечением необходимой точности расчетов. Соблюдение высокой точности требует большого объема оперативной и внешней памяти ЭВМ. В процессе расчетов на прочность, устойчивость, динамику колебания, сейсмостойкость и оптимизацию многопролетных безбалочных покрытий, неразрезных перекрытий и многоэтажных многопролетных сооружений сложной компоновки решаются системы уравнений движения панелей из открытых пологих оболочек в волновой постановке с учетом появления и развития пластических деформаций, конечности скорости распространения силовых и тепловых возмущений, разносопротивляемости их материалов растяжению и сжатию, влиянию цепных усилий поверхности и деформаций сдвига при изгибе. При расчете на прочность, динамику, сейсмостойкость и оптимизацию грунтовых сооружений (плотин водохранилищ, дамб рек и др.) и наземных сооружений с учетом совместной работы с основанием и подземных сооружений с учетом взаимодействия их с окружающей грунтовой средой решаются системы трехмерных уравнений движения грунтовой среды в волновой постановке. В процессе расчета наземных и подземных сооружений пространственная конструкция сооружения и окружающая ее грунтовая среда рассматривается как единое неоднородное тело. На дистанции 35 калибра сооружения из грунта вырезается подобное сооружению объем грунта, на границах которого выполняются условия уноса энергии. В задачах расчета плотин и дамб учитывается влияние гидродинамического давления воды и водопроницаемости грунтов.

Обеспечение равнопрочности панелей и грунтовых сооружений армированием или панелей с изменением их толщины (или модуля сдвига по толщине панелей), а также устойчивости сжатых панелей с учетом их гибкости реализуется на ЭВМ на основе монотонно сходящегося итерационного процесса с заданным модулем сходимости. Системы обыкновенных дифференциальных уравнений с начальными данными, получаемые дискретизацией краевых задач по пространственным переменным, решаются комбинацией конечно-разностного метода произвольного порядка точности с итерационным процессом с заданным модулем сходимости.

Буриев Т., Буриев А.Т.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ

Институт информатики АН РУз, Университет мировой экономики и дипломатии; Ташкент, Узбекистан

Статистические данные о пожарах в машинных залах ГРЭС, где покрытия, в основном, выполнены в виде жестко закрепленных между собой металлических ферм, показывают, что только за период 1989-96 гг. произошло 4 крупных пожаров с огромным материальным ущербом – разрушением стальных покрытий на больших площадях. Наличие стационарных лафетных стволов под перекрытием практически не защитило металлические конструкции покрытий. Причина пожаров – разгерметизация и аварийный выброс под высоким давлением масла и (или) водорода, применяемых в качестве охлаждающего агента в турбоагрегатах. В результате обрушения тяжелых покрытий уничтожено дорогостоящее технологическое оборудование, имели место случаи гибели или тяжелых увечий людей. В настоящее время отсутствуют расчетные и экспериментальные методы оценки остаточной огнестойкости конструкций и зданий, эксплуатирующихся в сейсмоактивных районах [1].

Обеспечение безопасности объектов реализуется с использованием серийно выпускаемых разреженных решетчатых стержневых конструкций типа «Кисловодск» (проекты 24 вариантов капительных и 12 вариантов бескапительных покрытий утвержден Госстроем бывшего СССР (протокол АЧ-41 от 18.07.1984г.), десятки из этих модулей перенесли Армянское землетрясение 1988г. в г. Спитаке без трещин) с центральным проемом в форме многогранника (с большим основанием снизу и малым – сверху)), спроектированных в 1982 г., оптимизацией жесткостных характеристик стержней на основе критерия равнопрочности с соблюдением условий минимального веса и устойчивости сжатых стержней с учетом их гибкости при заданной расчетной нагрузке для 79-бальных сейсмических регионов [2]. Грани проема изготавливаются из несгораемых материалов с достаточным тепловым сопротивлением и выполняют роль теплозащитного экрана. Они используются также вокруг проема в нижних поясах на протяжении длины одного стержня. Пожаровзрывоопасное технологическое оборудование предполагается размещать под центром проема, факел пламени и продукты горения выбрасываются за пределы помещения через проем за счет аэродинамической тяги и предотвращаются повышение температуры под перекрытием и разрушение последнего. Для предотвращения разрушения труб раскосных и поясных стержней нами предлагается, в отличие от всех ранее известных способов [1], охлаждать стержни и колонны одновременно и изнутри, и снаружи, а узловые элементы – снаружи путем подачи воды через колонны и капительные стержни, а также установки спринклеров и специально сконструированных шунтов, которые соединяют внутренние каналы стержней, сопрягаемых в узлах конструкций посредством болтов.

