Оптимизация мелиоративного водозабора из рыбохозяйственно значимых водоисточников

Иванов, Павел Вадимович

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Оптимизация мелиоративного водозабора из рыбохозяйственно значимых водоисточников
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация мелиоративного водозабора из рыбохозяйственно значимых водоисточников"

РГБ ОД

/ 8 шел ю:з

На правах рукописи

ИВАНОВ Павел Вадимович

ОПТИМИЗАЦИЯ МЕЛИОРАТИВНОГО ВОДОЗАБОРА ИЗ РЫБОХОЗЯЙСТВЕННО ЗНАЧИМЫХ ВОДОИСТОЧНИКОВ

06.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

05.23.07 - Гидротехническое и

мелиоративное строительство

ЛИ и )1'1 •1>1.1,А I диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новочеркасск -1998

Работа выполнена в Новочеркасской государственной мелиоративной

академии (НГМА)

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники РФ,

академик РАСХН. доктор технических наук,

профессор ГРИГОРОВ М.С. доктор технических наук,

профессор КУЗНЕЦОВ Е.В. доктор технических наук,

профессор ПРАВДИВЕЦ Ю.П.

Ведущая организация: Департамент по мелиорации земель и сельскохозяйственному водоснабжению Ростовской обласп "Ростовмелиоводхоз"

на •заседании диссертационного совета Д 120.76.01. в Новочеркасской го сударственной мелиоративной академии по адресу:

346428, г. Новочеркасск, Ростовской области, ул. Пушкинская, 111, ауд. 236.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГМА.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатьк предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного со нега.

Автореферат разослан '¡а-Д " (Л-и*-^ 1998 г.

Зашита состоится"

Ученый секретарь диссертационного совета, к. е.- н., профессор, Заслуженный мелиоратор РФ

Г.А.Сенчуко!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Водоотбор из внутренних водоемов для нужд нрршацпп, составляющий в среднем по России 7,8 тыс. м3 воды на 1 га орошаемых земель и более 40 % от всего водопотребления, оказывает не только местное, но и глобальное влияние на состояние водоемов и водотоков. Вместе с оросительной водой из водоисточников изымается молодь рыб, которая в последующем гибнет на полях орошения, в агрегатах насосных станций и т.п.

Особенно актуален этот вопрос для водоемов и водотоков юга России, богатых уникальной ихтиофауной. Общая производительность мелиоративных водозаборов только бассейна Азовского моря составляет 2,35 тыс. м3/с, что превышает 75 % от производительности всех водозаборов этого бассейна. При этом по данным АзНИИРХ только на водозаборах Дона ежегодно погибает более 5 млрд. шт. молоди рыб, чем наносится не только экономический, но и экологический ущерб. В связи с этим крупная научно-техническая проблема проектирования и эксплуатации мелиоративных водозаборов из рыбохозяйственно значимых водоисточников имеет особую актуальность. Предотвратить или существенно смягчить негативное воздействие водоотбора для целей орошения можно при соответствующем научно-обоснованном эколого-экономическом подходе к разработке водозаборных комплексов гидромелиоративных систем.

Традиционный подход к планированию забора воды на орошение не предусматривал сопоставления интересов орошаемого земледелия и рыбного хозяйства. При проектировании и эксплуатации мелиоративных систем неходили из обеспечения требуемых режимов орошения, а рыбоохранные вопросы решались гидротехническими методами путем создания рыбозащигных устройств и сооружений. Органическая взаимосвязь мелиоративной и гидротехнической составляющих процессов проектирования и эксплуатации должна

базироваться на комплексной эколого-экономической оптимизации принимаемых решений по водозаборам и другим водорегулирующим элементам мелиоративной системы.

Диссертационная работа выполнялась в рамках важнейшей государственной проблемы 0.85.01 (задание 0.01.06) и в соответствии с "Республиканской (федеральной) целевой научно-технической программой на 1992-1995 гг." (3.11/37.0 "Разработать новые высокоэффективные технологии и конструктивные решения по сохранению рыбных запасов в источниках орошения").

Объектом исследования являются водозаборы мелиоративных систем, функционирующие в комплексе с внутрисистемными регулирующими водоемами и головными водопроводящими элементами. В диссертации рассмотрена и проанализирована работа водозаборов из различных поверхностных водоисточников в пределах бассейна Азовского моря (рр. Дон, Кубань, Миус и др.) и, в частности, водозаборов Донского и Азовского магистральных каналов, Нижне-Манычской. Миусской. Федоровской и Петровско-Анастасиевскои оросительных систем.

Целью работы является совершенствование технологии и эколого-экономического обоснования проектирования и эксплуатации водозаборов и других водорегулирующих элементов мелиоративных систем с позиции снижения негативного воздействия забора воды на рыбные ресурсы источника орошения.

В соответствии с целью основными задачами являются:

— разработка теоретических основ эколого-экономической оптимизации проектных решений и режимов эксплуатации водозаборных и водо-аккумулирующих сооружений оросительных систем:

— разработка методов обоснования параметров водозаборных и водорегулирующих элементов оросительных систем, в том числе водозаборов ( рыбозашитными устройствами и регулирующих бассейнов;

— разработка методики оптимизации системных планов водопользования оросительных систем с учетом рыбоохранного фактора.

Методология исследований базируется на использовании системного подхода, экономико-математических методов, имитационного моделирования на персоншгьных ЭВМ, экономических оценок инвестиционных проектов в современных рыночных условиях, теории надежности технических систем, экспертных оценок, автоматизированных баз данных и методики натурных гидравлико-биологических исследований.

Автор защищает подход, методы и методики эколого-экономического обоснования принимаемых решений при проектировании и эксплуатации водозаборных и водо-аккумулирующих элементов мелиоративных систем и, в частности:

— систему аналитических и имитационных моделей для оптимизации параметров и режимов эксплуатации водозаборов и бассейнов суточного, декадного и месячного регулирования;

— методику экономического сравнения инвестиционных проектов водозаборных гидротехнических сооружений в комплексе с рыбозащитными устройствами;

— методику оптимизации планов водопользования оросительных систем с позиций охраны рыбных ресурсов источника орошения.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые разработана система математических моделей, основанная на интегральных экономических критериях, где сопоставляются единовременные и текущие затраты, эффект от орошения и ущерб, наносимый водозабором рыбным запасам источника орошения, и обеспечивающая оптимизацию:

— компоновочно-конструктивного решения и параметров водозаборных сооружений;

— типа и параметров рыбозащитных устройств;

— пропускной способности магистральных каналов;

— расчетной полезной емкости н режима эксплуатации регулирующих бассейнов оросительных систем;

— плана забора воды в оросительные системы.

Для информационного наполнения моделей и обоснования методик в процессе натурных исследований отдельных мелиоративных водозаборов установлены:

— гидравлические и гидрологические условия в зоне водоотбора из источника орошения;

— закономерности суточной динамики попадания молоди рыб в обследованные мелиоративные водозаборы;

— показатели надежности работы рыбозашитных сооружений мелиоративных водозаборов.

Практическую значимость диссертационного исследования составляют:

— рекомендации по технико-экономическому обоснованию проектных решении и режимов эксплуатации мелиоративных водозаборов, магистральных каналов и регулирующих бассейнов оросительных систем;

— автоматизированные банки данных по 13 тысячам существующих водозаборов страны, а также по типовым и индивидуальным проектным решениям рыбозашитных устройств;

— конструктивное решение промывного устройства для сетчатых РЗУ;

— алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированных рабочих мест инженера-мелиоратора проектной организации (АРМ-МП) и инженера-мелиоратора управления оросительных систем (АРМ-МЭ).

Реализация результатов работы. Практические рекомендации по проектированию, автоматизированные базы данных и программное обеспечение внедрено в производство в проектных институтах и в организациях, занимающихся рыбоводно-биологическим обоснованием и экспертизой проектов: институтах Кубаньгипроводхоз, Южгнпроводхоз, Центральном управлении рыбохозяйственной экспертизы и нормативов по охране и воспроизвод-

ству рыбных запасов Роскомрыболовства, АО "Институт Ростовский Водока-налпроект", научно-производственном предприятии "Ростинжстрой", Каспийском НИИ рыбного хозяйства.

Результаты работы внедрены в проект водозабора Петровско-Анастасиевской оросительной системы в составе Тиховского гидроузла на р. Кубань, а также проекты реконструкции 2-ой очереди водозабора Уфимского нефтеперерабатывающего завода и объекта "Волжский автомобильный завод. Водозаборные сооружения на Куйбышевском водохранилище".

Практические рекомендации по эксплуатации водозаборов из рыбохо-зяйственно значимых водотоков внедрены в Государственном учреждении по мелиорации и водному хозяйству "Ростовводэксплуатация" и в Управлении мелиорации земель и водного хозяйства "Кубаньмелиоводхоз".

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Республиканской конференции молодых ученых и специалистов по водному хозяйству (Ташкент, 1981), Всесоюзной конференции по применению ЭВМ в охране и рациональном использовании природных ресурсов (Севастополь, 1981), Всесоюзном координационном совещании по проблемам рыбопропус-ка и рыбозашиты (Московская обл., 1982), Первой межреспубликанской конференции "Рациональное использование и охрана природных ресурсов бассейна Черного и Азовского морей" (Ростов-на-Дону, 1982), областных конференциях молодых ученых "Исследования рыбопропускных и рыбоза-шитных сооружений" (Новочеркасск, 1982, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве" (Новочеркасск, 1989), Региональной конференции "Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами" (Новочеркасск, 1990), Всесоюзном семинаре "Состояние контроля за выполнением эффективных рыбозашитных мероприятий при эксплуатации водозаборов" (Москва, 1991), Первой международной конференции "Биологические ресурсы Каспийского моря" (Астрахань, 1992), Региональной научно-технической конференции "Проблемы мелиорации и экономики юга России" (Новочеркасск, 1993), Областной научно-технической конференции "Проблемы ирригации в Ростовской области" (Новочеркасск, 1995), Всероссийской научно-практической конференции

"Эколого-экономнческпе аспекты эксплуатации гидромелноративныч систем и использование орошаемыч земель" (Новочеркасск, 1995). на заседании Научного совета РАН "Водные ресурсы России, их качество, комплексное использование и охрана" (Москва. 1995). на Всероссийской научпо-практической конференции (Новочеркасск. 1996), конференции северокавказского филиала МАЭП "Экология и природопользование в Ростовской области" (Новочеркасск. 1996) и на Всероссийской научно-практической конференции "Управление устойчивым водопользованием" (Москва. 1997). а также на паушо-гечнпческпч конференциях НИМИ. ЮжНИИГиМа (НПО "ЮгМелиораиия") и ЮжГППроВодХоза (Новочеркасск. 1980-1992).

