Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Автоматизированные средства водоучета для управления водораспределением и рационального использования воды на внутрихозяйственной оросительной сети

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кожемяченко, Ирина Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА СРЕДСТВ ВОДОУЧЕТА ДЛЯ

УПРАВЛЕНИЯ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ И РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРОСИТЕЛЬНОЙ ВОДЫ

1.1 Конструктивные особенности внутрихозяйственной сети и состояние управления вододелением

1.2 Уровни (стадии) организации управления водораспределением на внутрихозяйственной оросительной сетиб . 17 1.3 Основные математические модели водораспределения

1.4 Технологические требования к измерению элементов математической модели.

1.5 Современное состояние гидрометрического обеспечения внутрихозяйственной оросительной сети

1.6 Технико-экономические требования к разработке и исследованию средств автоматизированного учета воды для внутрихозяйственной оросительной сети . 29 '

1.7 Цель и задачи разработок и исследований средств автоматизированного учета воды

ГЛАВА П. РАСХОДОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДНЯ СООРУЖЕНИЙ

ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ.

2.1 Головные сооружения на хозяйственных водовыпусках

2.2 Регуляторы-водовыпуски с расходоизмерительными устройствами для участковых распределителей и временных оросителей

2.2.1 Расходоизмерительная приставка с переменным живым сечением /авторское свидетельство $529371/

2.2.2 Трубчатое сооружение с расходоизмерительным устройством для участковых распределителей и временных оросителей.

2.3 Расходоизмерительное устройство для трубопроводов насосных станций /авторское свидетельство .№667809 /

2.4 Учет расхода вода на сбросной сети.

Глава Ш. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЯ: ВТОРИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ РАСХОДА И СТОКА ВОДЫ ДЛЯ ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ.

3.1 Краткий анализ существующих конструкций расходо-измерительных приборов.

3.2 Теоретические предпосылки создания приборов учета расхода и стока.

3.2.1 Выбор оптимальной формы поршня-турбинки.

3.3 Вывод уравнения движения поршня-турбинки.

3.4.Экспериментальные исследования переносного перепадомера со счетчиком стока (ППС).

3.5 Результаты лабораторных исследований прибора ППС на гидравлическом стенде.

3.5.1 Погрешность измерения прибором ППС разности (перепада) уровней.

3.5.2 Погрешность в определении числа оборотов поршня-турбинки прибора ППС.III

3.6 Методы градуировки шкалы прибора ППС.

3.7 Математическая обработка опытных кривых зависимостей = Г (л h ) и П5 = F {&h'/z) по среднеарифметическому методу и методу наименьших квадратов.'.

Глава 1У. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА ПРИБОРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЧЕТА РАСХОДА И СТОКА НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ.

4.1 Использование приборов ППС на насосной станции

ОПХ ВолжНИИГиМ.

4.2 Использование блока счетчика прибора ППС в приборах ДРС-66.

4.3 Производственная проверка (оценка погрешности) и внедрение приборов ДРС-66 с использованием блока счетчика стока ППС на сооружениях Саратовского магистрального канала им. Е.Е. Алексеевского . . . . . 136 4.4. Производственное внедрение автоматизированнаго учета на сбросах Энгельсской оросительной системы

ВЫВОДЫ,.:

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Автоматизированные средства водоучета для управления водораспределением и рационального использования воды на внутрихозяйственной оросительной сети"

Широкое развитие мелиорации в нашей стране после исторических: решений Майского /1966 года/ Пкенума ЦК КПСС стало одной из первостепенных общегосударственных задач.

Особое внимание Шенум уделил вопросам технического про-• гресеа в мелиорации, созданий совершенных способов управления производственными цроцессами при орошении Д.И.Брежнев, 1972; Решения Майского Шенума ЦК КПСС, 1966/.

