Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оперативное планирование водопользования на осушительное-увлажнительных системах с использованием ЭВМ

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Оперативное планирование водопользования на осушительное-увлажнительных системах с использованием ЭВМ"

УКРАИНСКИЙ ОРДЕНА' ДРУЖБЫ НАРЭДОВ ИНСТИТУТ ¡ЗЕНКЕРОВ ЕОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи ГУС Василий Михайлович

УДК 631.6.004:681.3

ОПЕРАТИВНОЕ ПЛАНИРОВАН® ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ НА ОСУШШиМО-УВЛАШПЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЕ!1

Специальность 06.01.02 - Мелиорация к орсзаемоо земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соксквякз ученой степени кандидата технических наук

РОЕНО-1991

Работа выполнена в Украинском ордена Дружбы народов институте инженеров водного хозяйства (УИИВХ)

Научный руководитель - кандвдат сельскохозяйственных наук, доцент Н.А.Лазарчук

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Б.П.Остапчик - кандидат технических наук, доцент П.И.Гаць

Ведущая организация - Киевское областное производственное управление мелиорации и водного хозяйства

Защита диссертации состоится 12 июня 1991 года в ТО00 часов на заседании специализированного совета К 068.45.01 Украинского ордена Дружбы народов института инженеров водного хозяйства по адресу: 266000 г.Ровно, ул. Ленинская, II, УИИВХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УИИЗХ. Автореферат разослан 6" мая 1991 г.

Ученый секретарь

специализированного совета, /^Р*" — кандидат технических наук С.М.ГОНЧАРОВ

Обчая характерасткха работы

' Актуальносгь^рг^рта. Одной ira вагаейвг« проблем в нас?оя^зв время яЕляется обеспеченно населения продуктами питания, наращивание продовольственного фс:гда стран.;!. Увеличение производства сельскохозяйственной продукции вогмсзио при значительном raxemnt продуктивное?;; сельскохозяйствен»« угодий, более еф$ек-тиенсм использовании нзякоряруоуах зеиель. Одам из главных условия устойчивой шмжоЯ продуктивности растениеводства является удовлетворение! потребностей сельскохозяйственных растсн;:? в воде. D условиях рыночньк отношений переход на платное "природопользование", в том числе и водопользование неизбежен. Рациональное использование водных ресурсов, -повышение оперативности и качества водорегулировения на осугительно-увяажнительных системах, всзмсаш только при применения га^ормационно-советувг?« систем оперативного планирования водопользования (ГСС ОПВ).

Паль, работы. • Разработать и реализовать систему математических неделей оперативного зодорегулкровгния с учетом требовании сельскохозяйственных культур к воднему решгку r.ovn и уровней обеспеченности гедкггкг ресурсами на осуайтолы'ю-увлЕянггсльгпа системах.

Задач:; чередований:.

- исследование требований сельсксхозяйствашйд: культур к водному регзму почэ; : , .

- разработка и реализация модели водного perr.ir.ia керне-сбитаемото слоя почв;

- разработка и реализация иодеяа управления водораспредз-геикем на осусктельно-увлаянительных системах;

- разработка модели -лтнмизаиии зодораспределения з условиях дефицита в оде яле ресурс; п.

Обтек? исследований. Ползем исследования проводились ,в течение 1937..."?© гр. на опытно-производственном участке пло-ездыэ 620,5 га, который находится в пределах Ирпенской осудительной системы Киево-Святозинсксго района, Киевской области.

Научная новизна раклвчс.отся в следукцен:

1. Обоснован и -уточнен нианий предел оптимального вяаго-

содержания почв для основных с е л ь с к о х о л яй с т в е нн ж культур с учетом фаз их развития вида почвогрунтов.

2. Разработаны и реализованы на ЭВМ математические модели оценки и прогноза водного режима почз и управления всдораспре-дегением на осуи'.тельно-увлажштельных системах.

3. Предложена математическая модель оптимизации водорас-пределен.!я на осуиительно-увлг.таг.телънкх системах в условиях дефицита водных ресурсов.

Практическая^снность. Применение,результатов настоящих исследований позволяет повысить оперативность управления водным режимом на осушительно-увяагнитеяьких системах и проводить регулирование его с учетом реально складывающейся гидромелиоративной обстановки и требований выращиваемых сельскохозяйственных культур. Полученные в диссертационной работе результата позволяют -перейти к принципиально новозау, гораздо более высокому уровню проектирования и эксплуатации гидромелиоративных систем зоны достаточного и неустойчивого естественного увлшхнеуия.

1. Научно обоснованные значения нижнего предела оптимального влагосодержания почз.

2. Методика расчета водного режима почз к параметров управления водораспределснкеа на осуввяельно-увлажнитеяьннх системах с подпочвенным уела

3. Математическая модель оптимизации водораспределения в условиях дефицита зодтек ресурсов.