П у б л и к а ц и п . По результатам выполненных диссерт ационных исследований опубликована 51 работа, в том числе монография "Эколого-экопомическое обоснование водозаборов оросительных систем".

Работа выполнялась в отраслевой лаборатории техническою обоснования проектов рыбопропускных и рыбозашитных ко.матексов НГМА. Обоснование и постановка проблемы, формирование научной идеи и задач исследований. а также методологического подхода к их реализации, теоретические и экспериментальные обоснования, анализ и формулировка результирующих научных положении осуществлены лично автором. По отдельным экономическим вопросам научным консультантом работы являлся д.э.н.. проф. В.Л. ЬСардаш. Конкретные задачи экспериментальных исследований решались при участи аспирантов Дьяченко В.Б. и Костылева В.И., которые под научным руководством автора защитили кандидатские диссертации. В создании базы данных но водозаборам страны принимали участие сотрудники отраслевой лаборатории НГМА.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литерату ры т 248 наименований, и приложений. Общий объем диссертации 375 страниц, в том числе 86 рисунков. 43 таблицы и 96 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первых двух главах приводится оценка существующих мелиоративных водозаборов из водоисточников бассейна Азовского моря с технических, экономических и рыбоохранных позиций. Исходными данными для этой оценки послужили собранные и систематизированные сведения по водозаборам страны, составившие основу для автоматизированного банка данных, а также результаты натурных исследований водозаборов оросительных систем Дона и Кубани и литературные данные.

Для принятия обоснованного решения по проекту водозабора необходимо учесть инженсрно-биологическую, гидравлическую и гидрологическую информацию. Многие ошибочные решения были осуществлены именно по причине отсутствия такой информации. Необходимо отметить, что значительный объем сведений по закономерностям поведения рыб и попадания их в водозаборы приведен в трудах Б.П.Мантейфеля, Д.С.Павлова, С.П.Воловика, В.Н.Шкуры, А.М.Пахорукова, В.И.Жидовинова, Н.Г.Дегтяревой, П.А.Михеева, И.И.Рипинского. А.Л.Эрслера и др. Отдельным сторонам проблемы защиты молоди рыб от попадания в водозаборы посвящены работы А.М.Мотинова, Б.С.Малеванчика, В.В.Петрашкевича, В.А.Ревича. В.В.Сатарова, Л.П.Фильчагова и др.

Научная идея автора, заключающаяся в комплексной эколого-технико-экономической оптимизации при проектировании и эксплуатации водозаборов, была положена в основу впервые созданного автоматизированного банка данных водозаборов страны, являющегося в своем роде уникальным. Для сбора исходной информации был разработан документ "Паспорт водозабора", содержащий сведения о конструкциях, условиях и качестве функционирования водозабора и его РЗУ. Разработанная струк-

тура банка данных и технология его ведения, а также программные средства для ЭВМ ориентированы на выборку и обобщение необходимой для проектирования информации. В базу данных были включены собранные и отфильтрованные сведения о более чем 13 тыс. водозаборах бывшего СССР, в том числе о 1677 водозаборах Юга России, подведомственных Азовском}'. Цимлянскому и Кубанскому бассейновым управлениям по охране и воспроизводству рыбных запасов. Причем 77,6 % водозаборов этого богатого уникальной ихтиофауной региона имеют мелиоративное предназначение. Созданный банк данных позволил произвести ранжирование (таксацию) водоисточников или их частей по рыбохозяйственной ценности.

Анатиз собранной информации, содержащейся в банке данных по мелиоративным водозаборам бассейна Азовского моря, выявил следующее:

— более 95 % водозаборов обеспечивают механический забор и подачу воды:

— практически все водозаборы эксплуатируются в период массового ската молоди рыб в водоисточниках (май-июль);

— в ночное время суток, когда происходит основной скат молоди рыб, функционирует более 40 % мелиоративных водозаборов;

— почти 5 % водозаборов не имеет рыбозащитных устройств (РЗУ);

— более половины водозаборов, оснащенных рыбозашитой. оборудованы примитивными н неэффективными устройствами по защите молоди рыб особенно на ранних этапах се развития:

— наибольшее распространение в качестве рыбозащитных устройств водозаборов имеют: плоская сетка и ее модификации (47,1%), струереак-тивный сетчатый рыбозаградитель (22,1%), рыбозащитный оголовок с по-токообразователем (РОП) (10,7%);

— экологические способы рыбозащиты, связанные с регулированием забора воды во времени, не нашли широкого и научно обоснованного применения.

При сборе дополнительной информации, необходимой для проектирования и эксплуатации водозаборов, решалась задача выбора из всего обширного материала о миграциях сведений прикладного характера о закономерностях сезонной и суточной динамики покатных миграций молоди (продолжительности и сроках миграции, ее интенсивности, характере планового и вертикального распределений молоди в водотоке, плавательной способности и т.п.). Кроме того, в процессе натурных исследований выявлялись закономерности влияния гидравлики потока и топографических условий русла на концентрацию молоди рыб.

Выполненные гидравлико-биологические исследования и обследования технического состояния и надежности работы пяти крупных водозаборов оросительных систем (ОС) Ростовской области и Краснодарского края позволили собрать необходимую дополнительную информацию для эколо-го-экономической оптимизации проектных и эксплуатационных решений. В частности, установлены основные закономерности влияния распределения скоростей в потоке на распределение молоди рыб по живому сечению и попадание ее на сетчатые конструкции рыбозащитных устройств (рис. 1 и 2).

На водозаборе Федоровской оросительной системы (р. Кубань) установлена значительная неравномерность распределения удельных расходов на сетном заграждении, где около 75 % расхода проходит через его нижнюю по течению половину. Максимум фильтрационного расхода наблюдается на расстоянии 0,75 Ь ( где Ь — длина сетного заграждения) от начала экрана и превышает среднее ее значение в 1,9 раза (рис.3).

Эпюры скоростей в зоне влияния водозабора Нижне-Манычской оросительной системы

1 - ковш водозабора: 2 - плавучая насосная станция: 3 - напорный трубопровод; 4 - РЗУ ССРЗ-1,5. Рисунок 1

Эпюры скоростей в зоне влияния водозабора Азовского магистрального канала

1 - сетчатое полотно РЗУ; 2 - световой рыбоотвод; 3 - Азовский магистральный канат Рисунок 2

Распределение удельных фильтрационных расходов по длине сетчатого заграждения РЗУ Федоровской ОС

1 - сороудерживающая решетка; 2 - сетчатое полотно: 3 - рыбоотвод;

4 - глухая стенка; 5 - ось бонового заграждения.

Рисунок 3

На других исследованных водозаборах отношение удельного фильтрационного расхода к среднему его значению колеблется в меньших пределах: от 0,4 до 1,4 на водозаборе Донского магистрального канала и от 0,6 до 1,7 на водозаборе Азовского магистрального канала.

Полученные данные свидетельствуют о том, что характер течения воды в каждом случае определяется компоновочно-конструктивным решением водозаборного сооружения с РЗУ, гидравлическими особенностями водоисточника и условиями эксплуатации водозабора. Это в свою очередь оказывает влияние на эффективность защиты молоди рыб от попадания в водозаборы.

Биологическая часть исследований предусматривала отлов молоди рыб и анализ ее видового и размерного состава перед водозаборами и в магистральных каналах оросительных систем. При этом суточная динамика

покатной миграции молоди рыб исследовалась по пробам, бравшимся круглосуточно через 2-4 часа у поверхности (0,2 Н) и в толще потока (0,6 Н). Анализ проб выполнялся по двум размерностям молоди рыб: длиной тела менее 15 мм и более 15 мм (рис.4).

Суточная динамика Кч= _/"(/)попадания молоди рыб в водозаборы оросительных систем

Кг 05

У.

1 = 095

'.О

AV 05

/г /б го 24 6

/ о г -- ° 96

/ N;

/ А М

Zac

12 /6 20 24 S * t

,га,

1-0,86

Нг

<5 Ш

0.5

/ 1--084

/ \

Л г \

< к' • 1 1

12 ¿6 20 24 4 б t

, гас

¿2 /6 20 24 4 8 ?

zao

а. б - водозабор Нижне-Манычской ОС: в, г - водозабор Азовского МК: а. в -молодь рыб длиною тела менее 15 мм: б. г-молодь рыб с длиною тела

более 15 мм: 0 - у поверхности: • - на глубине. Рисунок 4

Анализ результатов обработки полученных данных выявил сумеречно-ночной характер миграции молоди рыб, при котором примерно 70-80 % скатывается с 20 часов вечера до 4 часов утра.

Обследование технического состояния и анализ данных об отказах отдельных элементов водозаборов и их рыбозашитных устройств позволили установить численные значения показателей технической надежности, а

также конструктивные недостатки элементов, приводящие к отказам в работе всего сооружения или снижению рыбозащитной эффективности водозабора. Низкой надежностью обладает электро-механическое оборудование водозаборов и сетчатые заграждения РЗУ.

Каждая секция рыбозащитного сооружения (РЗС) Донского магистрального канала (ДМК) имеет коэффициент готовности, равный 0,75. При этом суммарное время простоя из-за неисправности за сезон составляет для насоса промывной флейты — 16,0 сут., патрубка подачи воды к флейте — 12,1 сут., электродвигателя насоса флейты — 9,5 сут., консольного подвеса насосной установки и ее привода — 9,5 сут., электрокабеля двигателя насоса флейты — 3,7 сут. Среднее время безотказной работы секции РЗС в целом составляет всего 4,1 суток.

Помимо учета при проектировании технической надежности рыбоза-щитных сооружений предлагается рассматривать надежность создания благоприятных гидравлических условий для предотвращения гибели рыб на сетках РЗС (экологическая надежность РЗС).

