Моделювання як метод дослідження складних систем
Значне місце в методологічному арсеналі ерозієзнавства посідає моделювання – один з основних методів пізнання, при якому вивчення реальної системи або процесу (оригіналу, натури, прототипу) ведеться через вивчення його замінника – спрощеної копії, схеми, зразка або аналога, який і називається моделлю. Процес моделювання, таким чином, полягає в побудові моделі об'єкта дослідження (системи або процесу) та її подальшого вивчення. Одержані в процесі такого вивчення результати за певними правилами переносяться на реальний об'єкт.
Моделювання є одним з основних методів дослідження навколишньої дійсності й інструментом у науковій та практичній діяльності людини. Як спосіб віддзеркалення дійсності воно зародилося фактично одночасно з розвитком наукового пізнання, але особливу роль відіграє в дослідженні складних систем – природних, економічних, соціальних, технічних, де важко, а часто неможливо, використовувати інші методи. Наприклад, не можна зруйнувати дамбу існуючого водосховища, щоб визначити наслідки її прориву, наприклад, нри землетрусі для населеного пункту, який розташований нижче за течією річки. Тим більше це неможливо зробити в тому випадку , коли йдеться про водосховище, яке тільки проектується.
Отже, в основі аналізованого методу лежить модель досліджуваного об'єкта, явища або процесу. А тому під моделлю (від лат. modulus – зразок) розуміють таку матеріалізовану або ідеальну систему, яка, відображаючи або відтворюючи об'єкт дослідження, здатна заміщати його таким чином, що її (моделі) вивчення дає нам нову інформацію про сам об'єкт, явище або процес (Штофф, 1966; Словарь по кибернетике, 1989).
Єдиної класифікації моделей не існує. Є безліч класифікацій, зроблених представниками різних наук відповідно до особливостей вживання в них методу моделювання. Проте загальний каркас такої класифікації може бути продемонстрований таким чином. Перш за все, усі моделі поділяються на дві великі категорії – матеріальні (речовинні, предметні) та ідеальні (уявні, знакові). Матеріальні моделі, у свою чергу, поділяються на просторово подібні, фізично подібні і математично подібні, а ідеальні – на образні (іконічні), образно-знакові та знакові (символічні).
Моделювання явищ або процесів з використанням матеріальних моделей звичайно називають фізичним або натурним.
При цьому термін «фізичне моделювання» не обмежується фізикою, а стосується й інших наук, термін «натурне моделювання» – моделюванням «на натурі» (тобто в природі), а поширюється й на лабораторні умови. Зазначимо, що поняття «натурне моделювання» в даному контексті не зовсім влучне, оскільки фізичне моделювання в лабораторних умовах більш коректно називати «лабораторним моделюванням», а фізичне моделювання в природних умовах – «натурним моделюванням». В ерозієзнавстві такий поділ фізичного моделювання – на лабораторне і натурне – є цілком виправданим, оскільки і методика, і устаткування, і можливості моделювання в лабораторії і в «натурі» тут істотно розрізняються.
Модель завжди описує об'єкт, який моделюється, не повністю – вона є його лише спрощеним аналогом. Характер і ступінь «спрощення» визначається завданням дослідження та обставинами моделювання, серед яких – ступінь вивченості об'єкта, наявність даних спостережень, економічні та часові обмеження тощо. Тому один і той самий об'єкт може бути представлений необмеженою кількістю моделей.
Моделі повинні бути, по можливості, простими, проте вони мають включати всі найважливіші з погляду сформульованої мети структурні частини досліджуваної системи-оригіналу, найважливіші функції і найважливіші зв'язки – як внутрішньо системні, так і зовнішні. При правильно вибраних компонентах і зв'язках, для чітко визначених сфер і умов вживання модель описує об'єкт повно і правильно, навіть коли вона є достатньо простою. Неточна модель дає неточні результати аналізу і навпаки.
В основі методу моделювання як методу пізнання лежать ідеї подібності, а в більш загальному вигляді – аналогії явищ природи, які беруть початок з часів Леонардо да Вінчі. У їх формування значний внесок здійснили Галілей, Ньютон, Фур'є. Проте в сучасному вигляді вчення про подібність склалося в другій половині XIX – на початку XX сторіччя. Низка загальних питань теорії подібності розроблена в середині XX ст. Дж.М. Мерфі (G.M. Murphy) (1950), М.В. Кирпичевим (1953), Л.І. Сєдовим (1957), А.А. Гухманом (1963) та ін.
Модель може виступати гносеологічним образом оригіналу на чотирьох рівнях:
- на рівні елементів,
- на рівні структур,
- на рівні поведінки або функцій,
- на рівні результатів.
Тому подібність моделі натурі, тобто адекватність відображення моделлю властивостей і відносин системи-оригіналу при різних видах моделювання, а також вирішенні різного роду завдань інтерпретується дуже індивідуально.