МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ НА ГИДРОЛИТОСФЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ:

М. А. Георгиева; И. М. Першин

М. А. Георгиева Южный федеральный университет
И. М. Першин Южный федеральный университет

Ключевые слова: Гидролитосферные процессы, атмосферные осадки, математическое моделирование, грунтовые воды, эрозионные процессы

Аннотация

Данная статья посвящена исследованию влияния атмосферных осадков на гидролитосферные
процессы с использованием математического моделирования. Гидролитосферные процессы включают
взаимодействие между водой, атмосферой и земной корой, играя важную роль в формировании ланд-
шафта, круговороте воды и климате Земли. Используя исторические данные об осадках и гидролито-
сферных процессах, авторы калибруют и проверяют свою модель. Результаты показывают, что мо-
дель может точно предсказывать изменения в стоке воды, эрозии почвы и качестве воды в ответ на
изменения в режиме осадков. В работе представлена разработка и применение математических моде-
лей для изучения влияния осадков на формирование стока, эрозию почвы, изменение уровня грунтовых
вод, а также на геоморфологические процессы, происходящие в гидролитосфере. В статье анализиру-
ются различные типы моделей, включая: – модели поверхностного стока, которые описывают форми-
рование и движение стока по поверхности земли; – модели эрозии почвы, которые предсказывают
интенсивность эрозионных процессов, обусловленных воздействием атмосферных осадков; – модели
грунтовых вод, которые изучают влияние осадков на уровень грунтовых вод и их движение в подзем-
ных горизонтах; – модели геоморфологических процессов, которые исследуют влияние осадков на фор-
мирование рельефа, образование оврагов, склонов и других геоморфологических элементов. Были рас-
смотрены и изучены проблемы валидации и калибровки моделей, а также факторы неопределенности,
связанные с вариабельностью атмосферных осадков. Результаты исследования позволяют лучше по-
нять взаимодействие атмосферных осадков с гидролитосферой и представить возможности исполь-
зования математического моделирования для прогнозирования гидролитосферных процессов и разра-
ботки стратегий управления водными ресурсами. Статья имеет важное значение для понимания и
управления гидролитосферными процессами в условиях изменяющегося климата. Математическая
модель, разработанная в статье, может быть использована для оценки потенциальных последствий
изменения количества и характера осадков, а также для разработки стратегий адаптации для смяг-
чения этих последствий.

