ЧАСТЬ 3
Предлагаемая читателям ЭНС статья профессора Исаака Гершановича, состоящая из трёх частей, весьма актуальна. В ней совмещаются биографические данные автора, его размышления о смысле жизни и сугубо профессиональные специальные сведения, касающиеся современных научно-технических и методологических проблем одной из важнейших наук о Земле – гидрогеологии.
Разработанный им методологический подход, описанный в статье, позволил предложить новую технологию гидрогеологических исследований, опирающуюся на физику и математику. Предлагаемый модельный подход позволяет сочетать возможности собственно традиционного геологического подхода с современными информационными технологиями. И всё это наглядно иллюстрируется реальными практическими примерами.
Доктор Фёдор Бакшт, геолог
Мне повезло. Я попал в период активного освоения глубоких горизонтов подземных вод. И это оказалось нишей для меня. Конечно, плохое знание языка мешало абсорбции в общество. По этой причине я «прохлопал ушами» (точнее не скажешь) немало интересных предложений. Тот же Мердлер потом предлагал мне перейти в Мекорот, а я не понял, надо ли. Меня в ТАГАЛе просили остаться и подняли зарплату, и еще кое-какие условия. А в 1997 я вдруг получил письмо об увольнении в связи с, якобы, массовым сокращением по причине ухудшения экономического положения компании. Это оказалось ложью. Причина была в чем-то другом. Я это понял позже. Но как мне было это знать сразу, и что я мог поделать. У меня не было знаний как можно здесь защищаться. В моей советской ментальности борьба за справедливость на личностном уровне отсутствовала. А мне уже за шестьдесят. Плюс ипотека. Я как в прострации. Как в песне В.Токарева «Небоскребы, небоскребы, а я маленький такой».
Потом, спустя какое-то время, из своего опыта на этой земле, я понял простую истину: Господь наблюдает и направляет людей на их же благо, меня в частности. Он это делает не сам, а посредством других людей как своих посланников, или другими сигналами. И то, что он предлагает, надо принимать без раздумий. Сложность в том, что этот сигнал надо суметь распознать вовремя. Я стал работать как freelancer, свободный художник. Зарплата меньше, но свободного времени, - вагон. Так что по фактическому времени занятости я оказался высокооплачиваемым человеком. Но по общей денежной массе – нет, даже очень нет.
Этот перелом в карьере возвратил меня к научному увлечению, которое уже давно зрело. Пристроиться к какому-нибудь университету в моем возрасте я посчитал нереальным, и не стал тратить на это времени. У меня есть своя проблема. Она давно захватила меня и сейчас держит. К счастью, продуктивно. Для проблемы. А по испытанным эмоциям от этой увлеченности я чувствовал себя счастливым человеком. Особенно когда получалось. Но и в моменты провалов у меня не возникало мысли оставить это занятие. Наоборот, как одержимый я искал выход или новый вход к новому решению. Может это тоже, по воле сверху, мне предназначено было выполнить мою миссию. Есть ли у меня какая-то миссия, я и не подозревал. А Он знал и управлял. А я просто увлеченно истязал свой мозг, почти понимая, что это пахнет мазохизмом. Я не религиозный человек. Мне чужды религиозные ритуалы и атрибутика. В любой религии. Но в провидение Господне я верю. Я его чувствовал. Он мне давал свои сигналы по жизни. Но я не всегда умел понять, что это сигнал мне, и расшифровать его. Он же говорит не на нашем языке. Читающий этот текст, скажет: «мистика». Его дело. Когда ему будет столько лет сколько мне сейчас, и ему захочется вспомнить свою жизнь день за днем, может тогда он согласится со мной на своих примерах. А может у него не так. Не с каждым же мы водим дружбу. Может я у Него избранный. Только Он меня не предупредил об этом заранее. Поэтому я много не понял и не преуспел. Но задним числом видел, было же предупреждение, был совет. Написав эти строки, меня, вдруг, пронзила мысль: картинка в эбонитовой рамке. Она разбилась как-то странно. Висела себе на стене. И вдруг, то ли сорвалась, то ли выпала из рук, не помню. Предупреждение? Наверное. О чем? Не директорствуй? Не эмигрируй? Нет, это, кажется, уже произошло после этих событий. Уже в Израиле. А здесь что? Может это? Мне предложили новое место работы. Даже показали приготовленный мне кабинет. Но при условии отложить свое увлечение. Я отказался. А может это предупреждение о кризисе в 2008 году? Для меня это событие оказалось разрушительным. Знать бы. Это могла бы быть отдельная тема для разговора, но это не входит в планы задуманного текста. Так что оставим ее в стороне.
