Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Обоснование структуры автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния орошаемых земель

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Обоснование структуры автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния орошаемых земель"

Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени

научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им.А.Н.Костякова

На правах рукописи

АНТШОВА Татьяна Николаевна

УДК 631.67:631.452:65.011.56

ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ МЕЛИОРАТИВНОГО СОСТОЯНИЯ ОРОШАЕМЫХ ЗМЕИ. .

Специальность 06.01.02 - Мелиорация и орошаемое земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1988

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте гидротехники и меяиорац! имени А.Н.Костикова.

Научный руководитель - доктор геолого-шнералогических наук

Решеткина Н.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Рекс Л.М.

кандидат геолого-минералогических наук Желобаев А. А.

Ведущая организация - Главное техническое управление Минвод-хоза СССР.

Защита диссертации состоится _ 1988 год

в К) часов на заседании специализированного совета К 099.05.01 при Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследо вательском институте гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костяк по адресу: 127550, г.Москва, ул.Большая Академическая, д. 44, БНИИГиМ.

С диссертацией, можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ гидротехн ки и мелиорации им. А.Н.Костикова.

Автореферат разослан 1988 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

В.П.Баякина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Развитие орошаемого земледелия в нашей стране направлено на успешное осуществление Продовольственной программы СССР до 1990 года, утвержденной майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС. Опыт мелиорации в нашей стране за период после майского (1966 г.) Пленума ЦК КПСС показал, что темпы увеличения орошаемых площадей не совпадают с ростом производства сельскохозяйственной продукции, что во многом связано с вторичным засолением, осолонцеванием, заболачиванием сельскохозяйственных угодий. Для устранения и предупреждения этих последствий орошения необходимо научно-обоснованное комплексное управление плодородием орошаемых сельскохозяйственных угодий, невозмоанов без достоверной,своевременной и полной информации о состоянии объектов управления. Повышение качества информации о мелиоративном состоянии орошаемых земель требует комплексного совершенствования существующей системы контроля путем совершенствования методических материалов, внедрения в практику качественно новых автоматизированных средств получения, обработки, хранения и передачи информации. Поэтому тучно-методическое обоснование качественно новой, комплексной, автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния )рошаемых земель и внедрение ее в практику является весьма актуальной и практически значимой задачей.

Цель работы заключается в разработке научно-методических обос-юваний и методик построения автоматизированной системы контроля гелиоративного состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий и орактическом внедрении элементов данной системы. Общая цель работы определила следующий комплекс подцелей:

- провести анализ функционирования существующей системы конт-оля и определить место контроля мелиоративного состояния орошае-ых земель в системе производства продукции на орошаемых землях СПИ на 03) и роль информации о состоянии орошаемых сельскохо-яйственных угодий в процессе управления их плодородием;

- разработать концептуальную модель системы контроля мелиора-ивного состояния орошаемых земель, которая обеспечивает

-464 I

получение полной, достоверной и своевременной информации об их < тоянии. ■ и определить основные направления совершенствования существующей системы контроля мелиоративного состояния орошаемых земель;

- разработать комплексную методику обоснования структуры сист показателей и критериев оценки мелиоративного состояния орошаем: сельскохозяйственных угодий, которые позволят оценивать степень достижения конечных целей и дополнительных целей управления СПП на 03;

- разработать методические аспекты для обоснования и построит функциональную структуру системы контроля мелиоративного состоя ния орошаемых земель для всех уровней управления, отвечающую современным требованиям управления плодородием орошаемых угодий

- выделить первоочередные комплексы автоматизированных задач контроля мелиоративного состояния орошаемых земель, составить в горитмы их решения на ЭВМ и внедрить в организациях гидрогеолог мелиоративной службы Минводхоза СССР.

Цдучяад дордзаа рабрхн--

- обоснована и разработана концептуальная модель комплексной автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния 01 шаемнх земель, позволяющая получать качественную информацию об объекте контроля,и сформулированы основные направления соверш< ствования существующей системы контроля;

обоснована комплексная система показателей и критериев мел] рагавного состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий, позволяющая контролировать их состояние, исходя из целей СПП на 0:

- разработана методика отбора численных характеристик, отра® щих уровень потенциального и эффективного плодородия орошаемых сельскохозяйственных угодий;

- разработана функциональная структура (перечень взадмосвяза ных задач) автоматизированной системы контроля мелиоративного тояния орошаемых земель .для четырех уровней-управления;

- разработаны алгоритмы решения на ЭВМ комплексов автоматизи рованных задач по расчету показателей уровней и минерализации грунтовых вод, засоленности и содонцеватости почв и зоны аэраг качества оросительной воды.

Практичесуа? децкдсть работы заключается в разработке:

I) методики создания комплексной автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния орошаемых земель, позволяют« 2

получать достоверную, полную и своевременную информацию о мелиоративном состоянии орошаемых сельскохозяйственных угодий;

2) методики обоснования системы показателей и критериев оценки! уровня потенциального и эффективного плодородия орошаемых угодий, которая позволит контролировать состояние последних, исходя из конечных целей орошаемого земледелия;

3) многоуровневой функциональной структуры "АС-мелиоконтроль", элементы которой в настоящее время уже внедряются в организациях1 Минводхоза СССР.

