Повышение эффективности управления водораспределением и совершенствование конструкций открытых оросительных систем

Щедрин, Вячеслав Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Повышение эффективности управления водораспределением и совершенствование конструкций открытых оросительных систем
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности управления водораспределением и совершенствование конструкций открытых оросительных систем"

На правах рукописи

ЩЕДРИН ВЯЧЕСЛАВ НИКОЛАЕВИЧ

УДК 626.S2.004.626.S2.004.6S

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ОТКРЫТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

06.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Хкном научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации

Научный консультант

Официальные оппоненты:

Ведущая организашя

- доктор технических наук, профессор, академик РАСХН, заслуженный деятель науки и техники РФ

Б. Б. Шумаков

доктор технических наук, ■ профессор, академик РАСХН М. С. Григоров;

доктор технических наук, профессор, академик АВН, член-корреспондент РАСХН и НА.НКР, Лауреат государственной премии и Заслуженный изобретатель Кыргызстана Я. В. Бочкарёв;

доктор технических наук, профессор Л. М. Рекс

- Шгипроводхоз

Защита диссертации состоится 23 1995 года

10 часов на заседании диссертационного совета

Д 099.05.01 Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорашш им. А. Н. Костикова

Адрес: 127550. Москва, ул. Б. Академическая, 44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНКИГЙМ.

Автореферат разослан ¿?/к/7?1995 г.

Учёный секретарь диссертационного совета канд.техн.наук

И. С. Лапвдовская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Нынешний спад сельскохозяйственного производства нашел свое отражение и в использовании мелиорированных земель. Если в 1990 году площадь орошаемых земель составляла в России 6,3 млн.га, из которых не орошалось 1,2 млн.га, то уже к началу 1994 года площадь орошаемых земель сократилась до 5,4 млн.га, из которых не орошалось-1,05 млн.га. Фактически орошаемый клин страны составил немногим более 4 млн.га.

На более чем 50 % орошаемых земель в последние два десятилетия была построена закрытая оросительная сеть, рассчитанная на использование дождевальной техники типа "Фрегат", "Днепр", "Волжанка", да "Кубань" кругового действия и др. Ориентация на использование закрытой оросительной сети обосновывалась необходимостью снижения непроизводительных потерь воды. При этом имелось в виду, что эксплуатационные организации могли использовать практически неограниченное количество дешевой электроэнергии.

Происходящий в настоящее время в стране переход к рыночной экономике заставляет во многом пересмотреть взгляды как на стратегию развития мелиорации в стране, так и на пути использования уже имеющегося мелиоративного фонда.

Резкое повышение пен на онергоресурсы, металлы, различные вида техники, неадекватное повышение иен на производимую сельскохозяйственную продукцию, поставило проблему рациональной эксплуатации мелиорируемых земель в разряд важнейших. Весьма актуальными становятся задачи усовершенствования мелиоративных систем, в том числе их элементов, повышение надежности работы эксплуатируемых сооружений, новые перспективы приобретают вопросы использования открытых оросительных систем, особенно проблемы оптимизации управления водоподачей и водораспределением-

Бесспорно, что все вышеперечисленные проблемы должны рассматриваться в обязательной увязке с конечными результатами работы - видами, количеством и качеством производимой сельскохозяйственной продукции..

Отсутствие научно обоснованного, взаимно сбалансированного подхода к вышеперечисленным проблемам в значительной степени создало проблемы сегодняшнего дня, заключающиеся в неэффективном использовании имеющегося мелиоративного потенциала.

Цель работы. Разработка научно-методологических основ оп-

тимизации управления водораспределением, усовершенствование конструкций мелиоративных систем и их элементов, принципов водоучета и водоизмерения в условиях перехода эксплуатационных организаций и сельхозпредприятий - водопотребителей к рыночным отношениям.

Задачи исследований включают решение следующих вопросов:

- анализ существующих методов управления водораспределением, разработку принципов его совершенствования на основе оптимизации функциональных схем систем управления водораспределением

с учетом межотраслевого характера взаимоотношений между различными заинтересованными собственниками объектов, разграничения их интересов и сфер ответственности;

- проведение исследований динамических процессов гтри работе оросительных систем и определение их влияния на систему управления водоподачей и водорасцределением;

- разработку совершенных конструкций мелиоративных систем, позволяющих практически полностью автоматизировать процессы во-дораспределения;

- создание средств гидравлической автоматизации подпорно--регулирующих сооружений, разработку методики их теоретического и конструктивного расчета, проведение экспериментальных и натурных исследований;

- обоснование и разработка принципиально новых способов водоучета-и водоизмерения на оросительных системах;

- создание методики размещения и выбора средств водоучета и водоизмерения при проектировании и реконструкции оросительных систем;

- разработку методики опенки надежности функционирования открытых оросительных систем и их элементов с учетом эколого--экономических аспектов их работы;

- разработку элементов товарных взаимоотношений между эксплуатационными предприятиями и сельхозпредприятиями-водопотре-бителями и обоснование целесообразности введения платного водопользования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- усовершенствованы принципы и схемы управления водораспределением, заключающиеся в упреждении изменения подаваемых в оросительную систему расходов с учетом особенностей основных схем регулирования - "по плану" и "по требованию";

- выявлены основные особенности звеньев управления водорас-

пределением и разработана методика описания их параметров. На основе исследований динамических процессов при работе оросительных систем определены варианты их поведения в условиях действия ограничений, связанных с емкостными свойствами каналов и временем добегания расходов;

- синтезирован алгоритм управления водораспределением, обеспечивающий отработку технологических и случайных возмущающих воздействий, а также работу в условиях действия ограничений. Научно обоснована и разработана структура АРМа диспетчера оросительной системы, реализующая предложенный принцип и алгоритм управления при эксплуатации действующих оросительных систем;

- разработаны новые конструкции автоматизированных оросительных систем для различных уклонов местности, защищенные рядом авторских свидетельств, создан новый класс подпорно-регулирующих сооружений, являющихся составными элементами разработанных конструкций автоматизированных оросительных систем, работающих с учетом принципа послойного истечения потока (защищены рядом авторских свидетельств). Проведены гидравлические и статические исследования разработанных подпорно-регулирущих сооружений;

- научно обоснованы и разработаны принципиально новые способы водоучета и водоизмерения на оросительных системах, защищенные авторскими свидетельствами; разработана методика выбора и размещения средств водоучета и водоизмерения при проектировании и реконструкции оросительных систем;

- разработаны элементы методики оценки надежности функционирования открытых оросительных систем и отдельных сооружений с учетом эколого-экономических аспектов их работы;

- на примере Лево-Егорлыкской оросительной системы исследована функциональная структура системы управления водораспределением, обеспечивающая баланс экономических и других интересов участников процесса водопользования. Подтверждена необходимость принятия всех управленческих решений (хозяйственных, технических, технологических, экологических) на основе системы экономических критериев;

- на основе анализа использования орошаемых земель - сельхозпроизводителей разработаны элементы товарных взаимоотношений между эксплуатационными предприятиями и сельхозпредприятиями - во-допотребителями. Проработаны вопросы возможности и целесообразности введения платного водопользования в условиях перехода к

рыночным отношениям.

На защиту выносятся:

- методологические основы и схемы управления водораспреде-лением на открытых оросительных системах, заключающиеся в упре-вдении изменения подаваемых в систему расходов;

- методы и инструментарий для расчёта основных характеристик открытых оросительных систем для различных уклонов местности;

- методика гидравлического и статического расчёта принципиально нового класса подпорно-регулируюцих сооружений, работающих одновременно с переливом через гребень и с истечением из-под щита;

- новый способ измерения расхода и стока воды, основанный на методе "уклон-площадь" для участков за подпорно-регулирующи-ми сооружениями как с прямым, так и с обратным уклоном;

- методика опенки надеаноети оросительной системы, представленной в виде IX - ярусной иерархической системы, характеризующейся коэффициентами готовности и сохранения эффективности.

Практическая значимость работы заключается в создании способа управления оросительными системами, основанном на принципе упреждения подаваемых в нее расходов воды.

Способ используется на вариантах конструкций оросительных систем с применением подпорно-регудирующкх сооружений, разработанных автором и защищенных рядом авторских свидетельств. Разработанный способ управления, конструкции и методы расчётного обоснования оросительных систем и подпорно-регулирующих сооружений использованы при проектировании и эксплуатации современных оросительных систем. Разработана методика обоснования экономической эффективности использования эксплуатируемых мелиоративных систем, с учётом конечного результата - получения прибыли у водопотребителей при производстве сельскохозяйственной продукции.

Личный вклад. Постановка цели, задач и вопросов исследований, выбор путей их теоретического и экспериментального решения анализ результатов исследований, выводы и предложения в диссертационной работе выполнены лично автором.

НИСКР по I - ой очереди Лево-Егорлыкской оросительной системе, материалы по которой приведены в работе, выполнялись коллективом сотрудников МШГиМа, МГМИ, СевНИИГиМа, ШТБ"Узвод-приборавтоматика, Севкавгипроводхоза под руководством автора,

В реализации теоретических проработок по исследованиям системы управления водораспределешем и совершенствованию оперативно-диспетчерской службы принимал участие аспирант Коржов В.И.

Исследования гидравлических режимов работы оросительных систем при водораспределении выполнялись совместно с аспиранткой Иваненко Н. Г.

В проведении теоретических и лабораторных исследований, внедрении щитовых регуляторов и регуляторов емкостного типа и подпорно-регулирукщих сооружений для ДМ "Кубань" принимали участие Луговой Н.§., Костюков В. Ф., (Бяоринский С. П.

В исследованиях и внедрении затворов-водовыпусков, комбинированных регуляторов принимали участие Коренев А. А., Букин Е.В.

Разработка нового способа измерения расхода и стока воды по методу "уклон-площадь" проводились совместно с Иваненко Ю.Г. и Иваненко Н. Г.

В разработке модели надёжности работы оросительных систем принимал участие аспирант Иванов А. И.

При написании работы автор получил пенные советы и научные консультации от академика РАСХН, доктора технических наук, профессора Б. Б. Шумакова и член - корреспондента АВН, доктора технических наук, профессора Ю. М. Косиченко.

Реализация работы. В период с 1973 по 1694 годы результаты разработок автора внедрены на: Наурско-Шелковской и Сулу-Чу-бутлинской оросительных системах Шелковского водного управления МВХ ЧИАССР; Управлении межреспубликанских магистральных каналов в г. Майском КБ АССР; Мярямасском районе Эстонской ССР; Тер-ско-Кумской обводнительно-оросительной системе Ставропольского края; Чегемской оросительной системе КБ АССР; Прохладненской оросительно-обводнительной системе КБ АССР; Лево-Егорлыкской оросительной системе Ставропольского края; Азовской, Весёлов-ской, Багаевской, Миусской оросительных системах Ростовской области.