Реализапир_работы, Разработаны и передана производству "Технические указания по разработке с всмощьэ ЭВМ системных планов водопользования для осузительно-увлалнительнкх систем Украинской ССР" НТД 33^)4-01-91, "Технические указания по эксплуатационной пирометрии на осушительных системах" НТД 33-0402-91, утверзденнке Минводхозом УССР. Результаты исследований вошли в "Рекомендация по совершенствовании технологии управления Ирпенской осушительно-увлажнительной системой на базе информационно-советующей систем".

Предложенная модель информационно-советующей системы для

оси!,- осусения прспла лрсизводственнуа проверну в 1989 году на Ирпзнско'1 осусительно-увлажнительной системе на площади 7149 га. Сравнительный экономический эффект составил 26 руб/га; Личное участие автора 50м.

Апробапия_паботы. Основные положения, разработанные в диссертационной работе, докладывались и сбсуздались на всесоюзно'-! каучно-техническоС* конференции молодых ученых и специалистов "Повышение эффективности нелисратиЕних земель и водохозяйственное строительство" Сг.Тбилиси, 1987 г.); научно-технической конференции "Пути повышения плодородия почв'Нечерноземной зоны УССР" (г.Нитомир, 1987 г.); республиканской научно-технической конференции "Достижения НТП - в мелиорация и водное хозяйство УССР" (г.Роено, 1967 г.); каучно-прак-ическо!» конференции ""Достижения мелиоративной науки производству" (г.Ровно, 1988 г.); научно-практической конференции "Пути повышения эффективности освоения мелиоративных земель за счет достижения наук:: и техники" (г.'Робно, 1989 г.); экспонировались к а ВДНХ УССР (г.Киев, 1969 г.).

Публикации. По теке диссертации огтубликозаиг 13 печатных работ.

Объем,работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений, списка литературы из 208 наименования, приложения. Работа изложена на 187 странирах машинописного текста, содержит 25 таблиц и 21 рисунок.

Содержание работы

■ ё_Ш:Е52!?_1!53§2 проведен анализ современного состояния оперативного планирования водопользования на гидромелиоративных системах.

Теоретические основы водопользования на гздромэлиоратишалх системах разработаны А.Н.Костякоекм, Н.А.Янгаевским, И.А.Шаро-В1М, С.Р.Оффзнгенденсм.

Вопросам соверзенствования технологии водопользования пос-вяцзны работы МЛ!.Кабакова, М.Ф.Натальчука, С.М.Алпатьева, В.П. Остапчика, Н.А.Орловой, В.И.Ольгаренко, С.И.Харченко, А.И.Ивиц-кого, Л.М.Янголя, В.Н.Зубца, В.Ф.Шебеко, Б.С.Маслова, П.И.Зак-

ржевского, О.В.Скрипкика, А.В.Яцыха и др.

Основой водопользования является'поддержание благоприятного водного реяима в сочетания с оптимальными схемами работы системы и рациональным использованием водных ресурсов. Проведенный анализ состояния оперативного водопользования на гидромелиоративных системах показал, что традиционные методы планирования водопользования ориентированы на год расчетной обеспеченности и осредненные показатели водного режима осушенных земель. Поэтому определяемые по ним показатели на вегетационный период существенно отличаются от фактически складывающейся гидромелиоративной обстановки на полях.

Кроме того, системы двустороннего действия с подпочвенным увлажнением характеризуются относительно высокой инерционностью, что не позволяет достаточно оперативно решать задачи подачи и . распределения воды на увлажнение в засушливые периоды. Это приводит к значительному отклонении водного режима от оптимального.

Повышение оперативности и качества водорогуяирования при эксплуатации осупитель'но-увлажнительных систем возможно путем широкого внедрения автоматизации управления таи на основе расчетных ыетодоз определения динамики влажности с учетом погодных условий и требований сельскохозяйственных культур к водному -режиму почз. .

Наиболее полно эта задача уенз? быть решена с помощью ии-форыацио-шо-советущих систем, которые получал? пирокоо распространение, как в напей стране, так и за рубежом. Они базируются на математических моделях и реализуются посредством сбора значительных объемов информации, ее обработкой на ЭВЙ, и подготовкой в сжатые сроки плановых и управленческих ревений. • В силу специфических условий формирования водного режима почв на осушительно-увлакнительных системах, информационно-советудщие системы, разработанные для зоны орозения, не могу? применяться в зоне осушенил. Изложенное и определило необходимость разработки системы математических моделей оперативного •водораспре-деления для осушительно-увлажнительных систем с учетом требований растений к водному режиму почв и наличия водных ресурсов.

дано описание климатических, почвенных и гидрогеологических условий обьекта исследований, приведены программа, задачи и методика полевых и лабораторных исследований. ,

Лабораторные исследования заключались в проведении Ееге-

тадиоинья: опктсз с растениями, с цельэ определения связи концентрации клеточного сока с влезяоетьо почвы.

Полевке исследования лроьодилмсь в 7987...7989 гг. на опытно-производственном участке Ирпенсксй осузительно-увлат.ни-тельней системы, которая расположена на территории Киевского По.-осья и является одной из наиболее крупных и технологически совершенных систем пойменного типа на Украине. Лротягекность мелиорированного масскаа около ПО км при средней иирнне около I км. Магистраяьнш каналом служит русло р.Ирпень с пострсенг -ми на нем 13 русловыми п.тзззамк, оборудованными затвора?«! клапанного т/па. Общая площадь осушенных земель свк~е в тыс.га.