Внедрение. Полученные результаты были использованы при составлении технического задания а технорабочего проекта по созданию автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния земель, разработанных ВНИПИэкономики и ЕНШГиМ. Автоматизированные задачи первой очереди "АС-мелиоконтроль", включающей комплексы задач "Контроль уровней грунтов", "Контроль минерализации грунтовых вод", "Контроль засоленности гочвогрунтов", были внедрены в Саратовской гидрогеолого-мелиоративной партии и в Азербайджанской гидрогеолого-мелиоративной экспедиции. Экономический эффект от внедрения составил 100 тыс.руб. в год. Автоматизированные задачи "АС-мелиоконтроль" для верхнего уровня управления внедрены в управлении мелиоративной гидрогеологии Минводхоза СССР в составе АСУ центрального аппарата Министерства. Результаты исследований автора по разработка функциональной структуры "АС-мелиоконтроль" были использованы при составлении отраслевого нормативного документа "Состав и порядок ввода в действие очередей АСУ (РД 33-1.I, 16-87), разработанного ВНИПИэкономики и утвержденного приказом Минводхоза СССР Л48 от 09.02.86 г.

Адтюбащя -работы и~ публикадии. Основные положения диссертации опубликованы в 5 работах "и доложены на семинарах для руководящих и инженерно-технических работников гидрогеолого-мелиоративной слуабы Минводхоза СССР в Москве (1984, 1986 гг.); на У Всесоюзном совещании по мелиоративной гидрогеологии, инженерной геологии и мелиоративному почвоведению в Новой Каховке (1984 г.); на совещании двух объединенных секций BACXHIffl по проблеме "Вопросы контроля за мелиоративным состоянием орошаемых земель" в Волгограде (1987 г.); на Всесоюзном научно-техническом совещании "Совершенствование методов надзора за мелиоративным состоянием орошаемых земель и оценки влияния- водных молиорацай на окружающую среду"

2-464

3

,в Ашхабаде (1987 г.)} на секциях ученого совета ВНШЕиМ и ¡ЕНИПИэконоыики в 1983... 1987 гг.

; Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии (222 наименования) и приложений. Общее количество страниц 261, из них машинописного текста 149, таблиц 21, рисунков 19, приложений 10 на 46 страницах.

Глава I. Анализ функционирования системы контроля мелиоратив- < ного состояния орошаемых земель.

В главе проведен системный анализ функционирования системы кон® роля мелиоративного состояния земель, исходя из ее места в контуре управления производством сельскохозяйственной продукции на орошаемых землях (СПП на 03), определен объект контроля и понятие мелиоративного состояния земель (МСЗ), определены общие цели и функции системы контроля МСЗ. Проведен комплексный анализ ка- | чеотва существующей информации о мелиоративном состоянии орошаемых земель (МСОЗ) по своевременности ее получения, полноте и достоверности. Выявлены основные причины несоответствия качества существующей информации этим требованиям. Обоснована концептуальная модель системы контроля мелиоративного состояния орошаемых зе мель, обеспечивающая качественную информацию об объекте контроля. Сформулированы основные направления совершенствования существующей системы контроля МСОЗ. Оцределены задачи исследования данной работы.

Для оценки степени достижения целей мелиорации существует понятие "мелиоративное состояние земель", подразумевающее пригодность орошаемых и осушенных земель к сельскохозяйственному использованию, которая выражается категориями мелиоративного состояния: "хорошим", "удовлетворительным" и "неудовлетворительным". Категории орошаемых земель выделятся на основе анализа показател глубина залегания уровня грунтовых вод (УГВ), минерализация и химический состав грунтовых4вод, степень засоления, степень соло! цеватости почв (Кац Д.М., 1982 г.).

Однако практика показала, что данная совокупность характеристик не всегда дает правильное представление о состоянии орошаемых земель с точки зрения конечных целей орошаемого земледелия. Нуждаются в уточнении цели и функции существующей системы контроля.

Предлагается пригодность мелиорируемых земель к сельскохозяйст|-венному использованию рассматривать исходя из основных целей орошаемого земледелия; ,1) получения на орошаемых землях в течение | всего срока эксплуатации оросительных систем устойчивых заданных урожаев сельскохозяйственных культур; 2) охраны окружающей среды, в том числе земельных ресурсов.

Реализацию этих целей осуществляет система производства сельскр-хозяйственной продукции на орошаемых землях, идеологию создания которой разработал Л.М.Реко (1987 г.). В общем виде СПП на 03 представляет собой совокупность инженерной системы, человека, материала, управления, моделей, информации, продукта, природной среды.

Структурный анализ СПП на 03 позволил определить систему контроля мелиоративного состояния орошаемых земель, предназначенную 1 для целей эксплуатации, как информационно-справочную, формирующую информацию только о состоянии объекта обслуживания - орошаемых сельскохозяйственных угодьях, в котором реализуются конечные цели системы управления с помощью объекта управления (дождевальная техника, сельскохозяйственные орудия и т.п.). Орошаемые угодья рассматриваются как часть природной среды элемента СПП на 03. Информация об их состоянии является частью мелиоративного кадастра - общей информационной базы СПП на 03 (см.рис.1).