Учитывая изменчивость расхода водозабора в течение поливного периода, рекомендуется оценивать качество создания указанных гидравлических условий с помощью функции /(О), характеризующей для каждого

значения расхода через РЗУ (С)) вероятность превышения скоростей течения (£/) критических скоростей плавания рыб (£/к.р )

Аб) = РШ:и>ик р) (|)

Из полученных данных, например, следует, что экологическая надежность РЗУ водозабора Федоровской оросительной системы выше, чем РЗУ Донского магистрального канала, так как 50 % уровень вероятности превышения критической скорости для рыб наблюдается на водозаборе

Федоровской ОС при расходе, большем 0,95, а на водозаборе ДМК — уже при расходе, большем 0,64 от расчетного расхода каждого водозабора (рис.5).

Вероятность превышения перед сеткой РЗУ критической скорости плавания рыб (11 к р -0,2 м/с) при разных режимах работы водозаборов

о,а 0,6

о,д&

м 0,6 0.4 0,2 л

у, ¿>.98

с О

•у^нъ^+о.&о

/00 125 /50 /75 200 £25 250 ¿?м/с ц ¿0 25 ЪО 55 40 й"Ус

а- водозабор Донского магистрального канала; б - водозабор Федоровской оросительной системы: - корреляционное отношение Рисунок 5

В третьей главе приводятся математические модели оптимизации проектных параметров и режимов эксплуатации водозабора, регулирующего водоема и проводящей части оросительной системы.

Одним из перспективных направлений развития теории мелиорации и мелиоративных систем является дальнейшее концентрирование внимания ученых на изучении среды, во взаимосвязи с которой функционирует мелиоративная система (Рекс Л.М., 1995). На необходимость системного подхода и применения методов математического моделирования для обоснования проектных решений и эксплуатационных режимов оросительных систем указывается в работах В.И.Агаркова, И.П.Айдарова, Г.В.Воропаева, Е.П.Галямина, А.И.Голованова, М.С.Григорова, Л.В.Канторовича, В.А.Кардаша, О.П.Кисарова, Е.В.Кузнецова, В.И.Ольгаренко,

Ю.П.Правдивца, В.Г. Пряжинской, Л.М.Рекса, И.С.Румянцева. В.П.Санникова, Б.Б.Шумакова, В.Н.Щедрина и др. Разработанные различными авторами критерии оптимизации параметров оросительных систем часто характеризуют только затратную часть и основываются на обеспечении требуемых поливных режимов при ограничениях на ресурсы, без учета ущерба, наносимого водоотбором ихтиофауне источника орошения.

Предложенный нами системный эколого-экономический подход в решении вопросов водоотбора из рыбохозяйственно значимых водоисточников может применяться как при проектировании, так и при эксплуатации сложных водохозяйственных и гидромелиоративных систем. Данный подход предполагает комплексное рассмотрение проблемы оптимизации забора воды на основе системы математических моделей (рис. 6) в виде задач многовариантного выбора, в которых в показателе интегрального эффекта системы сопоставляются потери и выигрыши во всех ее отраслях от вариаций компоновочно-конструктивных и эксплуатационных параметров. При этом компонентами критерия оптимизации помимо эффекта в водопо-требляющей отрасли и ущерба рыбному хозяйству должны являться капитальные и эксплуатационные затраты по водозаборной, аккумулирующей и проводящей частям оросительной системы , по рыбозащитному сооружению и по рыбоохранным компенсационным объектам.

Используя общий подход, можно получить для каждого конкретного случая свой критерий оптимизации: для случая проектирования нового водозаборного комплекса; для случая реконструкции водозабора и (или) РЗУ; для существующего (действующего) водозабора; для случая водозаборного комплекса с регулируемым бассейном и т.д. Возможен вариант оптимизации водозабора и при отсутствии РЗС.

Структура системы математических моделей

Рисунок 6

Принимая в качестве характерного периода функционирования ВХС период [О, Г], охватывающий эколого-экономический цикл работы проектируемого водозабора с РЗУ, задача оптимизации может быть сведена к максимизации нелинейного функционала (модель А) т т

Д^о (<7(0> 0 - (Яо > <?(0> 0 -

О '=/ (2)

- э(Яо, ^(0)]^ ~ £ • ) тах

при ограничениях

0<<7CO<<7O, б[0,Г],

где 6(0, <7(0 — расходы водоисточника и водозабора, соответстве-но, м3/с; д0 — максимальный расчетный расход водозабора, м3/с; #>(3(0,0^ — эффект у водопользователя за период

— стоимость ущерба, наносимого водозабором рыбному хозяйству за период [/, по I—му видоразмеру рыб, ден.ед.; ТП—число учитываемых ви-доразмеров рыб; 3(^0, —затраты на эксплуатацию

водозабора и РЗУ за период \t,t + й^], Ден.ед.; К{(Ц0) — ка" питаловложения на строительство водозабора и РЗУ данной конструкции, ден.ед.; Е — коэффициент приведения капиталовложений к текущим затратам.

Максимизация системного эффекта 7, достигается варьированием компоновочно-конструктивного решения водозабора, его расчетным максимальным расходом (70, режимом эксплуатации <7(0 н Другими параметрами. При выборе компоновочно-конструктивного решения водозабора рассматривают варианты применения РЗУ той или иной конструкции, ко-

торая влияет на функцию ущерба от гибели молоди рыб, суммарные капиталовложения на строительство, а также на величину эксплуатационных затрат.

В случае варьирования при проектировании расчетным расходом водозабора q0 помимо затрат на собственно головной водозабор необходимо еще учитывать затраты на строительство магистрального канала, которые также буд\т зависеть от q0. В критерий (2) возможно включать и затраты на другие элементы оросительной системы, если они зависят от варьируемых параметров.

Основываясь на предложении А.М.Костякова об "экономической оценке доходности от орошения еаишшы орошаемой площади", многие авторы (Е.П.Галямин, М.С.Григоров, В.П.Дмитренко, В.А.Кардаш, О.П.Кисаров, П.И.Ковальчук, В.П.Остапчик, В.И.Ольгаренко,

Т.И.Прокофьева, В.Г.Пряжинская, И.Л.Хранович и др.) были предложили свои варианты критериев оценки экономического эффекта от орошения. Вследствие различия целей, стоящих перед авторами, эти модели отличаются методологическим подходом, точностью, а также входящими в mix показателями и параметрами. После соответствующего изменения формы представления они могут непосредственно использоваться в (2) или в виде рекомендуемой нами обобщенной зависимости эффекта от орошения, соответствующего расходу водозабора за период [/, / + dt]

сти получения эффекта во времени; Цс — коэффициент полезного

действия (КПД) оросительной системы. Стоимостную оценку ущерба, наносимого водозабором рыбному хозяйству водоисточника по / — му видоразмеру молоди, предлагается определять по следующей зависимости

= ^ • рг а ^{\-K.Jф.)^cl{t)^q{t)dt, (4)

где — • у, , — стоимостная оценка одной особи I —го видораз-мера; — оценка одной особи соответствующего вида, достигшей промыслового возраста для всех I £ 3' ■ (./. — множество учитываемых размеров особей рыб ] —то вида); у, — коэффициент промыслового возврата особей 1-го видоразмера; уО,— коэффициент

приведения будущей стоимости особи / — го видоразмера к моменту сопоставления эффектов и ущербов в целом по комплексу; ОС — функция рыбоохранного качества водозабора

а— комплексный безразмерный показатель, характеризующий компоновочно-конструктивное решение водозабора; С/ (t)— концентрация молоди рыб / — го видоразмера в водоисточнике; К.ф —коэффициент функциональной эффективности РЗУ, выраженный в долях единицы, по I — му видоразмеру молоди рыб.

В случае применения предлагаемого подхода при эксплуатации мелиоративной системы для оптимизации режима забора воды на орошение задача формулируется следующим образом (модель О): найти такую > чт°бы

7 »' а2(Ь

О М )

- (Э0 + Э' ■ (/))] —» шах. (5)

при ограничениях

О <2(0,

0<д{Г)<до. г е[О.Г] ,

где Эо ~ постоянная составляющая эксплуатационных затрат; Э' — удельные эксплуатационные затраты на единицу расхода.

Аналитическое решение задачи (5) методами вариационного исчисления позволило определить зависимость для нахождения оптимального расхода водозабора

(Ди) '=1

1=1

Значения Оо(О), С(|(0) и (0) характеризуют описанные

выше показатели в начальный момент времени, соответствующий максимально возможному расходу водозабора. Из зависимости (6) следует, что оптимальный режим работы водозабора, при котором максимизируется суммарный эффект от орошения и сохранности молоди рыб. существенно зависит от функций неравномерности получения эффекта от орошения

С0(0 и динамики ската молоди рыб [с, (?)}•

В состав оросительной системы может входить регулирующий бассейн (водоем), одним из назначений которого является реализация экологического способа рыбозашиты. предполагающего уменьшение водоогбора

из реки в периоды массового ската молоди. Существующие сезонная и суточная (см. рис. 4) динамики ската молоди требуют регулирования водоот-бора как в течение суток, так и декадного или месячного.

Расчетная полезная емкость бассейна при любом регулировании в течение периода [О, Т\ определяется функциями расходов в подводящей

части (притока) дп и в отводящей части (изъятия) #//(0 по зависимости

ЩЯп (0, Чи (О, Т) = шах \ )[дп (Г) - д„ (0] Л

г; г^о./-] ±

(7)

Создание бассейна в составе водозаборного комплекса предполагает включение в затратную часть критерия (2) капитальных и эксплуатационных затрат по регулирующему бассейну. Модель в этом случае имеет вид: Найти

шах < | [МЧиОМ-ТМЯпОМ-

'/п(1),</11(1)<1р

1 = 1

- ЭПБ (дп (О, (0,ди (О, Г),0 - Э„ (О, ЧР, -

- Е[КПБ(дп(0,Щдп((),дЛО,Т))+ КАд,,)] 1, («)

при ограничениях

\ди{1)Ж<\дп{1)сИ, те[0,Т],

о о

ди(0<д„^)<др,

<6(0; ^€[0,7].