Десять лет израильской жизни freelance для заработка ушли в то же время на доработку теории прямой и обратной задачи, алгоритма программы и ее проверки как свое хобби. Поддержка? Да, конечно, это было одобрение от официальных лиц и дружеская помощь с полевыми материалами. Также были небольшие деньги от спонсоров. Я мог бы назвать имена, но они ничего не говорят читателю из России и других стран. Все, к кому я обращался, с интересом относились к моему хобби и охотно делились тем, что у них было. Я назову только одного человека. Это Иосиф Гутман. Его дружеская поддержка моих исследований в течение всей моей израильской части карьеры неоценима. Спасибо ему. А с другой стороны, если бы я остался там, смог ли бы я это сделать в то бурное время? Вообще, пришла ли бы мне в голову такая идея? «В муках рожать будешь». Может это и мне сказано. А может все-таки, как сказано в книжке Дэна Брауна “Ангелы и Демоны”: «...если поместить человека в экстремальную ситуацию, ..., то все нейроны мозга начинают работать словно безумные, порождая необыкновенную ясность мысли».
Я начинаю поиски возможностей создать программный продукт для предложения пользователю на мировом рынке. Стартап инвестирует швейцарская венчурная компания. Сколько же встреч и переговоров состоялось с разными людьми для этого. Планируется, что в нем будет моя методология и методы определения гидравлических свойств и много чего еще водоносных геологических формаций, а также скважины как инженерного водозаборного сооружения. Не сразу, вначале пилотная версия. Так принято. Надо прозондировать потребности практически. Началось с Международной выставки в Тель-Авиве в 2007 году. Потом, июнь 2008, в Стамбуле на международном симпозиуме по ресурсам подземных вод. Здесь я демонстрировал ту же демо-версию ПО. Я представил постер, так как после восемнадцати лет отшельничества я посчитал себя утратившим опыт публичных выступлений. А получилось наоборот. У своего постера с компьютером я раз десять, если не больше, рассказывал одиночным слушателям или небольшим группам существо и преимущества представленного решения и технологии. А это была главная цель моего участия там. Откуда только появился мой разговорный английский? Вопросы были, интерес тоже, дискуссии – нет. Так как это абсолютно новый подход, это абсолютно новый взгляд на объект, его структуру и его анализ. Мне кажется, удалось рассказать, как это может быть полезно. По крайней мере, вопросы, когда можно будет получить программу, были.
Дело оставалось за «малым», дать такую возможность воспользоваться в Интернете на нашем сайте. Но пока СD с примерами и пропагандистскими материалами пошел на все континенты. Увы, этот же 2008 год многое изменил в моей жизни, планах и надеждах. Кризис. Мировой. Он не обошел меня стороной. Моя независимость была хороша до определенных пределов. В этом мире все взаимозависимо.
Кризис кризисом, а проблемы страны своим чередом. И всегда находятся люди, которым важно участие в них. Так что я не остался в стороне и вместе с товарищами: Фарбер Зеев (Израиль), Барон Владимир (Россия), Зильберг Вениамин (Австралия) создали два проекта для решения наиактуальнейших проблем государства. На добровольных и бескорыстных условиях. Один проект – это проект спасения Мертвого моря, которое катастрофически мелеет. И второй – это уничтожение террористических туннелей и предотвращение создания новых. И тот и другой проекты имеют гидрогеологическую подоплеку. Поэтому они здесь упомянуты. А еще, по нашему мнению, они выгодно отличаются от других проектов. Оба были переданы правительству. Дальше уже не наша компетенция. У правительства есть свои аргументы для того или иного решения.