Состояние объекта обслуживания - орошаемых сельскохозяйственных угодий - о точки зрения соответствия его целям системы производства сельскохозяйственной продукции на орошаемых землях предлагается называть мелиоративным состоянием орошаемых земель (МСОЗ).

Основной целью системы^контроля МСОЗ является- получение качественной (полной, достоверной и своевременной по определению И.С.Зингера и Б.С.Куцика) информации о состоянии объекта контроля - орошаемых .сельскохозяйственных утодий, оценка и прогнозирование его состояния с точки зрения конечных целей управления СПП на 03. Функцией системы контроля мелиоративного состояния земель является получение, хранение, обработка и выдача информации о мелиоративном состоянии орошаемых сельскохозяйственных угодий всем пользователям.

Внешние возмущения

•I 1

! #

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Техническая система

1 ||

II

4

О

11 р

»1

II

Материал

I

I 2?

I

I

1

V: о>

1

Неуправляемые ' .рост-

улроАлЯ/ощие\ ¿аздейстЩ

ОБЪЕКТ ОБСЛУЖИВАНИЯ {контром)-ороиюеные сельскохозяйственные угодья

Рео/рсы_

Цели

УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА

информация об объема упракпени. ?

и объекте, обслслу жи&ания

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА

инрорнаХ ишосщ таянии объекта обстукивания (мсз) 1 информация об объекте управления

"1

_ Система упрощения состоянием ^

срошаёш^еШсШ^с^стЕёмнш ~угодйй

Рис.1. Структурная схема системы управления состоянием орошаемых сельскохозяйственных угодий и место в ней информации о мелиоративном состоянии земель

Комплексный анализ качества существующей информации о мелиорг тивном состоянии орошаемых сельскохозяйственных утодий показал, что эта информация не обладает достаточной полнотой, своевремег ностыз и достоверностью для принятия обоснованных решений по ш нированию и осуществлению мелиоративных мероприятий. Это послужило основанием для проведения более полного исследования с це. выявления всего комплекса причин неудовлетворительного качеств существующей информации и обоснования путей его повышения.

Исследование проводилось методом структуризации или построения дерева "цели - мероприятия". Дерево имеет 4 уровня детализации и представляет собой связный неориентированный граф. Детализация начинается с цели нулевого уровня - повышение качества информации о МСОЗ.

Проведенная структуризация основных целей контроля мелиоративного состояния земель позволила обосновать концептуальную модель комплексной системы контроля, включающую подсистемы научно-методического обеспечения, сбора первичных данных, обработки и передачи информации (см.рис.2).

Подсистема научно-методического обеспечения

Подсистема сбора данных ч

$

И Я! §3! 4!

Подсистема обработки информации

Подсистема передачи лонных

Данные о состоянии объекта контроля

1_

///;

одгект контроля - орошаемые сельскохозяйственные угодья

Рис.2. Концептуальная модель системы контроля мелиоративного состояния орошаемых земель

Практической реализацией предлагаемой концептуальной модели будет качественно новая, автоматизированная система контроля мелиоративного состояния земель ("АС-мелиоконтроль"), представляющая собой совокупность административных, технологических и экономико-математических методов, средств сбора первичных данных, средств вычислительной техники, связи и других технических средств и позволяющая своевременно получать полную, достоверную, своевременную информацию о состоянии орошаемых

3-464 7

сельскохозяйственных угодий, производить Сценку и прогнозировать их состояние и выдавать необходимые данные для выработки управленческих решений, направленных на повышение эффективности мелиоративных мероприятий. Разработку и внедрение "АС-мелиоконтроль" предлагается осуществлять путем комплексного улучшения всех подсистем системы контроля с одновременной координацией данных работ с научно-методическими и техническими разработками всей СПП на 03,

Глара Анализ особенностей и оценка влияния орошения на плодородие сельскохозяйственных угодий.

В главе дается обоснование использования плодородия в качестве интегральной характеристики состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий. Обобщены имэщиеся исследования, особенностей формирования потенциального и эффективного плодородия почв различного • генетического типа и способы управления им в условиях орошения и богарных условиях. Дан обзор методов численной оценки плодородия и возможность использования их в качестве показателей мелиоративного состояния земель. Сформулированы требования к системе показателей и критериев оценки плодородия орошаемых сельскохозяйственных угодий.

Системно-целевой подход к орошаемым сельскохозяйственным угодьям, как к объекту обслуживания, в котором реализуются конечные цели СШ на 03, позволил обосновать выбор плодородия как обобщающую характеристику степени их реализации. Структуризация конечных целей СШ на 03, имеющих иерархическую структуру, позволила обосновать структуру целей, реализуемых в объекте обслуживания (орошаемых угодьях), и выбрать потенциальное плодородие в качестве интегральной характеристики стратегической и эффективное плодородие для оценки тактической цели. Определение плодородия принято по И.И.Плюснину и А.И.Голованову. Кроме конечных целей (по Г.Кунцу и С.О*Доннелу) различаются дополнительные цели или цели управления. Это цели комплексного управления водным,-пищевы солевым, воздушным и тепловым режимами почв и зоны аэрации (А.Н.Костяков, Н.М.Решеткина, О.Г.Грамматикати, И.П.Айдаров, А.И.Голованов и др.) и цели комплексного управления всеми почвообразовательными процессами.