Автор являлся одним из разработчиков "Комплексной программы организации учёта воды на оросительных системах Минводхоза

- В -

.РСФСР на период 1989 - 1995 г.г." и принимал активное участие в ее реализации.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы были представлены, доложены и одобрены на 23 научно-технических конференциях, семинарах, коллегиях Минвод-хоза PCiCP, научно-технических советах МСХ и П РФ; научно-технических конференциях НИМИ, ЕкНИИГиМа и Шгипроводхоза в 19751993 годах (Новочеркасск); Всесоюзном научно-техническом совещании "Применение полимерных материалов в мелиоративном строительстве" (Елгава, 1982); Международном симпозиуме "Эффективные мелиоративные системы" (Сос^мя, 1983); Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация водораспределения на оросительных системах в целях экономии и охраны водных ресурсов" (Фрунзе, 1984); Научно-практической конференции "Совершенствование проектирования, строительства и эксплуатации мелиоративных и водохозяйственных систем Северного Кавказа" (Ростов-на -Дону, 1985); заседаниях секши "Комплексные мелиорашш степной зоны России" отделения мелиорации и водного хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук; заседаниях коллегии Мин-водхоза РСФСР в 1989 - 1990 годах по проблеме разработки и реализации комплексной программы организации учёта воды на оросительных системах России (Москва, 1989, 1990); семинарах-совещаниях руководителей мелиоративных и водохозяйственных проектно-изыскательских и научно-исследовательских организаций системы Минсельхозпрода России (Коломна, 1992-1994).

Публикации. Список научных трудов автора по теме диссертации включает 120 наименований, в том числе 6 книг и брошюр. Разработки защищены 59 авторскими свидетельствами.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, девяти глав, основных выводов и предложений, списка использованных источников и приложений.

Работа изложена в 2 - х книгах на 798 страницах машинописного текста и имеет 16 таблиц, НО рисунков и 196 страниц приложений. Список использованных источников содержит ЗС7 наименований.

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОТКРЫТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, ВОДОРАСПРЕДЕШШ И ВОДОУЧЁТА НА НИХ

Современная оросительная система представляет собой комплекс гидротехнических сооружений, предназначенный для забора воды из источника орошения, транспортирования ее до поливных массивов, распределения по поливным участкам и полива земель с целью создания оптимального водно-солевого режима почв. В задачу оросительных систем входит также отвод с орошаемого массива дренажных, сбросных и грунтовых вод.

Исследованиям особенностей оросительных систем, разработке типовых технических решений технологических процессов водозабора, водораспределения и полива, принципов автоматизации и телемеханизации водохозяйственных производственных процессов с учётом режимов работы гидромелиоративных систем посвящены работы С. 2>. Аверьянова, И. П. Айдарова, Г. И. Афанасика, X. А. Ахмедо-ва, А. А. Богушевского, Я. В. Вочкарёва, Г. В. Воропаева, 0. Г. Грамматиками, М. С. Григорова, С. Г. Журавлёва, П. Й. Коваленко, А. Н. Костякова, Б. С. Маслова, Н. Ф. Натальчука, А. А. Рашнского, В. А. Сурина, Б. Б. Шумакова, Н. Я. Янишевского я других учёных.

В результате разработок и исследований определились два основных способа управления водораспределением: централизованный, и децентрализованный.

Централизованное управление предполагает контроль, анализ и выработку управляющих решений в одном центре в соответствии с единым общим критерием функционирования ОС в целом. Оно характеризуется применением централизованной автоматики, требует надёжных линий связи и быстродействущих устройств телемеханики.

Децентрализованное управление базируется на принципах субоп-тимизаши отдельных технологических звеньев ОС в соответствии с частными критериями. Децентрализованное управление предусматривает использование обратной (гидравлической или электрической) связи каналов и трубопроводов с проведением централизованного контроля.

В России проекты с чрезмерной централизацией управления и ориентацией на универсальную аппаратуру по ряду технических и экономических цричин в ближайшей перспективе, видимо, не найдут широкого применения. Это же подтвердил и опыт реализации в жизнь разработанного проекта по АСУ Лево-Егорлыкской оросительной системы.

Базис любой системы управления, как известно, составляет цринятая схема регулирования. Она, как правило, определяет всю технологию управления процессом водораспределения, а также накладывает ряд требований и ограничений на саму систему управления.

Воцросам разработки технологического обоснования автоматизации ГМС, созданию системы регулирования водораспределения посвящены работы,ряда авторов, среди которых Й.П. Айдаров, А.И. Авдеев, Ш.С. Бобохидзе, Я.В, Бочкарев, Г.В. Воропаев, М.С. Григоров, Ю.Г. Иваненко, C.B. Кибальников, А.Ф. Киенчук, П.И. Коваленко, Б.Г. Коваленко, Е.Г. Круиель, В.И. Куротченко, Э.З. Маковский, М.Ш. Марголин, B.C. Маслов, A.M. Михайленко, Л.Ф. Мошнин, Натальчук, В.И. Ольгаренко, В.А. Рожнов, Б.И. Чалый, A.M. Марковский, A.B. Шевченко и другие.

Накопленный опыт проектирования и эксплуатации позволяет сделать вывод о том, что для межхозяйственной сети каналов превалирующими факторами являются уклоны каналов, способы осуществления транспортирования вода и водозабора из каналов, используемый вид обратной связи (гидравлический или электрический).

В основе всех существующих систем динамического регулирования лежит или регулирование расходов или регулирование объемов.

Существующие системы регулирования требуют дальнейшего совершенствования и повышения надежности работы.

Одним из основных элементов оросительных систем являются подпорно-регулирутащие сооружения. Разработкой конструкций под-порно-регулирующих сооружений, регуляторов, полуавтоматов, стабилизаторов расхода занимались многие видные ученые, в том числе М.А. Андрюшин, Я.В. Бочкарев, Ш.С. Бобохидзе, М.В. Буты-рин, В.Б. Зайцев, П.И. Коваленко, C.B. Кибальников, A.C. Луговой, Э.Э. Маковский, Б.И. Мельников, Г.В. Рогозин,-А.И. Рохман, Б.й. Сергеев, Г.В. Соболин, Ю.А. Свистунов, М.Ш. Финке, М.В.Ха-мадов и многие другие.

Основными недостатками, присущими практически всем конструкциям регуляторов, являются: невозможность пропуска при работе одновременно плавника и наносов, значительное сужение живого сечения водоводов при пропуске максимальных расходов. Следовательно, необходимы дальнейшие работы по созданию конструкции подпорно-регулирутощих сооружений, устраняющих вышеперечисленные недостатки.

Важным условием эффективной работы ОС, рационального использования водных ресурсов является организация системы учета вода. На ее основе осуществляется управление водозабором и во-дораспределением, наблюдение и контроль за технической эксплуатацией как всей ОС, так и отдельных элементов.

Исследованиям особенностей ОС, разработке методов измерений и технических средств водоучета посвящены работы А.й. Авдеева, Я.В. Бочкарева, М.В. Бутырина, К.Л. Валентини, А.§. Киен-чука, П.И. Коваленко, В.Е. Краснова, Н.Ф. Натальчука, Е.Е. Ов-чарова, Х.С. Тяна, Е.Г. Филиппова, И.Б. Хамадова и др.

Вопросы водоучета в последнее время вновь приобрели остроту и значимость. Это связано с переходом агропромышленного комплекса, и вместе с ним службы эксплуатации, к рыночным отношениям, а также возможностью введения платного водопользования.

Однако ввод платного водопользования без решения вопроса перехода всей экономики страны к рыночным отношениям не мог принести существенного решения в данном вопросе.

Система рыночных отношений при эксплуатации ОС должна включать работу в этих условиях водохозяйственных эксплуатационных предприятий и сельхозпредприятий-водопотребителей, учитывать экономические результаты использования мелиорируемых земель, конкурентоспособность производимой продукции и многие другие факторы.

Проведенный анализ существующих методов управления водора-спределением на ОС позволил составить структуру дерева целей развития данной проблемы (рис. I). При этом был использован системный подход развития мелиорации, сформулированный в общем виде в работах Л.М. Рекса, Л.Г. Балаева, Л.В. Кирейчевой и других исследователей.

Согласно принятой нами концепции общей целью повышения эффективности эксплуатации и повышения технического уровня ОС на самом верхнем (нулевом) уровне является управление водораспре-делением ОС. На первом уровне общая цель управления водораспре-

Время перерегулирования подачи воды_

Т) сэ

§ ад

И ►2

со

м р

(О а

•э

да

со §

ё о

•8

о я •о

со К

Я Й>

о о

Время добегания воды

Наличие непроизводитель: _сбросов_

Регулирование УВ по ВВ.

Регулирование УВ по Ш

[ Сметанное регулирование

Другие виды регулирования

[Кольцевые схемы"

[Комбинированные схемы

Централизованные схемы

[Децентрализованные схемы

С перекрестными связями 1 С перетекающими объемами | По постоянным объемам ~

С контролем УВ в бьефах

Упреждение изменения по- : даваемых расходов с поддержкой уровня_

По норме расхода

С бассейнами перерегулирования

ие схеш регулирования расходам воды_

1 Измерение стока воды 5 %

Измерение стока воды Ю-Т5 %

ьероятность по, _заданного

НШТ

Вероятность пропуска требуемого расхода

Вероятность сработки

со

делением разбивается на следующие подпели: обеспечение качества и оперативности водораспределения, степень автоматизации ОС и ее элементов, возможность динамического регулирования, введение водоучета и обеспечение надежности работы ОС.

В качестве элементов второго уровня могут быть сформулированы пути достижения поставленных подцелей. Так, качество и оперативность водораспределения может быть обеспечено использованием АСУ технологического процесса водораспределения и автоматизированного рабочего места (АРМа) диспетчера. Автоматизация ОС и ее элементов может быть обеспечена за счет оснащенности всей системы средствами автоматизации и вида автоматизации (гидравлическая, электрическая). Использование способов динамического регулирования при управлении водораспределения возможно как по объему, так и по расходу воды. Водоучат, в свою очередь, разделяется на коммерческий и технологический, а надежность будет определяться обеспечением безотказной работы всей системы, включая магистральный и распределительный каналы, и обеспечением подпорно регулирующих сооружений (ПРС) и средств автоматизации (СА).

На нижнем (третьем) уровне предлагаются конкретные пути достижения поставленных подцелей - показателей работы ОС или соответствующих мероприятий.

Таким образом, представленное дерево целей водораспределения на ОС показывает, что основные усилия необходимо направить на исследования и совершенствование качества и оперативности водораспределения, уровня автоматизации, способов динамического регулирования, водоучета и оценки надежности работы элементов оросительной системы.

Правомерность поставленных целей и задач подтверждает приведенная в работе матрица основных показателей технического уровня элементов автоматизированной оросительной системы.

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ И СОЗДАНИЮ АСУ ОС (НА ПРШЕРЕ 1-ОЙ ОЧЕРЕДИ ШО-ЕГОРШКСКОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ)

В 1986-1989 годах в соответствии с приказом Минводхоза РСФСР № 15 от 14.01.86 года под руководством автора проводились НИОКР по разработке и созданию АСУ ОС на примере 1-ой очереди

ЛевснЕгорлыкской оросительной системы (ЛЕОС-1).

ЛЕОС-1 охватывает западную часть Ставропольского края, на которой размещается 10 хозяйств Новоалекеандровского, Красногвардейского и Изобильненского районов.

Схемой генплана ЖОС были намечены мероприятия по орошению земель на площади 46,05 тыс.га, в т.ч. I очереди на площади орошения 20,7 тыс.га с водопотреблением ИЗ млн.куб.м.