где IV((]л (/), С[ц (/), Т) — определяется по формуле (7);

(р, (<^/7 —стоимость ущерба, наносимого изъятием из водо-

источника расхода С£п (/) за период [7, ? + б^] по г — му видоразме-ру рыб, ден.ед.; (р0 ((]ц (/)? "эффект у водопотребителя за пе-

рнод [*,* + £#]; Эя/; (<?„ (Г), л (0, ?// (0, -

затраты на эксплуатацию подводящей части и регулирующего бассейна за период + Эц(с[ р, —затраты наэксплуа-

тацню отводящей части за период [7, ^ + б/?];

(<^/7 ^(Яп (О? -О)— капиталовложения на

строительство подводящей части и регулирующего бассейна; АГ// ) — капитатовложения на строительство отводящей части;

<?// (О — требуемый расход (брутто) на орошение ( в голове магистрального канала), м'/с; С]^ —максимальный расход изъятия (расчетный форсированный расход брутто магистрального каната), м3/с.

Данная математическая модель позволяет определить оптимальный полезный объем регулирующего бассейна и режимы забора воды из реки и подачи ее на орошение.

Четвертая глава посвящена научным основам эколого-экономического обоснования проектирования водозаборных, водотранс-портных и водоаккумулирующих элементов оросительных систем. В частности, рассмотрены вопросы обоснования расхода магистрального канала, выбора местоположения и компоновочно-конструктивного решения водозабора, определения основных параметров рыбозащитного устройства и регулирующего бассейна.

Решение задачи выбора мощности (водообеспеченности) мелиоративной системы и, как следствие, обоснование расчетного нормального расхода магистрального каната (без учета интересов рыбного хозяйства) рассмотрено в работах А.Н.Костякова. Л.М.Рекса К.П.Арента. Д.Т.Зузика и др.

Предложенная нами эколого-экономическая модель (2) позволяет определить оптимальное значение расчетного максимального расхода водозабора q0 по критерию интегрального эффекта с учетом эффекта от орошения и ущерба, наносимого ихтиофауне водоисточника.

Обоснование расчетного нормального расхода магистрального канала Ö, .6 р рекомендуется производить при условии получения планового

объема сельскохозяйственной продукции с наименьшей суммой приведенных к одному году расчетных затрат и ущерба рыбному хозяйству (модель С)

z = Ш* р) + Е • р) + 3(Q„ ,р) + F(Q„-IP) -> min, {io)

где К — капитальные вложения на строительство оросительной системы; Э — ежегодные затраты на эксплуаташпо оросительной системы и производство продукции; 3 —затраты на компенсацию ущерба от недополучения продукции в засушливые годы при нехватке воды; F — ущерб, наносимый рыбному хозяйству годовой эксплуатацией водозабора оросительной системы при заданном Q, ,;р. Графическая интерпретация критерия Z и его составляющих приведена на рисунке 7, по которому определяется оптимальное значение нормального расхода магистрального канала (брутто).

Выбор местоположения и компоновочно-конструктивного решения водозабора с РЗС на база критерия (2) предполагает оценку проектного решения показателем Ü, компоненты которого оказывают положительное

<и отрицательное О.j влияние на рыбозащитную эффективность.

Предлагается смысловое содержание и методика определения численного

значения его компонент: +

— параметр С1\ отражает потенциальную функциональную эффективность РЗС водозабора;

Графическое обоснование расчетного расхода магистрального канала

_параметр СЬ отражает влияние гидравлических условий на пространственное распределение молоди в зоне расположения водоприемных отверстии или всасывающих труб;

_параметр Я3 вводится для учета берегового водозаборного ковша

и (или) подводящего канала (без РЗУ в створе входа);

_параметр Щ характеризует размещение водоприемных отверстий

по глубине водоисточника и учитывает вертикальное распределение скатывающейся молоди рыб;

_параметр Си, учитывает влияние выбранной конструкции водозабора на надежность отбора требуемых количеств воды;

— параметры СЦ, и а^ отражают целесообразность применения выбранного компоновочно-конструктивного решения водозаборного сооружения и рыбозащитного устройства соответственно и устанавливаются по экспертным оценкам специалистов;

ден.ед/ /га}

О б <5 $н.ор"Л/с

Рисунок 7

+ +

— параметры £78 и С19 учитывают техническую надежность водозабора и РЗУ соответственно.

В качестве основного показателя технической надежности водозабора и РЗУ предлагается использовать коэффициенты готовности. Рекомендуемые нами численные значения показателей проектной надежности приведены в таблице 1.

Таблица 1

Значения показателей надежности (в долях единицы) в зависимости от ры-бохозяйственной ценности водного объекта

Категория водного объекта пли его участка Коэффициент готовности (техническая надежность) Благоприятность гидравлических условий (экологическая надежность)

Высшая 0,95 0,80

Первая 0,90 0,75

Вторая 0,85 0.70

В связи с тем, что в аналитической модели (2) задача выбора компо-новочно-конструктийного решения водозабора и РЗУ в явном виде не представлена и ее аналитическое решение сложно, предложено ее реализовать на базе соответствующей имитационной модели.

Критерием выбора в имитационной модели является минимум суммы

потерь у водопотребителя к/) и в рыбном хозяйстве водоисточника (Т?2н) по всему множеству возможных вариантов водозабора (К) и РЗУ (/)

Яш = хА, -Т-КАд,-д'а) (11)

Ату/

&U =

t—bhlf

ZS • p • (i - Kyj4) • 5>„r • • лг+

./=1 r=l

+ 3h-q'IL ■T-aT

+ Э0и +E(K,m +KpiVk]),

где D0) — потерн эффекта от неподачи воды на орошение, ден. ед./100 м' за 2 ч: Т — число двухчасовых отроков в периоде работы водозабора в течение суток (при круглосуточной работе водозабора ( Т= 12): Кг ~ коэффициент приведения разноразмерных величин к сопоставимому виду; q, — проектный расход водозабора в t — ыс сутки рассматриваемого периода \Т„ач , Т ко„ ]; q',k —фактический (смоделированный) расход к —го варианта водозабора в t — ue сутки периода к/ш

С,п —концентрация молоди I —го

видоразмера в t — ыс сутки

и Т — ый час времени, экз./100 м': (Хц — функция качества к — го вариата водозабора при /—ом тине РЗУ: ДТ —продолжительность интервала времени ( Д Г= 2 ч); З'ц —удельные эксплуатационные затраты по к — ому варианту водозабора и / — ому варианту РЗУ, ден. ед./100 м'; Э0к1 — не зависящие от объема забора воды затраты на эксплуатацию к — го варианта водозабора с / — ым РЗУ, ден. ед.; Кв0ч,Крп,и — капиталовложения на строительство к — го варианта водозабора и / — го варианта РЗУ, соответственно.

Алгоритм данной имитационной модели (рис. 8) реализован в виде программных средств на языке PASCAL хзя персональных ЭВМ типа IBM PC.

Данная модель использовалась для установления обоснованности применения компоновочно-конструктивного решения РЗУ применительно к условиям водозабора Донского магистрального канала. Результаты машинных экспериментов подтвердили работоспособность модели и позволили устано-

Укрупненная блок-схема алгоритма имитационной модели сравнения компононовочно-конструктивных вариантов водозабора

( Начало )

\3Sod исход', \ных данных I

бёод даыны*\ <к-го Варианта\ &аЗоъа Вора

63од данных I

(£-30 Варианта.

Р2У

гг7 —1— Формцроёс

ам{/е

ке

г8 с(

ке

1Б

п'2

Маделироёанис

{Сиг 3

г/3-—I-

рит^А

г-М

Н6-

г-

Л2хе г ^и&а ■ Е (Хбп* #Р2уке)

¡Зы£од показа] ! те/те $ слти/па*! ¡наго §ариа>гга,

( Хояец

Рисунок 8

вить предпочтительность для ДМК РЗУ типа "плоская сетка" по сравнению с рассматриваемым альтернативным вариантом — "коническое сетчатое РЗУ". Предварительно проверке адекватности подвергался блок моделирования ската молоди рыб. Сравнение фактического ряда данных наблюдений и смоделированного ряда позволило заключить, что статистические характеристики обоих рядов близки и расхождения между ними находятся в допустимых пределах.

Водозаборы оросительных систем производительностью более 15 -20 м'/с в основном оснащаются рыбозащитными устройствами типа "плоская сетка". Необходимая общая площадь сетного полотна может быть обеспечена при различных сочетаниях количества секций и длины сетчатых полотен. От принятого значения этих параметров зависят затраты на строительство и эксплуатацию сооружения, а также величина ущерба вследствие гибели молоди рыб на сетках РЗС.

Рекомендуемый критерий оптимизации количества секций РЗС водозабора носит экономический характер, причем минимизируются суммарные приведенные затраты на строительства (КРЗСк) и эксплуатацию РЗС (ЭГЗС1) и ущерб, наносимый рыбному хозяйству {Fk)

1 = тт(Э,.за + Е ■ КГЗСк + ^) оз)

при существующих биологических и технических ограничениях (СНиП 2.06.07-87, Пурас Г.Н., 1990).

Варьируемыми параметрами являются количество секций РЗС, длина ветви секции и плановое очертание ветви. Последний параметр, как видно из рисунка 2 и рисунка 3, оказывает существенное влияние на распределение фильтрационных расходов и скоростей ияч и, следовательно, на величину ущерба рыбному хозяйству.

Величину ущерба для данного к—го проектного варианта рекомендуется определять по следующей зависимости

т г

Рк = X $ • р, • • X КС, ■ П, (д,) , (14)

1=1 /=1

где Паи — среднесуточное за весь поливной период количество молоди рыб /—го видоразмера в аванкамере водозабора; КСа —коэффициент суточной неравномерности ската молоди I — го видоразмера в £ — ые сутки поливного периода; — доля молоди I — го видоразмера, попадающее на сетки РЗС вследствие неблагоприятных гидравлических условии при к —ом проектном решении водозабора и расходе водозабора д, в / — ые сутки. Рекомендуемое создание в составе гидромелиоративной системы регулирующего бассейна для целей снижения гибели молоди рыб при водозаборе предполагает, что его емкость будет определяться не только исходя из обеспечения заданных режимов орошения, но и из оптимальных с учетом рыбоохраны режимов забора воды из реки при наличии технических и технологических ограничений.