Климатические условия характеризуются умеренно холодной зимой. я умеренно теплым летсм. Средняя многолетняя температура ■ воздуха составляет.+ 7°С. Среднегодовое количество ськадгощих осадков около 600 мм, б период май-сентябрь 297 мм. Количество осадков в период исследований 1907..Л92Э гг. было вы~е нормы.

Почвы на системе представлены торфяниками различной мощности (от 0,5 до 5,0 и) и разной степени разложения. Коэффициент фильтрации изменяется от 0,1 до 0,4 м/сут. Грунтовке воды залегают на глубине 0,5...1,5 м.

Полевые исследования заключались в проведении наблюдении за изменения«! уровней грунтегых вод, матность» поив, уровнями воды в каналах, напорами в верхних бьефах и положениями затворов регулирупщих сооругеккй, расходами воды,проходящими езрез русловые штезы, а также фенологическими фазами развития растений. Кроме того, использовались данные погучешг-га другими авторами для условий Ирпенской осусительно-увластительной систем.

Полевке и лабораторные опыты, определение, водно-физических свойств яочв, метеорологических параметров проводились в соответствии с общепринятыми методиками. Расчетные значения суммарного испарения определяли по модели В.П.Остапчика.

Обработка полученных результатов проводилась методами математической статистики, в т.ч. с пр:кененкем ЭВМ.

В третьей главе приводятся результаты анализа литературных и экспериментальных данные с.5 условиях развития сельскохозяйственных культур, требованиях ¿.тс к водно;."/ рещ:сгу почв, потерях урсаая при отклонении водного реккмз от оптимального.

Для развития растений вреден как избыток, так и недостаток вдагл з корнеоЗитаемсм слое почвы. Что касается верхнего прэ-

дела оптимальной влажности то абсолютное больиинство исследователей /В.Е.Алексееэский, С.И.Долгоз, Л.Г.Емельянов, В.С.Маслоз, •

A.А.Роде, В.П.Осталчкк, Г.И.Афанасик и др./ считают, что см отвечает уровни предельно-полевой влагоемкссти.

Установлено, что различные сельскохозяйственные культуру в разные периоды развития предъявляют неодинаковые требования i: влажности почвы. Анализ яредстазяенных в литературе многочисленных данных не дает возможности определить величины нкжкигг-пределов по фазам развития основных'сельскохозяйственных культур для различных почвогрунтоз. Это объясняется тем, как отмечает

B.П.Остапчик, что эта величина зависит от множества факторов, а методов непосредственного измерения всех их пока не существует.

Изложенное указывает на необходимость проведения исследований по уточнения и определен',из -значений нижнего предела оптимального влагосодержания. Предложено определять эту величину косвенны?.! путем, используя физиологический показатель - концентрация клеточного сока (ККС), наиболее точно отражающий,по .мнения ряда исследователей /Н.С.Петпноз, .Ч.Ф.Лобов, В.С.Шардакоз, Л.А.Филиппов и др./, состояние растений. При достижении нижнего предела оптимального влагосодераанзд происходит резкое изменение физиологически:-: процессов, что приводит к повыианкз концентрации клеточного сока.

Установленные экспериментально эавксетосга концентрации клеточного сска от елзжяости корнеобитаемого слоя почвы позволили определить значения влажности, о?вэчазс!ц:-:е з.условиях г6ъо::~ , та исследований нижнему предел;.' оптимальной 'влажности. Она' соответствуя? знакгникм годтседарваияя, крк которых происходило значительное осэджеакз г.рнвэйконцентрации глоточного сока'от контрольной.

На основании результатов охсперагснтальшс: исследования к материалез лизгаегркчсска: и Езге?гцлснншс наблюдений кгил уточнены • предела оптг^аяыюго елагосодзраания по 'фазаи развития ДЛЯ ОСНОВНЫХ С02ЬС80ХеэДЙ05ЕС|5аа íry.íbTyp. "начэння .их для некоторых культур приведена в табжаэ 3.

Для разработки и реаллзацни моделей водного pésima, на которых базируется и2формацишнс-сос2?уг^ал система, требуется относительно простой и нэдэйннй■кетод прогнозирования фаз развития. сельскохозяйственных культур. Использовать публикуемый d ежегодниках средкемноголетние даты наступления фаз нельзя, так

Таблица I

Значения нижнего предела интерЕала оптимального влагосодоржания по фазз.м развития культур

¡? | Наименование культур п/ч\ | * 1 1 периодов] Наименование межфазных периодов ГпимглП предел !оптимального ! % ГШ интервала влагосодержания.