Выше я сказал, что существует фундаментальная модель гидродинамики, которая лежит в основе технологии параметрических определений фильтрационных свойств водоносных и нефтеносных пластов. Математически она безупречна. Она абстрактна по своей сути, как и полагается, академическим решениям. Многие ученые в разное время и в разных странах развивали и модифицировали ее применительно к разным природным и технологическим условиям. Так что теперь существуют десятки признанных методов и модификаций анализа. И все равно нет надежности в результате. Нерешенным в этих теоретических «детях» оставалось главное: несовпадение теоретической абстракции с реальными условиями. И, как следствие, их игнорирование. Мне все это не нравилось давно, и потому я искал альтернативу. Я это противоречие разрешил благодаря решению задачи о поле давления откачной скважины как источнике поля давления в окружающем пространстве и информации о нем. Она считалась не решаемой в принципе. В самом деле, находясь внутри источника определять структуру и параметры поля вне источника. Нонсенс. И теперь я ее решил. Не вообще, а для этого случая. Но решил, и простыми математическими средствами. И более полно параметрически, чем это вообще возможно было до сих пор, с разделением зон различного режима фильтрации в пространстве горизонта. Если применить метафору, создан мост между фундаментальной моделью Тейса/Джекоба и реальностью гидрогеологических объектов. Что это дает практически? Не надо теперь бурения пьезометрических скважин и не надо вычурных схем организации и проведения опытов, и мониторинга потенциального поля вне самой откачной скважины. Это поле теперь как пазл раскладывается на виртуальные составляющие внутри и вне скважины для поставленной цели. И целей этих теперь две в одном испытании: собственно водоносная формация и скважина как водозаборное сооружение. Гидравлическую модель системы скважина-пласт, принятую в этом исследовании, можно посмотреть ниже по тексту. Что из этого следует? Это сбережение средств, времени, а главное, это возможность стандартизации параметрических баз данных для всего разнообразия природных объектов и их прогнозных моделей массопереноса. Сейчас такие модели, во многом, близки к искусству, а значит субъективны. Теперь возникает возможность превратить их в объективный инструмент для управления, в частности, ресурсами подземных вод. Так же как электронный калькулятор вытеснил бухгалтерские счеты, арифмометр и логарифмическую линейку, так же, я надеюсь, моя методология и следующие из нее методы вытеснит (сделает устаревшими) все существующие методики исследования и оценки водоносных горизонтов. В Израиле это уже не новость, а признанный факт. По крайней мере, пилотный образец Программного Обеспечения передан для использования. И еще. И это важно. Материалы по откачным скважинам, что хранятся в архивах, могут быть переинтерпретированы заново. Это, можно сказать, будет информация, воскресшая из пепла. Это миллионы единиц количественной информации. Для моделей управления водными ресурсами, прежде всего. Но чтобы всем этим сокровищем воспользоваться, надо развернуть пропаганду, изменить взгляды уже сложившихся специалистов, и школу. Хватит ли мне на это сил? Это вопрос. Это ведь не начало моей карьеры, а ее конец. Вернуться бы в те времена, когда я внедрял расходометрию. Но это возможно только в сказках.
И наконец. Может показаться странным, потратить столько времени читателя, заинтриговать его, наверное, и не показать предметно, что же все-таки автор получил. Вот, пожалуйста. Ниже приведены конкретные примеры. Это типичные случаи. Здесь приведены примеры испытаний с использованием ступенчатой откачки. Это как общий случай. А вообще не важно, ступенчатой или с одним понижением, с наблюдением восстановления уровня или без. Принципиальное нововведение: режим откачки и восстановления уровня интерпретируются совместно, чего нет в современных методах интерпретации. И если измерения какого-либо из этих режимов не произведены, его характеристики восстанавливаются виртуально. Для этого найдены соответствующие математические средства. Замкнутая система. Главное, в нее попасть, а она уже все расставит по местам. Нужно только позаботиться о качестве завершения скважины, об отводе воды, испытательном оборудовании, измерительных приборах и точности регистрации данных испытаний. Этого вполне достаточно для успеха.