При создании бассейнов суточного регулирования поступление воды в бассейн рекомендуется определять по зависимости (6) при

С?(0 = СОШ1? и Со(0 — 001181. Используя балансовый метод расчета бассейнов оросительных систем (Хруппа И.Ф., 1969), нами предлагается следующая методика определения полезной емкости для целей рыбоохраны бассейна суточного регулирования.

1. Для каждого двухчасового интервала времени / = 1,2, ... ,12(1= 1 для интервала с минимальным ущербом рыбному хозяйству) вычисляется: — объем притока воды в бассейн (м')

П, = 7200-^-д0, (15)

>=1

где д0 —максимальный расчетный расход подводящей части, м3/с; — объем изъятия воды на орошение (м1)

Я, = 7.2 • • (16)

где д, —величина гидромодуля в интервале I, л/с на га; М> — площадь нетто оросительной системы, га.

Потери воды из проводящей сети оросительной системы учитываются обычным образом.

2. Определяются суммарные объемы притока 5Пг и изъятия за Г интервалов времени (Г = 1,2, ... , 12)

«У//г = ¿Я, . (17)

1=1 1=1

3. Для каждого (Т == 1,2, ... , 12) вычисляется остаток воды в бассейне Ог = 5'/7г - £//г. (18)

4. В соответствии с (7) определяется полезная емкость бассейна суточного регулирования IV

шах{5„г -5Яг} (19)

В том случае, если От имеет отрицательные значения, то величина

принимается равной сумме наибольших положительного и абсолютной величины отрицательного значений Ог. Последняя величина характери-

зует объем поды, который должен быть в бассейне на начало первого интервала времени.

Расчет бассейнов со смешанным регулированием (как суточным, так и декадным или месячным) рекомендуется на базе математической модели (8) с ограничениями (9). Для удобства ее реализации на ПЭВМ рассматриваемый период функционирования бассейна [О, Т] разбиваем на П интервалов такой длины , чтобы можно было допустить постоянство внутри интервала = С„ и = С0.

Найти такие {П,} \ {И,} и IV, чтобы (модель Е)

птах (£(4 -и, -Д -Щ-СЩП.лА, (20)

где ЩП, ,И,,п)= шах X {П, - И, ), (21)

ПгеП.л] ,=,

А, — ■ с0! ~~ Э'п; (22)

Д -Р, - а-(1- Коф)) • с,, +ЭА, (23)

С=Э',;-Т+Е-К1 (24)

при ограничениях

г г

ХЯ,<ХЛ,,ге[и], (25)

/=1 /=1

±И,=±П,, (26)

Я, <д, • ТУ-, ( е[1,и]. (27)

Возможно проектирование бассейна в случае полного соответствия

изъятия воды из бассейна потребностям орошения на базе упрощенного критерия (модель Р)

Z' = minji В, • П, + С • W{П,, И,, Л)1. (28)

Для решения рассматриваемой задачи с вариантами критериев

(2.% Z') разработано программное обеспечение для ПЭВМ типа IBM PC.

Результатом ее решения является расчетный полезный объем регулирующего бассейна, а также проектные режимы его наполнения и опорожнения (рис. 9).

Оценка инвестиционных проектов водозаборов и РЗУ в современных рыночных условиях должна учитывать динамичность и стохастическую неустойчивость экономических показателей, а также специфику временной структуры затрат и отдачи от инвестиций, связанной с режимами эксплуатации водозабора, динамикой ската молоди и многолетним сроком получения эффекта от сохраненной молода рыб.

Компоновочно-конструктивные варианты водозабора с РЗУ отличаются друг от друга общим размером и распределением инвестиций по годам строительства; сроком окончания строительства { t[ )\ коэффициентами функциональной эффективности РЗУ ({K0(jhk }); размерами эксплуатационных затрат (Э/с). Наилучшим будет вариант, для которого

ЧТСопг = шах(ЧПк - Л), (29)

где ЧТС — чистая текущая стоимость, характеризующая прирост активов рыбного хозяйства от реализации данного проекта за время Т полной окупаемости инвестиций в данный проект; ЧП к — суммарная приведенная к начальному году чистая прибыль по к — му вари-

анту: J k— приведенная сумма инвестиции по к — му варианту. Для оценки окупаемости инвестиций предлагается использовать чистую прибыль, рассчитанную по годовым интервалам с учетом особенностей ее формирования в пределах годового цикла

ЧПк=± I 477rrt —1—- i —i—.Э,, (30>

/=1 r=fi+i, (1+0 r=,l(l+r)

где чп zlk — чистая прибыль за Т—ый год от реализации рыбопродукции из выросшей за tj лет до товарного размера рыбы, молодь которой была сохранена благодаря РЗУ; Г — коэффициент дисконтирования, принимаемый в соответствии с прогнозируемой расчетной ставкой процента по кредиту Центробанка Российской Федерации.

Величина ЧПTlk зависит от интенсивности сохранения рыб в процессе функционирования водозабора с РЗУ {flk), коэффициента про-мвозраста затрат на вылов и реализацию рыбы, а также стоимости рыбопродукции (S^.

ЧПик=5;{\-Ш-Н)7г1к, (3D

где S, — доля затрат на вылов и реализацию рыбы от ее реализационной

цены: Н — доля налога на прибыль;

_ в

f,k 'H^W,, (32)

С,, — концентрация молоди рыб; Wt —объем воды, прошедшей

через водозабор в t — ый интервал; 0 — число отрезков времени разбиения сезонного цикла. Рекомендуемая методика сравнения инвестиционных вариантов водо-

заборов с РЗУ состоит в следующем.

1. По зависимости (31) с учетом (32) для каждого года рассматриваемого периода определяется чистая прибыль.

2. С учетом коэффициента дисконтирования выполняется приведение

размера чистой прибыли к году t—Q и вычисление по формуле (30) суммарной чистой прибыли, свободной от эксплуатационных затрат.

3. Определяется размер суммарных приведенных к году t=0 инвестиций

а 1

——■ да)

г=о (1 + г)

4. Вычисляется чистая текущая стоимость ЧТС\ . Пункты 1-4 выполняются для всех сравниваемых вариантов.

5. Максимальное значение ЧТС/с соответствует наилучшему инвестиционному варианту.

Пятая глава посвящена оптимизации эксплуатации оросительных систем водораспределения с учетом критериев рыбоохраны. Теоретические основы планового водопользования были заложены

A.Н. Костяковым, И.А. Щаровым, H.A. Янишевским. Дальнейшее развитие они получили в работах И.П. Айдарова, Х.А. Ахмедова, П.А. Волковского, Н.С. Горюнова, М.С. Григорова, П.И. Коваленко, И.П. Кружилина,

B.И.Ольгаренко, С.Р. Оффенгендена, В.А. Сурина, Б.А. Шумакова, Б.Б. Шумакова, Г.Ю. Шейнкина, Р.А.Халбаевой и др.

Оптимизации планов водопользования и водораспределения в рамках принятых критериев на базе соответствующих экономико-математических моделей, алгоритмов и программ для ЭВМ посвящены работы Г.В.

Воропаева, В.К. Вострова. Е.П. Галямипа, Ю.П. Добрачева. Л.М. Игелышка, Г.Ч. Исмаидова, В.Л. Кардаша, О.П. Кисарова,

A.Е.Косолапова, Е.Г. Крушель, А.Ф. Киенчука, В.И. Леонидова, В.П. Оетапчика. В.Г. Пряжинской. Л.М. Рекса, М.М. Файязова, A.M. Черняева,

B.Н. Щедрина и др.

Реализацию предложенной эколого-экономической модели (5) на этапе планирования водопользования рекомендуется проводить на базе соответствующей имитационной модели. Критерием оптимизации плана забора воды в оросительную систему является статистически достоверная величина ущерба ихтиофауне водоисточника F, полученная по результатам

многократного моделирования на ЭВМ сезонной и суточной динамики ската молоди и ее попадания в водозабор и вычисляемая на основе множества значений ожидаемого ущерба от рассматриваемого плана забора воды в систему

¡кап М

F, = a Y, X S, У,Р> С1 - кф)XcinqITAr , (34)

' = 1 Г=1

где F/ — величина ущерба, полученная в /-ой реализации имитационной модели; Cin— смоделированная концентрация молоди рыб Z-ro видораз-мера в Г-ый интервал времени t-ых суток; Cjlr— расход водозабора в Т-ый интервал /-ых суток; АТ— продолжительность интервала времени (Ат=2 Ч ).

Разработанные рекомендации по оптимизации плана забора воды в оросительную систему после имитации на ЭВМ процесса ската молоди и оценки рассматриваемого плана с учетом (34) предусматривают его корректировку в соответствии с общепринятыми в мелиорации приемами и ограничениями (рис. 10).

Структурная схема оптимизации плана забора воды в оросительную систему

Рисунок 10

Для автоматизации моделирования разработаны необходимые алгоритмы и программы для ПЭВМ, выполнено доказательство правильности их работы.

Данные рекомендации применялись при разработке плана забора воды в Нижне-Манычскую оросительную систему (табл. 2).

Таблица 2

Фрагменты планов забора воды в Нижне-Манычскую оросительную систему в период массового ската молоди_

Вариант Май Июнь Июль Предотвращен. ущерб, тыс.ден.ед.

2 3 1 2 3 1 2 3

Исхо д-ный 4520 3812 3713 4894 5229 5201 4779 1959

Пер- ; выи ! 4520 4386 3139 4894 5229 5201 4779 1959 23,3

Вто- ! рой ! 4520 3812 3639 4164 5379 5486 4974 1959 40,2

Корректировка исходного плана только в двух декадах в допустимых для орошения пределах привела (при первом варианте) к снижению ожидаемого ущерба ихтиофауне реки Дон. которое только по молоди лета и судака (для одного водозабора) составило 51,2 тыс. штук. Дальнейшее снижение ушерба рыбным запасам рекомендовано на этапе оперативного управления водозабором путем уменьшения водоотбора из источника орошения в сумеречно-ночное время в соответствии с реализацией аналитической модели (5).