Таким образом, состояние орошаемых сельскохозяйственных угодий предлагается контролировать в двух аспектах - для оценки состоя ния объекта обслуживания с точки зрения достижения конечных целе

и для комплексного управления агрономически значимыми режимами почв и управления почвообразовательными процессами.

Вопросы управления почвенным плодородием носят строго зональный характер, что показано в работах И.П.Айдарова, 1985; И.П.Айдарова и А.И.Голованова, 1986. Поэтому состав контролируемых показателей, необходимых для управления, неодинаков в различных зонах и определяется моделью управления. Этот вопрос не входил в задачи исследования.

Для обоснования численных характеристик потенциального плодородия автором обобщены и проанализированы результаты исследований влияния длительного орошения на черноземы (И.Н.Антипов-Каратаев, В.Н.Филиппова, В.А.Ковда, Р.А.Баер, Б.В.Лютаев, Е.М.Аниканова, В.А.Маркин, Б.Г.Розанов, Андреев, Н.Г.Минашина, В.В.Егоров, И.Н.Гоголев, С.Д.Лысогоров, И.П.Айдаров, А.И.Корольков и др.), темно-каштановые и каштановые почвы (И.Н.Антипов-Каратаев, В.Н.Филиппова, П.А.Воронина и др.), сероземы, лугово-сероземные почвы, такырные почвы, пустынно-плуговые почвы (Е.П.Лагунова, Б.В.Гуссак, С.Н.Рыжов, В.А.Ковда, Н.Г.Минашина, В.В.Егоров и др.).

Анализ показал, что влияние длительного орошения на состояние сельскохозяйственных угодий проявляется в изменении гидрогеолого-мелиоративных характеристик зоны аэрации и агрофизических, агрохимических, морфологических характеристик корнеобитаемого слоя почвы и зоны аэрации. Интенсивность и направленность почвообразовательных процессов различна у разных типов почв, но проявляется в изменении одних и тех же известных их свойств - структурности, водопроницаемости, гумусности, поглотительной способности и др., что дает основание поиска показателей потенциального плодородия среди известных почвенных характеристик. Различная интенсивность и направленность изменчивости свойств почв при длительном орошении требует разработки системы зональных показателей потенциального плодородия, что в задачи данного исследования не входило. Если потенциальное плодородие определяется црезде всего генетическими свойствами почв, то эффективное плодородие связано с изменением в течение вегетации агрономически значимых свойств почв.

При разработке показателей эффективного плодородия необходимо учитывать: I) различные требования растений к условиям среды их обитания, включая почву в различнее фенологические фазы

их развития; 2) значительную изменчивость всех агрономически значимых показателей почвы в течение вегетации, что подтвердили многие исследователи (А.М.Алпатьев, С.М.Алпатьев, Н.С.Авдонин, Е.П.Галямин, В.А.Ковда, И.А.Кузшш, Г.К.Льгов, Н.Г.Минашина, Н.С.Петинов, И.С.Рабочев, С.Н.Рыжов, Р.Д.Сказкин, Б.П.Строганов, Д.А.ШтоЙко, Б.А.Щумаков и Др.).

Существующие в настоящее время два основных метода численных оценок плодородия почв - бонитировка почв и моделирование плодородия - разработаны для богарных земель и не учитывают особенностей формирования плодородия орошаемых почв, которые в основном проявляются в быстром (несколько лет) изменении уровня потенциального плодородия и в сдвиге всех оптимумов агрономически значимых режимов почв (пищевого, теплового, солевого, воздушного) при изменении по сравнению с естественным водного режима. Поэтому необходимы поиски новых методических подходов к оценке плодородия орошаемых сельскохозяйственных угодий.

Глава 3. Обоснование критериев оценки и методика разработки системы показателей мелиоративного состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий.

В главе на основе структурного анализа целей ССП на 03, реализуемых в объекте обслуживания, определены иерархия'объектов контроля и структура системы показателей состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий. Обоснованы формализованные характеристики состояния орошаемых угодий. Разработана методика определения и состав показателей потенциального и эффективного плодородия орошаемых почв. Обоснован вид критериев оценки состояния орошаемых угодий, учитывающий направленность почвообразовательного процесса и: соответствие экономически значимых режимов почв требованиям конкретной выращиваемой сельскохозяйственной культуры в течение вегетации. Предложен алгоритм выделения категорий орошаемых земель с различным мелиоративным состоянием.

Наличие иерархии целей СПП на 03, реализуемых в объекте обслуживания определяет иерархию подчиненных друг другу систем управления л иерархию объектов обслуживания (см.рис.З).

