Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование функционирования водохозяйственных систем с целью повышения надежности водообеспечения (на примере Стара Загора - Болгария)

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Исследование функционирования водохозяйственных систем с целью повышения надежности водообеспечения (на примере Стара Загора - Болгария)"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ВОДНЫХ ПРОБЛЕМ

На правах рукописи

Др^гамоЬа - ЛбрашкоБа Галина Кирилова

ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ - НАДЕЖНОСТИ ВОДООБЕСПЕЧЕНМЯ Сна примере Стара Ззгорл - Болгария}

Специальность 11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы,

' гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание у-ченоп степени кандидата технических наук

, Москва - 1ваг

/ /': )

4 Г

к 1

Работа выполнена в Институте вооных проблем РАН. Научный руководитель - доктор технических наук

старший научный сотрудник. А. Л. ВЕЛИКАНОВ Научный консультант - кандидат технических наук

И. Л. ХРАНОВИЧ Официальные оппоненты - доктор технических наук

профессор Г. X. ИСНАЙЫЛОЭ • кандидат технических наук ' доцент К. П. АГЕНТ

Ведущая организация - Производственное Объединение "Совинтервод"

Зашита состоится « » __ 18®2 г. о _ часо:

на заседании Специализированного Совета Д. 003.37,01 1 Институте водных проблем РАН по адресу-. 107070. Москва ул. Новая Басманная, дом Ю.

С диссертацией иоию ознако.чнться в Оиелиотеке ■ Институт &однах проблем РАН.

Автореферат разослан « » _ 1522 г.

Ученый секретар Специализированного совета кандидат геолого - минералогических наук И. К. МОРКОВКИНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Водохозяйственные системы (ВХС) играют важную роль а развитии экономики, решении социальных вопросов и природоохранных задач.

Современное водное хозяйство Болгарии характеризуется созданием больших, непрерывно развивающихся ВХС с каскадно расположенными водохранилищами и водоэаОорами. Ограниченные водные ресурсы, а также расположение страны в зоне неустойчивого увлажнения, предопределяют комплексный характер использования водных ресурсов.

Опыт Функционирования ВХС указывает на та, что в процессе, их развития, как правило. потребность в воде возрастает. наблюдается увеличение дефицитов и. вместе с тем, проявляются

различные поОочныэ эффекты от использования водных ресурсов.

~ о

В силу динамического характера экономических, социальных

и экологических явлений, возникающих в процессе

Функционирования ВХС. ' часто не выдерживаются режимы и

параметры, которые Сыли заложены в проекте.

ВХС с водохранилищами и каналами в течение всего периода

их Функционирования вызывают изменения . естественного

гидрологического режима водных оОьектов. Естественная

изменчивость водных ресурсов и потреОностей в воде проявляется

а вероятностной форме, и это предопределяет стохастический

характер управления ВХС,

I

' Поэтому представляется актуальный усовершенствование

!

методики управления ВХС, в которой решается задача, рационального и комплексного использования водных ресурсов и дается оценка эффективности Функционирования системы . и отрицательных побочных эффектов, проявившихся в процессе ее длительной эксплуатации с учетом вероятностного характера

стокп и водопотребления.

Поль »'задами исследования. Цель настоящая работы состоит в исследовании ВХС для повышения надежности водообеспечения и снижения отрицательных побочных эС4ектов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1 .'Содержательное описание схемы ВХС, которое представляет соОоп четкое отображение закономерностей, характерных для исследуемого процесса, и изложение постановки задачи. Анализ ВХС собранной реки и изменения проектных решения, возникших в процессе функционирования системы, выявление различных побочных эффектов Функционирования ВХС в природная и социально - экономической средах. При этом изучается. Фактическое обеспечение требования водопотребителей по сравнению с проектными данными, а также новые проектныэ предложения по развитию системы.

2. Построение производственных Функций ШФ> как инструмента для выбора оптимальной стратегии развития ВХС.

3. Формальное математическое ' описание системы, ее отдельных элементов И протекающих в них процессов с необходимой степенью приближения к действительности, адаптация модели.

4.Проведение экспериментальных исследования развития выбранной ВХС для разных ее параметров в стохастических условиях и количественная оценка характеристик водных ресурсов при их комплексном использовании.