Шестая глава посвящена методическим основам проектирования элементов оросительных систем и внедрению результатов исследований.

Рекомендации по технико-экономическому обоснованию компоновочно-конструктивного решения водозабора и РЭУ предусматривают приведенную на рисунке 11 технологию проектирования, основанную на применении имитационного моделирования на ЭВМ и новых информационных технологий, подразумевающих обращение проектировщика к базам данных. содержащим сведения из нормативных документов, авторские свидетельства и патенты, типовые проектные решения, экспертные оценки и необходимую ихтиологическую информацию об источнике орошения.

Рекомендуемая технология проектирования водозабора с РЗУ

Базы данных

Нормативна документы

Авторские свидетельства и патенты

Типовые проект-ше

решения

Экспертные оценки конструкций

Паспорта существующих водозаборов

Ихтиологические показатели водоисточников

Исходные данные

Рыбоводно-биологическое обоснование проекта

Естественно-историческая характеристика района

проектирования

Технико-экономические характеристики водозабора

Разработка состава рыбозащитных. мероприятий

Установление конкурирующих вариантов и выделение параметров функции качества

Компоновочно-конструктивный вариант 1

Параметры функции качества варианта 1

Компоновочно-конструктивный вариант N

Параметры '. функции ка-' чества варианта N

Имитационное моделирование работы водозабора

Эколого-экономические показатели варианта 1

Зколого-экономические показатели варианта N

Оптимальный организационно-технический вариант

Согласование с органами рыбоохраны

положительное

Принятие решения отрицательное

Окончательное конструирование рыбозащиты в составе водозабора

Рисунок 11

Разработанные практические рекомендации предполагают совершенствование как всей технологии проектирования, так и расчета отдельных элементов. В частности, излагается методика расчета оптимального по критерию (13) количества секций многосекционного РЗУ водозабора и длины сеточных камер. Для промывки сетчатых полотен нами предлагаются новые конструкции устройств, повышающие эффективность очистки полотен и уменьшающие вероятность прижатия молоди рыб к заграждению. Рекомендованное основное устройство (A.C. 1372004) с помощью водо-воздушного факела обеспечивает отвод молоди от сетчатого заграждения и ее поступление в специальный рыбоотводящий лоток для дальнейшей транспортировки вне зоны влияния водозабора. Дополнительные конструктивные решения (A.C. 1604908) повышают эффективность работы в условиях переменного уровня воды в водоисточнике.

Разработанная методика применялась при выборе компоновочно-конструктивного решения водозабора и рыбозащитного устройства Пет-ровско-Анастасневской оросительной системы на р. Кубань, а также на водозаборах из Куйбышевского водохранилища (ВАЗ) и из реки Белая в г.Уфа.

Рекомендации по проектированию и эксплуатации регулирующих бассейнов позволяют определить его полезный объем для рыбоохранных целей, а также режимы наполнения и опорожнения по двухчасовым (или большим) интервалам времени, и включают упрощенную методику для предварительного обоснования БСР для расчетных суток, а также общие методики, реализующие критерии (20) и (28) при различных вариантах регулирования (суточном, декадном, месячном, сезонном или смешанном). Рекомендации апробированы при разработке проекта реконструкции орошаемого участка в Дубовском районе Ростовской области и внедрены в проектном институте Южгипроводхоз (ГУ "Южводпроект").

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты и выводы, полученные на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Одним из перспективных направлений развития теории мелиорации является оценка ее влияния на среду, во взаимодействии с которой функционирует мелиоративная система и, в частности, воздействий на ихтиофауну водоисточника и разработка научно обоснованных рекомендаций для проектных и эксплуатационных организаций по противодействию этим неблагоприятным воздействиям.

В настоящее время при определении основных проектных параметров и режимов работы головной водозаборной, водоаккумулирующей и водопроводящей частей оросительной системы интересы водопотребителя и рыбного хозяйства по отношению к источнику орошения рассматриваются независимо друг от друга, без оптимизации объемов и режимов забора воды в целом по водохозяйственному комплексу.

2. Для комплексной оценки с технических, рыбоохранных и экономических позиций существующих мелиоративных водозаборов разработан и создан автоматизированный банк данных, содержащий сведения о более чем 13 тыс. водозаборах СССР, в том числе почти об 1,7 тыс. водозаборов юга России, подведомственных Азовскому, Цимлянскому и Кубанскому бассейновым управлениям рыбоохраны. Обработка информации, хранящейся в базе данных, позволила определить статистические показатели для более чем 50 характеристик водозаборов и их влияние на ихтиофауну водоисточника.

3. Натурные гидравлико-биологические исследования выявили необходимые для практики проектирования и эксплуатации закономерности по-

катной миграции молоди рыб и ее попадания в водозаборные сооружения. Предложены методические основы нахождения расчетных аналитических кривых динамики и обеспеченности сезонной и суточной неравномерности миграции рыб.

4. Установлены численные значения показателей надежности элементов РЗУ водозаборов. Предложен вероятностный критерий оценки надежности создания благоприятных гидравлических условий для предотвращения гибели молоди рыб на сетчатых РЗУ. В соответствии с разработанной методикой установлено, что 50% уровень вероятности неблагоприятных условий наблюдается на водозаборе Федоровской ОС при расходе, большем 0,95, а на водозаборе ДМК уже при расходе, большем 0,64 от расчетного расхода водозабора.

5. Разработана система математических моделей оптимизации водохозяйственного комплекса, участниками которого являются орошаемое земледелие и рыбное хозяйство. В качестве критерия оптимизации водоот-бора из рыбохозяйственно значимых водоисточников принят интегральный эффект по водохозяйственному комплексу, где сопоставляются затраты, эффект от орошения и ущерб ихтиофауне и варьируются компоновочно-конструктивные параметры и режимы эксплуатации водозабора. На основе принятой концепции и экспериментальных данных получена зависимость величины ущерба, наносимого рыбному хозяйству водоисточника от функционирования водозабора. Методами вариационного исчисления получено аналитическое решение для эксплуатационного варианта конкретизации задачи комплексной оптимизации забора воды.

6. Предложена методика описания компоновочно-конструктивного решения водозабора функцией рыбоохранного качества. Разработан критерий и имитационная модель сравнения вариантов водозаборов с РЗУ, реализованная в виде программного продукта для ПЭВМ типа IBM PC.

Для многосекционных РЗУ, оснащаемых плоской сеткой с рыбоот-водом. разработана математическая модель и алгоритм оптимизации количества секций.

Предложены конструкции промывного устройства для РЗУ этого типа, позволяющие повысить эффективность и надежность их работы.

7. Оценка инвестиционных проектов водозабора с РЗУ в современных рыночных условиях должна учитывать динамичность и стохаст ическую неустойчивость экономических показателей, а также разновременность и распределение по годам затрат и отдачи ог инвестиций. Па основе применения экономико-математических методов разработана методика выбора экономически обоснованного варианта водозабора с РЗУ.

8. Оптимизацию мощности оросительной системы и, в частности, производительности головного водозабора и пропускной способности магистрального каната предлагается определять на основе приведенных расчетных затрат на строительство оросительной системы, ее эксплуатацию и затрат на компенсацию ущерба от недополучения сельскохозяйственной продукции в засушливые годы, а также ущерба, наносимого ихтиофауне водоисточника. На базе соответствующего критерия предложена методика обоснования расчетного расхода магистрального капала.

9. Научно обосновано применение в водозаборном комплексе регулирующих бассейнов (водоемов), реализующих экологические способы рыбо-зашиты. Разработана методика расчета полезной емкости водоемов и режимов эксплуатации при суточном, декадном (месячном) и смешанном регулировании с целыо снижения или полного прекращения водоотбора в периоды массового ската молоди рыб и в сумеречно-ночное время.

10. Решена задача оптимизации системных планов водопользования с учетом рыбоохрапного фактора. Оптимизация выполняется пуюм последовательного улучшения с позиций рыбоохраны плана забора воды в оро-

сительную систему на основе имитационной модели анализа возможного плана и его последующей корректировки в допустимых пределах с точки зрения режимов орошения и эксплуатации мелиоративной системы.

11. Разработаны рекомендации по технико-экономическому обоснованию компоновочно-конструктивных решений водозаборного комплекса с РЗУ. основанные на применении имитационного моделирования и автоматизированных банков данных типовых проектных решений, нормативных документов, авторских свидетельств и патентов, а также ихтиологических показателей водоисточника.

12. Созданное математическое, информационное и программное обеспечение является основой автоматизированных рабочих мест инженера-мелиоратора проектной организации (АРМ-МП) и инженера-мелиоратора управления оросительных систем (АРМ-МЭ).

Разработанные рекомендации, методики, информационное и программное обеспечение апробировано и внедрено в производство в проектных институтах и в организациях, занимающихся рыбоводно-биологическим обоснованием и экспертизой проектов оросительных систем, а также в эксплуатационных организациях по мелиорации и водному хозяйству.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНЫ В 51 РАБОТЕ АВТОРА, в том числе:

1. Шкура В.Н., Иванов П.В. Рекомендации по оценке неравномерности работы рыбопропускных сооружений. - Новочеркасск. 1980. - 29 с.

2. Иванов П.В.Минкин Ю.В. Определение основных параметров процесса накопления рыб в камере рыбозащитного устройства //Рыбозащитные устройства на водозаборных сооружениях: Сб. научн. ст. /ЮжНИИГиМ. - Новочеркасск, 1981. - С.55-58.

3. Иванов Л.В., Шкура В.Н. Надежность работы рыбопропускных сооружений //Внедрение НИР в водное хозяйство: Тез. докл. - Ташкент. 1981. -С.208-210.

4. Иванов П.В. Экономико-математическое обоснование выбора расчетной обеспеченности рыбных потоков // Исследования рыбопропускных и ры-бозащитных сооружений: Тез. докл. обл. конф. молодых ученых. - Новочеркасск, 1982.-С. 11-13.

5. Иванов П.В., Шкура В.Н. Определение количества и размеров рыбопропускных сооружений речных гидроузлов //Экспресс-информация (ЦБНТИ Минводхоза СССР). 1982. - Сер.1, вып.8. С.16-20.