Первый уровень иерархии целей в рамках данного исследования в дальнейшем не рассматривался. Структурный анализ органо-мине-ральной фазовой многопараметрической открытой динамической системы "почва и зона аэрации" как части системы "цриземные слои атмос феры - растения - почва и зона аэрации" (последняя полностью определяет урожай) позволил: 10

цель

Объект о&мтванш-Бас&ш

•3. Повышение эффективною плодородия

2. Повышение потенциального плодородия

1 Повышение продуктивности артеценоза

Рис.3. Иерархия объектов обслуживания в зависимости от иерарх хии целей системы производства продукции на орошаемых

землях

- сформулировать мелиоративное состояние орошаемых сельскохо-гйственных угодий как зафиксированное во времени состояние фа->вой динамической открытой системы "почва и зона аэрации", обус-)вленное ее внутренними и внешними взаимодействиями и характе-(зуемое показателями, описывающими уровень потенциального и эф-штивного плодородия и параметрами почвообразовательных процес-

)В.

Формализовать описание системы "почва и зона аэрации" предла-ются двумя характеристика.™: I) п. -мерным вектором гределенным в пространстве признаков и описывающим совокупность юйств почвы и зоны аэрации в зафиксированный момент времени 2) функцией состояния р , ос.£,..., у ■£), описывающей следовательную смену состояний системы во времени. Состояние орошаемых угодий, формируется в результате комплекса яенерно-геологических, гидрогеолого-мелиоративных и почвенно-лиоративных процессов. Последние являются ведущими цри форыиро-нии определенного уровня плодородия под влиянием мелиоратив-х воздействий, меняющих не только почвы, но и, по Миналшной и орову, - факторы почвообразования.

Предлагаемая система оценок характеризует состояние орошаемых сельскохозяйственных угодий с точки зрения реализации в них конечных целей и целей управления СПИ на 03 и включает:

- блок показателей уровня плодородия, содержащий две группы показателей: (потенциального и эффективного плодородия) и предназначен для оценки достижения целей;

- блок показателей управляемых процессов, содержащий три груп пы показателей (инженерно-геологические, гидрогеолого-мелиора-тивные и почвенно-мелиоративные), и предназначен для управления почвообразовательными процессами.

Наши исследования посвящены разработке блока показателей плодородия орошаемых почв.

Основой методики отбора показателей потенциального плодородия явились следуйщие положения: I) плодородие почвы - это обобщающий показатель всех агрономически значимых свойств почв; 2) потенциальное плодородие.является результатом измененного орошением естественного почвообразовательного процесса в многож нем периоде, который рассматривается как случайный процесс. Эт! положения определили критерии при отборе показателей потенциал) ного плодородия путем а) установления: устойчивой достоверной корреляционной связи выбранного показателя с урожаем сельскохозяйственных культур; б) факта изменчивости выбранного показате; под влиянием орошения; в) принадлежности выбранного показателя к генетическим показателям цочв, т.е. характеризующим данный т] почвы как определенную стадию почвообразовательного процесса.

Требования а и б обосновывались путем анализа чувствительное ти показателей моделей плодородия почв, разработанных Почвенны институтом им. В.В.Докучаева к орошению.

Определение кавдого генетического типа почвы как результата определенной стадии почвообразовательного процесса позволило сформулировать критерий отбора генетических характеристик почв численные значения одноименного показателя у почв разного гене тического типа должны быть различными.1

Разработанная методика, основанная на определении статистиче ки значимых различий между показателями двух оцениваемых почвенных разностей на примерах типичных,обыкновенных, южных черноземов,темно-каштановых и светло-каштановых; почв и типичных сероземов позволила сформулировать следующие показатели готеш. ального плодородия орошаемых почв (координаты «.-мерного вектс

1. Агрофизические показатели:

объемная плотность пахотного и подпахотного слоев (г/см3); структурность пахотного слоя - количество водопрочных arpera-, тов более 0,25 мм (%)•,

активные влагозапасн корнеобитаемого слоя (т/га); водопроницаемость (мм/час).

2. Агрохимические показатели:

содержание" гумуса (по Тюрину) в пахотном слое" {%); отношение гуминовых кислот к фульвокислотам; емкость обменного комплекса (мг-экв на 100 г почвы); относительное содержание обменного натрия (%); РН;

запасы солей в корнеобитаемом слое. Математическим выражением динамики потенциального плодородия вляется функция потенциального плодородия или функция во времени реднегодовых значений многомерного вектора генетических харак-еристик орошаемых почв {[M(x¿)]/.

В качестве показателей эффективного плодородия орошаемых сель-кохозяйственных угодий предлагается использовать режимы агро-омически значимых свойств почв: пищевого, водного, солевого, оздушного и теплового. Формализованным описанием данных режимов редлагается считать функцию п -мерного вектора агрономически начимых показателей почвы во времени (x¿) ] t J- , включаю-ий I) функции во времени: влажности корнеобитаемого слоя в долях т общей пористости, содержания легкогидролизуемого азота, мине-алязации порового раствора; 2) скалярные величины: запасы калия и эсфора в корнеобитаемом слое. Функции во времени агрономически яачимнх свойств почв адекватно описывают их режимы в отличие от спользуемых в настоящее время средневегетационных показателей скаляров), дают возможность численно оценивать динамику почвен-ах свойств, исходя из требований конкретной сельскохозяйствен-эй культуры, и учитывать различные требования культуры к поч-энным режимам в различные фенологические фазы их развития. С помощью критериев, обоснованных автором, предлагается судить степени достижения конечных целей СШ на 03, реализуемых объенте обслуживания (орошаемых угодьях) - увеличении потенци-пьного (цель более высокого уровня) и эффективного плодородия. Критерием потенциального плодородия орошаемых угодий предлага-гся считать направленность изменения генетических агрономически