Э. Выявление1 дефицита водных ресурсов и его оптимальное распределение между водопотребителями для обоснования ■ новых проектных решения при различных параметрах системы, приводящих к более эффективному использованию водных ресурсов региона и

для оценки побочных эффектов водохозяйственного развития.

Научная новизна, диссертации заключается в использовании комплекса взаимосвязанных математических моделей для повышения надежности Функционирования ВХС и для количественной оценки побочных эффектов водохозяйственного развития. Комплекс моделей включает в себя модель формирования П© оросительной системы (ОС) в виде зависимостей эффективности их Функционирования от планируемых и используемых оСьемов водных ресурсов, имитационную модель Функционирования ВХС со стохастическими водными ресурсами и водопотреблением, а также модель минимизации ушербоа в условиях дефицита воды.

Апробация. Основные результаты работы докладывались на научных семинарах секции "Оптимизация структуры ВХС" (ИБП БАН, София, 1982 -1092); юбилейной сесии "40 лет Высшего института по архитектуре и строительству" (София, 1384); молодежная школа "Оптимальное использование водных ресурсов" (Русе. 1984); научной конференции аспирантов (Москва, 1ЭЭО); на секции Ученого совета ИБП - РАН (Москва, 1092).

Внедранив работы. Результаты диссертационно! о

исследования использовались при решении следующих проектных задач: 1.Разработка экономических критериев при определении оптимальной обеспеченности ирригации; 2. Актуализация ТЭЙ для водоснабжения округа Ямболски; 3. Актуализация ТЗД для водоснабжения округа Бургаски; 4. Обобщение и анализ гидрологических, гидрогеологических и водохозяйственных

I

данных, схемы и сооружений, имеющих отношение к коррекционным и осушительным мероприятиям на реке Искыр; 4. Комплексное и экологически целесообразное использование поверхностных л подземных вод реки Тунджи.

Публикации. По результатам выполненных исследован!*:1

опубликовано шесть раОот.

Структура» и о&ъен диссертационной работы. Диссертаций

состоит из введения, четырех глав и заключения. ССщий оОъем работы содержит страниц, рисунков и таблиц. Список

литературы включает публикации на русском и иностранных

языках. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, изложены цели и задачи исследования.

: В первой главе оОсуждаотся современное состояние и методы исследования ВХС, экологические аспекты использования водных ресурсов, поОочные эффекты развития и функционирования ВХС, принципы системного подхода к решению водохозяйственных проблем.

Одна из основных особенностей ВХС заключается в том, что в них, как в никаких других больших системах, создаваемых человеком, проявляется тесная взаимосвязь природных,; технических и социальных процессов.' Анализ и оценка , этого взаимодействия является вантой задачей. В диссертации анализируются роботы, в которых рассмотрены различные^, экологические аспекты использования водных ресурсов,; исследуется роль водохранилищ в создании ВХС ; и указываются, пути улучшения использования созданных водохранилищ. Кратко, описываются существующие метода разработки экологических • стратегия при использования водных ресурсов. ,

Анализ литературы и изучение данных о результатах! длительного Функционирования ряда. ВХС Болгарии позволили сделать вывод о необходимости исследования и 'оценки последствия создания ВХС как прирезано - технических систем. В

этой связи в работе рассмотрены существующие подходы к оценке побочных эффектов, возникающих при использовании водных ресурсе». Показано, что исследование ВХС как больших систем со стохастической исходной информацией невозможно без применения методов системного анализа.

Проведенный обэор литературы показал, что специфика современного этапа развития водного хозяйства выдвигает на первый план вопросы исследования Функционирования ВХС с целью повышения их надежности.

В настоящее время происходят существенные негативные перестройки в ВХС в результате антропогенной деятельности,. которые ставят на повестку дня разработку стратегии управления водными ресурсами а новых условиях, при проявлении отрицательных побочных эффектов от использования водных ресурсов. Побочные эффекты - это в нашем понимании все последствия, возникающие при длительном Функционирования ВХС, которые не были предусмотрены в гидротехнических проектах при обосновании их параметров и режимов.

Во второй глав» приводится гидрологическое и

водохозяйственное описание реки- Тунджи и выбирается обьект исследования - ВХС Стара Эагора.

Водные ресурсы ВХС Стара Эагора используются комплексно. Главным водогсотребителем является ирригация. • питьевое и

промышленное водопотребление обеспечиваются с приоритетом, а

!

гидроэнергетика имеет подчиненное значение.

I

В настоящая работе ВХС Стара Эагора выделяется для детального изучения по следующим причинам: СС Стара Загора, одна из самых старых в Болгарии, находится в эксплуатации с 1953-56 гг. , после строительства водохранилища Г. Димитрова в 1947 г.; является представительной для Болгарии по всем

показателям ее эксплуатации и осоСенно в части мелиоративного использования водных ресурсов.

Водные ресурсы района регулируются всдохранил шзем Г. Димитрова полезным ооьемом 132 Ювм3, а также насосноя

Э

станцией Рыжена, производительностью О » 2,0 м Ус. Водоисточники не могут оОеспечить район водоя, полностью. Для компенсации дефицита воды сооружается водохранилища Чаталка полезным оСьемом 101

Анализ имеющихся проработок показывает, что в настоящее время исследование Функционирования и развития ВХС проводится Сез должного учета отрицательных поОочных эффектов, проявившихся в окружающей среды.

Решение проблемы повышения надежности ВХС и снижения побочных эффектов может Сыте, найдено только но основе комплексного и рационального использования водных ресурсов.

В третьей главе приводятся математические модели

исследования функционирования ВХС: модель Пф ОС, основанная на решении двухэтапноя задачи стохастического линейного программирования; модель генерирования методом Монте Карло рядов стока и водопотреблениям и водобалансоаая модель регулирования речного стока; модель минимизации усарбов от дефицита воды методом динамического программирования. '.

ПФ ОС ГХранович И. Л. ,19901, одного из осно&ных водопользователей исследуемой ВХС, представляет соСой зависимость оценки эффективности функционирования ОС ГСМП.МЮ ' от объемов планируемых Ш и используемых КИ водных ресурсов.

В ограничениях допустимого мноиийтьй С^ задачи линейного программирования, которой описывается модель построения Пф

учитываются: структура посевов сельскохозяйственных культур х^

©

Сстратегические переменило}; структура поливов х. , связанная

с планируемым объемом воды МП и их коррекции у*?,?, связанные с объемом Фактически поданной воды ми" С тактические переменыеЭ.

Площадь занимаемая каждой 1-й сельскохозяйственной культурой из множества I, включаемых в модель культур, одна и та же для всех исходов естественного увлажнения, а каждому исходу естественного увлажнения & « ® соответсвуют урожалности сельскохозяйственных культур и их оросительные нормы. Площадь х^занятая 1 -я культурой орошается ^-м способом из множества! J рассматриваемых способов полива в в-п исход естественного увлажнения.

При любом исходе естественного увлажнения объем воды,, планируемой к использованию на полях МП, не должен превышать объема воды, планируемого для подачи а ОС с учетом коэффициента полезного действия системы КПЯ ,т. е.

Е Е М? .*?.= МП® £ кпд МП , 0е9, С13 1е1 .(«ОТ 1->

где М^-оросительная норма 1-й культуры а в-Я исход естествен-ого увлажнения при J-м способе полива.

В действительности объемы водных ресурсов МИЫ. поступающих в ОС в различные исходы водности ы, отличаются от их планируемых значений МП. Поэтому ограничения, накладываемые на использование объемов ми" вода, Формируют блоки условии использования поступающей воды.

В задачу оптимизации эффективности использования водных

ресурсов в ирригации входят переменные у"^ значения которых

соответствуют плосадим, занятым 1-й сельскохозяйственной

культурой в б-я исход естественного увлажнения и переводимым с

планируемого ,)-го способа полива на к-й способ в ш-я исход

водности. Переменные х^ зависят только от исходов

«оЭ

естественного увлажнения, а переменные У^к - и от исходов водности.

Отклонения объема воды. подаваемой ОС. от его запланированного значения, вызывают изменения в способе полива и отличаются на величину ......

Е Е Е - М? Pyflv - кпдсми"- КПЗ, бе®, ы«П, сгэ leí JeJ keKj 1J

Эти отклонения описывают ограничения, накладываемые на: возможные изменения структуры поливов.

Целевым Функционалом задачи оптимизации использования . водных ресурсов является математическое ожидание дополнительной прибыли, получаемой за счет оровэния

F Сх.уЭ- ПО СхЭ + ППОСуЭ, СЗЭ

Математическое ожидание прибыли от . использования планируемого объема воды описывается Функцией

по СЙ « Е ps Е Е nf. xf., Cd3

все i el JeJ XJ iJ

где» n^j - прибыль с единицы площади, засеянной 1-й культурой, в S-й исход естественного увлажнения и орошаемой J-м спосоОам.

Прибыль вычисляется по формуле

пfj - ÚA ше - izfj .сю

е-

где Ц^ - иена сельскохозяйственных купьтур; U^j- урожайность 1-й культуры ' при J-м способе орошения с е-й исход

естественного увлажнения? уясльнь:з издерЕски производства

1-й культуры при j-м способе орогагния d 6-й исход естественного увлажнения

Математическое оягиданис приракания прибили, вызванного отклонением оОьема воды, псступакврй в ОС, от планируемого описывается зависимостью

ппо суэ » Spw ep® е е £ П? rf.2. <Ь

Й«Э i el JeJ k«Kj J J гдо прирадение прибили с единицы площади, занятой 1-я

культурой, при переходе от .^го к к-иу способу полива а е-й исход естественного увлажнения.

Лрирадание определяется по Формуле

<|к " " 1 " ' ' С7>

0

где ДГг^^- прирлпение издержек по выращиванию 1-я культуры, связанное с переходом от ,1-го к к-му способу полива! ,. -штраф за недополучение 1-й продукции, обусловленный переходом от J-ro к к-му способу пол ива.

При построении ПФ ОС в результате решения двухэтапноп задачи стохастического линейного программирования вместе с Функцией ГСМЛ.ИО определяются оптимальные структуры посевов,, поливов И их коррекции, при различных исходах водности и естественного увлажнения, которые используются как входная информация на следующем этапе - имитации Функционирования ВХС.

ВХС Функционируют в условиях,которые меняются в зависисюсти от требования водопотреОителея и возможности водоисточников. Поэтому, многолетнее регулирование стока обеспечивает наиболее полное использование водных ресурсов, накапливая избытки стока многоводных лет а водохранилище для использования их в маловодные годы.

Для надежной оценки обеспеченности отдачи ВХС необходимо иметь достаточно длинные ряды стока, по которым можно судить о группировках . маловодных .и многоводных лет. Математическое моделирование годовых значения исследуемого процесса Сстока и

I

ирригационного водопотреОяения> осуществляется методом

группового моделирования, который представляет собой обобщение метода "последовательного определения линейной авторегрессии". Моделирование месячных значений для каждого пункта проводится по методу Фрагментов.

Построенные указанным способом многолетние ряды стока и

ирригационного вояопотрейления были использованы для регулирования с 7 ока. осуществляемого серией водоОалансовых операции. Обозначим средний яля данного интервала времени притек воды к водохранилищу а запас воды в водохранилище на начало рассматриваемого интервала - Х^. тогда располагаемый объем воды водохранилища в течение данного интервала времени Судет

«Ч - V * • сю

Отдача воды из водохранилища у^ зависит от величины

располагаемого оОьема воды иа данный момент времени и от

гарантированного вояопотреОления а

о при 2 а .

при < а

Наполнение или запас воды в водохранилища на конец

данного интервала времени Х^ зависит от ^ , я и /5 - полезный

оОьем водохранилища

при £ а

при а 5 ыь <а+0 С10Э

при £ <х*р .

Величина холостого сОроса определяется

| 0 при . 5 о+/Э

С<х+Д> при > а+р . £11>

Дефициты воды для сис. определяются следующим оОраэом .

Г

р « I I I О

при < а

при Й а ' С12Э

В результате регулирования стока водораниликами получаем кривые отдачи, наполнения водохранилна, холостых сбросов и дефицитов.

Возникновение дефицита водных ресурсов о малоеодныэ периоды приводит к неосходимости нимимизирсвать увэрбы от. недодачи воды ОС. ЧтоОы распроделить . недостающее количество воды наиболее оптимальным спосооом, неоОходимо иметь в распоряжении функции угеэрОов от- недодачи воды для каждой

сельскохозяйственной культуры, еходяикп в состав севооборота. Эти Функции достаточно хорошо описываются параболой второй степени, где в качестве аргумента принято водопотребление в период дефицита воды

* 1> п* - 2 <с^-1Э ^ + С13:>

где уменьшенный урожая сельскохозяйственной культуры в

относительных единицах от максимального урожая) г^-

уменьтенное водопотребление в относительных единицах от

биологически оптимальной оросительной нормы; урожай на

богаре в относительных единицах от максимального.

В качестве оптимизационного метода здесь используется

динамическое программирование, представляющее собой поэтапную

оптимизацию многошагового процесса.

В основе этого метода лежит принцип оптимальности

Беллмана Р. Оптимальная стратегия обладает таким свойством,

что какое Оы не было первоначальное состояние и решение в

начальный момент, последующие решения должны составлять

оптимальную стратегию относительно состояния, полученного в

результате первого решения.

Основное рекуррентное уравнение Беллмана представляет

Г Сч> « «1л 1д Сх >+ Г Сх-х 3», С14Э

п п п л—» п

где Г -минимизированная Функция укербов для всех п культур;

- количество вод», выделяемое для п-оя культуры; х - общее количество водных ресурсов; п - номер культуры'1,2,. . . ,М. При ограничении ' 0> • оптимизация Функции многих переменных сводится до погягоаоп оптимизации Функции одной переменной.

Если г> комэр сельскохозяйственной культуры, то количество этьпоа оптимизаций Оуяэт И. Кадцыя этап предста&лпэт таблица возмездных комбинация принятия ресении. ПО каждому диагональному ряду этих таблиц определяется оптимальное

Беллмана ГпСхЭ, которая сохраняется и на следующая этоп оптимизации составляет оптимальную стратегию относительно-состоянии, полученного в результате предыдущего решения. Лоследная оптимизационная таблица представляет суммарную минимизированную кривую ущебров для ОС и оптимальное распределение дефицитов воды между сельскохозяйственными культурами.

Для каждого значения степени зарегулироеанности стока а и полезного объема водохранилища Vn регулируется сток и получается завсииость дефицитов D от обеспеченности Р . Далее используя суммарную кривую ущербов, посредством численного интегрирования определяется математического окидания ударбов HZ.

Решение включает в срея две задачи - прямую, когда "ходом вперед" строится Функция Беллмана или минимизированная Функция ущербов от дефицита воды, и обратная - "ходом назад", когда определяется оптимальное распределение дефицита водных ресурсов в зависимости от гарантированной водообеспеченности. • полученной на этапе имитации.

Четвертая глава посэяшена применению списанных выше оптимизационных и имитационной моделей к «следованию Функционирования и развития ВХС Стара Загора.

Проводится анализ исходной информации, испольувмой в водохозяйственных расчетах, который приводит к выводу о необходимости рассматривать Функционирование ' системы в диапазоне КПД О,О - О,8, что позволяет выявить основные тенденции развития системы и установить наиболее эффективный план использования воднес< ресурсов района при соблюдении требований к охране окружающей среды. В работе применяются рекомендации Шаумяна Б. Б. для . вьедения коррэкционных

коэффициентов оросительных норм при высоких уровнях залегания подземных зод. Для исследуемой ОС оросительные нерки должны Сыть снижены на 20 %.

В работе проведено исследование эффективности использования водных ресурсов ОС. На основе двухэтапной задачи стохастического линейного программирования построены ПФ ОС, В результате оптимизации первого этапа получена оптимальная структура посевов и поливов сельскохозяйственых культур и оценена эффективность использования водных ресурсов ОС при разных исходах естественного увлажнения.

На втором этапе решения задачи оптимального использования водньсс ресурсоз в ОС делается коррекция плановых ре с? кип, полученных на первом этапе. Эти коррекции связаны с отклонением действительных режимов поступления воды в ОС от планируемых и определяются на основе анализа мнояэства способов полива, к отер!» отражают возмояньгг переходы к поливам Сольсими или меньшими нормами без изменения технологии полива. Плоедди, занять» каждой сельскохозяйственной > культурой и переводимое с одного способа полипа на другой, не могут превышать плопддь, запланированную под поливы соотпотствувяин способом. :

ПФ ОС Стара Эагсра, представлггсизю зависимости дополнительной прибили, получаемой за счет орошения, при Фиксирсзалних значениях планируемых обьзмоз ооды Спри закрепленной структура посезоэЭ от объемов воды, используемой на полях, представлении иа рис.1. Кривкэ 1-0 отразглют зависимости дополнительной прибыли, получаемзй за счет орбгжгам. стСгигггш С кривая 103 каспотся ка:::ясп крийсй

семэпстйа ПО в точках, где планируема евьема ооды равны используемам.

На основе применения математической модели для оценим эффективности использования водных ресурсов в ОС и результатов численных экспериментов делается вывод, что при рациональном использовании водных ресурсов модель ПО обья:»ательно должна присутствовать в системной модели Функционирования и развития ВХС.

Имитационные исследования Функционирования • системы разделены на четыре Олока. Первый блок представляет собой исследования на основе структуры культур до оптимизации на современном уровне. Во втором блоке используется структура культур на стадии после оптимизации, полученная в результате оптимизации эффективности ОС е зависимости от планируемых и

используемых водных ресурсов на современном уровне. Третий Олок представляет собой исследования при структуре культур до оптимизации на перспективу, когда в схему ВХС включается водохранилищ® Чоталиа. Четвертый Олок рассматривает Функционирование системы в перспективе, структуру культур после оптимизации и дополнительный регулирующий обьем водохранилища Чаталка. Исследования Функционирования системы в каждом блоке делятся на три этапа. Нл первом этапе расчеты ведутся при полной оросительной норме, на втором в состав водопользователей включаются экологические требования к попускам воды и на третьем исследования ведутся при оросительная норме, уменьшенной на 204.

Процесс регулирования стока ВХС Стара Загара начинается с Насосной станции Рыжена. Сопоставляются смоделированные ряды стока в этом пункте с водопотреблением для того, чтобы самым рациональным образом использовать текущие воды реки Тунджи от насосной станции. Холостые сбрось в этом пункте добавляются к притоку в следующем пункте реки Тунджи. Возникаюцще дефициты должны компенсироваться водохранилищем Г. Димитрова и поэтому оки условно добавляются к его водопотреОлению.

Поскольку водохранилище Г. Димитрова уже сооружено и варьировать его объемом невозможно, то расчеты ведутся с заданным полезным обьемом, при этом определяется обеспеченность удовлетворения требования водопотребителей.

. Наличие дефицитов водных ресурсов в районе указызает на необходимость ' включения в систему дополнительного, водохранилиса Чаталка, которое ун;а находится в строительстве.: Все вычислительна водобалансовыэ операции, выполненные для условий'первого и второго блоков, повторяются для" 'третьего ' и четвертого, но на перспективу, когда с включением

дополнительного водохранилища, орошаемая плошддь увеличивается на 100 ООО дка. В результате имитации функционирования системы получаются кривые отдачи, наполнения водохранилища, холостых сОросов и дефицитов.

Дефициты воды, появившиеся в периоды перебоев следует распределить между всеми сельскохозяйственными культурами таким образом, чтобы получить минимум математического ожидания ущербов от непроизведенной продукции. Определение

минимизирующей Функции ущербов ОС при разных расчетных обеспеченности* гарантированного водопотреВления

осуществляется методом динамического программирования.

Результаты всех численных экспериментов, представление в табл. 1, показывают, что математическое ожидание ущербов от недодачи воды К2 С10®лв}уменьшается с увеличением КПД системы. На этапе учета экологического попуска по сравнению с этапом без его учета наОлюдается увеличение математического ожидания ущербов и дефицитов КО <ЮВмЭЭ. уменьшение расчетной обеспеченности Р .На этапе уменьшения оросительной нормы на 20>« дпя всех блоков исследования расчетная обеспеченность достигает своего нормативного значения для ирригации - 73 Я. Исключение составляют вариант при КПД « О,в, где расчетная обеспеченность принимает следующие значения: ■ на современном уровне - 50,1 на перспективу - 01.3 %.

Заметное влияние на ущербы и расчетную обеспеченность • оказывает оптимизация эффективности использования водных ресурсов. Анализ результатов на стадии пссле оптимизации показывает, что из всех 18 рассматриваемых вариантов только в трех случаях не достигается нормативная обеспеченность ирригации, о именно: на современном уровне без учета экологического попуска -.61,1 1. с учетом - 57,9 "1 и на

Перспективу с учетом экологического попуска - 01.7 '/,.

■ ТаОлииа 1,

Результаты моделирования Функционирования ВХС Стара Загора.

структура сельскохозяйственных культур_

до оптимизации_|_поел» оптимизации_

кпд о. е_0^7_о^_о^в_о^г_о,а

современный уровень _.

ролная оросительная норма Сез учета экологического попуска

НО 47,433 гз.040 12,331 14,373 3,678 2.333

кг 10.333 8.479 3,401 а, 233 2,133 1,132

р, 21.3 41 .2 01 .7 61.1 78.2 90,0

с учетом экологического попуска

МО 30,001 г7,зез 14,332 10,043 7,201 3.098

К2 12.430 8,17В 4,003 7.791 3,233 1 .728

Г го.7 ЗЭ.0 59,3 37.9 73.0 89.4

9 ■уметом зкол. попуску и снижения на 20Ц оросительной нормы

МЛ 18.07Э 7.301 3,731 4.709 1 .342 0,343

М2 , 3.84В 1.328 1.123 1.7В7 0,312 о,1еа

Р,. 30.1 73.0 87 ез.1 93.0 97.7

44 перст »ктиву

полная оросительная норма вез учета экологического попускл

ш 33,972 14,184 4,703 8,937 4.433 - 3,833

кг ; 8,887 4.013 1 ,690 3,728 1 .801 1,143

Р,, 41.7 71.0 ез.з 80.0 97,5 89.3

с учетом экологи'] еского попуск л

1ГО 01,432 1 32,872 1в.С73 23,000 9,728 3,331

кг 13.801 . 0,033 3,013 О, ООО 3,194 3,143

Р, гс.г 30.3 39.9 31.7 08.9

учетом экол. попускл и снижения «эоситчлъной нормл

га> гз.згэ 0,731 3,040 в. 183 1.842 0.В04

И2 ; 4.003 г.оез , 0,087 1,873 1,210 0,439

01 .3 78,7 .,90.8, 95,4/ „ ......94.3........ 537.3

Установленные сукгственные различия в величинах оОеспеченностеп, математического окияания уиервов и дефицитов

на стадиях до и после оптимизации, свидетельствуют о том, что повышение надежности Функционирования системы зависит не только от увеличение КПД системы, снижения оросительной нормы, и оптимизации эффективности использования водных ресурсов, но и от их возможных сочетания, а также и от повышения располагаемых водных ресурсов ВХС путем включения в перспективе дополнительного водоисточника и водохранилища: Чаталка. ' '

Применение при анализе ВХС широкой гаммы параметров системы и показателей качества ее Функционирования позволяет, получить Солее полную картину о состоянии системы, о степени влияния отрицательных побочных эффектов на окружающую среду и наметить пути повышения ее надежности с целью достижения таких качеств управления водными ресурсами, которые позволяют-увеличить гибкость Сэластичность} системы в условиях воздействующих на нее Факторов и приводит к ;более рациональному использованию недостающих водных ресурсов.

Для снижения отрицательного эффекта от повышенния уровня подземных вод в настоящей работе применяют-я рекомендации Шаумяна Б. по коррекции оросительных норм в зависимости от глубины залегания подземных вод территории, которая в этом случае составляат 20 Разница между математическим ожиданием ущербов при полной оросительной норме и его значением при оросительной норме сниженной на 20 Я, представляет стоимостное выражение отрицательного побочного эффекта 1:1т ' несоблюдения этих рекомендаций.

При многолетней эксплуатации ОС, как правило, возникает изменение качества воды а источниках. Это явление также может быть отнесено к побочным эффектам. В работе был проведен анализ ионного состава и минерализации стока в многолетнем

разрезе. Анализ показал, что в системе Стара Загора не наблюдается существенного, превышающего ПДК, увеличения загрязнения стока, кроме концентрации нитратного азота. Поэтому в работе численной оценки снижения этого побочного эффекта не делалось, хотя разработанные модели в принципе позволяют такую оценку производить.