6. Иванов П.В. Оценка качества создания благоприятных гидравлических условий для пропуска рыб // Гидротехнические сооружения и русловая гидротехника: Сб.-Новочеркасск, 1983. -С.135-143.

7. Иванов П.В., Пурас Г.Н., Волошков В.М. Натурные гидравлико-биологические исследования рыбозашитного устройства Азовского магистрального канала //Сооружения рыбозащитных и рыбопропускных комплексов : Сб.- Новочеркасск, 1987. -С. 109-116.

8. 1372004 СССР, МКИ Е 02 В8/08. Устройство для промывки сетчатого полотна /Иванов П.В., Фоменко В.А., и др.; Заяв. 23.06.86; Опубл. 07.02.88, Бюл. N 5.

9. Пурас Г.Н., Иванов П.В. Технико-экономический подход к расчету количества камер многосекционного сетчатого рыбозащитного сооружения; Новочерк. инж.-мел. ин-т. - Новочеркасск, 1987. - 13 с. - Деп. в ЦНИИТЭИРХ. Депонированные научные работы. М. 1987. N11.(193): Библ. указ. ВИНИТИ N 865/рх,- С. 143.

10.Иванов П.В. Основы построения математического обеспечения информационной системы водозаборов; Новочерк. инж.-мел. ин-т. -Новочеркасск, 1988. - 16 с. - Деп. в ВИНИТИ 15.03.88. N 1983-В88.

1 \ .Иванов П.В. Методологические основы организации хранения и поиска данных в автоматизированных информационных системах по рыбоза-щитным устройствам // Рыбозащитные сооружения и устройства : Сб.-Новочеркасск, 1989.-С.113-117.

12.Иванов П.В., Михеев П.А. Создание и функционирование прототипа автоматизированного банка данных водозаборов Азовского бассейна //Повышение эффективности использования водных ресурсов в с/х.: Тез. конф. - Новочеркасск, 1989,-С.200-202.

13.Иванов П.В. Формирование автоматизированной базы данных типовых решений рыбозащитных устройств // Повышение эффективности использования водных ресурсов : Тез. конф. - Новочеркасск, 1989,- С.202-203.

14.Иванов П.В. Регулирующие сооружения. //Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям: Учеб. пособие для студентов вузов по спец. "Гидромелиорация". / Под ред. B.C. Лапшенкова. -М. : Агропромиздат, 1989. - С.48-82.

15.Иванов П.В. Плотины из грунтовых материалов //Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям: Учеб. пособие для

студентов вузов по спец. "Гидромелиорация". /Под ред. В.С. Лапшенко-ва - М ' Агропромиздат, 1989. - С. 104-152.

16 Кардаш В А., Иванов П.В. Об эколого-экономической оптимизации эксплуатации водозаборных сооружений //Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами: Тез. конф. -

Новочеркасск" 1990.- С.38-40.

17 Иванов П.В. Учет рыбоохранного фактора при планировании системного водораспределения // Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами :Тез. конф. - Новочеркасск, 1990,- С.34.

18 АС 1604908 СССР Е02В8/08. Устройство для промывки сетного полотна / Иванов П.В., Чистяков А.А. и др.; Заяв. 14.06.90; Опубл.

07.11.90, Бюл. N41.

19 Иванов И В., Дьяченко В.Б. Автоматизированные банки данных для создания эффективных рыбозащитных устройств водозаборов //Экономика. Экология. Право. Концепции и модели: Сб. - Новочеркасск, 1992. -С.92-97.

20 Иванов П.В., Костылев В.И.. Стрельцова Н.Б. Анализ режимов эксплуатации водозаборов Азовского бассейна с использованием автоматизированной информационной системы // Экономика. Экология. Право. Концепции и модели: Сб. - Новочеркасск, 1992. - С.112-117.

21 Иванов П.В., Дьяченко В.Б. Эколого-экономические аспекты при проектировании' речных мелиоративных систем: Тез. конф. 20-21 мая

1992 г - Новочеркасск, 1992. - С.79-80.

22 Иванов П.В., Костылев В.И. Вопросы рыбоохраны при эксплуатации водозабора Багаевской оросительной системы: Тез. конф. 20-21 мая 1992 г. - Новочеркасск, 1992. - С.81.

21.Кардаш В.А., Иванов П.В. Модель экономической оптимизации параметров и режимов функционирования водохозяйственных систем < учетом рыбоохраны//Водные ресурсы,- 1992. N1. -С.142-149. 2А.Иванов П.В.. Дьяченко В.Б. Эколого-экономическое обоснование компо новочно-конструктивных решений речных водозаборов // Биологически-ресурсы Каспийского моря: Тез.докл. 1-ой междунар. конф. - Астрахань 1992.- С.107-109.

25.Иванов П.В., Дьяченко В.Б. Учет надежности рыбозащитных устроист при вариантном проектировании речных водозаборов // Проблемы мелис рашш и экономики Юга России: Тез. конф. - Новочеркасск, 1993.- С. 132.

26 Иванов П.В. Обобщенная модель эколого-экономической оптимизаци забора воды в водохозяйственные системы //Актуальные вопросы вод1 х-ва и мелиорации : Сб. - Новочеркасск, 1994,-С.55-58.

27 Дьяченко В Б, Иванов П.В. Технология автоматизированного выбо{ оптимального варианта рыбозашиты в составе водозабора // Проблем ирригации в Ростовской обл.: Тез. докл. - Новочеркасск, 1995,- С.75-76

28.Костылев В.П., Иванов П.В. Рекомендации по оптимизации работы мелиоративных водозаборов с учетом рыбоохранного фактора // Проблемы ирригации в Ростовской обл.: Тез. докл. - Новочеркасск, 1995,- С.85.

29.Иванов П.В., Костылев В.II., Воличева Г.С., Косиченко М.Ю. Оптимизация режима эксплуатации водозабора на основе имитационной модели ската молоди рыб // Проблемы ирригации в Ростовской обл.: Тез. докл. - Новочеркасск, 1995.- С.86-87.

30.Иванов П.В., Костылев В.И. Рыбохозяйственная оценка плана забора воды на орошение на основе имитационной модели ската молоди рыб в водоисточнике // Экологические аспекты эксплуатации гидромелиор. систем и использование орошаемых земель : Сб. - Ч. 1.- Новочеркасск,

1996.- С.47-51.

31 .Кардаш В.А., Иванов П.В. Экономическая оценка и выбор инвестиционных проектов рыбозащитных устройств // Мелиорация и водное хозяйство. - 1997,-№5. - С. 57-59.

32.Иванов П.В. Применение регулирующих бассейнов при водозаборах из рыбохозяйственно важных водотоков //Управление устойчивым водопользованием: Матер, всероссийской конф. - Екатеринбург, 1997. - С. 8586.

33.Иванов П.В., Пурас Г.И. Эксплуатационная надежность рыбозащитных устройств мелиоративных водозаборов // Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: Тр./Акад. Водохоз. наук РФ/ НГМА / Отв. ред. Шкура В.Н., Михеев П.А. - Новочеркасск, 1997. - Вып. 1. - С.15-21.

34.Иванов П.В., Кардаш В.А. Методика экономического обоснования выбора инвестиционного проекта рыбозащитного устройства // Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: Тр./Акад. Водохоз. наук РФ/ НГМА / Отв. ред. Шкура В.Н., Михеев П.А. - Новочеркасск, 1997. - Вып. 1. - С.43-51.

35.Иванов П.В. Эколого-экоиомическое обоснование водозаборов оросительных систем. - Новочеркасск : Изд. Новочерк. гос. мелиор. акад.,

1997,- 158 с.

Подписано в печать 26.05.98 г.

Тираж 100 экз.

Заказ 94

Типография НГМА г.Новочеркасск, ул. Пушкинская, 1I1

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора технических наук, Иванов, Павел Вадимович, Новочеркасск

,. : л с е з идкум ВАК Р о : „

п (решение от" " 19.Ц г., № 4// '/

присудил згченую степень ДС' ( 1 _

;! _______________,

¡1 Не ' , , -

V/ / Г /1 , п , ' / и / /

№ - - / - "V

НОВОЧЕРКАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕЛИОРАТИВНАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ИВАНОВ Павел Вадимович

ОПТИМИЗАЦИЯ МЕЛИОРАТИВНОГО ВОДОЗАБОРА ИЗ РЫБОХОЗЯЙСТВЕНИО ЗНАЧИМЫХ ВОДОИСТОЧНИКОВ

06.01.02 - Сельскохозяйственная

мелиорация 05.23.07 - Гидротехническое и мелиоративное строительство

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Новочеркасск -1997

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................6

1. РЫБООХРАННАЯ ОЦЕНКА СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕЛИОРАТИВ НЫХ ВОДОЗАБОРОВ ЮГА РОССИИ..................12

1.1. Создание автоматизированного банка данных по водозаборам страны......................................................................................14

1.2. Анализ основных характеристик водозаборов бассейна Азовского моря.................................................................................16

1.3. Анализ компоновочно-конструктивных решений водозаборов......................................................................................................21

1.4. Оценка динамики миграции рыб в бассейне Азовского моря......31

1.5. Принципы и экологические способы защиты рыб от попадания в водозабор.............................................................................52

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ И ПОСТАНОВКА ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ........55

2. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫХ ВОДОЗАБОРОВ .................................................................................................58

2.1. Методические основы проведения исследований.........................58

2.2. Результаты гидравлико-биологических исследований................59

2.3. Динамика попадания молоди рыб в водозаборы..........................72

2.4. Эксплуатационная надежность РЗУ водозаборов.....................79

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ ................................................................................86

3. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕЛИОРАТИВНЫХ ВОДОЗАБОРОВ .......................88

3.1. Основы оптимизации функционирования водохозяйственного комплекса "Орошаемое земледелие - рыбное хозяйство" .....................................................................................................91

3.2. Моделирование величины ущерба рыбному хозяйству от функционирования водозабора...........:..........................................97

3.3. Обзор существующих моделей определения эффекта от орошения .......................................................................................100

3.4. Модель оптимизации забора воды на этапе проектирования оросительной системы........................................................112

3.5. Модель оптимизации режима забора воды на этапе эксплуатации оросительной системы...........................................114

3.6. Особенности оценки в моделях экономических показателей

в рыночных условиях....................................................................119