значимых показателей почв (показателей потенциального плодородие как проявление направленности почвообразовательных процессов. Пс леднгаю предлагается оценивать из условия стационарности процессе многолетних колебаний всех его характеристик, в том числе показе телей потенциального плодородия. Условием стационарного процесс« является постоянство корреляционного момента, в частности, матеь тического ожидания ¡Л (среднего): м [:^¿(¿)] = со*ы£ • Матемам ческим выражением направленности почвообразовательного процесса предлагается полагать разности Д мевду среднегодовыми значе ниями за текущий год каждого из показателей потенциального плодородия А1 (ЭС; ) и значениями этих показателей на начало орошения м"(х;)

л м (х£)= м -м .

Проведенный • количественный анализ изменения показателей потенциального плодородия при переходе от одного генетического типа почвы к другому позволил сформулировать условия благополучно протекавшего почвообразовательного цроцесса орошаемых почв, направленного в сторону более плодородной стадии почвообразования. Для черноземов, каштановых почв и сероземов это условие 'имеет вид:

лМ(х/)^=0 (плотность почвы)

&М(хг)£-0 (водопроницаемость)

&М(хл)&0 (содержание гумуса)

&М(х)^0 (отношение гуминовых кислот к фульвокислотам)

(емкость обменного комплексе

(запасы солей в корнеобитае-мом слое)

дМ(хт)г-0 (относительное содержание ос менного натрия)

(рН)

Критерием уровня эффективного плодородия орошаемых сельскохозл ственных угодий предлагается считать относительный ущерб урожая как интегральную характеристику соответствия всех агрономически значимых режимов почв требованиям конкретной сельскохозяйственнс

культуры. Численным выражением ущерба урожая будет функционал (функция от функции)

где - характеристики агрономически значимых режимов

почв; ^ - принятые постоянными в течение вегетации агрономически значимые характеристика почв; ^, -Ь^ время начала в конца вегетации; Р - функциональный оператор.

Определение вида я требует специальных исследований. В нас- ' тоящее время для расчета ущерба урожая предлагается ' пользоваться методом Е.П.Галямина.

Предложенные критерии оценки состояния орошаемых угодий не со-| держат абсолютных значений и могут использоваться как универсальные для оценки плодородия любого типа почв с учетом требований любой культуры.

Гдава 4. Научно-методические основы построения структуры автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния орошаемых земель ("АС-мелиоконтроль").

В главе на основе системно-целевого подхода разрабатываются принципы и модель (алгоритм) формирования информационной базы "АС-мелиоконтроль". Сформулированы основные положения и разработана функциональная структура "АС-мелиоконтроль" для четырех уровней управления. Выделены автоматизированные задачи первой очереди внедрения "АС-мелиоконтроль" для нижнего уровня управления и уровня Манводхоза СССР, разработаны постановки и алгоритм^ их решения, которые внедрены в организациях Манводхоза.

В главе дан обзор развития информационных систем АСУ, на основе которого обоснован концептуальный подход к проектированию "АС-мелиоконтроль" состоящий в следующем. Целью функционирования "АС-мелиоконтроль" является удовлетворение потребностей в информации об орошаемых сельскохозяйственных угодьях для принятая решения по управлению их состоянием.

Предлагаемая модель (алгоритм) формирования информационной базы "АС-мелиоконтроль" (см.рис.4) показывает, что состав информации, хранимой а обрабатываемой в системе, определяется двумя основными положениями (структурными элементами рассматриваемой модели): концепцией мелиоративного состояния орошаемых земель, из! которой вытекает состав контролируемых показателей

для ретроспективной и прогнозной оценки, и иерархической систем моделей принятия решений на всех уровнях управления плодородием в системе производства сельскохозяйственной продукции на орошав' мых землях.

Цели системы произ&одстАа сельскохозяйственной продукции на орошаемых землях

Концепция мелиорсгги&ного состояния орошаемых земель

Функциональные задачи системы упрощения плодородием

Показатели и критерии оценки мелиоративном состояния орошаемых земель

информация для оценки потенциального плодородия • информация для оценки , эффективного плодородия информация для оценки эрфектиЬ -ностиупроб-ления плодородием

РЕТРОСПЕКТИВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Модели принятия решений по управлению плодородием

Управляемые ислра-вочные параметры орошаемых угодий

Модели пространственно-временной изменчивости показателей мелиоративного состояния земель

Модели пространственно-временной изменчивости управляемы.х и справочных параметров ооъекш оо-слухивания_ _

информация для прогнозирования потенциального плодородия информация для прогнозирования эффективного плодородия Цнрормация для прогнозирования но рабляемыхи справочных параметров объекта обслуживания

ПРОГНОЗНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

-Рис.4. Процедура формирования информационной базы г АС-мелиохонтроль"

Из иерархической системы моделей определяется состав управляв-* пых и справочных параметров объекта обслуживания участвующих в алгоритмах принятия решений.