1 ! ! 1------------. "супесчаная ! торфяная

I ! 2 1 3 ! 4 ! 5 ! 6

I. Ячмень I посов-всходи-куцение 54 58

2 кущение-выход в трубку 55 60

3 выход в трубку-колоаение 05 69 <7

4 колошоние-маляв зерна 58 ' 61 1

5 налив зерна-полная спелость 51 56

2. йюголотние трап; I возобновление веготации-образование боковых побегов 60 52

2 образование боковых побегов-образсвание соцветий 64 67

3 образование соцветий-цветение 70 73

4 щзетение-убсрка 62 65

- в -

как они значительно колеблются из года в год . и на соответствуют опубликованным.

Учитывая это, мы остановились на предложении использовать при определении продолжительности фаз суммы среднесуточных температур воздуха. Решение этой задачи основано на предположении, что сумма положительных среднесуточных.температур воздуха (накопленная начиная с даты сева),необходимая для прохождения той или иной фенофазы выращиваемой культуры в обычных погодных условиях , остается величиной приблизительно постоянной независимо от сочетания факторов внешней среды в различных модификациях. Различают биологические суммы температур (сумма средних суточных температур воздуха), суммы активных температур и суммы эффективных температур. Для установления степени применимости этих температур для расчетов выполнен сравнительный расчет с оценкой точности по каждому варианту. Установлено, что предпочтительнее пользоваться методом подсчета биологически активных температур, то есть суммированием среднесуточных температур воздуха выпе 0°С с момента посева (посадки), или возобновления вегетации. Этот метод позволяет относительно просто и эффективно, с достаточной для инженерной практики точностью (вероятное отклонение не превышает 2...3 суток) определять прогнозные сроки наступления фенофаз развития сельскохозяйственных культур.

На основании обработки на ЭВМ фактического материала фенологических и метеорологических наблюдений метеостанций зоны Украинского Полесья за многолетний период., установлены суммы среднесуточных температур воздуха, необходимые для прохождения фаз развития основных сельскохозяйственных культур. Значения получены для районированных сортов в зоне Украинского Полесья.

При отклонении водного режима почв от оптимального происходит снижение урожая, причем величина потерь зависит от вида культуры и фазы ее развития. Для разработки модели оптимизагии водораспределения в .условиях дефицита водных ресурсов необходима количественная оценка снкпешм урожайности' при нарушении оптимального водоснабжения растений по фазам их развития.

Для основных сельскохозяйственных культур на основании лабораторных и полевых опытов, а такие данных, полученных другими исследователями /В.А.Розин, А.И.Узунян, П.И.Закржевский, Н.А. Самарина я др./, получены кривые связи урокайности культур с влатаостью почвы. Кривые имеют колоколообразную форму с максимумом в интервале оптимального влагосодержания и аппроксимируют

ся полетомом третьей степени:

где - уровень снижения урожая в долях от наишссего

(потенциального) в фазу Я ; Дп - эмпирически? коэф^кц':-ент, зависящий от вида культуры и фазы ее развития; Вп , Сп , Зп - эмпирические коэффициенты,зависящие от вида культуры, фазы ее развития и типа почв; СО™ — средняя влажность почвы в % ПЗ за расчетную фазу. '

В результате обработки 'имевшихся данных на ЭВМ нами были получены коэффициенты , За , Сп , ди в уравнении (I) для всех основных сельскохозяйственных культур.

Пользуясь приведенным уравнение!«, место с достаточной для практики точностью прогнозировать потери урожая в лзбуи фазу развития основных сельскохозяйственных культур.

§__:§21§&то2_глаЕй сформулированы функциональные задачи расчетов водного режима при оперативном планировании водопользования. Рассмотрены математические модели и алгоритм расчетов на ЭВМ для реализации икформационно-созетусщих систем на осуси-гельно-увлажнителышх системах.

Управление водоем режимом на осупительно-увла7.ните<:ьных системах осуществляется на площадях, подкомандных регулирующим гидротехническим сооружения!!. Поэтому задача планирования водного режима репается на основе последовательных расчетов по формулам и логическим связям, начиная с поля севооборота, далее по осупаемым массивам, подвезенным к увлажнительны.* каналам или трубопроводам, так называемым подучастхам. Затем все показатели сводятся и рассчитывается в целом по балансовому участку (площади подкомандной регулирующему сооруглнкэ).

Результаты этих расчетов является основой для принятия обоснованных репениЯ яо распределения объемов воды на балансовые участки. Для этого несводимо планировать положения регулирующих устройств, которые должны обеспечить запланированный режим увлажнения. ■

Разработанные модели должна включать в себя также оперативную корректировку решении, полученных в результате прогнозных расчетов. В начале следующей недели прогнозные значения за приведенный расчетный период заменяется фактическими и расчет повторяется. Таким образом, исходными данными для каждого п'ос-

ледующего прогнозного расчета являются откорректированные! по фактическим данным значения предыдущего прогноза. Кроме того, если расчетные значения влажности существенно отличаются от фактических, полученных в результате контрольных отборов, то проводится их корректировка по фактическим значениям.

Такой подход к решению проблемы позволяет прогнозировать изменение водного рекима как на балансовом участке, так и на кавдом поле,и оперативно корректировать его по фактическим данным для каздого расчетного участка системы. Тем самым вероятность выдачи неверного прогноза сводится к минимуму.