В настоящее время алгоритмы реализованы на ПЭВМ и апробированы на примерах покрытий с площадью более гектара, снижен расход труб на 16-18% по сравнению с приведенными в [2] проектами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Буриев Т. и др. Математические модели и алгоритмы решения задач деформирования многопролетных пространственных стержневых конструкций при воздействии динамических, сейсмических и тепловых нагрузок // Проблемы безопасности при ЧС. - Вып. №1. – М., ВНИИТИ РФ. – 2002. –С.123-134.

2. Буриев Т. Разработка и реализация на ЭВМ экономичных алгоритмов решения краевых и оптимизационных задач механики деформируемого твердого тела. – Ташкент: Кибернетика АН УзССР, 1988. – 44 с.

Бычков И.В.
Фундаментальные научные исследования

как основа безопасности Байкальского региона

ИНЦ СО РАН, ИДСТУ СО РАН, Иркутск, Россия

Конкретизируя общее понятие безопасности [1] применительно к тематике конференции, необходимо говорить о национальной безопасности. Национальная безопасность – состояние защищенности важнейших жизненных интересов страны – ее граждан, общества, государства и определяемых этими важнейшими интересами других коренных национальных интересов в экономической, социальной, внутриполитической, международной, оборонной, культурной и других сферах. К важнейшим жизненным интересам относятся обеспечение приемлемого уровня и качества жизни, личной безопасности, основных конституционных прав и свобод. К важнейшим жизненным интересам общества относятся упрочение демократии, достижение общественного согласия, обеспечение устойчивого развития экономики и созидательной активности населения, духовное обновление общества. К важнейшим жизненным интересам государства относятся сохранение и упрочение конституционного строя, суверенитета и территориальной целостности страны, обеспечение политической и социальной стабильности и безусловного исполнения законов, поддержание правопорядка [2,3]. Перечисленный состав интересов соответствует современной ситуации и в дальнейшем может быть скорректирован.

К сферам обеспечения (составляющим) национальной безопасности относятся: внутриполитическая, экономическая, социальная, духовная, международная, информационная, военная и военно-экономическая, оборонно-промышленная, экологическая, антитеррористическая, природно-техногенная. Советом безопасности РФ предложены основные критерии по каждой из названных составляющих национальной безопасности.

Важнейшим аспектом национальной безопасности является региональный ее аспект – региональная безопасность, которая включает большую часть из перечисленных выше сфер обеспечения (составляющих) национальной безопасности в региональном разрезе. Безопасность регионов обеспечивает национальную безопасность страны. Одной из комплексных работ по анализу проблем региональной безопасности является книга «Региональные проблемы безопасности. Красноярский край», изданная в 2001г. в серии «Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты» [4].

По единодушному мнению прогнозистов, в настоящее время одной из главных тенденций мировой экономики является возрастающее значение интеллектуальных ресурсов, формирование глобальной экономики, базирующейся на знаниях. Опыт последних десятилетий подтверждает, что место лидеров в социально-экономическом развитии уверенно занимают страны и регионы, имеющие наиболее высокий уровень науки и образования. Роль науки в обеспечении безопасности страны и отдельных территорий переоценить трудно. Именно наука призвана дать объективный анализ состояния природных, социальных, технических и других систем, определить возможные варианты их развития, в том числе с достижением опасных для существования этих систем параметров, а также решать конкретные задачи их безопасного развития, ликвидации последствий разрушения систем и многие другие.

Особенностью научных исследований, особенно если речь идет о фундаментальной науке, является неизбежный разрыв в затратах и результатах от создания и использования нового знания. Результат проявляется не сразу, а по мере соответствующих возникновения потребностей в использовании этого знания, но эффект от нового знания обычно многократно перекрывает затраты на его создание [5].

Потенциал институтов Иркутского научного центра (ИНЦ) СО РАН, включающий исследования в геологии, сейсмологии, геохимии, химии, физике, математике, энергетике, биологии, биохимии, географии, лимнологии, информатике, может быть использован при комплексном анализе и решении практических вопросов региональной безопасности Иркутской области [6].

Одной из важных составляющих экономической безопасности является энергетическая безопасность. Несмотря на высокий уровень обеспеченности Иркутской области топливно-энергетическими ресурсами, некоторые вопросы обеспечения энергетической безопасности области имеют место. Среди них – доступность топливно-энергетических ресурсов по ценам, низкий уровень эффективности их использования, высокий уровень физического износа основных фондов, особенно в системах теплоснабжения, и ряд других. Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН разрабатывает методологию и компьютерные средства анализа и систематически исследует проблемы энергетической безопасности на различных уровнях – региональном, государственном, межгосударственном [7].