Объединенные "сверху" общими целями, оба рассматриваемых структурных элемента и концепция мелиоративного состояния земель, а система моделей принятия решения, не зависят друг от друга. •

Прогнозирование состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий >существляется путем моделирования пространственно-временной !зменчивости; их показателей и параметров.

При построении функциональной структуры "АС-мелиоконтроль" 5ыло построено дерево "цели-задачи" с выделением "внешних" i "внутренних" целей, в котором детализация цели нулевого уровня -»беспечение полной по составу информации об объекте обслужива- ' шя для управления почвенным плодородием, раскрывала понятие правления почвенным плодородием, исходя из сформулированных , >анев концепций мелиоративного состояния земель как уровня их ффективного и потенциального плодородия и целей системы управ-: ения производством сельскохозяйственной продукции на орошаемых! емлях, реализуемых в объекте обслуживания. Последние оцределя-! и "внешние" по отношению к "АС-мелиоконтроль" задачи и были риняты в виде, сформулированном Л.М.Рексом, П.В.Кирвйчевой, .Ф.Юрченко и др. (ШИИГиМ), в разработках! по мелиоративному адастру.

Для практической реализации разработанного дерева "цели-зада-î" "АС-мелиоконтроль" была осуществлена привязка задач данного эрева целей к принятой нами .иерархической организационной^ груктура Минводхоза СССР: I уровень - Йинводхоза СССР; уровень - республиканский; Ш уровень - областной; 1У уровень -ювень оросительной системы. Для всех уровней управления сформированы комплексы автоматизированных задач, условно объединен-ге нами в "Подсистему оценка мелиоративного состояния орошаемых мель" и ' "Подсистему прогнозирования мелиоративного состояния, мель". Особое внимание было уделено разработке задач няане-уровня управлонвя.

Предлагаемая функциональная структура системы контроля мелио-тлвного состояния земель построена исходя из конечных целей ошаемого земледелия, что позволило реализовать принцип sine задач. В состав "АС-мелиоконтроль" введены задачи по оцени прогнозированию генетических свойств по^в и зоны аэрации

и агрономически значимых почвенных режимов. В построенном дереве целей устанавливается взаимосвязь между отдельными его элементами, входящими в организации Минводхоза и Агропрома.: в составе первой очереди внедрения "АС-мелиоконтроль" выделены задачи подсистемы "Оценка мелиоративного состояния орошаемых земель", отражающие существующую концепцию мелиоративного состоян земель, разработанную Д.М.Кацем и Н.И.Парфеновой.

В настоящее время осуществлена постановка и алгоритмизация автоматизированных комплексов задач "АС-мелиоконтроль" в состаЕ "контроля уровня грунтовых вод", "контроля минерализации грунтовых вод", "контроля засоленности почвогрунтов", "контроля солонцеватости почв", "контроля качества оросительной воды"„ Первые три комплекса для нижнего уровня управления внедрены в Саратовской области и АзССР. Работы проводились ВНИПИэкономики под руководством и непосредственном участии автора совместно с ЕНИИГиМ СД-А.Манукьян и др.). Программы для ЭВМ "Искра-?,26" первых трех комплексов задач разработаны сотрудниками Тбилисш го филиала ВНИПИэкономики. Все задачи являются типичными для зоны орошения и могут быть широко использованы в отрасли.

Для верхнего уровня управления разработаны и внедрены первоочередные задачи в составе автоматизированного рабочего места, управления мелиоративной гидрогеологии Минводхоза СССР. В разработке принимала участие сотрудники ВНИПИэкономики Б. С. Голубо и С.А.Кочнева. Разработанные задачи верхнего уровня управления содержащие анализ мелиоративного состояния земель союза могут быть с небольшой корректировкой б^зы данных использованы на ре публиканском и областном уровнях.

Основные результаты и выводы:

I. Выполненные в работе системные исследования позволяли определить систему контроля мелиоративного состояния земель как информационно-сщхавочную, характеризующую состояние орошаемых сельскохозяйственных угодий (объекта контроля) и являющуюся пс системой мелиоративного кадастра системы производства продувцЕ на орошаемых землях на стадии эксплуатации. Исследования позвс лили четко сформулировать основные цели и функции системы контроля - обеспечение СШ1 на 03 на всех уровнях управления полной своевременной и достоверной ретроспективной и црогнознс информацией о состоянии орошаемых угодий, обор, хранение, обработка и передача этой информации. 18

2. Исследования показали, что отсутствие комплексного целевого подхода к контролю мелиоративного состояния земель приводят

к существенным недостаткам в работе существующей системы контроля. Недостатки, имеющиеся во всех звеньях системы контроля (научно-методическом, техническом, организационном): недостаточно полная, своевременная и достоверная информация о мелиоративном состоянии земель, не удовлетворяющая требованиям системы управления производства сельскохозяйственной продукции на орошаемых землях.