Первый пример – это продуктивная скважина MeiDan 38
Глубина скважины 111.5м. Ударное бурение. Фильтр Джонсон. Плейстоцен. Известковые песчаники кавернозные, супеси, суглинки и глины, как прослои. Ниже на рис.1 приведен геолого-технический разрез.
Рис.1. Геолого-технический разрез скважины
Ниже на рис.2 приведен фрагмент обработки первичных данных наблюдения дебита и динамики уровня воды в скважине во время откачки.
Рис.2. Фрагмент обработки первичных данных наблюдения дебита и динамики уровня воды в скважине во время откачки
Отчет состоит из трех частей. Они показаны на скриншотах.
Рис.3. Отчет page 1. Общие данные о скважине и опыте
Вторая часть отчета page2 дает картину гидродинамических свойств и характеристик водоносного горизонта, в том числе индикацию его гидравлического типа по напорности и гидравлические образы интервалов притока и областей для проектирования зон санитарной охраны. Например, этот водоносный горизонт идентифицирован как безнапорный. Для него существенно определиться с размером зон санитарной охраны. В отличие от применяемых декларативно эмпирических формул здесь предлагается их гидравлическая идентификация.
Рис.4. Отчет page 2 дает картину гидродинамических свойств и характеристик водоносного горизонта
Третья часть отчета page 3. Таких данных известными методами получить невозможно.
Рис.5. Отчет page 3 представляет полный набор гидравлических свойствах фильтра и прифильтровой области
Второй пример представлен продуктивной скважиной НахалАмуд1.
Глубина скважины 585м. Роторное бурение. Фильтр труба перфорированная. Отложения мелового возраста. Доломиты, пористые и трещиноватые, с прослоями мела и мергеля.
Ниже приведен геолого-технический разрез.
Рис.6. Геолого-технический разрез скважины
Рис.7. Это фрагмент обработки данных о дебите и уровне во время откачки.
Рис.8. Отчет page1 представляет данные о скважине и опытной откачки
Рис.9. Отчет page 2 о гидродинамических свойствах водоносного горизонта.
Водоносный горизонт идентифицирован как напорный. Индикация гидравлических зон и других характеристик определяется по умолчанию аналогично всем другим случаям.
Рис.10. Отчет рage 3 представляет гидравлические характеристики фильтра и прифильтровой зоны
Итак, какая технология предлагается и какая становится не нужной? Рис. 11 и 12 это показывают наглядно. Для опытно-фильтрационных испытаний с целью оценки водоносного горизонта не нужно более создавать сеть наблюдательных скважин для мониторинга динамики уровня в процессе откачки и после нее.
Рис.11. Современная схема опытно-фильтрационного испытания водоносного горизонта. То, что слева, сейчас становится лишним.
Рис.12. Схематическая гидравлическая модель системы откачной скважины и ее окружения. Эта основополагающая модель лежит в основе выполненной разработки.
На рисунке показаны балансовые уравнения потерь напора на различных фрагментах поля депрессии. Наблюдая динамику уровня внутри скважины, все составляющие потерь напора внутри скважины и вне ее рассчитываются виртуально.
Практическая выгода очевидна из нижеприведенной таблицы, в которой сравниваются современная и предлагаемая технологии по необходимым знаниям и потребностям для выполнения испытания.
Таблица 1
Для современной технологии | Для предлагаемой технологии |
Откачная скважина | Откачная скважина |
Литологический разрез | Литологический разрез |
Наблюдательная скважина | Не нужно |
Гидравлический тип горизонта | Не нужно |
Тип пористости | Не нужно |
Граничные условия | Не нужно |
Однородная область горизонта | Не нужно |
Продолжительная откачка | Непродолжительная откачка |
Следующие рисунки показывают различные версии комплекта данных испытаний, которые могут встретиться в практике. И все они в равной мере обеспечивают одинаковый по полноте результат.