3.7. Оценка вариантов инвестиционных проектов РЗУ водозаборов ...............................................................................................123

3.8. Модель оптимизации количества секций многосекционного водозабора......................................................................................129

3.9. Модель функционирования регулирующего бассейна................133

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ ..............................................................................138

4. НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ .......................................141

4.1. Обоснование расчетного расхода магистрального канала......142

4.2. Методика описания компоновочно-конструктивного решения водозабора функцией качества.......................................149

4.3. Обоснование показателей надежности работы водозабора

и РЗУ..............................................................................................154

4.4. Критерий и имитационная модель сравнения компоновочно-конструктивных вариантов .................................................160

4.5. Проверка адекватности модели..................................................173

4.6. Реализация имитационной модели для условий водозабора Донского магистрального канала................... .............................176

4.7. Выбор экономически обоснованного варианта .........................182

4.8. Обоснование проектах оросительных систем параметров регулирующих бассейнов.............................................................185

4.9. Методика расчета емкости регулирующих бассейнов.............193

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ ..............................................................................203

5. ИМИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ С УЧЕТОМ КРИТЕРИЕВ РЫБООХРАНЫ..................................................................................................208

5.1. Вероятностный подход к моделированию забора воды из источника орошения ...................................................................208

5.2. Структура имитационной модели для планирования забора воды ...........................................................................................211

5.3. Реализация имитационной модели на ЭВМ..............................215

5.4. Рекомендации по оптимизации планирования водозаборов..222

5.5. Оптимизация плана забора воды в Нижне-Манычскую оросительную систему.......................................................................225

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ ..............................................................................230

6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ РЫБООХРАНЫ.....................................................................................232

6.1. Рекомендации по технико-экономическому обоснованию компоновочно-конструктивных решений водозаборов и РЗУ.................................................................................................232

6.2. Внедрение в проект водозабора Петровско-Анастасиевской оросительной системы ...............................................................238

6.3. Использование рекомендуемой технологии при выборе вариантов водозабора и РЗУ...........................................................243

6.4. Методические основы расчета полезной емкости и режимов эксплуатации регулирующих бассейнов оросительных систем .........„................................................................................249

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .........................................................................................257

ЛИТЕРАТУРА ...........................................................................................261

ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................280

Г'г

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Водоотбор из внутренних водоемов для нужд ирригации, составляющий в среднем по России 7,8 тыс. м3 воды на 1 га орошаемых земель и более 40 % от всего водопотребления, оказывает не только местное, но и глобальное влияние на состояние водоемов и водотоков. В частности, вместе с оросительной водой из водоисточников изымается молодь рыб, которая в последующем гибнет на полях орошения, в агрегатах насосных станций и т.п.

тыс.м /с, что превышает 75 % от производительности всех водозаборов этого бассейна. При этом по данным АзНИИРХ только на водозаборах Дона ежегодно погибает более 5 млрд. шт. молоди рыб, чем наносится не только экономический, но и экологический ущерб. В связи • с этим крупная научно-техническая проблема проектирования и эксплуатации мелиоративных водозаборов из рыбохозяйственно значимых водоисточников имеет особую актуальность. Предотвратить или существенно смягчить негативное воздействие водоотбора для целей орошения можно при соответствующем научно-обоснованном эколого-экономическом подходе к разработке водозаборных комплексов гидромелиоративных систем.

Традиционный подход к планированию забора воды на орошение не акцентировал влияние на сопоставление интересов орошаемого земледелия и рыбного хозяйства водоисточника. Функционирование мелиоративной системы основывалось на обеспечении требуемых режимов орошения, а рыбо-охранные вопросы решались гидротехническими методами путем создания рыбозащитных устройств и сооружений. По нашему мнению органическая

взаимосвязь мелиоративной и гидротехнической составляющей должна базироваться на эколого-экономической оптимизации применяемых проектных и эксплуатационных решений по водозаборам и другим водорегулирующим элементам мелиоративной системы.

Работа выполнялась в рамках важнейшей государственной проблемы 0.85.01 (задание 0.01.06) и в соответствии с "Республиканской (федеральной) целевой научно-технической программой на 1992-1995 гг." (3.11/37.0 "Разработать новые высокоэффективные технологии и конструктивные решения по сохранению рыбных запасов в источниках орошения").

Объектом исследований являлись водозаборы мелиоративных систем функционирующие в комплексе с внутрисистемными регулирующими водоемами и головными водопроводящими элементами. В диссертации рассмотрена и проанализирована работа водозаборов из различных водоисточников в пределах бассейна Азовского моря (рр. Дон, Кубань, Миус и др.) и, в частности, водозаборов Донского и Азовского магистральных каналов, Ниж-не-Манычской, Миусской, Федоровской и Петровско-Анастасиевской оросительных систем.

В соответствии с целью основными задачами являются:

— разработка теоретических основ эколого-экономической оптимизации проектных решений и режимов эксплуатации водозаборных и водоакку-мулирующих сооружений оросительных систем;

— разработка методов обоснования параметров водозаборных и водорегулирующих элементов оросительных систем, в том числе водозаборов с

»г

рыбозащитными устройствами и регулирующих бассейнов;

Методология исследований базируется на использовании системного подхода, экономико-математических методов, имитационного моделирования на персональных ЭВМ, экономических оценок инвестиционных проектов в современных рыночных условиях, теории надежности технических систем, экспертных оценок, автоматизированных баз данных и методики натурных гидравлико-биологических исследований.

Автор защищает подход, методы и методики эколого-экономического обоснования принимаемых решений при проектировании и эксплуатации водозаборных и водоаккумулирующих элементов мелиоративных систем и, в частности:

— систему аналитических и имитационных моделей для оптимизации параметров и режимов эксплуатации водозаборов и бассейнов суточного декадного и месячного регулирования;

— компоновочно-конструктивного решения и параметров водозаборных сооружений;

— типа и параметров рыбозащитных устройств;

— расчетного расхода магистральных каналов;

— расчетной полезной емкости и режима эксплуатации регулирующих бассейнов оросительных систем;

— плана забора воды в оросительные системы.

— гидравлические и гидрологические условия в зоне водоотбора из источника орошения;

— закономерности суточной динамики попадания молоди рыб в обследованные мелиоративные водозаборы;

— показатели надежности работы рыбозащитных сооружений мелиоративных водозаборов.

Практическую значимость диссертационного исследования составляют:

— рекомендации по технико-экономическому обоснованию проектных решений и режимов эксплуатации мелиоративных водозаборов, магистральных каналов и регулирующих бассейнов оросительных систем;

— автоматизированные банки данных по 13 тысячам существующих водозаборов страны, а также по типовым и индивидуальным проектным решениям рыбозащитных устройств;

— конструктивное решение промывного устройства для сетчатых РЗУ;

Реализация работы. Практические рекомендации по проектированию, автоматизированные базы данных и программное обеспечение внедрено в производство в проектных институтах и в организациях, занимаю-

щихся рыбоводно-биологическим обоснованием и экспертизой проектов: ин-

статутах Кубаньгипроводхоз, Южгипроводхоз, Центральном управлении ры-бохозяйственной экспертизы и нормативов по охране и воспроизводству рыбных запасов Роскомрыболовства, АО "Институт Ростовский Водоканал проект", научно-производственном предприятии "Ростинжстрой", Каспийском НИИ рыбного хозяйства.

Результаты работы внедрены в проект водозабора Петровско-Анастасиевской оросительной системы в составе Тиховского гидроузла на р. Кубань, а также проекты реконструкции 2-ой очереди водозабора Уфимского нефтеперерабатывающего завода и объекта "Волжский автомобильный завод, водозаборные сооружения на Куйбышевском водохранилище".

"Состояние контроля за выполнением эффективных рыбозащитных меро-

приятии при эксплуатации водозаборов" (Москва, 1991), Первой междуна-

родной конференции "Биологические ресурсы Каспийского моря" (Астрахань, 1992), Региональной научно-технической конференции "Проблемы мелиорации и экономики юга России" (Новочеркасск, 1993), Областной научно-технической конференции "Проблемы ирригации в Ростовской области" (Новочеркасск, 1995), Всероссийской научно-практической конференции "Эколого-экономические аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использование орошаемых земель" (Новочеркасск, 1995), на заседании Научного совета РАН "Водные ресурсы России, их качество, комплексное использование и охрана" (Москва, 1995), на Всероссийской научно-практической конференции (Новочеркасск, 1996), конференции северокавказского филиала МАЭП "Экология и природопользование в Ростовской области" (Новочеркасск, 1996) и на Всероссийской научно-практической конференции "Управление устойчивым водопользованием" (Москва, 1997), а также на научно-технических конференциях НИМИ, ЮжНИИГиМа (НПО "ЮгМелиорация") и ЮжГИПроВодХоза (Новочеркасск, 1980-1992).

Публикации. По результатам выполненных диссертационных исследований опубликована 51 работа, в том числе монография "Эколого-экономическое обоснование водозаборов оросительных систем".

Работа выполнялась в отраслевой лаборатории технического обоснования проектов рыбопропускных и рыбозащитных комплексов НГМА, руководимой проф. Шкурой В.Н. и проф. Михеевым П.А. Обоснование и постановка проблемы, формирование научной идеи и задач исследований, а также методологического подхода к их реализации, теоретические и экспериментальные обоснования, анализ и формировка результирующих научных положений осуществлены лично автором. Научные консультации по отдельным экономическим вопросам осуществлял д.э.н., проф. Кардаш В.А. Конкретные задачи экспериментальных исследований решались при участии аспирантов Дьяченко В.Б. и Костылева В.И., которые под научным руководством автора защитили кандидатские диссертации. В создании базы данных по водозаборам страны принимали участие сотрудники отраслевой лаборатории ТОПР и РК НГМА.

1. РЫБООХРАННАЯ ОЦЕНКА СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕЛИОРАТИВНЫХ ВОДОЗАБОРОВ ЮГА РОССИИ

На рыбохозяйственных водоемах России �

Информация о работе

Иванов, Павел Вадимович
доктора технических наук
Новочеркасск, 1997
ВАК 06.01.02

Диссертация

Оптимизация мелиоративного водозабора из рыбохозяйственно значимых водоисточников - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы