Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оптимизация управления водным режимом сельскохозяйственных полей в условиях Туниса

ВАК РФ 06.01.14, Агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация управления водным режимом сельскохозяйственных полей в условиях Туниса"

тг<:|нн:кля АКАДЕМИИ СЕЛЬГКОХОЗЯЙС'ГиЫШЫХ НАУК ОРДЫ1ПА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 'ЗНАМЕНИ

А1 ГОФ11 ШЧНСКИП ПлН"ШО ПССЛНЛОКАТМПЬСКНЙ ИНСТИТУТ

Па правах рукописи

УДК 531.432+519.863+681.142

С'УФ ЭЛЬ-ЖИЛ РИДА БЕН ХЕМАЙЕС

»ММ ИМНЧАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОДНЫМ РЕЖИМОМ <'!::.](Ь(;'КОХОЗ>1ЙСТВ1:11П!Ь1Х полгП И УСЛЮНИЯХ

'ГУН ИГЛ

Сиеьиальни, н,:()(>,01.14 ш ¡юфичока

Л В ТОРЕ ФЕ РАТ

;шссертаиии на соискание учении аеиенн кнтилача к'.чии'юекнх наук

<Лшг; ¡'-I [с,"с|)йур)

|'19(\

Г.чГ)ОТ«ч ('¡ыподнена и Лг'1»о1й:и1Ч«>«:ксч4 научно исследовательском институте Российской Академии сельпсохозяйственнш: наук

Научный руководитель: доктор -^и^нко-на"-«) 1атимоикни

Официальные опночеитн: доктор технических наук Нахале» п л

кандидат технических наук цинрис л. к

Ведущая организация - северо -Западный Филиал Российского

научно исследовательского института ьо/шого хозяйства (РосНШШ.

Зашита диссерташш состоится "/1" >996 г.

п /X час. на заседании социализированного совета Д. 020.21.01. при Агрофизическом иаучно-исглодопа-тельском ипституто по адресу: 195220, г. С.-Петербург. Гражданский пр. . 14

С диссертацией иохио ознакомиться в библиотеке Агрофизического научио-исследоиатедьского института

-Автореферат разослан _________ '996 года.

Ученый секретарь

няук. профессор УЛСЛЛОСК'лИ и. г.

ДОКТОР СОЛК'КОКОЗЧЙСТРРШШК Н.П1С

ЯКУШЕВ В. И.

доктор биологических наук

специализированного совета,

- 3 -

ОБЕАЯ.ХАРАКТЕРИСТИКА *РЛБОТЦ Актуальность темы. Разработка методов оптимизации управл-

ения динамцкой потребления воды предполагает учет климатических условии , почвенных показателей .а также характеристик посева . Позволяющих обеспечить получение заданного урожая при оптимальных затратах водных ресурсов и высоко*» эффективности их использования. Наиболее точно решить проблему использования водных ресурсов возможно с использованием нетодов математического моделирования и теория однонаправленного управления . развитой совсем недавно в Агрофизическом институте ,

Это особенно важно для Туниса . где в последние годы отмечается большой дефицит воды и уменьшение рлагозапасов в грунтовых водах , что связано с нерегулярным выпадением осадков и необходимостью использования водных ресурсов не только в сельском хозяйстве . но и в других хозяйственных отраслях страны .

При этом весьма актуальным представлялось построение таких моделей и проведение таких экспериментальных исследований, которые устанавливают новые связи и учитывают Факторы' . имевшие большое значение при моделировании процессов продуктивности н Формирования урожая сельскохозяйственных культур.

Цель и задачи исследований. Дкссертзщощац работа выполнена для решения следующих научных и практических задач ,

1. Создание алгоритмического решения задачи оптимального управления сроками и нормами поливов на сельскохозяйственном поле.

г. идентификация модели движения водного потока по данный конкретного режима орошения.

3. Построение комплекса упрошенных линейных моделей динамики влагозапаса после линеаризации идентифицированной модели методом минимальной реализации.

4. Сведение задачи оптимального /правления сроками и нор-маки поливов к задаче линейного программирования.

5. Программная реализация разработанных алгоритмов.

6. Создание банка информационных данных и средств идентификации гидрофизических характеристик почвы для обеспечений эффективного расчета динамики почвенной влаги и последующего использования при управлении сроками и нормами поливов на сельскохозяйственном поле.

Научная новизна.

1 . Обоснованы и построены математические линеаризованные модели динамики почвенной влаги .

2 . Впервые с использованием теории однонаправленного положительного управления разработаны модели и численно-аналитические методы решения задачи оптимального управления сроками и нормами поливов сельскохозяйственного поля .

3. предложены математические решения , численно-аналитические методы , алгоритмическая и программная реализация этих моделей , обеспечивающие высокую эффективность их работы при расчетах :

- динамики почвенной влаги по водоудерживаниию и влагоп-роводности ;

- линеаризации модели динамики влагозапаса ;

- оперативного оптимального управления сроками и нормами поливов .

Практическая ценность работы. Практическая значимость

предлагаемой к рассмотрению .работы..определяется рядом факторов:

- внедрение способа расчета минимизации динамики расхода водных ресурсов и практическое использование разработанных моделей позволяют осуществлять.экономию водных Ресурсов при одновременном, поддержания устойчивых урожаев сельскохозяйствнных , культур . что очень важно для республики тунис , где постоянно имеют место нехватка , а зачастую и дефицит водных ресурсов ;

- результаты диссертационной .работы могут использоваться специалистами, исследовательских учреждений . проектных организаций , плановых органов . связанных с распределением водных ресурсов . крупными фермерскими хозяйствами . а также министерствами аграрный промышленности . сельского хозяйства и экологии ТУНИСА .

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на лабораторных семинарах . на секциях Ученого Совета Агрофизического научного-исследовательского института , на Международной конференции по моделированию процессов и систем в отраслях агропромышленного комплекса ( 21 -26 ноября 1993 года ) . а также на Всероссийской конференции с международным участием " никроклинат ландшафтов " ( 18 - 23 . сентября 1995 г . г. Санкт Петербург ) .

структура и обьем работы, диссертация состоит из введения. трех глав, выводов и рекомендаций. Список использованной литературы включает/// наименований . Содержание изложено на русском языке на страницах текста, иллюстрировано таблицами. рисунками.

- 6 -

Методика исследования. На наш взгляд, вопрос оптимального управления динамикой потребления воды является задачей однонаправленного управления. теория которого развита совсем недавно.

при разработке алгоритмов использовались методы математического моделирования, метод минимальной реализации, метод приближенных вычислений, а также аппарат математической статистики и линейного программирования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВО введении к диссертационной работе дано краткое•обоснование Постановки ее задач, целей, сформулирована актуальность задачи оперативного управления сроками и нормами поливов. Приведено описание применяющихся математических методов исследования. В качестве экспериментального материала использовались сто образцов почв Туниса.

На рис. 1 представлены концептуальная Функциональная схема исследований и этапй выполнения работы .

В главе I. состоящей из трех параграфов, сформулирована задача моделирования npouefca динамики почвенной влаги. Моделирование этого процесса является методом исследования, позволяющим компактно отобразить накопленную информацию о закономерностях движения влаги в почве. Динамика почвенной влаги описывается уравнением непрерывности водного потока в почве:

cl CU ) d d Р

---- - ( к t - - i ) ) - f ( к . t ) ; [ ' 1 ]

dit). d x d x

РИС-1 КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ США ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭТАПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РА60ТЫ.

свор I

■ О ПОЧ1___

( 166 П0Ч& I

¡[вмя-пршсса.

БЕННО)

шшо&шш

жтт

ОПТИМАЛЬНО? V

1ШЙ11»

ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

-«-

БАЗОВАЯ НОДКЛЬ ( 1 ) .

ХАЩЕРИСТИКИ

Кв.

1ос|Ра82тв1

МЕТКА

ИНАЯ

СРЕД

т

я эксши-

¡». КОРНИ,

ГРАНИЧИЛ

УСЛОВИЯ

^ЛИНКОВАННЫХ

ИНГ" М

ЦЕНА ПОЛИВА

¡У

$ЩЖСТЬ' »Шок

И2.

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО

УПРАВЛЕНИЯ

ОРОШАЕМАЯ ПЛОЙПДЬ

>полив

-стоимость

"?ГАВН|Ж

СУТОЧНЫЕ . НАРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОИЗВОЛНАЯ

РАЕЛЕНИ'

ВЛАГОЗАПАС -> НЕЛИНЕЙНЫЕ

Н4

ЛНОГО

ПРОИЗВОЛЬНЫЙ ПОЛИВ

где V - объемная влажность почвы;

Г - капиллярно-сорбционный потенциал; К - влаголроводность почвы; f(к,t) - Функция стока влаги в корневую систему;

t - время; к - направленная вертикально вниз пространственная координата.

в настоящее время не существует строгой физической теории, которая могла бы служить основой моделирования гидрофизических характеристик почвы. в связи с этим.в большинстве практических ситуаций поиск взаимосвязи между величинами капилляр-но-сорбиионного потенциала, коэффициента влагопроводности и влажности почвы сводится к построению функции, эппроксимирую-

I

шей экспериментальные данные. Поэтому возникает задача выбора моделей водоудерживания и влагопроводности почвы, которые являлись бы наилучшими по ряду значимых критериев, поскольку большинство задач почвенной гидрофизики решаются исключительно численными методами с применением компьютерной техники, то к числу основных критериев пригодности моделей гидрофизических Характеристик обычно относят:.

- степень совпадения результатов моделирования с экспериментальными данными;

- затраты машинных (компьютерных) ресурсов;

- дисбаланс массы вещества при расчете динамики почвенной влаги.

для решения уравнения <п на первом этапе задаются начальные и граничные условия . Верхнее граничное условие определяет япагообмен на Гранине почва-приземный воздух: d Р

U - - К ( ■■ — Р u.

d x s г

Е

- 9 -

испарение с поверхности почвы;

s

Р - доля осадков, достигавших поверхности почвы; г

и - интенсивность полива (см/сут.).

Нижнее граничное условие задается потенциалом почвенной влаги на глубине Н. В том случае, когда эта величина неизвестна. используется квазистаиионарное значение потенциала почвенной влаги:

lx=h.

h

Величина Р рассчитывается по Формуле:

ь .......

Р = л - н ь

где н - глубина залегания грунтовых вод. Учитывая нижнее граничное'условие Г г )

х

Г г )

имеем:

[ 3 J

Р ( х , о ) = Р - h h

здесь Pix, 0 ) - текущее значение потенциала на глубине х ( 0 < х < Н ) в начальный момент времени, следующим этапом решения является восстановление исходного распределения почвенной влаги по начальному влагозапасу

расчетной толши. Вычисляется влагоэапас 5 W ( tl ) , соот-

tl

ветствуший равновесному профилю V ( к , tl ) . следующим обра-

зом:

s wti ( tl )

n

' I"

•J n

ix. tl ) dx

где Ь - расстояние между границами расчетной толши почвы, поскольку рассматриваемая толша состоит из двух горизонтов: Ы

S WtJ tl ) :

Г w4»( w

Jo г 81

(t> г

(1)

P(X. tl )

Pexp< -k" ( in ' ) )") dx

hl+ha

f ( ^ Jhl

,2! , ,,<2>,,(?> 12t, F(x. til , ' ♦ ( W - V T екр(-а tln ——- ) ) Idx

3

p

где V - влажность почвы, соответствующая максимальной г гигроскопичности;

V - влажность насыщения почвы;

М- толокна пахотного горизонта;

ьг - толяина подпажотного горизонта;

Р(х.И) - равновесный профиль кашжлярно-сорбаиоиного потенциала почвенной влаги.

Как уже отмечалось выпе . особенности алгоритмической и программной реализаций модели динамики почвенной влаги определяются следующими гидрофизическими свойствами:

- водоудерхиваюаей способности) Р = ( У ) ;

- влагопроводностыо К = ( Р ) .

Нами создано программное обеспечение, сформированы банки моделей водоудерживаютей способности и влагопроводности. Осуществлена программная реализапия алгоритма расчета параметров модели ОГХ й влагопроводности по данный прямых измерений. Изложенные результаты показаны на графиках, приводимых ниже.

На рис. г приведен пример расчета моделей водоудерживаиия.

На рис. 3 приведен принер расчета моделей влагопроводности

- II -

Модели еоосуперкмванмя

Брукса-Каррм

Карри-Чена

Терлесва

Хаеерканп»

Фаррелй-Ларсоиа

Павловой-Калюжного

Виссера

Лачепского

данные иимитаципчннгп моделирования

4

а 2.5 3 3.5 4

- - рГ = 1.д<~Р>, <Р-аоя#1Ъ«1 потемциаи)

Рис.. г график модели волоудерживания

- 12 -Навели елагопровопности

20

Д 15

1 ! ' ! ! ! \ i • . ! 2 i i

I .......!............: i i

\ \ i i

Л í ! i

% .........|\.......:....... i i i ¡ •

IV • ! Ч, } i ! ! • • i

""""Г" ■ 1

/ ; j- i - ! "•-.i. , i.. , i i . . i

2.5 3 3.5 4

&F = LgC-P)» (Р-водный потенциал)

- Мичурина

........ Терлеева

г--- Вин да

--Гардеера

» данные

мммитационного моделирования

Рис. 3 график модели шыголpohoajjости

глава 2 содержит математическое описание упрошенной модели динамики влагозапаса. Базовая модель ( 1 ) , ( 2 ) , ( 3 ) позволяет оценивать профиль влажности расчетного слоя почвы при заданном начальном распределении влаги по вертикальному профилю и заданных грацичных условиях .

Прямое использование этой модели для целей оптимизации имеет ряд существенных недостатков. В первую очередь , следует отметить Ограниченную алгоритмическую эффективность методов решение задач оптмального управления нелинейныии уравнениями в частных производных .

В предлагаемом подходе базовая модель < ( ) . ( ? ] ,(3 ) является инструментом для построения упрощенны« линейных моделей динамики влагозапаса почвы .

Генерация моделей линейного приближения осуществляется конкретно гця каждаго набора гидрофизических характеристи почвы и каждого конкретного нижнего граничного условия . Тем самым достигается перекрытие диапазона работы модели неразрывности водного потока ,.

используемый нами алгоритм построения линейных моделей динамики влагозапаса носит название метода НИНИНАЛЬНОИ РЕАЛИЗАЦИИ и предполагает проведение предварительных компьютерных экспериментов с моделью ( 1 ). ( а ), ( 3 ).

Линейная аппроксимация уравнения динамики почвенной влаги ищется в виде;. • /'

гГ х!ч- 'А1Х! *в! иг ' Vе? Х1 4 а 1

1.1 ? 2 - т 2

I х. . = А,х. + в, А . V; ? с х - ( 4 ь ) 1+1 гг г г I г г

I

где X -п -мерный вектор состояния соответствующей модели; г 1

■ гЦ -

А - n » n Iii

- маттииз) p . С - i)

4 '1 » *

- вероры ( i=J.E ).

При ступенчатой изменении входа должно выполняться равенство: +

t-i

V -, РА в ( 1 м.г | t = 1,,.. н ) t 1 t

таким образом, метод минимальной реализации позволяет найти тройку матриц д, в. с наименьшей размерности, удовлетворявших (4а) и <ЧЪ), так ра|с компьютерная реализация алгоритма предполагает приближенные вычисления, то незначительное

изменение хотя бы одного элемента последовательности ; +

-, « t v i il'}

может привести к неоправданному росту порядка минимальной реализации. Поэтому в компьютерной программе , реализующей алгоритм минимальной реализации , с заданной последовательностью *

- ц

i V ) связывается последовательность вычисленных погрррнос-н

тей i е г . выбор уровня допустимых погрешностей дает опр-

X 1=1 __- '

еделенную свободу в задании порягрц упрошенной линейной додели ( 4 ) . Нами используется каноническая Форма вида:

А =

В = ( 1 С = I »

Я

О

о о

о2

зг

зз

34

о ! о )

О О о

А

i 5 >

О

r ■ г

Где А

0 0

» 0

0 1

- Р

го-1

"т-2

- Р.

1

Алгоритн построения линейного приближения нодели (1), (2).

(3) организован следующим образом;

- задается равновесный профиль влажности;

- верхнее граничное условие задается в виде единичной ступенчатой Функции;

- с аоношыо дискретного анализа уравнения неразрывности водного потока в почве (1) вычисляютя последовательности;

- методом минимальной реализации строятся модели (4а) и

Указанный подход делает возможным численное воспроизведение поведения нелинейной системы управления с помощью линейного приближения, которое с заданной степенью точности воспроизводит соотношение "вход-выход". Тот Факт, что получаемые линейные приближения системы управления имеют минимальную размерность, означает полную управляемость ^ полную наблюдаемость полученной линейной систены. с целью проверки достоверности ' результатов использования линейных моделей внесто исходной нелинейкой системы был проведен ряд компьютерных экспериментов, серия машинных экспериментов показала . что при изменении амплитуды входного воздействия в пределах от 1 до 30 сн/сут получаемые линейные модели не меняются при сохранении точности аппроксимации в пределах бг .

-16В глава 3. полнено точное решение задачи оптимизации управления сроками и нормамц поливов. Решение задачи осуществляется с помощью линейных моделей (1а) . (1Ы . один шаг счета которых соответствует шагу Т суток. Период полива определяется интервалом нт суток, - поливная норма при ю = о, 1. 2.....(11.

Постановка задачи требует, чтобы задача оптимального управления поливным режимом сводилась к минимизации затрат водных ресурсов при 'поддержании требуемого уровня влажности почвы.

Это выглядит:

Н - 1

^ Uj —---—:-> min , , ( 6 )

j = о

где а - цепа воды ö ионент времени, j

Описываются ограничения, при которых решается задача. На. нормы полипа накладывается естественные ограничения неотрицательности скорости цодачи воды :

и > О и - О, 1. 2.....H-1J ( 7 )

J /

Задаются начальный SV и конечный SW вдагозапас. а также абсол-о N

ютная величина потенциала завялания растений Р или влажность

• . ' ~р

завякания V. Кроме тог», 'задается уровень сродней транспирачии р

Е и испарения Е, предполагаемый для оптимизируемого периода

s ' ' '

вегетации. Определяется суммарный влагозапас

. «■ 1 г

- - S V 5 V > V * W = S V » С X I С X Ч « t t « 112 0

где - s W " влагозапас равновесного распределения влаги в поч-

~ - * : - -

• ее, если начальное содержание отлично от равновесного, то есть .<: v ли о «.

Терминальное распределение влаги должно обеспечивать наименьшую скорость высыхания почвы после прекращения полива, то 1

есть X тоже является собственным ректором А , отмечавшим

собстиеннын значениям rl , а X1 - собственным'вектором А. от* о | вечлюшим факсимильному собственному значению Н( . Таким

• образом X : а X .Добавляя сюда условия «а вадгозапас, имеем: N О

£

= л 10 +0

1 2

С X V д Ц - 8 Ы - С X ! ( В )

10 0 » 2 0

1 1

а С- К- а.И- ЗЫ-,- С X < 9 )

1 0 М « 2 О .. В течение периода.; Управления поливов требуется, чтобы

влажность почвы не опускалась Ниже влажности завяДания, то

есть! ■

3 И > Н

/ Р (10)

, Если последнее условие нарушается в процессе управления ,

то оптимальный режим на повет выть реализован.на практике: происходит падение транспирации, вызванное закрытием Устьиц завядающего растения . Поскольку закрытие устьиц ведёт к подавлению фотосинтеза и Снижении Урожая < то состояние завяд-ания несовместимо с оптипальнып режииои орошения • В этом случае условия на начальйый и конечный влагозапас , а также требуемый уровень транспирации оказываются несовместимыми - Для обеспечения оптимального управления решается систена (4а) .С

учетом (В) и (9) инеем!................................

М - 1 Н - 1

n-j-1 Cj «""J"1

"—Л - J-1 '--I П - J i.

r-J fl В U = Е T I—J А в. ♦

L_- 111 s L- 1 1

i - о............ ' 0 ------- .

iM • 1 ( 11 >

+ ( а — rl > X + 0

Разрешимость задачи, оптимального управления сроками и нормами поливов связана с задачей линейного программирования. Тот Факт 1 что изучаемая система имеет хотя бы одно решение, означает наличие опорного плана* используемого в симплекс-методе для построения оптимального решения-

Рассмотрим простейший случай совместимости системы <7>, (11) при EsrO (испарение).данное предположение означает, что испарением с поверхности почвы можно пренебречь по сравнения с транспирацией . Задача < 7) , <11> при Ед=0 , как известно

Таьаш I

РАСТЕТ СВПИЫНХО УПРАВЛЕНИЯ

Ы ПУШ УСЛОВИЯ зкспеимента тройная вариаэдя требуема? Епагозазас макет полив, поток относительная погрезность попадания стакость оггпсалького полива в йиакзр доллар огткшьей пол®

конпрсши руемш почв слой СИ равновесный касьпкнньй СМ

к от полюз ' 01

К ШЛА пробный ПСДИЕНОЙ ПОТОК СИЛЗТ си

SU l 5 43 42.52 52.1Т 5 . 128 69. OS С29П071 5... 0. ïï

S13 l 10 43 42.52 62. 17 10 0 S. 9 езезоз: 10... 1. 35

s21 2 5 '22 21.54 61.44 5 0 13.45 езэаоз! 3... 1.08

s23 2 10 26 21. 54 61.44 15 .299 874. 18 26-31 17... 12. 9

S31 3 5 43 42. 23 61. 33 5 0 14.74 30-31 3. ОТ ... 1 43

s33 3 10 33 £6.4 61.33 16 .937 Î446. 53 . 24-30 16 ... 1.6

S41 4 3 34 29.60 51.40 16 .957 £94.95 5 - б i?"75-

s43 4 5 45 44.08 •61.68 5 .914 81.83 29 - 31 5...' .77

S51 5 Т 45 . 42.87 61.81 6 • .98 106. 47 29 - 31 J. 76... 1.9

S53 5. 5 45 42.67 61.81 6 .92 103. 85 29 - 31 ?:$»•• ••

SÖI 6 5 45 42.26 61.68 7 .964 112.48 30 - 31

Я63 ft - 5 à?, щ М:М Р. Ht« ÎÛ _ 31 6V; а. аз

Таблица II

ПРОВЕРКА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАСЧЕТ ПРОФИЛЕЙ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ

оптимальной am™ среднее значение среднеквадратическое относительная суммарный

нелинейная модель линеиная модель отклонение погрешность . объем

почв, влага, см поч. вл. + лужа, см поч. вл. »луха , см */ полива, см

S11 3:» 42. ВЦ 42. 811 42. 814 .010 . . 009 25. 09

S13 43. 347 43. 347 43. 374 . 057 .061 70. 341

S21 21.546 21.546 21. 546 .006 . 003 1. 039

S23 гг. 150 22. 150 22. 186 .105 . 170 67. 915

S31 42.235 42. 350 42. 236 .012 . 002 1.134

s33 27. 655 27. 655 27. 854 .431 . 720 , 111.272

s41 29. 881 29. 861 29. 877 .024 . 019 22. 686

s43 44.140 44.140 44. 140 . 03. . 001 6. ?9

s51 42. 753 42. 753 42. 754 . 004 . 001 3. 19

S53 42.751' 42.751 • 42.751 .004 . 002 7. 989 ■

S61 42. 364 42. 364 42. 365 .006 . 002 8.652

S63 42. ЗТО 42. 370 42. 396 . 131 . 061 8. 560 .

• .. - 20 -

( Заславский С. Г. 1991 ). имеет решение, если ситена С1а) положительно управляема. Условие положительной управляемости имеет вил:

п-1

( i ) ranK 1В , Л В.....Л 01= п

ill 11 1 Условия положительной управляемости накладывают ограничение па

продолжительность управления Н .

Определяется собственный вектор натрипы Л отвечающий rl

1 > собственному значению ; после этого определяется базисный

план :

( а - ЛК . Х< = 1 » о 1~

Н - 1

ц

X и

а ■ л = О

где Н - минимальное число шагов увранления за которое данная задача разрешена.

Построен и. программно реализован алгоритм расчета онтнального управления сроками и нормами поливов сельскохозяйственного ноля ( таблица с расчетами и графики приводятся ниже ). В таб. 1 преведены примеры расчета оптималпого управления В таб. 2-^ПРевсдсны примеры проверка оптимального управления, расчет проФелей влажности почвы . На рис. 4 представлен график оптимального управления На рис. 5 представд£и,«>афик проверка линейной модели с оптимальным управлением .

На рис.6 представлен график проверка линейной модели с заданными условиями эксперимента ,

to-

lo ?!o

Jlpfwíi <очт)

■----- ilMTttHJÍnbtmp ijni'apiU'NH"

,40

-1 '10

гиг. i гр.тИк («гениального упраплоиия .

i 22 5 20

S

10

-,-T^-rY-r-

ЙРРМЛ <сут)

■Jo

*п <to

ïlOflM»

Нелинейная маднмь ;. почленная ППЛ'Л Нплимрянди коярпь ; почхтнмди глагн ♦ пчжп ■ НЧДН1П. : ♦ п')*л

Г'ИС. 5 ГРАФИК пииосцюк НОЛС'ЛИ с оитим.мышм

управлением .

х 5

• о

яз

/

22

УП

I ■1 1.)'

о

\ \

\

10

20

поюк (и,цм и поч1нч

ао

Н*?ПМНГ»1>НЧП ИОДМПЬ: ГШЧ»*»ННчи 1»ЛЛГП

М*»лммгч*м»г» МГЩМПЬ ! ППЧПРМН&П влагй ♦ ЛУЖА 'И* г >:• '1 г":" " '">-} г.-» * пуха

Рис, 6 график проверка лилейной модели С заданными усло.ниммй- •лкснеримента ."

21

- 24 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В работе представлено алгоритмическое решение задачи оптимального управления сроками и нормами поливов на сельскохозяйственной поде. Предложенное решение предусматривает три последовательных этапа действий.

Первый этап состоит в идентификации моделей движения водного потока по данным конкретного режима орошения. Созданы банк информационных данных и средства идентификации гидрофизических характеристик почвы , обеспечивавшие высокоэффективный расчет динамики почвенной влаги.

Второй этап заключается в линеаризации идентифицированной модели методом минимальной реализации и построении комплекса /прошеных линейных моделей динамики влагоэанаса . Создан и программно реализован алгоритм расчета линеаризованных моделей полива и транспирапии .

Осуществлялся выбор размерности модели по отклонен» и ошибке и матриц4А-, В . С и собственного значения матгипы А.

Третий этап состоит в сведении задачи оптимального управления сроками и норнани поливов к задаче линейного программирования и. ее.решеиия-г-

ВЫВОДИ

1. Созданы линейные модели . используемые при решении оптимизационных задач методом линейного программирования .

2. Построен и программно реализован алгоритм расчета оп -тиналыюго Управления сроками и норнани поливой на сельскохо зяйствпнном поле .

Проведены модельные эксперименты . реализуемые на ЭВМ, позволяемо решать алдачи исследования теории однонаправленио го ( положительного ) управления , положенной в основу решения

конкретной задачи оптимального управления сроками и нормами поливов на сельскохозяйственном поле

4. Осуществлены серии расчетов оптимального управления нормами и сроками полива и оценена их стоимость при различных погодных реализациях .

5. выполнен расчет профилей влажности при оптимальном поливе и средних погодных условиях и проведено сравнение поведен ия системы линейных и нелинейных моделей , осуществлена оценка их отклонения , определены среднеквадратическое отклонение , относительная погрешность и суммарный объем полива .

6. Проведены расчеты влагозапаса почвы , транспирации и повеления систены линейных и нелинейных моделей при суточных или произвольных погодных условиях . дана соответствующая опенка относительной погрешности и среднеквадратического отклонения .

7. Разработанные в диссертационный работе нето/ш управде нии водным режимом сельскохозяйственных полей являются эффективный инструментом и средством подготовки инженерно-экономического обоснования при планировании агромелиоративных

и экологических мероприятий .

По теме диссертации опубликованы следующие работа:

1 Заславский П. Г ., СуФ Эль-жил Рида, оптимизация опе-р.гпишого управления годным режимом сельскохозяйствен!« полей / ЛФИ. С. I!. 1993. -'гч с.

2 Заславский В. Г. . СуФ Пль хил Гил;]. Тезисы доклада по теме диссертации im Международной конференции по моделированию процессов и систрм в отрделчх ЛПК ( .11 - 26 ноября 1993 года ) г. Санкт Петербург, с. Z3 .

3 Заславский Б. Г.. СуФ Эль хил Рида . Оперативное управление водным режимом сельскохозяйственных попе» в услониях ТУНИСА / Теэисы докладов Всероссийской конференции с нехдуна-

- 26 -..

родным участием " Микроклимат дашшаФтоц • ( 1в .- 23 сентябри 1993 года ) ЛФИ г. Сацкт Петербург, с. 102.