В ЛЕОС имеется 5 регулирующих емкостей (ЕСР-1...БСР-5). БСР-3 и ЕСР-4 работают по принципу сообщающихся сосудов (при открытых затворах) с магистральным каналом. БСР-1, ЕСР-2 и БСР-5 расположены в хозяйствах на значительном удалении от магистрального канала. Головная насосная станция, расположенная в станице Баклановской, оборудована 3 насосными агрегатами, один - 7,6}^/с, два - по 2,3 м3/е. Подача в ?Ж производится по напорному трубопроводу длиной 4030 м в одну нитку. На системе имеется 6 подкачивающих насосных станций. Орошение производится как из закрытой сети с использованием Д? "Фрегат", так и из открытой с использованием Д1 "Кубань".

Целью управления при создании АСУ ЛЕОС определено повышение эффективности использования оросительной вода при производстве продукции растениеводства на орошаемых землях.

Основной смысл автоматизированного управления заключался в том, чтобы помочь эксплуатационным службам принять обоснованное решение, свести к минимуму опасность ошибочных действий. При реализации АСУ ТП ЖОС, был использован принцип системного подхода, заключающийся в анализе объекта управления в целом с учетом возможных взаимосвязей и всех аспектов его функционирования.

Отдельные подсистемы АСУ ЛЕОС, а также вся система в целом характеризуется наличием той или иной степени адаптации и организации как к внутренней, так и к внешней среде. При разработке АСУ ЛЕОС был заложен и принцип непрерывного развития системы. Он предусматривает, что по мере расширения ЖОС, ввода новых очередей возникнут новые задачи управления и новые критерии при выборе решения. При разработке были сформулированы блоки информационных и управляющих функгрЩ.

Рассматривая гидромелиоративную систему как технологический объект управления, можно выделить две группы подобъектов различного функционального назначения, связанные единым технологическим процессом: межхозяйственная оросительная сеть с соответствующими гидротехническими сооружениями, необходимыми для забора,

транспортирования, распределения и учета воды; внутрихозяйственная оросительная сеть - орошаемые участки с необходимой оросительной сетью и поливной техникой. Это определяет тот факт, что и АСУ ОС можно подразделить на две подсистемы:

- межхозяйственное водораспределение;

- внутрихозяйственное водопользование.

В связи с этим при проектировании АСУ ТП ЛЕОС были выделены следующие функциональные подсистемы:

- управление орошением по агрометеопараметрам (расчет сроков и норм полива);

- оперативное планирование водопользования;

- централизованное управление межхозяйственным водораспре-делением;

- информационно-управляющая;

- внутрихозяйственная (управление внутрихозяйственным во-дораспределением)-

Они легли в основу функциональной схемы АСУ ЛЕОС, представленной на рис. 2.

Техническое обеспечение АСУ ТП ЛЕОС было разработано в соответствии с основными техническими принципами построения комплексов технических средств АСУ ТП с учетом полноты реализации ими заданных функций и принципов функционирования, а также обеспечения эффективности их использования.

Комплекс технических средств представляет собой двухуровневую иерархическую структуру, включающую управляющий вычислительный комплекс (УВКЕ), выполненный на базе СМ 1420, на верхнем уровне и комплекс технических средств телемеханики, включающий в себя КМ 11.01 и 15 ВМС 28-025 - на нижнем.

В проекте предусмотрены два локальных типовых участка (для открытой и закрытой оросительной сети с применением широкозахватных ДИ "Кубань" и "Фрегат").

Переход страны и, естественно, АПК и водохозяйственного комплекса к рыночным отношениям потребовали пересмотра системы взаимоотношений между различными собственниками (субъектами) объектов и разграничения их интересов и сфер ответственности. Сформулированный ранее сотрудниками МГШ перечень не содержал комплекса экономических задач как у водохозяйственных организаций, так и у организаций-водопотребителей. За этот период появился также еще один субъект - природоохранные организации, ко-

¡лимит на водозабор из I источника орошения

„_7_------—

(Составление оперативных (— ¡планоз во до польз. РУСС |

- Крайводхоз

Г" 16

Проекта планов во-, использования русс|~

2Н-----

Управление И в/распредел.

|—£-—

I Паспогато-техн. данные МХС, ПК, Ж

УА

(Планирование в/расдред. 'по МХС и МК СС

[оперативная информация 1о состоянии НХС, МК, ж

Оперативная информация о состоянии ЛИ, ВХС; ли- • миты на воду в т. шд.

1Паспортао-техн. данные Ь I ВХС, НС, ДМ, нормы полива

Планируемая урожайность с. -х. КУЛЬТУР

Составление опера!™®« планов в/пользования хозяйств, расчет плана внутрихозяйственного водораспределения

- Проект плана водо-1 распределения по Ш, «ХС

Инфотанионно-совеотшя система

-10-

Управление орошением по Iагрометеопараметрам

I I

-11-

МетеоинФогнашя -среднесуточная температура воздуха;

-среднесуточная влажность воздуха; -скорость ветга -суточные осадки

:гт

-12-Харакгеристики поля

-название с. -х поля;

-нв. вз. плотность почвы; -тип почвы; -уровень грунтовых вод; -начальные вла гозаласы '

Режим расчета -расчета, слой увлажнения -предполинной порог и верх ний предел увлажнения -дата текущего дня, до которого ведется расчет

-тип ДМ, способ полива

Оперативная информация для коррегаировки баз данных о полях от хозяйств

I___,_____

- £б----—

Расходы по ШС и сооружениям

—27---

Корректировка планов в/распределения

-31

План в/рас--пределения по Ж

-2в——— Корректировка планов в/пользования РУСС

Корректировка II ~ планов в/поль-|к зования коз-в

Рис. Z функциональная схема АСУ ЛЕСС

торые также взаимодействуют по значительному количеству вопросов с водохозяйственными организациями и сельхозпотребителями водных ресурсов.

Основными блоками вопросов, решаемых в сфере компетенции эксплуатационных водохозяйственных организаций, являются комплексы задач планирования, расчеты состояния системы, управления водохозяйственным водораспределением, производственного контроля и другие. Все эти задачи должны решаться на основе финансово-экономического анализа результатов использования орошения у всех ранее перечисленных заинтересованных субъектов.

Дальнейшие исследования автора в основном посвящены разработке задач, являющихся основополагающими для сферы компетенции эксплуатационных водохозяйственных организаций.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И РАЗРАБОТКА. АЛГОИТШ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОДОРАСПРЕдаЛЕНИЕМ И ЕЁ ЗВЕНЬЕВ

В третьей главе сформирована базовая схема управления водораспределением, обоснованы способы описания ее параметров, проведен анализ ее типовых звеньев и сделаны их эквивалентные преобразования, определен критерий управления и ограничения на управление, проведены исследования поведения системы управления в условиях действия технологических и случайных возмущений и при действии на ограничения и, на их основе, сформулирован алгоритм управления системы.

Базовая схема регулирования водораспределения создана на основе обобщения технических решений конструкций оросительных систем, разработанных автором в авторских свидетельствах №№ 1319604, 1478392, 1551291, 1659713 и приведена на рис. 3.

Управление данной системой строится на принципе упреждения изменения подаваемых в нее регулирующих расходов. Исходной информацией для определения величин этих упреждений являются временные графики водоподачи по каждому водопотребителю (при управлении "по плану") или же конструктивные и динамические свойства водопользователей (при управлении "по требованию").

Работа таких систем сводится к следующему. Регулирование в распределительном канале (РК) осуществляется по ВБ с помощью регуляторов уровня верхнего бьефа (РУВБ), а в каналах потребителях (КП) - по НБ с помощью регуляторов уровня нижнего бьефа

Рис. 3. Схема базовой структуры системы управления водорас-пределением открытой ОС

(РУНБ). Устройство управления (УУ) производит .слежение за режимом водопотребления на объекте. Для режима управления "по требованию" устанавливается физическая линия связи (ЛС) от конечных водопользователей (ВБ) к устройству управления (УУ). Регулирование подачи воды в систему производится с помощью регулирующего устройства (РУ) на входе системы. В конце системы расположен бассейн регулирования (ЕР), уровень воды в котором контролируется датчиком уровня (Д/) и передается устройству . управления (УУ).

Отметим, что в зависимости от особенностей каждой конкретной оросительной сети (размеры, топология и т.п.), система управления может быть составлена из нескольких подобных структур, разделенных БР (роль которого, при достаточных резервных объемах регулирования, может выполнять один из бьефов РК). При этом управление на каждом участке может производиться автономно одним и тем же УУ с помощью расположенных в их голове РУ.

В установившемся режиме выполняется условие баланса подаваемых и забираемых расходов.

Суть управления заключается в том, что при изменении режима работы ВП в КП УУ прогнозируются время"и характер возмущающего воздействия, пришедшего ко входу ВП. На основе этого прогноза, с помощью РУ, производится заблаговременная перерегулировка подаваемого в систему расхода. Такая структура системы управления позволяет максимальным образом повысить оперативность реакции системы на возникающие возмущающие воздействия.

Тем не менее, поскольку даже в этих случаях возникают сбросы, связанные с действием случайных возмущающих воздействий и реально существующих ограничений на системе (речь о которых пойдет ниже), в системе предусмотрены BP. Они позволяют значительным образом их демпфировать и использовать при организации водораспределения в нижележащих бьефах. Контроль за наполнением BP с помощью ДУ позволяет оперативно корректировать подачу рабочих и транзитных расходов в систему.

Для упрощения описания и анализа системы был применен подход, заключающийся в разбивке системы на более простые звенья.

Анализ проводился путем исследования зависимостей:

а) для прямой гидравлической связи:

HHE-h(Q&Ej ИВБ) (I)

где: HSB - уровень в ВБ перегораживающего сооружения;

мнб - уровень в НБ перегораживающего сооружения;

0.&Б - расход в ВБ перегораживающего сооружения;

QHS - расход в НБ перегораживающего сооружения.

б) для обратной гидравлической связи:

Нв (3)

^аб = (f- ШНБ , Мне) . (4)

Признаком отсутствия црямой гидравлической связи было принято считать условие:

IННБ ' const I аиБ - const

при НвБ = Vcjp и Qes Vw1 (5)

а признаком отсутствия обратной гидравлической связи:

■вв а со/^ (Зя к = сою^

н»

186

при Ннв^Чаг и (2НБ=:Уаг (6)

Результаты такого анализа и интересующие нас выводы для основных звеньев системы приведены в табл. I.

Проведенный анализ позволил рассматривать звенья системы как объекты управления с одним входом и одним выходом и' провести следующие эквивалентные преобразования схемы регулирования:

О)

8„ РУНБ \ __ X РМВБ В0 \

К ' — г

Г*- Т т вШ

кУУ 6)

кУУ

РУНБ

РУВБ РУНБ

——'

РУНБ X

г*

* вЮ

РУВБ

Ь)

РУНЕ X РУВБ \ а& К1 £

нх

> 8кп ю- 1 0

Проведенные эквивалентные преобразования определили возможность приведения представленной на рис. 3 структуры управления к линейной многоконтурной схеме регулирования кР по возмущению.

Таблица I

Особенности звеньев системы

Звено Гидравл. связь Особенности

Ннб «нб Нвб Овб

I 2 3 4 5 6

I. РК-РУНБ-КП _

2. РК-РУВБ-РК + +

3. КП-РУНБ-РК--ЕУНВ-НП

1. Процессы в РК должны рассматриваться с учетом процессов в КП в виде возмущений по расходу.

2. Процессы в КП можно рассматривать автономно, без учета процессов в РК.

3. Управление КП со стороны КР невозможно.

4. КП можно рассматривать как изолированный объект с одним входом и одним выходом .

1. Возмущения, наносимые на КР, оказывают влияние на процессы в данном и нижележащем бьефах.

2. При расчете динамики процессов в КР достаточно

ее описания до близвышелека-щего РУВБ.

3. Управление на участках системы и ниже может рассматриваться автономно.

1. КП не оказывают гидравлического влияния друг на друга.

2. Процессы, происходящие в КП, могут рассматриваться без учета процессов в других КП.

3. Возмущения, наносимые № на КР в виде расходов, не-

- г? -

Продолжение табл. I

I_2 3 4 5 6_

корродированы и могут быть приведены к одному путем простого суммирования.

РУ

ж.

УУ

РУВБ1

ЗЙК

РУЬЬо

(¿¿ю ад

РУВБ1

РУВБп

и, вводя используемое в теории автоматического управления понятие передаточной функции звена V/ , определить параметры, характеризующие состояние системы:

а) для 1-го бьефа:

в РМВБ, N = Оуп» - &КП, а) (7)

б) для 2-го бьефа:

^РУВБг &РУВБ1 (*) V/, -Окпг&) «¿и, (Щ К -

(8)

в) для I -го бьефа: ¿'

1 Г4 Л (9)

А- у

учитывая, что для последовательно соединенных звеньев

^ - ^yяfi. ® - 4 ¿7* (Хкп. (±) СЮ)

Из существующих при управлении ограничений в наибольшей степени влияющими на ход технологического процесса были признаны ограничения, связанные с динамическими (емкостными) свойствами каналов

±о

и ограничения по времени добегания расходов

^ до5 упр. ± Ш кл. (125

Под технологическими возмущающими воздействиями понимаются водозаборы из бьефов каналов, осуществляемые в соответствии с существующим планом водораспределения. Параметром, определяющим управление, является расход, подаваемый на вход системы. Для системы последовательно соединенных бьефов для ¿ -го потребителя он может быть определен из (10). При этом, поскольку регулирование на всей системе при нанесении возмущающего воздействия в б -ом бьефе сводится к стабилизации расхода на I -ом РУВБ, при котором должно выполняться, условие йруьв; -- Солз^ йтронз. ■> и, учитывая, что передаточная функция для установившегося режима равна единице, то алгоритм управления при нанесении технологических возмущающих воздействий выглядит следующим образом:

¿г а кп- М ™

Под случайными возмущающими воздействиями понимаются все остальные изменения водозаборов на системе. Для их отработки было решено использовать базовую для рассматриваемой структуры схему управления по ВБ, которая в овоей основе является саморегулирующейся системой.

Очевидно, что это обусловило появление недостатков, присущих схеме регулирования по ВБ. Но, поскольку фон случайных возмущений в номинальном режиме ее работы, как правило, значительно ниже фона технологических возмущений, то такой подход к синтезу алгоритма управления был целесообразным. Он делает систему управления более гибкой и устойчивой и, кроме этого, это позволяет нивелировать несовершенство и погрешности средств измерения и контроля, а также свести к минимуму экономические за-

траты на реконструкцию или переоборудование системы.

Поскольку наличие ограничений не позволяет обеспечить отработку возмущающих воздействий на всей плоскости состояний системы, то для синтеза общего алгоритма управления был проведен анализ возможных вариантов ее поведения в условиях их действия.

Анализ проводился графическим способом, процедура которого изложена в диссертации.

Для упрощения анализа были введены следующие допущения:

а) за время переходных процессов все КП, кроме I -го (т.е. вызвавшего их), своих состояний не изменяют;

б) изменение водопотребления КП происходит от 0 до йкп при включении и от фкп до 0 при их отключении;

в) максимальное изменение управляющего расхода Оупр. равно максимальному забору воды I -го потребителя;

г) переходные характеристики Оупр. и 0. взм. (~Ь_) описываются дифференциальными уравнениями первого порядка.

При проведении анализа учитывалась особенность распределения вода при регулировании по ВБ, состоящая в том, что возникновение дефицитов воды у нижележащих потребителей и ее сбросы с точки зрения управляемости неравноценны, т.к. возникающий цри включении потребителей дефицит воды может быть ликвидирован путем последующей подачи в систему дополнительных расходов (т.е. управляемость обеспечивается), в то же время сбросы - неуправляемы. Поэтому, при равных условиях управления отдельно рассматривалось поведение системы цри включении и отключении потребителей.

Результаты анализа сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Варианты поведения системы в условиях действия ограничений

Соотношение времени ВД" П0ВД, 3 4 5

Вид ограничений

I 2

I. По емкостным

свойствам РК и КП

"¿к.упр. н.кп к.упр. н.кп ~Ь н.упр. н.кп

сбр. деф.

сбр.-деф. деф.-сбр. деф. сбр.

Продолжение табл. 2

I 2

По времени добе-гания расходов

По емкостным свойствам PK и КП и времени добегания расходов

н.упр. .KU ~t- н.упр. •>£к.кп.

деф.-сбр. сбр.-деф. деф. сбр.

деф, сбр.

Исходя из вышеприведенных заключений был синтезирован общий алгоритм управления системой, приведенный на рис. 4.

Отработка случайных возмущающих воздействий проводится по ВБ (блоки I...3).

Возникающие при этом непроизводительные сбросы накапливаются в БР, заполнение которого контролируется УУ (блок 4). В тех случаях, когда заполнение отличается от установленной уставки (блок 5) следует корректировка транзитного расхода подаваемого в систему (блок б) на величину {^бр При возникновении возмущений "по плану" (блок 7) анализируется наличием ограничений (блок 8) и, если они есть, определяется вариант поведения (блоки 9...12).

При возникновении дефицита вычисляется объем воды Удап, , который необходимо дополнительно направить в систему для его ликвидации (блок 10).

При дефиците с последующим сбросом определяется время ^ н упр. » ПРИ котором разница между Vge<p vt Vcgp будет минимальна, а затем, если невозможно ликвидировать весь самообразующийся за ним сброс, вычисляется дополнительный объем Vдап » который необходимо дослать в систему (блок II).

Если за сбросом следует образование дефицита, вычисляется время "ti . Исходя из него определяется i и цпр (блок 12), а затем - дополнительный объем VgDn , который нужно подать в систему.

При возникновении трех вышеописанных вариантов поведения системы, а также при отсутствии ограничений, алгоритм допускает дополнительную регулировку за счет маневра временем начала действия управляющего воздействия в упр. . С этой целью производится вычисление необходимой временной задержки (блок 13) и

Рис.4. Структурная схема общего алгоритма• управления

фактическая ее реализация (блок 14), После этого начинается подача в систему расхода по закону (12) (блок 15). При образовании только сброса следует немедленный переход к управлению системой по закону (13).

4. ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОРОШЕЛШЫХ СИСТЕМ ПРИ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИИ

В настоящее время при разработке и исследовании технологии процессов водораспределения и водоучета на оросительных системах большое значение имеют расчеты переходных гидравлических процессов течения воды в открытых каналах. Вопросы гидравлики открытых русел рассматривались В.А. Большаковым, О.Ф. Васильевым, М.С, Грушевским, A.M. Марковским, Г.П. Калининым, Л.Н.Ка-ртвелишвили, В.М. Лятхером, А.И. Милитеевым, М.А. Михалевым, A.B. Иипуевым, Е.Г. Филипповым, С.А. Христиановичем, Д.В. Ште-ренлихтом и др.

Характер и интенсивность протекания гидравлических процессов зависит от состава и структуры сети каналов, образующих ОС, особенностей функционирования на каналах регулирующих перегораживающих сооружений и других факторов.

Из-за сложности и громоздкости точных расчетов, а также трудности и дороговизны натурных исследований наиболее оптимальным является разработка функциональной математической модели технологических процессов водораспределения.

При разработке пакета прикладных программ численного интегрирования дифференциальных уравнений характеристик воды в открытых руслах учитывались следующие особенности:

1) численное интегрирование осуществлялось методом Эйлера;

2) для описания функций граничных условий применялось решение обыкновенных дифференциальных уравнений начальных характеристик;

3) для описания функций граничных условий применялся метод кусочно-линейной апроксимации;

4) переход на исследования технологических процессов с одной оросительной системы к оросительной системе с иными гидравлическими и технологическими параметрами осуществлялся без изменения основной программы и подпрограмм численного интегрирования.

Процесс одномерного неустановившегося гладкого течения во-

да в открытых руслах удовлетворяет уравнениям движения и неразрывности Сен-Венана.

При выборе конкретного численного метода предпочтение было отдано методу характеристик, который обладает такими факторами, как численная устойчивость, точность, небольшое время вычисления, а также простота программирования и простота включения граничных условий.

Метод характеристик является единственным из разностных методов, позволяющих выделить момент времени и пространственную координату, когда и где гладкая волна трансформируется в прерывную.

Разработанный пакет программ позволяет: проводить проверку пропускной способности каналов с определением времени добегания расходов, выявлять нестандартные (в том числе аварийные) ситуации, определять потребности в агрегатах головной и подкачивающих насосных станций.

Разработанная программа использовалась при расчете основных вышеперечисленных характеристик Миусской ОС в Ростовской области и Лево-Егорлыкской оросительной системы Ставропольского края (I очередь).

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОПЕРАТИВНО-даСПЕТЧЕРСКОЙ СЛУЖБЫ ВОДОРАСПРЕ ДЕЛЕНИЯ

В пятой главе обоснована необходимость совершенствования всего комплекса технологических операций, обеспечивающих управление водораспределением, определены общие требования к (АРМу) диспетчера ОС, разработаны его функциональная структура и структура информационного, технического и программного обеспечения. Разработанный АРК диспетчера адаптирован на реально действующей Миусской оросительной системе в Ростовской области.

При разработке.функциональной структуры системы АШа за основу была взята самая распространенная схема принятия решений, включающая триединую функциональную задачу: подготовку системы к управлению, непосредственно управление технологическим процессом, подведение итогов работы за период управления.

Схема функциональной структуры системы управления водораспределением приведена на рис. 5,

На этапе подготовки системы к управлению заявки на водопо-

ГОЛОВНАЯ ПРОГРАММА

СТАТИКА

по бьефам

по сооруж

Конфигурирований Исходные данные Расчет Просмотр

н)

по 1 бьефу

по бьефам

по сооруа.

Печать

5_УЗНВ

Й1/-

|по бьефам

по сооруж

Исходные данные

ДИНАМИКА

Расчет

Просмотр

по 1 бьефу

по бьефам

по характеристикам

Печать

по 1 бьефу

по бьефам

по характеристикам

л>

Рис, 5. Схема функциональной структуры системы управления водораспределением.

дачу (блок I) подаются в диспетчерскую службу ОС, где заносятся в ЭВМ-(блоки 5, 6). На базе введенных заявок рассчитывается план водораспределения (блок 4), анализируется диспетчером (блок 2) и, при необходимости, корректируется им (блок 7). После этого он выводится на печать (блок 3). В том случае, если существует план водопользования (блок 10), предусматривается контроль за его соблюдением (блоки 6, 7).

План водораспределения является базисом для этапа непосредственного управления водораспределением на системе. Информация из файла, где он хранится (блок 6), перезаписывается в рабочий файл режима управления (блок II), где он может оперативно корректироваться диспетчером (блок 15). Кроме этого диспетчер в режиме диалога задает настройки системы на объект (блоки 17, 18). Работа системы может осуществляться как в режиме управления технологическим процессом (блок 12), так и в режиме контроля за его ходом (блок 13). При этом, и в том и в другом случае, диспетчеру выдается набор сообщений о ходе процесса (блок 16), по которому он следит за его правильностью. По инициативе оператора ход процесса может быть скорректирован (блок 15). Информация о настройках системы может быть выведена на печать для обеспечения удобства работы с системой (блок 20). По результатам работы системы за сутки формируется итоговый файл (блок 14), который передается в блок подведения итогов для дальнейшей обработки.

На этапе подведения итоговых показателей делается расчет итогов за сутки (блок 21) и выводится на печать итоговая ведомость работы (блок 22), а данные накапливаются (блок 33) для последующего использования при подсчете итоговых показателей за декаду и месяц (блоки 24 и 25). Этот подсчет соцровождается выводом документов (блоки 26, 27). Вся информация контролируется и корректируется диспетчером (блоки 28, 29).

При разработке технического обеспечения АРМа отмечено,что максимальной эффективности его работы можно достичь лишь путем создания его на базе совершенных средств контроля, управления, телемеханики и водоучета. Однако, поскольку в настоящее время это практически невозможно по ряду технических и экономических причин, было признано, что наибольшей эффективности работы системы .в; этих условиях можно достичь, в первую очередь, путем автоматизации функций диспетчерского управления и оснащения

диспетчерского пункта управляющей ЭВ?Л. Поэтому структура комплекса технических средств в своей основе повторяет существующие структуры КГС, отличаясь лишь оснащением диспетчерского пункта.

Основу информационной структуры системы составляет файловая система, включающая три основные группы. Первую группу составляет группа файлов, обеспечивающих настройку системы на реальный объект, являющихся базисными для конкретной ОС. Вторая группа служит для хранения оперативных данных о работе системы. В третьей хранят результаты работы системы за отчетный интервал.

Состав и структура программных средств были определены функциями системы, ее информационным и техническим обеспечением и включали следующие укрупненные программные блоки: головной программы-диспетчера; формирования плана водораспределения; управления водораспределением; информационно-справочной поддержки системы; подведения итоговых показателей работы системы.

Для обеспечения гибкой настройки системы на реальный объект была разработана структура мультифункциональной таблицы, позволяющая: определять тип каждого из сооружений; оперативно конфигурировать систему; устанавливать функциональные зависимости работы одних сооружений от других; задавать режимы с разным качеством регулирования; вводить эмпирические и расчетные данные для приближенных расчетов; обеспечивать настройку на существующие средства измерения и контроля без строгой аппаратной привязки к ним.

В качестве объекта для внедрения была определена Миусская оросительная система в Ростовской области. Среди ее основных особенностей, как объекта управления были выделены: несоответствие дискретностей головной водоподачи (1,6 куб.м/с., кратное производительности I агрегата ГНС) и водопотребления (единицы литров), наличие мощных источников возмущающих воздействий в виде подкачивающих насосных станций, недостаточная оснащенность контрольно-измерительными и водоучитывающими приборами. Существующая на системе технология управления водораспределением предусматривает диспетчерское управление через существующие средства телемеханики и связи с интервалом управления, равным 2-м часам.

Поскольку фактические параметры Миусской ОС из-за длительной ее эксплуатации довольно значительно отличаются от проект-

ных, то для обеспечения работоспособности системы управления водораспределением было решено использовать как рассчитанные по проектным материалам, так и эмпирические данные, существующие на настоящий момент на системе.

Динамические характеристики рассчитывались для наиболее "ответственного" с точки зрения управления (и одновременно в наибольшей степени соответствующего проектным данным) участка оросительной системы - магистрального канала.

Для межхозяйственных распределителей проводился расчет установившихся номинальных режимов движения воды.

Расчеты позволили определить время добегания расходов в бьефах, а также получить сведения о рабочих уровнях и скоростях движения воды в системе, которые, наряду с имеющимися на системе эмпирическими данными, были использованы как при настройке системы на объект, так и в качестве информационно-справочных таблиц диспетчера.

Алгоритмы работы системы управления представлены в виде, реализованном в пакете программ, прилагаемом к диссертации, что позволяет получить более цельное понимание работы всей системы в целом. Они структуризируются на три взаимозависимых блока, обеспечивающих: формирование плана водораспределения, непосредственно управление водораспределением и подведение итоговых показателей работы системы.

6. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОРОСИГЕЛБНЫХ СИСТЕМ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ С УЧЕТОМ АВТОМАТИЗАЦИИ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Проведенный ранее анализ конструкций оросительных систем показал, что до настоящего времени при их создании не в полной мере учитывается и используется рельеф местности.

Автором предложено несколько конструкций мелиоративных систем, работающих с использованием гидроавтоматики и минимизирующих сбрасываемый из них расход. Разработанные системы предназначены для рельефа местности с минимальными уклонами.

Разработанные оросительные системы (а.с. Н» 1249104, 1212382, 1356272) относятся к классу смешанных в связи с широким использованием регулирующего узла, включающего регулятор уровня верхнего бьефа на распределительном канале, создающего

также перепад за водовыделом в оросительном канале, регулятора уровня нижнего бьефа, установленного в голове оросителя и регулятора уровня верхнего бьефа, установленного на сбросе из оросителя в распределительный канал за регулятор - УВБ на нем (рис. б а).

Другой особенностью разработанных конструкций оросительных систем являются: выполнение основного количества оросителей с минимальным или нулевым уклоном, кольцевая схема основных водо-проводящих каналов. Разработанные конструкции оросительных систем обладают повышенной надежностью. Расчеты показали, что вероятность безотказной работы за счет закольиевания поливных каналов повышается с Р=(?,£ до Р = 0}9& .

Для местности со значительными уклонами разработана конструкция "оросительной системы" по а.с. № 1481919, которая наряду с общим повышением надежности работы системы позволяет за счет использования оросительных каналов в качестве транспортирующих (рис. б б) значительно уменьшить количество межхозяйственных и внутрихозяйственных распределительных каналов. В диссертации получены зависимости для определения основных размеров оросительных каналов в зависимости от ниже расположенных орошаемых площадей.

Важными элементами открытых оросительных систем являются подпорно-регулирующие сооружения.

Автором сформулированы основные принципы, которым наряду с выполнением своего прямого функционального назначения, должны отвечать такие конструкции. Основными из них являются:

а) одновременный пропуск при работе плавника и наносов;

б) максимальное освобождение живого сечения водовода при пропуске повышенных и критических расходов.

Автором разработаны и исследованы несколько конструктивных групп подпорно-регулирующих сооружений, в основном отвечающих этим требованиям (табл. 3).

Наиболее перспективной из приведенных является конструкция регулятора уровня верхнего бьефа по а.с. 875351. Как &яло указано ранее, основными недостатками регуляторов прислонного типа являются: большая металлоемкость конструкции и трудности при пропуске плавника. С целью устранения вышеперечисленных недостатков горизонтальная ось вращения щита (рис. 7) размещена на половине его высоты, а короб выполнен в виде одной или несколь-

- У\ -

9 &

у/

в ю Л_Л

а)

МЛ

лг1

11 ^ А.

Рит

1РР

»1 -10 I

-Iм

Турвйть п-ЦраНш п- чйа(ещ еиетми

Рис. 6. Открытые автоматизированные оросительные системы для

рельефа с различными уклонами а) по а.с. 1212382; б) по а.с. 1481919

I - магистральный канал; 2, 18 - распределительные каналы; 3 - канал связи; 4 - регулятор уровня; 5 - датчик; 6, 10, 17 -регулятор расхода; 7, 13, 14, 15, 16, 21, 24, 25 - регулятор УВБ; 8, 9, 19, 20, 23 - поливные каналы; II - регулятор УНБ; 12, 22, 27 - сбросные каналы; 28 - подпорные сооружения.

ТаблицаЗ

Основные конструкции разработанных подпорно-регулирующих сооружений

¡Конструкция и ; ,номер авторского^ свидетельства j

Схематическое изображе-; ние конструкции |

Основное элемента конструкции

1_.Щитово1е (клапанное ) регулятора I.Регулятор уров- ~~ ня верхнего бье-;'фа типа двойная вертупка (а.с.822154)

2.Устройство для регулирования расхода эоды в оросительных системах (а.с. 808583)

II.Регуляторы емкостного типа"

■3. Регулятор :

уровня верхнего бьефа

(а.с. 875351)

1- !циты

2- р^аги

3- гибкие связи

4- оси вращения

5- противовесы

1- решетки

2- оси вращения

3- противовес

4- трос

1- ось вращения

2- короб

II¡.Регуляторы с изменяющейся регулировочной емкостью

4.Регулятор уровня жидкости в бьефах (а.с. 809087;'

1- щит

2- ось вращения

3- стэорки

4- регулировочное устройство

1У. Регуляторы, и затворы для дождевальных машин и затворы-водовып.уски 5. Регулятор

уровня в бьефах гидротехнических сооружений (а.с. 1423986)

6. Устройство для дозирования жидкости (а.с. 1041997)

1- поплавковый водозабор

2- желоб

3- щит

4- противовесы

т_

камера

2- запорный пилиццр

3- тороидальный

элемент

4- датчик уровня

ких секций с цилиндрической поверхностью и направляющей в виде полуэллипса, большая полуось которого определяется соотношением

А^а^Щ (14)

Рис. V. Расчетная схема где а - половина высоты щита; В - ширина щита;

Ь - ширина секций короба, которая определяется из соотноше-. ния

¥ ■ ь/ьляшгг- яйвг7«*(15)

где П - количество секций короба.

Создание подпорно-регулирующих сооружений, работающих с переливом через гребень и истечением из-под щита, требует более тщательной проработки вопроса определения пропускной способности этих конструкций.

Проведенные автором теоретические проработки позволили получить зависимости для определения пропускной способности вертикального и наклонного щита, находящегося в потоке (см. табл.

4).

Таблица 4

Расчетные зависимости для определения основных гидравлических характеристик потока при послойном истечении

Вид ' Основные виды расчётных. схем Зависимости для определения

истечения основных характеристик потока

I 2 3

I. Истечение жидкости через гребень 14 ИЗ под щита

— --=~1

* ■-

— — - ^—X«

-- 7П—>» п> }}> и} )>> >» »1 т ») )>.

2. Истечение жидкости через грр-бень и чере: отверстие

3. Истечение КУДУости через зррту-кельны'' шит, вращаши^ся вокруг сси

(г.3)

-А<" НЩ 1(Н-а)*-Ь'6] игЛ>

М'+Н^сози)4 -},'*]; (гз)

4. Истечении ЖКДГОСТ*

1 тбн. ■ бЛд'

где Ь-Ц 00$ и^-соз и) ;

Некоторые из полученных зависимостей были проверены в лабораторных условиях.

Проводились лабораторные исследования щитового затвора типа одинарная вертушка. Данная конструкция устойчиво работает при ее отклонении от вертикального положения до 10°.

При использовании приведенной в табл. 4 зависимости (2.6) и назначенном коэффициенте расхода ^ =0.62 (приравненному к условиям истечения из трубы) величина коэффициента колебалась от 0.41*0.43.

В работе автором проведен конструктивный расчет щитовых регуляторов уровня верхнего бьефа. Приводятся также результаты натурных исследований щитовых регуляторов уровня верхнего бьефа для лотков полуциркульного очертания ЛР-60 в совхозе "Большевик" Мартыновского района (6 регуляторов) и опытном хозяйстве Ростовской опытно-мелиоративной станции в количестве 4 штук.

Наиболее широкое распространение получили щитовые затворы типа "одинарная вертушка" и регуляторы уровня верхнего бьефа по а.с. № 822154. Эти конструкции были внедрены на Наурско-Ше-лковской и Сулу-Чубутлинской ОС Шелковского водного управления МВХ ЧИАССР (15 регуляторов); Терско-Кумской обводнительно-оро-сительной системе Ставропольского края (5 регуляторов), Прох-ладненской оросительно-обводнигельной системе КБ АССР (5 регуляторов) .

Емкостные регуляторы по а.с. 875351 были внедрены в управлении межреспубликанских магистральных каналов в г. Майском КБ АССР, затворы-автоматы ЗД0-400 по а.с. 1041997 были внедрены на Пригородной оросительной системе Краснодарского края и Веселовской оросительной системе.

Передвижная подпорная перемычка была внедрена на Багаево--Садковской оросительной системе.

В целом в зоне Северного Кавказа в 1978-1985 годах было внедрено около 100 различных конструкций регуляторов.

7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОДОУЧЕТА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ^КОНСТРУКЦИИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

В седьмой главе приведены основные положения оснащения оросительных систем средствами водоучета и разработки по новому способу измерения расхода и стока воды в открытых каналах по методу измерения "уклон-площадь".

Основные положения оснащения ОС средствами водоучета и водоизмерения заключаются в следующем.

1. В новых экономических условиях необходимо четкое, юридически закрепленное, структурное разделение сфер влияния хозяйствующих субъектов на ОС.

2. По выполняемым функциям рационально разделение традиционной системы водоучета на две взаимосвязанные системы:

- система водоучета (коммерческого водоучета);

- система водоизмерения (измерение технологических параметров ОС).

3. На средства водоучета (коммерческого водоучета) в полной мере распространяются требования Госстандарта по допустимой погрешности измерения ¿5 % ц другие требования.

4. Требования к допустимой погрегшост^во^пиз^г^чид технологических параметров определяются в.^оектах реконструкций (автоматизации) ОС и могут достигать величины Й0-15 % при условии обеспечения оптимального водораспределения и рационального использования водных ресурсов.

5. В состав измеряемых параметров на ОС входят:

- учетный параметр - сток (количество) воды в единищх объема;

- технологические параметры: уровень воды, расход воды, давление воды (или их производные) в соответствующих единицах измерения.

6. Система водоучета на ОС должна включать комплекс стандартных гидрометрических постов, размещаемых:

- в голове магистрального канала (в точке забора воды из водоисточника);

- в точках водовыдела хозяйствующими объектами на ОС;

- в точках технологических сбросов воды на ОС;

- в точках сброса дренакннх вод.

7. Система водоизмерения на ОС может включать комплекс стандартных технических средств измерений, нестандартизирован-ных средств измерения, технологических датчиков контроля измеряемых параметров, входящих в состав информационного обеспечения АСУ ТЛ ОС.

Точки разггещения средств водоизмерения определяются особенностями ОС.

8. Метрологическое обеспечение систем водоучета и водоизмерения обеспечивается единой метрологической службой Главвод-

хоза.

На открытых ОС для осуществления водоизмерения технологических параметров, в частности расходов воды, предлагается использовать новый способ измерения расходов (стока) воды по а.с. 1659731, разработанный при участии автора. Данный способ, технически реализующий метод измерения "уклон-площадь", получил свое развитие в "способе определения расхода воды на открытом канале с призматическим руслом", на который в соавторстве получено положительное решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 50340115/10/014309 от 25.03.92 г.

Данный способ предназначен для измерения расходов воды на участках каналов, находящихся в зоне гидравлического влияния перегораживающих сооружений со щитовыми регуляторами или водовыпускными сооружениями (рис. 8).

Техническая реализация способа следующая: первый по течению створ Ик располагают на расстоянии £ к - М затБ. (где М^атВ. ~ полная высота затвора) от затвора перегораживающего сооружения. Второй створ И± располагают от перепада на расстоянии 1=Нсгг>р (где НСщр ~ строительная высота измерительного участка), а измерение производят по образуемой между затвором и перепадом кривой подпора со сверхкритическим режимом течения. При этом длину участка измерения выбирают из условия I пр - (<§+/£)£.

Расход вычисляется по формуле, являющейся аналитическим решением дифференциального уравнения установившегося неравномерного медленно изменяющегося режима течения воды:

Я(обр )

2 _ | /*/.

8сбр. Р ^ ¿"б / ^ У^/у

К^/с (16)

Параметр /1 (обр! определяется по формуле

^ + Ьк_'со5р. У/кЬк

обр. ___ Ы. 5

¿оф. ~ (I?)

Канал „уиернь/й лоток '(¿0<0)

Выстротон. \бодосдрос)

Рис. 8. Способ определения расхода воды за перегораживающим сооружением на участке канала с перепадом местности

где

С ±1*кЬ +

5} Р - осреднению на рассматриваемом участке значения безразмерных величин.

Для измерения глубины (уровня) воды в створах участка канала могут рекомендоваться: стандартизированные гидротехнические рейки РГ-01; самописцу уровня воды ГР-38, уровнемеры акустические ЭХО-3, ЭХО-5 и др. Информация об измеряемых параметрах может получаться в визуальной форме или передаваться по каналам телемеханики в диспетчерский пункт для обработки.

- иг -

8. ОЦЕНКА. НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОТКРЫТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

В главе 8 рассматривается методика оценки надежности оросительных систем при водораспределенш и основных их элементов - распределительных каналов и подпорно-регулирующих сооружений (регуляторов уровня верхнего и нижнего бьефов).

Исследованиями- надежности гидромелиоративных систем и различных гидротехнических сооружений занимались многие ученые. Широко известны в этой области фундаментальные работа акад. Ц.Е. Уирцхулавы.- Дальнейшее развитие методов оценки надежности гидромелиоративных систем и сооружений на них получили в трудах: B.C. Алтунина, Т.А, Алиева, Е.П. Галямйна, В.М. Лятхера, П.И. Коваленко, Ю.И. Косиченко, И.И. Науыенко, М.Ф. Натальчука, В.И. Ольгаренко, С.С. Савватеева и др.

Надежность оросительной системы может быть оцределена как способность системы обеспечивать и сохранять в условиях эксплуатации значения заданных параметров в течение всего срока эксплуатации в границах установленных допусков. При выходе установленных параметров за пределы допуска такое событие квалифицируется как отказ.

Оросительная система состоит из большого количества разнообразных элементов, которые характеризуются определенной степенью надежности. Элементами системы являются: магистральный канал, насосные станции, распределительные каналы, оросители и сооружения на них. При этом на автоматизированных оросительных системах в качестве сооружений на сети применяются регуляторы уровней верхнего и нижнего бьефов, а также специализ1фованные системы управления технологическими процессами водораспределе-ния - счетно-логическое устройство, дешифратор, сумматор и др.

Автором предложены ярусная иерархическая модель надежности оросительных систем при управлении их водораспределением и структурные схемы надежности открытых автоматизированных оросительных систем, которые позволяют установить последовательность и функциональные связи между всеми элементами системы к оценить надежность оросительной системы в целом.

Так как оросительная система работает в течение некоторого времени и является восстанавливаемой, то наиболее приемлемыми комплексными показателями надежности системы могут служить

коэффициент готовности К г и коэффициент сохранения эффективности /С эср . Для установившегося режима эксплуатации принимается допущение об экспоненциальном законе распределения времени (наработки) между отказами и временем восстановления. При опенке возможных состояний системы используется граф состояний и система дифференциальных уравнений, описывающих состояние неработоспособности системы.

Надежность функционирования каналов при водораспределении обусловлена изменением пропускной способности и уровней вода в процессе их эксплуатации. Так, вероятность безотказной работы канала по пропускной способности устанавливается из выражения

vne cP(i)=j~. J Q ij~t ' табличный интеграл вероятности;

Qpoci/.' расчетный расход в канале, соответствующий максимальному расходу по СНиП 2.06,03-85;

Qтсг> - случайный минимальный расход;

<3(Эрскч.Р%тсгГ сРе'цнекЕаДРа,тичНЬте отклонения соответственно Q рсгсч. и Q mm -

Условие работоспособности канала по поддержанию уровня' воды при водораспределении запишется, как

''max ''pact/. rnUn

где h max ~ максимально допустимая глубина, не приводящая к переполнению канала; hmin ~ минимально допустимая глубина, обеспечивающая пропуск заданного расхода в каналы младшего порядка; hpOCq - расчетная глубина в канале, соответствующая пропуску Q.pqe.4, и равномерному режиму движения.

Тогда вероятность безотказной работы канала по поддержанию уровня воды определяется из выражения

h max ~ fa рос я

v/ef + of-

п max h расц

Надежность работы подпорно-регулирующих сооружений на оросительной сети состоит в оценке надежности обеспечения их заданной пропускной способности или коэффициентов расхода.

Для определения общей пропускной способности подпорно--регулирующего сооружения используем известные зависимости истечения через большое отверстие и водослив с тонкой стенкой с учетом взаимного влияния потоков. При этом полагаем

тА^ЪуЪ-ГПа , Ш)

где гпа - коэффициент расхода водослива с тонкой стен-

кой с учетом скорости подхода;

/С/ - коэффициент расхода большого отверстия;

- коэффициент влияния нижнего потока на верхний;

Чн - коэффициент влияния верхнего потока на нижний;

(

т0 - общий коэффициент расхода подпорно-регулиру-ющего сооружения.

Коэффициент расхода подпорно-регулирующего сооружения определяется по формуле

/7?с

(22)

где Н - напор на сооружение;

Ищ - высота щита сооружения; СИ - высота открытия щита; 6 - ширина сооружения. Тогда относительная погрешность при определении коэффициента расхода Рпс составит

6 , (23)

то £ тс >

где ^в - параметр нормального распределения при веро-

С-

ятности

среднеквадратичное отклонение т0 , определяемое путем частного дифференцирования всех переменных, входящих в зависимость (22).

В диссертации рассматриваются также эколого-экономические аспекты функционирования оросительных систем, которые должны лежать в основе технических решений при проектировании, строительстве и эксплуатации гидромелиоративных систем. При этом предлагается суммарный вклад мелиоративных систем оценивать с учетом продовольственной, природоохранной и социальной программ развития территорий.

9. ПЕРСПЕКТИВЫ СТАНОВЛЕНИЯ РЫНОЧНЫХ ОТНОШЕНИЙ В ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ОРГАНИЗАЦИЯХ

В девятой главе на основе рассмотрения вопросов оценки экономического использования орошаемых земель сельхозпредприятиями показаны пути формирования товарных отношений эксплуатационных водохозяйственных предприятий с сельхозпредприятиями--водопотребителями. Проведен анализ и исследованы возможности и целесообразность перехода к платному водопользованию.

В условиях рыночного хозяйства конкурентоспособность продукции, произведенной на орошении (в сравнении с аналогичной продукцией, произведенной на богаре), определяет выбор экономической стратегии сельхозпроизводителей в отношении использования орошения.

В рассматриваемом случае под конкурентоспособностью продукции, произведенной на орошении, следует понимать удовлетворение ее экономических характеристик следующим требованиям:

- меньшее (чем на богаре) значение текущих издержек производства каждого вида сельхозпродукции (на единицу продукции);

- большее (чем на богаре) значение чистого дохода, приходящегося на единицу орошаемой площади;

- более высокий (чем на богаре) уровень рентабельности каждого вида сельхозпродукции.

Анализ конкурентоспособности отдельных культур, производимых на орошении, с аналогичной продукцией, производимой на богаре, может быть осуществлен путем поэтапного сопоставления показателей затрат и экономических результатов производства по каждому из этих вариантов.

Сопоставление вариантов по текущим издержкам (себестоимости) осуществляется на основании предварительно рассчитанных величин текущих издержек на производство продукции на орошении и на богаре.

_ ТНЗ +T»ys + hUlS (24)

T3s = Тб ;

т, _ ТЗН + ТуУъ+ЯХ, <-НЛ0 (25)

где Т36 Т30 - текущие затраты на сельхозпроизводство на бо-J rape и орошении соответственно, руб/т;

ТНЗ ~ текущие затраты на производство сельхозпродукции, не зависящие от урожая, руб/га; ~Т~у - текущие затраты на цроизводство сельхозпродукции, зависящие от величины урожая, руб/т;

УУо - урожайность сельскохозяйственной культуры на богаре и орошении соответственно, т/га;

■ Hflff Н/!^- земельный налог с богарных и орошаемых земель соответственно, руб/га;

Л Тм - дополнительные текущие затраты на мелиорацию, руб/га.

При ~Г30 > ТЗ £ возделывание рассматриваемой сельхозкультуры на орошении нецелесообразно. В остальных случаях анализ должен быть продолжен.

Сопоставление вариантов по чистому доходу (массе, прибыли) должно осуществляться на основании предварительно рассчитанных величин валового дохода от реализации продукции ВПб и ВПо.

Сопоставление вариантов по уровню рентабельности продукции должно производиться с учетом рентабельности продукции, возделываемой на богаре, и средней рентабельности продукции.

На этой же основе может быть обоснован приемлемый для сельхозпредприятия верхний уровень тарифа на услуги по водоподаче

Цп^д- ~ Н0р*6 (26)

При Цдо1 ¿п > Ц пред. заключение договора с водохозяйственным предприятием на услуги по водоподаче экономически нецелесообразно для сельхозпредприятия.

В условиях рыночных отношений важнейшим требованием фор-

мирования любых тарифов является предварительная оценка нижнего и верхнего пределов цены, между которыми может быть установлен договорный тариф.

Нижний предел ("цена поставщика") в нашем случае представляет собой величину цены, установленную, исходя из необходимых производственных затрат водохозяйственного предприятия (ВХП). Оказание услуг по водоподаче по ценам ниже "цены поставщика" коммерчески нецелесообразно для водохозяйственного предприятия.

Верхний предел ("цена потребителя") представляет собой величину цены, установленную, исходя из экономического результата орошения у сельскохозяйственных предприятий. Получение оросительной воды по ценам выше "цены потребителя" коммерчески нецелесообразно для них.

Реально приемлемый уровень тарифа должен устанавливаться в пределах этой "вилки".

Договорная цена на услуги по водоподаче может устанавливаться в виде двуставочного или одноставочного тарифа. В период перехода к товарным отношениям, на наш взгляд, более целесообразно применение двуставочного тарифа, причем погектарную составляющую целесообразно оплачивать за счет бюджетного финансирования. Такой подход позволит, во-первых, упростить сам порядок расчетов, во-вторых, свести процесс формирования договорных тарифов к обоснованию покубометровой составляющей. В этом случае расчетная величина погектарной составляющей тарифа определяется, как

(27)

где ^бтдж р " сУмма бюджетного финансирования ВХП;

Ц* - погектарная составляющая тарифа в расчетном

2 - величина орошаемых площадей у водопотребите-

£ дог к лей (в соответствии с договорами на водопо-дачу-, действовавшими в предшествующем году); к - порядковый номер сельхозпредприятия-водопот-

году;

ребителя, обслуживаемого ВХП.

Расчетная величина Ц^о определяется при установлении суммы 3 ¿юЭж.ри до™»9' оставаться неизменной в течение календарного года.

Покубометровая составляющая тарифа устанавливается на основе договоренности между ВХП и водопотребителем и предварительной оценки нижнего и верхнего пределов цены

/У < // „ < // (28)

м пост м оог. ^ /и по/7>р.

где Ц„тгт.Ммпогпр. , Воз. - соответственно уровни покубо-метровой составляющей тарифа на подачу воды в точки водовыдела: приемлемый для водохозяйственного предприятия ("цена поставщика"); приемлемый для водопотребителя ("цена потребителя"); установленный в результате договора между водохозяйственным и сельскохозяйственным предприятиями.

Нижний предел покубометровой составляющей тарифа "цена поставщика" Цм „ост. представляет собой величину цены, устанавливаемую исходя из необходимых производственных затрат водохозяйственного предприятия.

В условиях перехода к товарным отношениям Цм пост, определяется, исходя из доли финансирования ВХП за счет водопотре-бителей

_ -3 С хр

Цапает \/р >

у проза.

(29)

где 3 СХр - планируемая суша платежей сельхозпредприятий за услуги по водоподаче; прогнозируемый объем водоподачи в расчетном году, осуществляемой ВХП.

Верхний предел покубометровой составляющей тарифа "цена потребителя" Ц м по тр. представляет собой величину цены, установленную, исходя из экономического результата орошения у сельскохозяйственных предприятий.

Верхний предел покубометровой составляющей тарифа Цм может быть рассчитан как частное от деления стоимостной оценки экономического результата орошения у конкретного водопотребителя Эсхъ. на плановый объем водоподачи для этого водопот-

ребителя V ппан

~?>бюд* Упрогн.

^п/ган.

М погпр.

" (30)

V ппан.

Как было сказано вше, в современных условиях при коммерциализации водопользования неизбежно сохранение государственного участия в финансировании эксплуатационных ВХП. Только таким путем возможно сохранить приемлемый уровень рентабельности сельсхозпродукции, производимой на орошении, и избежать массового списания орошаемых земель по причине их коммерческой неперспективности .

Размеры бюджетного финансирования отдельных ВХП могут быть установлены, исходя из плановых смет расходов на их содержание и нормативного уровня рентабельности их продукции (услуг), уменьшенных на величину планируемой суммы платежей сельхозпредприятий за услуги по водоподаче.

Величины рентабельности сельхозпродукции могут приниматься:

- для товарных культур - по данным статистической отчетности для района, обслуживаемого ВХП, за предшествующий год;

- для кормовых культур - равными рентабельности ведущей животноводческой продукции в предшествующем году.

В последующие годы должно осуществляться снижение доли бюджетного финансирования водохозяйственных предприятий, которое также может идти различными путями.

Конкретные решения о размерах бюджетного финансирования водохозяйственных предприятий в отдельные годы должны определяться с учетом общеэкономического положения в народном хозяйстве и состояния финансовой системы. Очевидно также, что этот вопрос должен Снть увязан с общим процессом развития системы товарных отношений в водопользовании.

ВЫВОД! И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. На основании проведенных исследований усовершенствованы принципиальные схемы управления водораспределением, позволяющие при использовании разработанной базовой конструкции оросительной системы применять принцип упреждения изменения подаваемых в оросительную систему расходов с учетом особенностей основных схем регулирования - "по плану" и "по требованию".

2. Выявлены основные особенности звеньев управления водораспределением и разработана методика описания их параметров. На основе исследований динамических процессов при работе оросительных систем, определены варианты ее поведения в условиях действия ограничений, связанных с емкостными свойствами каналов и временем добегания расходов.

3. Синтезирован алгоритм управления водораспределением, включающий основной контур, обеспечивающий управление по расходам с учетом динамических свойств каналов и дополнительный, производящий управление по верхнему бьефу и отрабатывающий случайные возмущения.

Научно обоснована и разработана структура АРМа диспетчера оросительной системы, реализующая предложенный принцип и алгоритм управления при эксплуатации действующих оросительных систем.

4. Автором разработаны новые конструкции открытых оросительных систем с использованием гидроавтоматов для рельефа местности с минимальными уклонами ( I <- 0,0001 ± 0,00001 ), минимизирующие сброс воды и повышающие надежность работы всей системы, в которых оросительные каналы размещены по направлению минимального или нулевого уклона, а транспортирующие по уклону местности. Для местности со значительными уклонами

( I ) разработана конструкция оросительной системы, в

которой поливные каналы, являющиеся одновременно и транспортирующими, расположены вдоль уклона местности, а хозяйственные (межхозяйственные) распределители, выполняющие роль бассейнов регулирования, размещены с нулевым уклоном.

5. Предложен новый класс подпорно-регулирующих сооружений (защищенных рядом авторских свидетельств), работающих одновременно с переливом через гребень сооружения и с истечением из-под щита, что позволяет пропускать одновременно плавник и нано-

сы, максимально освобождая живое сечение водовода. Получены зависимости для определения пропускной способности разработанных конструкций. Проведены гидравлические и статические исследования предложенных подпорно-регулирующих сооружений, подтверждающие результаты теоретических предложений.

6. Приведены основные положения по оснащению открытых оросительных систем средствами водоучета (коммерческий водоу-чет) и средствами водоизмерения (технологический водоучет). Разработан новый способ измерения расхода и стока воды в открытых каналах по методу измерения "уклон-площадь" как для открытых участков каналов, так и на участках за подпорно-регули-рующими сооружениями как с прямым, так и обратным уклоном местности.

7. Разработаны элементы методики оценки надежности работы оросительных систем при водораспределении, основанные на ярусной иерархической модели функционирования системы и оценке показателей надежности распределительных каналов и подпор-но-регулирующих сооружений.

8. На примере Лево-Егорлыкской оросительной системы исследована функциональная структура системы управления водора-спределением, обеспечивающая баланс экономических и других интересов участников процесса водопользования. Подтверждена необходимость принятия всех управленческих решений (хозяйственных, технических, технологических, экологических) на основе системы экономических критериев.

9. Рассмотрены вопросы оценки экономического использования орошаемых земель. Приведена методика коммерческой оценки результатов деятельности, заключающаяся в определении дополнительной прибыли, получаемой сельхозпредприятиями. Показаны пути оценки конкурентоспособности продукции, производимой на орошении на основании сопоставления вариантов по текущим издержкам (себестоимости) продукции, производимой на орошении и богаре.

10. Результаты работы доведены до практической реализации как в проектной (институты Севкавгипроводхоз, Южгипроводхоз, Кубаньгипроводхоз), так и эксплуатационной практике на оросительных системах Ростовской области, Ставропольского и Краснодарского краев, Кабардино-Балкарии и могут быть использованы на открытых оросительных системах Российской Федерации.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЙ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЩ-iX РАБОТАХ

А. Монографии, нормативные документы

1. Проблемы и перспективы становления рыночных отношений в мелиорации и водном хозяйстве //НГГУ, - Новочеркасск, 1994.

- III с. (соавтор Е.Б. Колбачев).

2. Системные принципы водоучета и управления водораспределени-ем на оросительной сети //НГТУ, - Новочеркасск, 1994. -235 с. (соавтор Ю.Г. Иваненко и др.).

3. Совершенствование технологии управления водораспределением на открытых оросительных каналах // - М. ИНТИ "Мелиоводин-форм", 1995. - 80 с. (соавтор В.И. Коржов).

4. Надежность функционирования оросительных систем и сооружений, часть I. - М. ЩТИ "Мелиоводинформ", 1995. - 94 с. (соавтор D.M. Косиченко).

5. Временное руководство по проектированию и эксплуатации автоматизированных оросительных систем, часть I, часть 2 ВДШГиМ, - Новочеркасск, 1989. - ч. I - 160 с., ч. П -157 с. (соавторы Ю.Г. Иваненко и др.).

6. Рекомендации по проектированию и эксплуатации цилиндрического затвора-автомата облегченной конструкции (ЗЦО), МШГиМ, - Новочеркасск, 1988. - 24 с. (соавторы A.A. Коренев, Е.В. Букин).

7. Комплексная программа организации учета воды на оросительных системах Минводхоза РСФСР на период 1989-1995 гг., НПО "Югмелиорация", Ростов-на-Дону, 1989. - 148 с. (соавторы H.A. Поспелов и др.).

8. Рекомендации по формированию системы товарных отношений водохозяйственных организаций с водопотребителями, Минвод-хоз РСФСР "Росоргтехводстрой", М., 1990. - 29 с. (соавторы А.Т. Лисконов и др.).

Б. Статьи, брошюры

9. Мягкие регуляторы и возможности их применения //Труды НИМИ т.ХУ1, вып. 6 - Новочеркасск, 1975.

Ю. Исследование мягких затворов-регуляторов гидравлического действия //Автореферат диссертации на соискание ученой

степени канд.техн.наук, М., 1977. - 16 с.

11. Гидравлические исследования мягкого регулятора комбинированного типа с напорным щитом //Применение облегченных конструкций гидротехнических сооружений в гидротехническом строительстве: Сб. науч. тр. ХШИИГиМ. - Новочеркасск, 1980. - С. 37-46 (соавтор Х.П. Лийв).

12. Применение полимерных материалов для регулирующих сооружений //Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания "Применение полимерных материалов в мелиоративном строительстве", Елгава, апрель 1982 г., ЦШТИ МВХ СССР, - И., 1982. - С. 33-34.

13. Статический расчет регулятора прислонного типа для русел трапециедального сечения //Гидротехнические сооружения мелиоративных систем: Сб. науч. тр. ¡ОкНШГиМ - Новочеркасск, 1982. - С. 68-73 (соавтор Н.ф. Луговой).

14. Регулирующие сооружения внутрихозяйственной оросительной сети //Буклет ВжНИИГиМ, - Новочеркасск, 1982.

15. Пути и перспективы развития водорегулирующих сооружений оросительных систем //Цеп. рукопись - Библ. указатель "Строительство и эксплуатация водохозяйственных объектов", вып. 6, 1982. - 24 с.

16. Пути развития регулирующих сооружений оросительных систем в зоне Северного Кавказа //Гидротехнические сооружения мелиоративных систем: Сб. науч. тр. ЮжНИИГиМ - Новочеркасск, 1982. - С. 65-68.

17. Гидравлические исследования регулятора уровня с переменной регулировочной емкостью //Исследование новых конструкций гидротехнических сооружений и вопросы эксплуатации гидромелиоративных систем: Сб. науч. тр. ЮжНИИГиМ, - Новочеркасск, 1983. - С. 99-104 (соавтор Г.Г. Куковский).

18. Методика конструктивного расчета щитовых регуляторов уровня верхнего бьефа для каналов и лотков //Исследование новых конструкций гидротехнических сооружений и вопросы эксплуатации гидромелиоративных систем: Сб. науч. тр. МШГиМ, - Новочеркасск, 1983. - С. 159-172 (соавтор Н.Ф. Луговой).

19. Гидроавтоматы с двухслойным и многослойным истечением потока //Ефективни напоителни системи за монокултури върху го-леми площи: Тез. симпозиума 7 и 8, 10, НТО, София, 1983. -С. 18.

20. Статический расчет формы емкости регуляторов прислонного типа //Строительство и архитектура № 3, - Новосибирск,

1985. - С. 89-92 (соавтор Н.§. Луговой).

21. Оценка надежности функционирования открытых оросительных систем //Гидротехнические сооружения и вопросы эксплуатации оросительных систем: Сб. науч. тр. - Новочеркасск,

1986. - С. 8-18 (соавтор А.И. Иванов).

22. Программирование водораспределения в оросительной системе открытых каналов// Гидротехнические сооружения и вопросы эксплуатации оросительных систем: Сб. науч. тр. - Новочеркасск, 1987. - С. 3-10 (соавторы Ю.Г. Иваненко и др.).

23. Исследование переходных процессов в бьефах магистрального канала Лево-Егорлыкской оросительной системы .//Использование ЭВМ в планировании и управлении водохозяйственными системами: Сб. науч. тр. ИйНИИГиМ, - Новочеркасск, 1983. -С. 87-98 (соавторы Ю.Г. Иваненко, Т.Ф. Носова).

24. Средства гидравлической автоматизации водоподачи к ЭДШ "Кубань", ЮжНИЙГиМ, - Новочеркасск, 1988. - 8 с. (соавторы Е.В. Букин и др.).

25. 0 переходе к платному водопользованию //Мелиорация и водное хозяйство. № 5, М., 1990. - С. 21-24 (соавторы

А.Т. Лисконов и др.).

26. Эколого-экономические аспекты обоснования мелиорации //Мелиорация и водное хозяйство, № 2, М., 1993. - С. 9-II

■ (Соавтор Д.С. Гузыкин).

27. Фермерство на орошаемых землях //Мелиорация и водное хозяйство, № 3, М., 1993. - С. 11-14 (соавторы В.О. Шишкин и Е.В. Колбачев).

28. Проблемы и пути перехода к платному водопользованию в Российской Федерации //Мелиорация и водное хозяйство, № I, -М., 1992. - С. 2-5 (соавторы В.О. Шишкин и др.).

В. Авторские свидетельства на изобретения

29. A.c. 808583 СССР, МКИ Е 02 В 7/20. Устройство для регулирования расхода воды в оросительных системах /Соавторы: Б.И. Сергеев, Н.Ф. Луговой, В.И. Кашарин; НИШ. -2771639/18-24. Заявл. 25.05.79; Опубл. 28.02.81. Еюл. »8.

30. A.c. 809087 СССР, МКИ Е 02 В 7/42, С 05 Д 3/00. Регулятор уровня жидкости в бьефах; ЮяйИИГиМ. - 2771640/18-24. Заявл.

28.05.79; Опубл. 28.02.81. Бюл. № 8.

31. A.c. .822154 СССР, МКИ G 05 Д 9/02, Е 02 В 7/46. Регулятор уровня верхнего бьефа /Соавторы: Б.И. Сергеев, Н.Ф. Луговой, С.П. Флоринсний; МШИГиМ. - 2758691/29-15. Заявл. 28.04.79; Опубл. 15.04.81. Бюл. № 14.

32. A.c. 875351 СССР, МКИ G 05 Д 9/02, Е 02 В 7/40. Регулятор уровня верхнего бьефа /Соавтор: Н.Ф. Луговой; ХШИИГиМ -2884860/18-24. Заявл. 13.02,80; Опубл. 23.10.81. Бюл. № 39.

33. A.c. 890368 СССР; МКИ G 05 Д 9/02. Регулятор уровня верхнего бьефа; - 2904098/18-24. Заявл. 02.04.80; Опубл. ' 15.12.81. В®л. №'4б.

34. A.c. 9II478 СССР, МКИ G 05 Д 9/02. Регулятор уровня верхнего бьефа в гидротехнических сооружениях /Соавтор

С.П. Флоринский; Севкавгипроводхоз. - 2882356/18-24; Заявл. 08.02.80; Опубл. 07.03.82. Бюл. № 9.

35. A.c. I041997 СССР МКИ G 05 Д 7/01, G 05 Д 9/02. Устройство для дозирования жидкости /Соавторы: В.Б. Ковшевацкий, A.A. Коренев; - 3401619/18-24; Заявл. 22.02.82; Опубл. 15.09.83; Бюл. 9 34.

36. A.c. I179282 СССР, МКИ G 05 Д 9/00. Регулятор уровня верхнего бьефа /Соавтор: В.Ф. Костюков; МИИГиМ. - 3718492/24-24; Заявл. 21.03.84; Опубл. 15.09.85. Бюл. № 34.

37. A.c. I2I2382 СССР, МКИ А Ol G 25/16. Открытая оросительная система; ЮжНШГиМ. - 3668640/30-15; Заявл. 02.12.83; Опубл. 23.02.86. Бюл. № 7.

38. A.c. 1287793 СССР, МКИ А 01 & 25/16. Автоматизированная оросительная система /Соавторы: В.И. Коржов, М.Ю. Красов-ский, Г.А. Сенчунов; ШНИИГиМ. - 3951954/30-15; Заявл. 10.09.85; Опубл. 07.02.87. Бюл. № 5.

39. A.c. I3I9804 СССР, №01 А Ol G- 25/Г6. Автоматизированная оросительная система /Соавторы: В.И. Коржов, М.Ю. Красовс-кий, A.A. Коренев; ШНИИГкМ. - 3980064/30-15; Заявл. 26.08.85. Опубл. 30.06.87. Бюл. » 24.

40. A.c. 1356272 СССР, МНИ А Ol G 25/16. Оросительная система /Соавторы: С.П. Флоринский, В.Ф. Костюков, A.A. Коренев; МИИГиМ, Севкавгипроводхоз. - 4037422/30-15; Заявл. 25.12.86; ДСП.

41. A.c. 1423986 СССР, МКИ & 05 Д 9/02. Регулятор уровня в бьефах гидротехнических .сооружений /Соавтор В.Ф. Костюков;

МШГиМ. - 4159338/24-24; Заявл. 08.12.86; Опубл. 15.09.88. Бюл. №-34. •

42. A.c. -1478392 СССР,' -МНИ А Ol G- 25/16. Автоматизированная оросительная система../Соавторы: В.И. Коржов, М.Ю. Красовс-кий и др. МШГиМ. - 4236496/30-15; Заявл. 27.04.87; ДСП.

43. A.c. I48I9I9 СССР, МНИ А Ol G 25/16. Оросительная система /Соавторы: В.И. Коржов, М.Ю. Красовский и др.; ЮяйИИГиМ -4217596/30-15; Заявл. 25.03.87; ДСП.

44. A.c. I55I29I СССР, МКИ А Ol G 25/16. Автоматизированная оросительная система /Соавторы: В.И. Коржов, М.Ю. Красовский и др.; МШГиМ. - 4448975/30-15; Заявл. 07.05.88; Опубл. 23.03.90. Бюл. f II.

45. A.c. 1659713 СССР, МНИ G- 01 Г 1/00. Способ определения расхода воды на открытом водотоке с призматическим руслом /Соавторы: Ю.Г. Иваненко, В.И. Коржов и др.; ЮжНИИГиМ. -4307530/10; Заявл. 14.07.87; Опубл. 30.06.91. Вол. № 24.

46. Положительное решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 50340115/10/014309/ от 25.03.92. Способ определения расхода воды на открытом канале с призматическим руслом (Соавторы: Ю.Г. Иваненко и др.).

Подписано в печать 3.10.95. Тирак 100. Заказ 2297. 346428.Новочеркасск,ул.Просвещения,132 .Типография НГТУ

Информация о работе

Щедрин, Вячеслав Николаевич
доктора технических наук
Москва, 1995
ВАК 06.01.02

Автореферат

Похожие работы