Литература

1. Malkov A.V., Pershin M.I., Pomelyayko I.S. i dr. Kislovodskoe mestorozhdenie uglekislykh
mineral'nykh vod. Sistemnyy analiz, diagnostika, prognoz i upravlenie [Kislovodsk deposit of carbonated
mineral waters. Systems analysis, diagnostics, forecast and management]. Moscow:
Nauka, 2015, 283 p.
2. Georgieva M.A. Sistemnyy analiz erozionno–ruslovykh protsessov [Systems analysis of erosionchannel
processes], Sovremennaya nauka i innovatsii [Modern science and innovation], 2024,
No. 4, pp. 32-40.
3. Ivan M. Pershin , Elena G. Papush, Tatyana V. Kukharova,* and Vladimir A. Utkin. Modeling of Distributed
Control System for Network of Mineral WaterWells. Water 2023 (Switzerland), 15, 2289.
Available at: https:// doi.org/10.3390/w15122289, 14 p.
4. Pershin I.M., Veselov G.E., Pershin M.I. Sintez raspredelennykh sistem upravleniya gidrolitosfernymi
protsessami mestorozhdeniy mineral'nykh vod // Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki. – 2014. – № 8
(157). – S. 123-137.
5. Georgieva M.A. Razrabotka algoritma upravleniya erozionnymi protsessami v ruslovoy podsisteme
gornykh i predgornykh landshaftov [Synthesis of distributed control systems for
hydrolithospheric processes of mineral water deposits], Sovremennaya nauka: aktual'nye
problemy teorii i praktiki. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2022, No. 1-2, pp. 23-26.
6. Pershin I.M., Kukharova T.V., Tsapleva V.V. Designing of distributed systems of hydrolithosphere
processes parameters control for the efficient extraction of hydromineral raw materials, Journal of
Physics: Conference Series. Vol. 1728, Issue 119. January 2021. Article number 0120172020. Annual
International Conference on Complex Equipment and Quality Control Laboratories, CEQCL
2020, 14 April 2020 - 17 April 2020. ISSN 17426588. DOI: 10.1088/1742-6596/1728/1/012017.
7. Drovosekova T.I., Zhernosek I.A. Modelirovanie gidrolitosfernykh protsessov regiona kavkazskikh
mineral'nykh vod [Modeling of hydrolithospheric processes in the region of Caucasian mineral
waters], V mire nauchnykh otkrytiy [In the world of scientific discoveries], 2013, No. 2,
pp. 164-176.
8. Vitiska N.I., Georgieva M.A. Primenenie komp'yuternogo modelirovaniya v voprosakh izucheniya
erozii pochv i rusel rek [Application of computer modeling in the study of soil and river bed
erosion], Informatsionnye tekhnologii v ekologii, obrazovanii i biznese: Mater. Konferentsii [Information
technologies in ecology, education and business: Proceedings of the conference],
Nal'chik, 01 January – 31 2021. Nal'chik, 2021, pp. 192-197.
9. Khashirova T.Yu., Lamerdonov K.Z., Tokmakova D.A. [i dr.]. Informatsionnye tekhnologii v reshenii
nekotorykh ekologicheskikh problem na gornykh i predgornykh landshaftakh [Information technologies
in solving some environmental problems in mountain and foothill landscapes],
Sovremennye problemy prikladnoy matematiki, informatiki i mekhaniki: Sb. trudov Mezhdunarodnoy
nauchnoy konferentsii, Nal'chik, 10–14 iyunya 2019 goda [Modern problems of applied mathematics,
informatics and mechanics: Collection of works of the International scientific conference,
Nalchik, June 10-14, 2019]. Vol. II. Nal'chik: Kabardino-Balkarskiy gosudarstvennyy
universitet im. Kh.M. Berbekova, 2019, pp. 152-159.
10. Khashirova T.Y., Georgieva M.A., Eleev I.Z. [et al.]. Information Technologies in the Solution of
Some Environmental Problems on Mountain and Foothill Landscapes, Proceedings of the 2019 IEEE
International Conference Quality Management, Transport and Information Security, Information
Technologies IT and QM and IS 2019, Sochi, 23–27 September 2019. Sochi: Institute of Electrical
and Electronics Engineers Inc., 2019, pp. 507-510.
11. Khashirova T.Yu., Gergov A.R., Georgieva M.A., Akbasheva G.A. Ispol'zovanie sovremennykh
komp'yuternykh tekhnologiy v zadachakh rascheta ekologicheskoy stabil'nosti gornykh i predgornykh
landshaftov [Use of modern computer technologies in the problems of calculating the environmental
stability of mountain and foothill landscapes], Innovatsionnye tekhnologii v
prirodoobustroystve i vodopol'zovanii: Sb. nauchnykh statey [Innovative technologies in nature
management and water use: Collection of scientific articles], Issue 7. Nal'chik: Izd-vo M. i V.
Kotlyarovykh (OOO«Poligrafservis i T»), 2017, pp. 204-210.
12. Khashirova T.Yu., Gergov A.R., Georgieva M.A., Akbasheva G.A. Primenenie informatsionnykh
tekhnologiy pri otsenke ekologicheskoy stabil'nosti gornykh i predgornykh landshaftov [Application
of information technologies in assessing the environmental stability of mountain and foothill
landscapes], Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental research], 2017, No. 7, pp. 83-87.
13. Zerbaliev A.M., Georgieva M.A. Analiz mekhanizma opolznevogo i erozionnogo protsessov na
sklonakh gornykh landshaftov [Analysis of the mechanism of landslide and erosion processes
on the slopes of mountain landscapes], Prirodoobustroystvo i melioratsiya vodosborov gornykh i
pred-gornykh landshaftov: Sb. nauchnykh statey [Nature management and melioration of watersheds
of mountain and foothill landscapes: Collection of scientific articles], Issue 6. Nal'chik:
Izd-vo M. i V. Kotlyarovykh, 2016, pp. 91-97.
14. Georgieva M.A., Arvanova M.M., Gazaev A.Kh. Analiz modeley opolznevoy opasnosti dolin gornykh
rek respubliki Kabardino-Balkariya [Analysis of landslide hazard models of mountain river valleys
in the Kabardino-Balkaria Republic], Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [Successes of
modern natural science], 2016, No. 5, pp. 125-129.
15. Pershin I.M., Malkov A.V., Pershin M.I. Matematicheskie modeli gidrolitosfernykh protsessov [Mathematical
models of hydrolithospheric processes], Nedropol'zovanie XXI vek [Subsoil use XXI
century], 2018, No. 3, pp. 56-65.
16. Pershin I.M., Kuz'min N.N., Malkov A.V. Formirovanie tselevykh funktsiy v zadachakh upravleniya
gidrolitosfernymi protsessami [Formation of target functions in problems of hydrolithospheric
processes control], 5-ya Rossiyskaya mul'tikonferentsiya po problemam upravleniya: Mater.
konferentsii "Informatsionnye tekhnologii v upravlenii" (ITU-2012), Sankt-Peterburg, 09–11
oktyabrya 2012 goda [5th Russian multi-conference on management problems: Proceedings of
the conference "Information technologies in management" (ITU-2012), St. Petersburg, October
9-11, 2012]. Saint Petrsburg: TSNII "Elektropribor", 2012, pp. 622-632.
17. Bystrov S.V., Grigor'ev V.V. Matematicheskaya model' gidrolitosfernykh protsessov [Mathematical model
of hydrolithospheric processes], Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Priborostroenie [Bulletin of
higher educational institutions. Instrument engineering], 2017, Vol. 60, No. 9, pp. 863-868.
18. Drovosekova T.I. Razrabotka matematicheskikh modeley i sintez sistemy upravleniya gidrolitosfernymi
protsessami Pyatigorskogo mestorozhdeniya mineral'nykh vod [Development of mathematical models
and synthesis of a control system for hydrolithospheric processes of the Pyatigorsk mineral
water deposit]. Saint Petersburg: Peterb. gos. elektrotekhn. un-t (LETI), 2015.
19. Tsapleva V.V. Sistemnyy analiz gidrolitosfernykh protsessov regiona g. Lermontova: dis. [Systems analysis
of hydrolithospheric processes in the region of the city of Lermontov: diss]. YuFU, 2012.
20. Drovosekova T.I., Pershin I.M. Osobennosti modelirovaniya gidrolitosfernykh protsessov regiona
Kavkazskikh Mineral'nykh Vod [Features of modeling hydrolithospheric processes in the region
of the Caucasian Mineral Waters], Mezhdunarodnaya konferentsiya po myagkim
vychisleniyam i izmereniyam [International Conference on Soft Computing and Measurements].
Federal'noe gosudarstvennoe avtonomnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego
obrazovaniya Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy elektrotekhnicheskiy universitet LETI im.
V.I. Ul'yanova (Lenina), 2016, Vol. 1, pp. 229-232.