ПАМЯТЬ КАК ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
Доктор физико-математических наук Владимир Николаевич Эмих занимается теоретическими исследованиями в области подземной гидродинамики и принадлежит к сибирской фильтрационной школе, созданной академиком Пелагеей Яковлевной Полубариновой-Кочиной.
Галина Шпак, «НВС»
Владимир Николаевич как верный ученик уточняет, что Пелагея Яковлевна основала еще несколько школ, но главные — московская и новосибирская. Последняя сформировалась еще в первые годы Института гидродинамики, который, как и Сибирское отделение РАН, приближается к своему 50-летию. Академик П. Я. Полубаринова-Кочина прожила 100 лет и 52 дня — уникальное явление в истории науки! Ее столетие в майский день тринадцатого отмечали дома в Москве в кругу родных и близких, и среди них был один из ее учеников Володя, как она называла В. Эмиха, со своей младшей дочерью Ольгой. В Институте гидродинамики в честь юбиляра издали отлично оформленную книгу «Математические модели фильтрации и их приложения».
Рассказывая о своем учителе, Владимир Николаевич не сдерживал чувств: «Пелагея Яковлевна была для нас как мать. Всех нас она старалась вывести на более высокие научные орбиты. Заботилась, чтобы мы писали статьи и книги, защищали диссертации. Она и сейчас с нами».
«Артезианский колодец» науки
Мой собеседник напомнил, что зарождение теории фильтрации связано с опубликованной ровно 150 лет назад, в 1856 году, монографией французского инженера-гидротехника Анри Дарси. На основе лабораторных исследований он установил, что при фильтрации воды в трубке, заполненной песком, расход потока пропорционален перепаду напора на концах трубки. Этот закон, аналог закона Ома в электродинамике, положил начало теоретическим исследованиям движения жидкости в пористых средах.
В 20-х годах прошлого столетия теория фильтрации оформилась в самостоятельный раздел науки. Конкретные процессы стали моделироваться посредством задач математической физики, при решении которых использовались классические методы теории аналитических функций и конформных отображений. Впервые эти исследования предстали в собранном виде в 1942 г.
в монографии П. Я. Полубариновой-Кочиной «Некоторые задачи плоского движения грунтовых вод».
Большим событием стала публикация в 1952 г.
фундаментальной монографии П. Я. Полубариновой-Кочиной «Теория движения грунтовых вод». В 1957 г. книга была издана в переводе в КНР, в 1962 г. — в США, а в 1977 г. вышло в свет второе, переработанное и дополненное издание книги, которая и по сей день остается настольной для специалистов.
К середине столетия приобрел актуальность вопрос о приложении теоретических исследований по фильтрации к практике. Аналитические зависимости, получаемые при решении задач, подчас оказывались труднодоступными для инженерных расчетов. Это привело к замедлению развития гидродинамической теории фильтрации, а с появлением вычислительных машин исследователи стали уделять все большее внимание численным методам расчета фильтрационных течений. Но те же вычислительные средства в сочетании с углубленным теоретическим анализом способствовали решению новых сложных задач фильтрации грунтовых вод со свободными границами.
— Эти задачи составили содержание моей докторской диссертации, защищенной в 1984 г., и монографии «Гидродинамика фильтрационных течений с дренажем», опубликованной в 1993 г.
В последние годы удалось завершить исследование еще нескольких задач фильтрации с дренажем пресных грунтовых вод над солеными. Интересные в математическом отношении, богатые по гидродинамическому содержанию, эти задачи могут найти применение при расчете водозаборов и мелиоративного дренажа.
Четкость формулировок математика естественна и проявляется даже в том, что В. Эмих уточняет: я — «прикладной» математик.
— Первая моя задача, поставленная Пелагеей Яковлевной в феврале 1960 г., была посвящена фильтрации из канала пресных вод в грунте, в котором залегают более тяжелые соленые воды, остающиеся неподвижными. Над ними формируется так называемая линза, а при смыкании таких линз — кайма пресных грунтовых вод. Расчет течений в них осложняется наличием двух свободных границ, положение которых зависит от ряда физических факторов.
— Вы сказали, что соленые воды неподвижны. Это так в природе устроено или вы воде «приказываете», моделируете?
— В природе соленые воды действительно покоятся, пока не вмешается человек. При откачке из линз пресных питьевых вод в водозабор могут прорваться снизу соленые воды, и задача состоит в том, чтобы исключить такое вторжение. На решение этой задачи были ориентированы и первые исследования по линзам, начавшиеся в Голландии еще в конце XIX столетия. Там гидрогеологи обнаружили на побережье большие скопления пресных вод над солеными морскими водами и использовали эти линзы для водоснабжения крупных городов. На протяжении нескольких десятилетий расчет течений в линзах осуществлялся исключительно в рамках одномерных, так называемых гидравлических схем. В двумерной постановке задачи о фильтрации жидкостей различной плотности были сформулированы впервые П. Я. Полубариновой-Кочиной в 1940 г.
Упоминавшаяся задача, предложенная Пелагеей Яковлевной, составила основу моей кандидатской диссертации, защищенной в 1963 г.
Под непосредственным руководством Пелагеи Яковлевны мне посчастливилось работать до ее отъезда в Москву в 1970 г., но и в дальнейшем мы общались постоянно. Ее письма я храню как реликвии.
Увесистую пачку этих писем Владимир Николаевич показал мне и напомнил, что на страницах «НВС» в год столетия П. Я. Полубариновой-Кочиной публиковалась
ее переписка с учениками,
которые стали известными учеными и сами воспитали учеников. Процитирую для наглядности выдержку из письма Пелагеи Яковлевны от 5 мая 1970 г., обращенного к моему собеседнику и к Юрию Ивановичу Капранову, кандидату физико-математических наук, сотруднику лаборатории фильтрации.
«Дорогие Володя и Юра!
Время от времени я думаю над схемой, которую предложил Володя: затопленная дрена в области пресной воды. Она очень интересна, и в ней тоже 7 особых точек, как и в случае с дреной Жуковского. Вам вместе стоило бы ее разобрать…
Мне хочется уяснить смысл и значение установившихся движений в теории фильтрации. Они являются предельными для некоторых движений при
t ® ¥, но в фильтрационных движениях t = ¥ обычно не достигается, движения являются близкими к периодическим. Может быть, установившиеся движения являются какими-то средними состояниями периодических?»
— На меня, — говорит Владимир Николаевич, — особое впечатление произвела характерная для Пелагеи Яковлевны форма этих размышлений, лишенных малейшей категоричности. Примечательно, что большая часть ее упоминавшейся монографии посвящена именно установившимся фильтрационным течениям и методам их математического моделирования.
Можно только удивляться неожиданным связям в науке. Но неожиданным только на первый взгляд. В науке, как и в природе (или наоборот!) все связано со всем. Оказывается, фундаментальный вклад в становление теории фильтрации внес основоположник современной аэродинамики Н. Е. Жуковский (1847-1921).
— В 80-х годах XIX столетия, — рассказывает В. Эмих, — Жуковский, тогда еще молодой профессор университета, занимаясь по поручению Московской городской думы проблемой водоснабжения Москвы из скважин, вывел уравнения движения грунтовых вод. Кстати, и Дарси установил свой знаменитый закон, решая такую же практическую проблему по заданию муниципалитета города Дижона.
— Любопытно. А в Академгородке, когда его строили, перед вами ставили подобные задачи?
— Да. В 70-х годах расчетами на ЭВМ водоснабжения Академгородка подземными водами занималась Светлана Трофимовна Рыбакова с группой сотрудников лаборатории. Некоторые задачи фильтрации к скважинам в слоистых пластах я также решал в своей кандидатской диссертации.
— Владимир Николаевич, какую задачу вы считаете основной, и она вас до сих пор радует?
— Знаете, когда работаешь над хорошей, серьезной задачей, то кажется, что именно она самая главная. Но потом берешься за новую задачу, и уже она оказывается в центре внимания. И все-таки я бы выделил в качестве центральной задачу о дренируемой кайме пресных вод, образованной в результате фильтрации из каналов. На ней мне удалось отработать подход к моделированию течений этого типа и в дальнейшем реализовать его на других подобных задачах.
— Как долго решаются такие задачи? Из истории науки известно, что некоторыми математическими проблемами занимаются годами, а иногда и столетия не хватает, хотя за дело берутся многие математики…
— Я-то как раз ученый-одиночка. Уж не знаю, хорошо это или плохо. На решение отдельных задач — от постановки до завершения — у меня уходит порой несколько лет. Аналитические зависимости в этих задачах содержат неизвестные параметры, определение которых является непременным условием полноценного исследования моделируемого фильтрационного процесса. Но само нахождение параметров связано с решением сложнейших систем уравнений, и именно эта процедура требует наибольших усилий и времени.
— Но существуют же компьютеры, суперкомпьютеры!
— Только они и выручают. Мне хватает персонального компьютера с процессором Pentium. Но, прежде чем привлекать к работе технику, математик должен выполнить весьма трудоемкую подготовительную работу: преобразовать исходные формулы к расчетному виду, продумать, составить, запрограммировать и тщательно отработать вычислительный алгоритм, состоящий из тысяч операций. Одна ошибка в алгоритме, подчас замаскированная, — и все расчеты идут насмарку. Впрочем, в математике существуют надежные способы контроля правильности выполняемых операций.