Задача расчета водного режима поля севооборота предусматривает выполнение прогнозных и ретроспективных расчетов для определения, всех составляющих водного режима- осушаемых земель за кавдые сутки периода вегетации сельскохозяйственных культур каждого балансового модуля внутри балансовых участков системы. В основу решения задачи положено уравнение баланса корнеобитае-мсго слоя почвы:

Кк^Уиь+хщ-Е.,- (2)

где. 1^/гЛ и Wufi - конечные и начальные запасы влаги в слое

U , м3/га; X - атмосферные осадки, выпавшие за расчетный период, кэ/га; V& - объем, который поступает в расчетный слой почвы ¡1 за счет подпитывания из нижележащих слоев и грунтовых вод за расчетный период, и°/га;(-) Vf. --инфильтрация осадков из слоя ¡1 , ы3/га; £ - суммарное зодопотребление сельскохозяйственных культур за расчетный период, ,м°/га.

Вычисления производятся за расчетную неделю по сутки.:. На первую недели в качестве исходных данных в ЭВМ вводятся фактические данные по положению УГВ, владнос.ь почв на начало расчетного периода, характеристики воднофизических свойств почв, культура и фаза ее развития, а такке прогнозные суточные значения атмосферных оегдкоз и испаряемости по ГГИ-3000. В зависимости от фазы развития цуяьтуры устанавливается-мощность расчетного активного слоя. На конец расчетной недели определяется по кь.здсму балансовому модулю требуемое положение УГВ при условии поддержания влагозапасов расчетного слоя на нижней границе оптимального диапазона для сельскохозяйственной культуры. Для этого предлагается использовать зависимость,полученную В.Н„ Корз/иенко для осушаемых земель:

- -

И-И,

-fe щ ' Í3)

где Hala "fC^*^) - шдакмпдьь-ая глубина ЗТВ, при которой полностью обеспечивается расходовгакз ъаагя на сужгврноз испарение за счет поступления ее из г^унтозых вод с учетом поддержания влагозапасов пахотного слоя на г-пгаеЯ границе оптимального влагосодержания; и \%т\ - фзхяпгзскке 'влагозаяасы н влагозапасы расчетного слоя, еоотвотстцувчиэ шехкегу пределу оптимального влагосодер-ання.

Определив суммарное прогиозноз из^гнениэ 7Т& за расчэк:узо неделя:

л ¡4. „

---' (45

где Т =7 сут,я решая урашениз (2), поручаем прогнозккэ запасы влаги на конец расчетного периода, расхода и педали: или сброса воды по полет за расч-аткуп недолго.

В начале следующей недели расчет повторяется с учетом фактического изменения кетеорологгэтеской сбстенсвян с послздуящай корректировкой.

Основой и исходными датами проведения расчетов водного реяиаа почз балансового участка явяяззтея полу?<жш8 по поля.; результаты за расчетную неделю. Рсгсюга задач;: оаклзчастся в планировании рзаима и его составляет.; для каждого бале.нгезего участка в целом с установление?.? напора п ззрхно?! Зьефз делового плаза, определяющего условия додач:! yD;:arj^'.n-z подкомандной территории.

Напор воды в верхнем бьефе руслового пдэ=?з рэгудятсра является определяющим при .фориирозгнки уровзвнего рет?« на поля;; и балансовом участке в целом, при условии закрытия нижолеяедих сбросных сооружений в пролетах балансового учсстха. Поэтому связь ме:вду напором а верхнем бьефэ рэгулкрууд-зго геотехнического сооружения и срядаевзсззенисЯ по площади бгколсс-зого участка глубиной залегания ЭТВ H(s# пгракавтея линейной зависимостью (коэффициент корреляции ts 0,Ь4» «• 0,92) i

д о 3 ~ВН(ау> «>>

где Л , J) - эмпирические коэффициента, определяемые для каждого балансового участка по натурным даянки.' Полученная зависимость позволяет для наздого балансового участка, аодкомз.чдно-го русловому илазу, установить пределы поддержания: /{(¡Щи

в зашеиаостк от »озжшш прзделов поддержания УГВ на балансовом участке. Оптшальная глубине в верхнем бьефе руслового шйэзЬ, при прогнозном расчете определяется по зависимости:

где С^/од^-средневзвешенное по площади прогнозное значение' влажности в расчетасу слое в долом по балансовому участку на конец расчетной недели, % Ш. Таким образом, по полученным для балансового участка Еначенкяи влажности расчетного слоя и положении УГВ, используя зависимости (5) и (6), определяется требуемая глубина поддержания уровня вода в верхнем бьефе регулирующего сооружения. Если распределительный узел балансового участка представлен насосной станцией, напор не определяется.

Модель управления водораспределеиием на осушителько-увлаж-нительных системах предусматривает выполнение прогнозных и ретроспективных расчетов условий подачи и распределения воды по системе в зависимости от сло&ИЕаейся гидромелиоративной обстановки.

Для современных осуоительно-увлажнительных систем возможны три основные схеш распределения воды по системе из водоисточника:

1 - одновременный групповой забор ьоди из водохранилища, пруда, водозаборной скважины насосной станцией или другими водозаборными сооружениями:

2 - последовательная подача воды по руслу магистрального канала (либо увлажнительного канала или трубопровода) с последующим ее распределением через русловые плазы или насосные станции; " . ..

. ;3 - комбинированная (сочетание I и П схем).

При 1-й схеме распределения реаеккз задачи сводится к расчетам на уровне балансового участка. 4

При П-й схеме распределения для случая, когда подкомандная территория находится ниже по створу регулирующего ГТС, решение задачи сводится к балансовому уравнении, которое в общем виде выражается зависимость*»:'

где /7 ч - расходы воды, проходящие в расчетный интер-

вал временя через скегике регулировка ПС, располокошйгз вияе и ниже по створу рассматриваемого згьтанссгсгэ участка:

где йНас/>(рш) - величина перолчга «срез затвор регулирующего ПС; В(р>Ф - ширина фронта плглдиза;

Qiuz ~ санитарны?» расход, который должен быть обеспечен для пропуска через ПС;

Qtt»zúó~ Расход в°да. KCTopKf; идет на зарегулирован:« в верхнем бьефе регулирующего ПС при увеличении И(щ ил:; сбросе воды через ПС при снижении //fes? :

~ расход: веды, который покрывает потеря на ясаарош».з с водно? поверхности каналов проводящей и распределительной сети:

где - суммарная площадь водного зеркала каналов прово-

дящей и регулирующей сети в пределах балансового участка.

■При комбинированной схеме .распределения -зсды по систегэ расчеты выполняются раздельно по катдсГ; ::з соотБЗтствующих схем.

В результате ропения задачи устанавдпсззтся требуемая положения затворов регулирующих плазов, обеспечивающие необходимый напер на расчетном илязе и транзитный пропуск•треЗуекых расходов на нижележащие участки,или радсчптыймзтся резкхы работы насосных станций:

(II)

Аналогично предыдущим расчетам, модель вклзчазт в себя корректировку расчетных значений.

Модель оптимизации зодораспредедения t.c:.v4y балансовыми модулями, подучастками и участками системы предусматривает выполнение расчетов для прогнозной сценки аффектавнести провзденир увлажнительных мероприятий на системе з условиях недостатка водных ресурсоз. Распределение зодн в условиях дефицита требует проведения технико-экономических расчетов по выбору наиболее экономически выгодного варианта з пределах рассматриваемой системы.

В, основу .реаения этой задачи положен катод, оснсезккыР нсч

том, что в качества целевой функции оптимизации водораспределе-К'.т принят максимум чистого дохода с осушительно-увлажнитель-ной'системы,или ее отдельно взятой части,при реализации возможного управленческого ревения. При этом в качестве ограничений выступают требования к водному режиму почв, рассматриваются возможные потери уровад шрапдаваеьаж сельскохозяйственных культур:

где 2а,1+х ~ ожидаемое снижение урожайности К -той культуры вследствие отклонения водного режима от оптимального в интервал времени при £ -том варианте водораспределения;

Уп - плановая (проектная) урожайность К -той культуры;

Цк - закупочная цена К -той культуры; Ик - сельскохозяйственные издержки на производство /Г -той культуры и эксплуатацию мелиоративных систем; рк - площадь, занятая Я -той культурой; - объем воды, планируемый на подпочвенное

увлажнение /С -той культуры при I -том варианте водораспределения; Цц - цена единицы объема воды, поданной на увлажнение.

При репенки данной задачи рассматриваются только те варианты водораспределения, при которых требуемые объемы воды на увлажнение меньше или равны наличным водным ресурсам. Расчет за-клочазтея в опенке всех приемлемых вариантов водораспределения по зависимости (12) с -ожидаемыми вариантами потерь урожая. Для этого определяется значения влажности, которые обеспечат запланированный урожай,и требуемые объемы воды на увлажнение .

В диссертационной работе приведены блок-схемы алгоритмов расчета для рассматриваемых моделей, которые пояснены в основу программ для ЭВМ.

Результаты производственных испытаний инфсрмационно-совзтувззй системы и дана оценка эффективности ее применения на осусительно-увлагнктелышх системах.

На основании опыта работы шформационно-совстуюзей системы оперативного планирования орозония (УкрНИИГиЦ) и комплекса предложенных моделей, разработана функциональная структура ин-ф0рмациснн0-с0Е0Т5х*Д'ЗЙ система оперативного планирования водопользования в зона осуаения (ркс.1). Разработанная ИСС была реализована на Ираенской ОУС. функционирование ИСС на системе заключалось в еженедельной обработке ка ЭВМ поступающей с участ-кЬв информации с выдачей эксплуатационному персоналу управлен-

;

i

1 й ; о

! ts\

! Ti f

П ! Я !