Всесторонний анализ ущербов от дефицита воды, оценка отрицательных побочных эффектов и экспертная оценка качества поверхностных вод показывает, что только на основе содержательного изучения ВХС, применения имитвиионнмх, оптимизационных истодов и системного подхода можно исследовать Функционирование ВХС с целью повышения надежности водообеспечения и снижения отрицательных побочных эффектов.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы исследования:

1.Предложено новое репение задачи исследования Функционирования и развития ВХС на основе комплекса взаимосвязанных математических моделей, включающих:

- оценку эФФектипности использования водных ресурсов;

- имитационное моделирование Функционирования ВХС;

- оценку уюербов от дефицита воды и отрицательных побочных эффектов.

3. Исследована эффективность использования'водных ресурсов в Функции от планируемых и используемых объемов воды. Многократные решения двухэтапноя задачи стохастического линепного программирования позволяют построить ПФ ОС, представляющие оптимальны! план развития и Функционирования из яс.ч 1»оэмо>™ых. П© дают возможность получать оптимальную структуру посевов, поливов и их коррекции о процессе

Функционирования.

3.С помощью математических моделей моделирования стока и водопотребления и водобалансового метода регулирования стока, проведен анализ многовариантных решений Функционирования и развития системы, на основании которого сделана ^ оценка различных мероприятий по повышению надежности водообеспечения.

4.Построена математическая модель минимизации ущербов в зависимости от дефицита воды и расчетной обеспеченности и на основе пошаговой оптимизации методом динамического программирования определяется математическое ожидание ущербов., С помощью этой модели были исследованы и оценены отрицательные побочные эффекты многолетней эксплуатации ОС.

5.Система моделей оценки эффективности использования водных ресурсов, имитации Функционирования и развития ВХС и модели оценки ущербов в дефицитные периоды позволяет:

- моделировать Функционирование ВХС для разных условий и при различных ограничениях;

- оценивать эффективность использования водных ресурсов и снижения отрицательных побочных эффектов, проявившихся в процессе длительной эксплуатации системы.

В. Полученные решения задачи исследования Функционирования и:развития системы имеют научное и практическое значение. Предложенный новый подход позволяет находить решения, которые наилучшим образом соответствуют располагаемым водным ресурсам,' требованиям водопотребителей и охраны окружающий среды.

7. Результаты численных экспериментов с реальной системой и многовариантные имитации Функционирования и развития системы, а также оптимизации ее параметров дают возможность исследовать: состояние системы при изменении ее режимов и параметров; спосойы и риторы ьлияышие на повышение? надежности

'системы; поведение системы при разных сочетаниях показателей качества' ее Функционирования. Кроме, того, предоставляется возможность: оценивать отрицательные побочные эффекты, проявившихся в процессе длительной эксплуатации оросительной системы; проводить технико - экономические исследования для выбора наилучших вариантов реконструкции и модернизации системы; использовать результаты как критерий при определении поэтапности строительства нового водохранилища; использовать их как основу при оптимизации эксплуатационных режимов ВХС.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Абраикоза Г. , Относно прилокимостта на распределението на Джонсон при описание на годиютите значения на оттока // Техническа иисьл, 1083 г. , 114.

З.Николова Н. . .Абрашкова Г.., Оптимизация на загубите от нэдодадени води през ■ необезпечените период» // Техническа мисьл, 1634 г. , КЗ.

3.АСраскеза Г., Радков М. , Славови И., Определят»на.. загубите от селскостопанска продукция в условиято на недостиг на пода Техническа кисьл, 1 ООО г. ,ИО.

4, Дбраскооа Г. , Радкоэ Н. . Относно опревелянета на: эагубито от нядодадеиа сода о селското стопанство у у Водни проОломи, 1ССЗ г. , КСЗ.

3.Николора Я., Радков М. Л'лхаплоа В., Стахилоза В., Мэсечкоаа И. , АСрапкопа Г. , Вьрху оО'оснозкатп на изч^слителната обезтченост иа напояването Технически

мнсьл. г. , ПО.

О. АСраитева Г. , Прпле::~!!'.!о на ттода на динамического програкирано за оптимэлио разгрэделенке на хндродзСиштгго при напояване у/ Техническа кнсьл. 1С90 г. , КЗ. •