Другой важной сферой экономической безопасности является продовольственная безопасность, связанная с проблемами обеспечения продовольствием населения. Для Иркутской области с ее суровым климатом, малой долей сельского населения вопросы продовольственной безопасности являются, безусловно, актуальными. Сибирский институт физиологии и биохимии растений (СИФИБР) СО РАН ведет фундаментальные исследования по ряду направлений, результаты которых способствуют обеспечению продовольственной безопасности области. К таким научным направлениям относятся клеточная биология и биоинженерия, исследования устойчивости растений к стрессам и ряд других. Совместно с Институтом цитологии и генетики СО РАН созданы новые сорта озимой пшеницы: «Заларинка» и «Иркутская озимая», отличающиеся повышенной зимостойкостью, высокой урожайностью и прекрасными хлебопекарными качествами. В последние годы в институте разработаны технологии выращивания овощей в новых для Восточной Сибири сооружениях – пленочных тоннелях и теплицах. Предложены новые направления селекции сортов яблони с повышенным уровнем зимостойкости и морозостойкости.

Байкальский регион - один из самых богатых природными ресурсами регионов среди субъектов РФ. Здесь давно функционирует мощный производственный комплекс, а в последние годы эта территория попала в зону интересов большого нефтегазового бизнеса: активно разрабатываются месторождения углеводородов, проектируются и строятся новые нефте-, газопроводы. В Иркутском научном центре широко представлены исследования природных ресурсов региона, а также экологическое направление научных исследований и инновационных разработок [6,8]. Практически все институты научного центра ведут исследования, связанные с различными направлениями экологической безопасности, занимаются решением практических задач природно-техногенной безопасности Прибайкалья.

Институт географии им. В.Б. Сочавы выполнил работу по экологическому зонированию Байкальской природной территории и водоохранному проектированию побережья озера Байкал. Впервые Институтом сделано точное географическое описание границ Участка всемирного природного наследия «Озеро Байкал», для которого действуют особые нормы охраны и использования природных ресурсов.

СИФИБР СО РАН ведет многолетние исследования по экологической безопасности обширных регионов Сибири. Изучается пространственно-временная динамика наземных экосистем, процессы и явления, определяющие их современное состояние, прогноз вероятных векторов развития; функционирование и устойчивость агроэкосистем на разных типах почв лесостепи Средней Сибири. Особое внимание уделяется крупномасштабным техногенным повреждениям лесов. Проблема техногенного загрязнения природной среды и, как следствие, повреждения лесных экосистем в Восточной Сибири в последние годы приобрела в исследованиях института новое звучание в связи с «парниковым эффектом».

Институтом геохимии им. А.П. Виноградова разработаны теоретические аспекты и различные методы анализа химического и изотопного состава горных пород, минералов, руд, почв, донных осадков, вод, металлов, сплавов, биоматериалов и продуктов загрязнения воздуха. Аналитическая база института используется в рамках мониторинга химического состава воды истока р. Ангары, для анализа экологического состояния Братского водохранилища и решения многих других задач. Успешно реализуется разработка эффективной технологии производства «солнечного кремния».

Уникальным природным ресурсом Иркутской области является вода, прежде всего озера Байкал, комплексные исследования которого проводит Лимнологический институт. Ведется постоянный мониторинг состава байкальской воды на всех глубинах и в различных котловинах озера. Экологическую направленность имеют и инновационные разработки ЛИН СО РАН: экологически безопасный способ прокладки подводного электрокабеля, способ тушения площадного пожара на лигнинохранилище, новые методики комплексного анализа ультрапресных вод и другие.

В Институте солнечно-земной физики СО РАН выполнен проект по созданию и поддержке общедоступной гипертекстовой информационной системы «Байкальский регион - взгляд из космоса». Эта система представляет данные о пространственно-временном распределении параметров состояния окружающей среды Байкальского региона и озера Байкал, полученных при обработке спутниковой информации.

Исследования Института земной коры СО РАН по сейсмобезопасности зданий и сооружений, разработку средств по анализу надежности и безопасности энергетической инфраструктуры (трубопроводных и электрических сетей) ИСЭМ СО РАН.

Ярким примером роли науки в решении масштабных проблем экологической безопасности стал перенос трассы нефтепровода «Восточная Сибирь - Тихий океан» за границы водосборного бассейна озера Байкал. Комплексное научное обоснование (высокий уровень сеймичности, селеопасность, активные разломы земной коры, характеристика ландшафта, расчеты экономической эффективности переноса трассы и приближения ее к крупным месторождениям нефти и газа на севере Иркутской области и юге Якутии), выполненное совместно многими институтами СО РАН, легло в основу правительственного решения о переносе трассы. Этот пример иллюстрирует и временную «распределенность» эффекта научных знаний: для решения возникшей проблемы практического использования природных ресурсов региона были использованы результаты многолетних фундаментальных исследований.

Комплексный анализ экономической и социальной безопасности Иркутской области выполняется Отделом региональных экономических и социальных проблем при Президиуме ИНЦ СО РАН при участии ИСЭМ СО РАН и других институтов.