и u i

—TOCO СГТН ;

i

rrîioa

;i¿aoH

-X'ÍG3O:J о •

сглнайиси ;

i ПИ ;

»•s-tr/ac-a :

) a rlcvra» 'i *

A V i

-coa BdAr,

! -■OCÍDSÍOJ

oj

! пй.йчхл:: o í

'» о ~'K¿K3C?íI К i

h V3VQ H

5 X o;

i О Г? ■SdCfliTC J

¡o г: :

с-пксетхгоц j

- -ïtShoa f »

* '

(3 i

!>e q&sotCtsxg ; :

■ HHhCin ■>

:

i аякгг.кжг :

;

í h-

' !

'S

: ; i

l!

' t ;

i f !

i!

; ' *.

; n i ■ - ;

"Mi

. г; :

И

■ \

rSL"

eïQîj

L!

чгскзск ргаонип и рекспикхедай 'г;о управлению системой.

Оп»1гко-1фо:»Еодсг£:ошис! испытания ИСС в 1983-1990 гг. пед-тшрдкл;: дост&точнув и работоспособность разрайотан-

мвк моделей.

Адекватность математических моделей расчета водного режима оценивалась на основании анализа динамики расчетных и фактических величин влажности на поло под многолетними травами в 1989 году". Сравнительный анализ вариантов расчета показывает,.что «езду кгс.щ существует якнеШа« зависимость. Коэффициенты корреляции При ото:,: равны:

- при расчете зсд^ого режима бсз_ корректировки по фактическим значениям влажности В = 0,70^0,17;

- при корректировке по фактическим значениям влажности I раз в месяц 2 - 0,81±0,18;

- при -корректировке чквдув неделп. В = 0,66-0,12.

Т'акид: образ см, точность расчетов достаточна для практических целей при корректировке влажности по фактическим значениям I раз в месяц.

Анализ полученных результатов показывает, что отклонение расчетных и фактических значений по влажности не превышает 51052, а от требуемая: значений 10-15Й, что,с учетом технических возможностей системы.является вполне удовлетворительным. ■

Результаты' произвсдсткаг-гксП эксплуатации в 1959-1990 гг. показали, что фуккционзтровакке ИСС на системе не только повышает уровень надсЕПОсти поддергания оптимальной вла-тлости как на отдельных участках, так и ка всей системе в целом, но. и позволяет рационально использовать водные ресурсы, см. табл. 2.

Эффективность внедрения п'-формациснно-ссветущей системы характеризуется.следушршп показателями:

1. Сокращение сроков проведения операций по сбору, анализу и обработке информации, е. такг:е выработки управленческих ре-сений при планировавши и корректировке режимов увлажнения.

2. Повышение оперативности и точное«:- планирования водопользования на базе метеорологических и гидрологических прогнозов и учета оперативкой гзздромелиоратив&ой обстановки.

3. Повшсшш .урожайности сельскохозяйственных культур за счет опткмизац;и водного или минимизации отклонений от оптимума.

4. Сокр&цеяио объемов воды 1-х: урлагнэнзк я затрат электроэнергии.

Таблица 2

Показатели работы 1'рпенской ОУС за I987-I990 гг.

Показатели j„ _!!??.!!:.-..

} До функционирования liGC OIIB j При функционировании I'GG 0IIB

Осадки .323,0 207,0 * 380,0 310,0

Шеслзчегшость сеадаов, % -53,0 . 10,0 . 20,0 62,0

Подано :..;,,:.! в голову- скстсьи, ,л „

КЛ1.5 Р 18,6 15,0 2,1 10,3

Сбрсазио воды а икзозьа с-:с- „„ ,

чет, ¡muvP 34,2 39,2 . 30,1 18,7

Затраты электроэнергии па паре-. _ _

води, ыамгьт.ч. . „ ' 0,70 0,81 0,63 0,,J.J

Лсдорааша требуемой зехдозш, ■ «

I ьггог. периода w оЗ «'J

В дйссертоциасгоя работа приводится расчет годового срав-. 'нительксго оконсикчгкссго эффекта з 19Ш году, полученного за с<13? приросте урожайности сельскохозяйственных >сулмур.

Выводы к предлогкжил

1. В результате'исследований установлено, что осуществлять дифференцированное регулирозашго водного рег.::ма осушенных земель ыссно кзтодоа оперативного расчета баланса влагозаласов в корнеобитаемоы- слсз почвы с учетом фактически складывающейся гидромелиоративной обстановки во взаимосвязи с метеорологическими факторами.

2. Установлено, что при прогнозировании фенологически;-; фаз развития основные сельскохозяйственны?: культур целесообразно применять в качестве критерия, характеризующего продолжительность фаз, срагу среднесуточных температур воздуха зыке 0°С, накопленных поело фактического срока сева, или возобновления вегетации культур.

• 3. Уточнены значения нижней граница интервала оптимального вяаг.осодерганкя для основных сельскохозяйственных культур с учетом фаз кх развития,используя физиологические методы диагностики в од о об е с л е чокн о с т к.