Эффективность мелиорации земель во многом определяется состоянием эксплуатации оросительных систем. Современные системы требуют постоянного и квалифицированного надзора, четкого и оперативного управления процессами распределения вода по каналам межхозяйственной и внутрихозяйственной сети в соответствии с штанами водопользования, контроля за исшльзованием вода. I

В ряде решений и постановлений, щинятых партией и правительством /Материалы ХХУ1 съезда КПСС, 1961; Материалы Майского Шенума ЦК КШС 1962 года/ цредусмотрено увеличение площади мелиорированных земель в XI пятилетке на 7,5 мин .га, намечается обводнить в пустынных, голу пустынных и горных районах 21-28 шн.га пастбищ.

В осуществлении широкой программы гидромелиоративных: работ значительный вклад вносит мелиоративная наука. К важнейшим. задачам, решаемым ученыш-мелиораторами, следует отнести:

- исследования во до потребления сельскохозяйственных культур и оцределение на этой основе оптимальных, норм и сроков полива;

- создание и внедрение технически совершенных гидромелиоративных систем с высокоэффективной поливной техникой, совершенной конструкцией элементов ©ети, передовой технологией автоматизированного управления взаимосвязанными сложными технологическими роцессами водогодачи, межхозяйственного и внутрихозяйственного водораспределения, расчета и корректировок поливных режимов.

Конечная цель решаемых задач - своевременная подача вода в нужном для разжтш растений количестве и в заданные сроки, получение стабильных урожаев при одновременном соблюдении природоохранных ресурсов /Беличенко Ю.П., Швецов М.М.„ 1980; Карев В.Б., Шлык В.И., i960/.

Решение перечисленных выше задач и получение хороших результатов невозможно без оснащения оросительных, дренажных и сбросных систем средствами учета воды на всех балансовых участках /Андреева Н.В., 1976; Временное руководство ш проектированию службы эксплуатации оросительных систем. BTP-II-29-75, 1975; Временные указания по проектированию автоматизации во-дораапределениа на оросительных системах, 1971; Кожемячен-ко И.В., 1976; Натальчук М.Ф., I969r 1971; Олъгаренк© B.W. и др., 1976, 1980/.

Неооходимость коренного совершенствования системы учета воды вытекает из заданий Продовольственной Программы СССР, предусматривающей ввод в эксплуатацию 7,14-7,16 мян.га орошаемых земель в период I98I-I990 гг., что дополнительно потребует 60 шрд.мп^год. В то же время экономия только lüfo воды за счет повышения КВД, соблюдежя оптимальных поливных норм и планов водораспределения, что возможно только при четко налаженной системе контроля, позволяет шсвободить порядка 15 шрд.м3 воды, достаточной для орошения еще 2 млн.га.

Учитывая возможность совершенствования системы учета воды Минводхозом предусмотрено довести оснащенность мелиоративных систем средствами водоучета и приборами для определения норм и сроков полива до 7С$ площади и годностью оборудовать водоизмерительной аппаратурой и устройствами для определения расходов вода во внутрихозяйственные водовыдели /Основные направления и задания; совершенствования системы учета воды в мелиорации ж водном хозяйстве, 1962/.

Настоящая работа посвящена созданию и исследованиям технически совершенных средств во до учета практически для всех имеющихся сооружений открытой внутрихозяйственной сети гидромелиоративных систем.

В диссертационной работе освещаются следующие вопросы:

- анализ современного состояния планирования и осуществления водопользования на системах и в хозяйствах;

- предложения ш использованию автоттизированных средств при водораецредежении на внутрихозяйственной сети открытых каналов;

- разработка конструкций расходоизмерительных устройств и приборов учета расхода и стока;

- проведение лабораторных исследований предложенных конструкций;

- производственная проверка предложенных расходоизмери-тельных устройств и приборов на каналах и сооружениях оросительных систем;

- математическая обработка результатов исследований;

- определение экономической эффективности внедрения водомерных сооружений и автоматизированных средств учета воды на открытых каналах.

Управление оросительной водой на современных гидромелиоративных системах осуществляется на основе оперативной информации о головном водозаборе, водоподаче в магистральные каналы, межхозяйственную распределительную и внутрихозяйственную сеть, количестве поданной на поле и сбрасываемой воды (Семенов П.К; и др., 1981; Бочкарев Я .В., 1969, 1978; Курот-ченко В.И., 1979; ОСТ 33-26-80), т.е. необходимых контролируемых параметрах в сложном технологическом процессе "вода-поле-урожай" .

Сбор, обработка и анализ информации по отдельным параметрам позволяют определять величину составляющих элементов водного баланса на системе (объем водозабора из источника орошения, подача воды хозяйствам-водопользователям другим потребителям, аккумуляции воды в распределительной сети, технологические и непроизводительные сбросы); сопоставлять фактические и плановые показатели данных измерений; осуществлять решения о регулировании процессов вододеления, корректировок планов водопользования; вести строгий учет и контроль за рациональным использованием оросительной воды (Временные указания по проектированию автоматизации водораспределения на оросительных системах, 1971; Карев В.Б.', Шлык В .И., 1979; Краснов В .Е., 1962; Куротченко В .И., 1979; Коваленко П.И., 1978; Кожемяченко И .В;, 1979; Семенов П.К. и др.1, 1981; Устав эксплуатационной службы органов мелиорации и водного хозяйства СССР, 1971; Зауаттоп Т., 1981; Такел ока Н., 1979).

Для оперативного и балансового учета воды особо важную роль играет информация о расходах воды, анализ которой позволяет установить достигнута ли основная цель водораспределения, подано ли нужное количество воды и в срок к растениям." Важность получения достоверной оперативной информации о расходах воды возрастает в связи с ростом дефицита пресной воды, введением хозрасчета (Зузик Д.Т., 1980; Карев В.Б.,

Шлык В.й.;, 1979), проведением воднобалансовых исследований на системах, созданием автоматизированных систем диспетчерского управления технологическими процессами.

Анализ существующего состояния эксплуатационной гидрометрии на оросительных системах показывает, что на действующих оросительных системах сведения о водораспределении имеются только на крупных водозаборных и вододелительных узлах, подпорных или перегораживающих сооружениях магистральных и межхозяйственных каналов.' Основное же звено - внутрихозяйственная сеть остается без контроля^"

Отсутствие средств учета расхода и стока на внутрихозяйственной сети приводит к нарушению планового водопользования, увеличению непроизводительных сбросов, величина которых порой достигает 30-40% от головного водозабора (Карев В .Б., Шлык В.И., 1979; Кожемяченко И .В., 1981, 1982; Михайловский В.Н., 1956; Хамадов И .Б.', Бутырин М.В., 1975; Шпак И.О., 1982; Штепа Б.Г., 1979; Bos М., 1980\ ХгатегД., 1980).'

Учитывая важность и необходимость разработки средств автоматизированного учета воды, отмеченную Всесоюзными совещаниями, проведенными в 1970-1980 гг.;, была поставлена цель создания и внедрения расходоизмерительных устройств, водоучи-тываклцих приборов со счетчиками стока, уровнемеров (расходомеров) дои оперативного учета воды на внутрихозяйственной оросительной сети.*1

Цель исследований - научно обосновать, разработать и внедрить в практику проектирования и эксплуатации гидромелиоративных систем более совершенные технические средства оперативного учета расхода и стока оросительной воды на гидротехнических сооружениях внутрихозяйственной сети открытых каналов и мелиоративных насосных станций.'

-JO

Методика исследований.' Поставленная цель достигается путем изучения существующих методов, способов и средств измерения контролируемых параметров водораспределения, условий их применения, оценки существенных недостатков с помощью лабораторных исследований; экспериментального и теоретического обоснования более совершенных расходоизмерительных устройств и приборов, проведением их лабораторных и натурных исследований; технико-экономического обоснования их применения.1

В процессе проведения исследований использованы: теория моделирования (Зегжда А.П;', Х938:; Математическое моделирование, 1979; Норберт Винер, 1968; Чугаев P.P., 1975; Справочник по гидравлическим расчетам, Киселев П.Г., 1972), теория и конструктивные особенности приборов для^измерения расхода и количества жидкости (Андреева Н.В.:, 1976; Иванцов А .И., 1972; Катыс Г .П., 1965; Киенчук А.Ф.% Шевченко A.B.', 1972; Краснов В.Е., 1962; Кузник И.А? и др., 1974; Киясбейли А.Ш., Пе-рельштейн М.Е., 1974; Кожемяченко И.В. , 1978, 1981, 1982; Никитина Ф.А;, 1958; ОСТ 33-30-80, ОСТ 33-27-вО; Пикуш Н.В., 1967; Погодаев А.Я., 1971; Бабаева Н.Ф. и др., 1967; Соловьев А.И., 1966; Цейтлин В.П., 1968; Шевченко A.B., 1979; Крешевский П.П., 1975), методы математической статистики (Андреева H.B., 1976; Гнеденко Б.В. и др., 1965; Доспехов Б .А., 1969; Длина А.М., 1958; Зайдель А.Н., 1974; Иванцов А.И.', 1972; Молостов A.C., 1965; Яковлев К .П., 1953), основы гидравлики (Идельчик И.Е,:, 1975; Правила 28-64, 1978; Правила измерения расхода жидкости при помощи стандартных водосливов и лотков. РПД 99-77, 1977; Чугаев P.P., 1975; Киселев П.Т.1, 1972), эксплуатационной гидрометрии (Быков В.Д. , Васильев A.B., 1977; Железняков Г.В.', 1964, 1976; Краснов B.E. , 1964; Кузник И .А., Луконин Е.И., Пилипенко В .Я.', 1974; Рекомендации по

-IIпршенению водомерных устройств на мелиоративных системах, 19781? Хамадов ШБ^, Бутырин 1975^ Шаров 1968^

Ярцев В.Н.', 1951), гидродинамики (Никитина Ф.АЛ 1958; Бей-зельман РД.!, Цыпкин Б.В,, Берель Л.Я., 1975'; Чугаев Р.Р. , 1975)", а также основные графические методы обработки опытных данных (Блох Л.С'.', 1951"; Уорсинг А. и Дж.Геффнер, 1949; Уланова Е.С. , Сиротенко ОЩ.1, 1968) , современная вычислительная техника,1

Новизна научных положений заключается в следующем: разработаны схемы расходоизмерительных устройств для:

- трубопроводов насосных станций диаметром до 2000 мм (авторское свидетельство 1 667809) в сочетании с интегрирующей трубкой и диаметром 300-500 мм с диафрагмой;1

V Г/е ' 1---------' г ~ существующих типовых гидротехнических сооружений -9 приставку с переменным живым сечением (авторское свидетельство № 529371);

- трубчатых расходомеров-водовыпусков;

- предложена конструктивная схема прибора - переносного перепадомера со счетчиком стока (ППС), экспериментально изучены количественные и качественные характеристики разработанной моделиу получены величины погрешностей измерения расхода и стока';

- разработан и внедрен малогабаритный преобразователь уровня для сооружений на сбросных каналах внутрихозяйственной сети (УВ-1),

Реализация работы.' По результатам исследований составлены:

Г;» "Рекомендации по составлению внутрихозяйственного плана водопользования для условий Поволжья";

2 ; "Рекомендации по учету воды на внутрихозяйственной оросительной сети"!

3. "Рекомендации по составлению внутрихозяйственного плана водопользования и его реализации";*

Результаты исследований вошли составной частью в "Рекомендации по применению водомерных устройств на мелиоративных системах" (Киев, 1978) , выполненных по теме:"Систематизировать существующие конструкции водомерных устройств и разработать рекомендации по их применению" проблема 05 , задание 02 .07* Материалы исследований доложены на Л Республиканской конференции молодых ученых в Киеве', в 1976 г.', и на Всесоюзном совещании по автоматизации гидромелиоративных систем в г.Фрунзе , 1981 года и опубликованы в 18 печатных работах.

- 13