3. Выполненная структуризация основных целей системы контроля мелиоративного состояния земель позволила обосновать концептуальную модель системы контроля, включающую подсистемы научно-методического обеспечения, сбора первичных данных, обработки

и хранения информации, передачи данных и позволяющую получать качественную информацию об объекте контроля. Намечены основные направления совершенствования существующей системы контроля: разработка принципиально новой системы показателей и критериев оценки; разработка методики оптимального с экономических позиций режима контроля параметров мелиоративного состояния земель как по площади, так и по времени; разработка методик составления эксплуатационных прогнозов мелиоративного состояния земель; сочетание более точных дистанционных методов сбора данных с автоматизацией существующей наблюдательной сети; внедрение в практику ЭВМ для обработки информации; использование современных средств связи для передачи информации.

Реализовать разработанную концептуальную модель системы контроля предлагается путем создания комплексной автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния орошаемых земель -"АС-мелиоконтроль", внедрение которой.повысит эффективность всех мелиоративных мероприятий.

4. Проведенный анализ целей системы производства сельскохозяй-зтвенной продукции на орошаемых землях и обобщение большого

таела опубликованных материалов показал, что наиболее адекватной интегральной характеристикой состояния объекта обслуживания (орошаемых сельскохозяйственных угодий) с точки зрения реализации в нем конечных целей системы производства сельскохозяйственной продукции на орошаемых землях будет уровень плодородия.Учиты-зая способность орошения изменять на только свойства почв в те-гениа вегетации, но и направленность почвообразовательных процессов в течение многолетнего периода, цредложено комплексно

оценивать мелиоративное состояние орошаемых сельскохозяйственных угодий по уровню их эффективного и потенциального плодородие

5. Разработанная комплексная методика оценки мелиоративного состояния орошаемых земель включает: I) структуру системы показг телей оценки состояния сельскохозяйственных угодий, позволяющих контролировать уровень их потенциального и эффективного плодородия и течение инженерно-геологических, гидрогеолого-мелиоративных и почвенно-мелиоративных процессов; 2) критерии оценки мелиоративного состояния орошаемых угодий, позволяющие оценивать состояние последних исходя из конечных целей управления - повышения их потенциального и эффективного плодородия;

3) методику отбора и состав показателей потенциального и эффект! ного плодородия орошаемых почв, учитывающую природное формирование генетических особенностей различных типов почв и особенност] формирования их плодородия в условиях орошения.

Предложенный алгоритм выделения категорий земель с удовлетворительным и неудовлетворительным состоянием отражает приоритет цели - сохранение или увеличение потенциального плодородия орош; мых почв - перед целью получения максимального урожая в. течение данного вегетационного периода.

6. Выполненная структуризация целей системы управления плодор* дием орошаемых сельскохозяйственных угодий позволила разработат: функциональную часть (взаимоувязанные комплексы решаемых задач) "АС-мелиоконтроль" для четырех уровней управления, содержащую две подсистемы: "Оценки мелиоративного состояния земель" и "Про: нозирование мелиоративного состояния земель", Такое деление задач отражает основные функции информационной системы в процессе управления - прогнозирование состояния объекта обслуживания для принятия решения и оценку его состояния, как обратную связь системы управления с объектом обслуживания.

Предлагаемая функциональная структура "АС-мелиоконтроль" построена с учетом конечных целей орошаемого земледелия, что дало возможность реализовать один из основных принципов создания АСУ - принцип новых задач.

7. Опыт практической реализации автоматизированных задач, выделенных в первую очередь внедрения, разработанных для ЭВМ "Искра-226", показал экономическую целесообразность использования на нижнем уровне управления мини-ЭВМ 1..персональные компьютеры типа АРМ. Для верхнего уровня управления разработанное

20

автоматизированное рабочее место (АРМ) для управления мелиоративной гидрогеологии Минводхоза СССР требует интеграции локальной базы данных, реализуемой на мини-ЭВМ с .диной базой данных АСУ центрального аппарата Минводхоза.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Научно-методич.ские основы создания автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния земель// Экономика и системы управления мелиорации и водного хозяйства// Науч.тр. ВНИПИэкономики, М., 1984. С.65-77. (в соавторстве).

2. Функциональная часть автоматизированной системы контроля мелиоративного состояния орошаемых земель/ Проблемы создания единой автоматизированной системы управления водными ресурсами страны// Науч.тр. ВНИИГиМ. М., 1985, С. 82-85.

3. Автоматизированная система контроля мелиоративного состояния орошаемых земель// Всесоюзное научно-техническое совещание "Совершенствование методов надзора за мелиоративным состоянием орошаемых земель и оценки влияния водных мелиораций на окружающую среду (тез.докл.). Ашхабад: Ылым, 1987. С.7-9.

4. Научно-методическое обоснование состава показателей мелиоративного состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий//0бос-нование допустимых глубин грунтовых вод орошаемых земель// Науч.тр. ВНИИГиМ. М., 1987. С. (в соавторстве).

5. Автоматизированная система контроля мелиоративного состояния земель (АС-мелиоконтроль). Проспект. ВДНХ СССР. М.: ВНШГиМ, 1987. С.6 (в соавторстве).