Рис.13. Откачка с переменным дебитом с последующим восстановлением уровня
Рис.14. Откачка с переменным дебитом. Функция восстановления уровня, которая здесь отсутствует, воспроизводится виртуально. Для этого найдены соответствующие математические средства.
Рис.15. Откачка с постоянным дебитом с последующим восстановлением уровня
Рис.16. Откачка с постоянным дебитом. Функция восстановления уровня, которая здесь отсутствует, воспроизводится виртуально. Для этого найдены соответствующие математические средства.
Рис.17. Восстановление уровня после продолжительной откачки. Это начальный переходный период. Каждый случай остановки насоса в продуктивной эксплуатационной скважине дает такую картинку динамики уровня. Как и в предыдущих случаях недостающие данные воспроизводятся виртуально. Отчет имеет одинаковую полноту определений.
Отчет в пользовательской версии Программного Обеспечения в его гидродинамической части планируется следующего содержания для всех трех режимов фильтрации, которые присутствуют в пространстве водоносного горизонта вокруг водозаборной скважины. Они последовательно представляются в одном отчете с соответствующими индексами: упругого (j), упруго-гравитационного (jg), гравитационного (g). И для трех номинаций в гидравлических дефинициях в разрезе водоносного горизонта (показаны колонками).
Таблица 2
Примечание. Конечно, может показаться, что такой отчет перегружен информацией для исследователя, занятого каким-то узким сегментом гидрогеологии. Большой пирог всегда можно разделить на части. Как требуется. Это задача программирования – настройка отчета по запросу пользователя. Этот всеобъемлющий отчет будет храниться в файле для другого проекта с другой потребностью в информации, без необходимости повторять работу физически.
В науке вы можете сказать «готово», но вы не можете сказать «все, конец». Я вижу еще несколько интересных и полезных расширений. Например, при изучении и параметрической оценке неоднородности водоносных формаций, в их структуре и в плане. Или, например, при изменении концепции моделирования. Теперь это виртуализация распределения свойств объекта в соответствии с наблюдаемым эффектом. А возможен противоположный подход: виртуализация эффекта в соответствии с природным распределением свойств объекта. Сочетание этих двух подходов в одном – это путь к надежности интеллектуального моделирования, так мне кажется. Или еще более актуальная проблема. Это автоматический мониторинг действующих скважин, оснащенных средствами автоматического измерения дебита и уровня. Любое изменение режима работы скважины сопровождается переходным процессом. А это и есть информационный вброс в программу для переработки и выдачи результата о состоянии прискважинной зоны и самом горизонте. Программные средства позволяют сделать это автоматически. Когда надо, можно взглянуть и принять решение. Но это уже не для меня. Мое время закончено. Время другой смены. Если придет. Я бы передал эстафету молодым энтузиастам, которые увидят в этом для себя перспективу. Логично было бы передать это и России, где это началось. Приятно, когда приходит признание общества. Наверное, нет ученого, который бы не хотел увидеть воплощенным свой труд в подходящем для него виде. Иногда это приходит при жизни, что предпочтительней, иногда после, а бывает, что никак и никогда. Занятие наукой, это образ жизни такой. Это не подвиг. Хотя стоп. Что такое подвиг? По Ушакову это «доблестный героический поступок, важное по своему значению действие, совершенное в трудных условиях». Эмигрант-исследователь с нулевым уровнем обеспеченности - это условия трудные? Еще как трудные. Университетский исследователь вряд ли представляет себе, какие физические затраты на самоснабжение и самообслуживание своих исследований взваливает на себя исследователь энтузиаст. А деньги? Много, даже если они рассредоточены по времени. Я смотрю на определение Ушакова и думаю, так что это? «Важное по своему значению действие». Да, это мной двигало. Я считал это важным и потому поставил перед собой такую цель. И еще, и, наверное, это главное – мне было интересно это сделать. И я сделал. Я доволен тем, что мне удалось решить задачу, которая манила многих, но поддалась только мне. И я, значит, не зря называю себя ученым. Так что все путем.
Конец