К задаче, о которой говорилось выше, я пришел в 1979 г., провел тогда по ней первые исследования, но завершить ее мне удалось только в начале 90-х годов. Такова же судьба и двух других задач, начатых в 70-е годы Юрием Ивановичем Капрановым (как раз их упоминала в своем письме Пелагея Яковлевна). Завершить эти задачи на созданной Юрием Ивановичем добротной математической основе мне удалось буквально в последние годы благодаря накопленному опыту и современным компьютерам. Иногда я уподобляю работу над сложной математической задачей восхождению на вершину — то же удовлетворение, а в каких-то случаях настоящее торжество после достижения цели. Мне, ходившему по горам, это чувство знакомо.
— Вы альпинист?
— Нет, я увлекался горным туризмом, участвовал в нескольких многодневных походах по горным маршрутам Кавказа, Тянь-Шаня, Алтая.
Академгородок на всю жизнь
— Владимир Николаевич, а ведь Академгородку почти 50 лет! Уму непостижимо!
— Что и говорить, время быстротечно… Вспоминаю, как очаровал меня Академгородок, когда я приехал сюда в марте 1960 года, тогда еще аспирантом Ташкентского университета, который окончил в 1958 г.
После эвакуации в 1942 г.
из блокадного Ленинграда, в котором я родился, наша семья жила в Узбекистане. Среднюю Азию я изъездил вдоль и поперек, но именно Сибирь стала для меня малой Родиной. Вся моя научная деятельность связана с Институтом гидродинамики, в котором я заканчивал аспирантуру под руководством Пелагеи Яковлевны, а с 1964 г.
работаю непрерывно по сей день. Конечно, за эти годы многое изменилось, но сохранилась присущая нашему институту атмосфера доброжелательности, демократизма, созданию которой способствовал Михаил Алексеевич Лаврентьев. В чем-то я, да, пожалуй, не только я, уподобляю его Петру Первому…
— Между прочим, у меня такие же ассоциации. Даже по росту эти гиганты ума и дела почти равны!
— Да, незаурядная решимость и сила воли была нужна, чтобы создать на ровном месте не только уникальный город ученых, но и центр всей сибирской науки. Михаил Алексеевич оставлял приятное впечатление своей открытостью, широтой характера. Мне, правда, не приходилось близко общаться с ним, хотя я неоднократно видел его на публичных мероприятиях, встречался с ним, проходя по институту, и, здороваясь, слышал в ответ приветливое: «Здравствуйте!». В основном сохранилась созданная при нем структура Института гидродинамики. Нашим отделом прикладной гидродинамики, который сформировала и более десяти лет возглавляла Пелагея Яковлевна, руководит многие годы член-корр. РАН Владислав Васильевич Пухначев, крупный, признанный в мире ученый. Нелегкими оказались постыдные для науки девяностые годы, когда нам приходилось уходить в неоплачиваемые отпуска.
— Но ведь именно в этот период вы завершили серьезную задачу.
— Творческая мысль человека работает, а иногда и обостряется даже тогда, когда сам он по воле судьбы оказывается в заточении. Для людей далеких от науки может показаться парадоксальным, но именно в годы лишений сосредотачиваешься на задачах. И все же ученый должен жить достойно в материальном отношении, а пока еще российская наука не вышла из своего униженного положения. Сейчас бывает даже трудно отправиться в научную командировку. Я вот в августе ездил в Нижний Новгород на Всероссийский съезд по механике за свой счет (так случилось: в лаборатории не оказалось грантов). Но не жалею об этом. Познакомился с интересным городом, пообщался с коллегами, выступил с докладом, посвященным тем недавно завершенным задачам, о которых я рассказывал. И знаете, восприняли доклад единицы, но зато эти слушатели отлично понимали, насколько важны такие исследования для науки, да и для практики. Серьезные специалисты по фильтрации остались, пожалуй, только в Казани и в Якутске. Не могу не упомянуть двух наших давних коллег и добрых знакомых, с которыми я встретился на съезде: Георгия Викторовича Голубева, работающего в Казани, и своего ровесника Эдуарда Антоновича Бондарева, заместителя директора по науке якутского Института проблем нефти и газа. В реферативном журнале «Механика» значительная часть рефератов по фильтрации неизменно принадлежит Эдуарду Антоновичу, и одно это говорит о его широчайшей образованности, эрудиции ученого.
Будучи оптимистом, я верю, что рано или поздно в нашем обществе возродится былое уважение к фундаментальной науке и к тем, кто развивает ее в нынешнее сложное время. Свою же главную задачу вижу в том, чтобы в публикациях представлять результаты выполненных исследований отчетливо, в завершенном виде, с ориентацией на запросы практики.
Фото В. Новикова
стр. 7
|