4. При отклонении фактической вланности от оптимальной в разные фазы развития культур имеет место различное снижение урожая. Получены коэффициенты уравнений, которые позволяют определять потери урожая в лпбуэ фазу развития при отклонении водного рекима от оптимального."

5. Разработана методика оперативного планирования водопользования и управления осусктельио-увлакнительной- системой и составлен алгоритм для ее реализации о оптимизацией водорегу-лирования при ограниченных водных ресурсах.

6. Производству рекомендуется программное обеспечение ин-формационно-совотугщэй системы оперативного планирования водопользования на ОУС. Результаты ориентированы на использование ЭВМ.

Обязатольнш' условием с$$ехтишости применения ЙСС является организация к техническое обеспечение упорядоченной схемы учета, сбора к контроля информации о движении природных и тех-'

аолог;п!зс::г'; чрсцесссз ?". 0УС, t'J-;z.::vr.rz?;r.'nrr.tfbrz? «vxnw».-peso к управлях»'": ^оздэП-глнГг.

7. Производственная прохврка ксслздопелнГ: п?.

ИрпеискоЯ СУС з I989-T9G0 годах nc;:a:i;::u гфи.-хкекка ПСС осупитольно-уэле.'йглтзлм.'ьк систег.-с. гоявеяаз? ло.'л>'Сять оперативность планирования к управления что возможность значительно улучшить регулирован::? по дне--; езду г« or о г/зг.:::'^ ясчг, :; эконо.vho расходовать водные ресурсу ;; ошпттюгнорпз.

Сравнительный экономический с-|.<!ег*,-т о? гнедр^жгя 1'СС- г; 1983 году составил 183 тыс.руб.

Основное содержетие диссзргацкя издопено т.- рл?5о~

г- «Л •

1. Создание [{кфорггэдцсгшо-согзтуг;:« сястс:: з зоне осуог-ккя// Регуянрозсяио водного рекя/а дрен:1ровмг.:::х почв.- К^П'Л!, 1967, с.55...56 (з соавтсрстгз).

2. Регулирование водного рзззка, оеугаемаг земель а метеорологической обстгнов:-::!// Пут;: повьтая:!;: плодородия псиэ Нечзриозе:э5ой зоны УССР (тазксы докладов).- Харысоэ, 1987,

с.ICS (в соавторстве).

3. Научно обоснованные мотодн регулирования годио-всэдрт-ного рега:ма почв// Повыазнке гфрективnrcn: гелкср:фуе»г; з^здь и водохозяйственное стрсмтегл.ство (тезисч дохгпдоа)

1967, с.33...34 (в соавторство).

4. Оптимизация управления водне-зоодугным розмСч • ва польдерних ссушлель»« спсте?:«// Дост5с.<еиия nUJ - г, тгозторй-сиэ и водное хозяйство 1'СС? (тезисы докладе;?}.- Розно, s 1907, с. 17.. .18 (в соавторство}.

5. Перспективы создания спетом на ссупитедьно-увяоетктелышх системах// Доотяг^нйя ;:-элиора?ипной науки - производству (тезисы докладов). - Рекго, TOSS, с.10 (я соавторстве).

6. Требования зерновых культур :: рлаглогт" дерново-подзолистых почв// Экспресс-ки$ср:г.ацкя Щ31ТЙ Кгкпопхоаа СССР.-'1988, сер.Т, гып.З, c.20...2G (з созвторзтз-з).

7. Опыт эксплуатации кнформацяснно-согетуззгП сисгс-'"; ка ЙрпеисяоЯ осушите льно-узлахг.ггельксЯ сястеие// Пути яоекг<зния з^фективности освоения тлиорируетаг земель за счет достижения науки и техники (тезисы дойлздов)Рояно, I9S9, с.19 (з соавторстве).

8. Требования йзрйоШ и зодасму pessftsy почь на

o¡^5s:c;ea!»ao-yas£zj«isoJ3:íac: сксте«зх У1фаиш:ой СС?// Гедрс^олпо-ргараги гедротехизчзехов строительство.- Львов, Т983. Вып. 17, 1963, C.23...2G.,

9. Лрогаозйрозжке фа» развитая растений// Экспресс-информация ЦБНТИ Ыкнзодстроя СССР.- 1990.- Вгд.З, C.9...J3 (в соаатоагтгз)."

,10. Мзтодих& прогасзироггл;:." фонологических фаз развития основные сздьсхагозяйстаенных :дгльгур// Мелиорация- к водное хо-еяйстго.- Укнсз:, 1К?0,-Выл.З, с. 19...22 (в соавторстве).

11. система для ¿умщиой зоны// Мелиорация и водное хозяйство.- Ц.» 1990, $5, с.41...44 (в соавторстве).

12.-Технические указания по разработке с помощью ЗЕМ системных псааоп водопользозанзд. для ос^аительно-увлагнитедьных систем Украинской•CC?.. 1ВД 33-04-01-91.- Киев, .1991, G3 с. (в соавторстве).

"13. Технические .указания по эксплуатационной гидрометрии на-осувительньх системах. H2R 33-0Í-02-92.- Киев, 1991, 74 с. (в соавторстве).