Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование планирования водопользования с применением методов системного анализа

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование планирования водопользования с применением методов системного анализа"

Государственная комиссия Совета Министров СССР по продовольствию и закупкам

НОЮЧЕРКАССШ О РДЕЯ А "ЗНАК ПОЧЕТА" ИН1ЕНЕРН0-МШОРЛТИВНЫЙ ИНСТИТУТ ИМ. А.К. ИЗРТУНОВА

На правах рукописи ГЕйЬМАН Татьяна Яковлевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЛАНИРОВАНИЯ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЙ МЕТОДОВ СИСТЕМНОГО' АНАЛИЗА

Специальность : 06.01.02 - " Мелиорация и орошаемое

земледелие "

автореферат;

диссертант на соискание учеиой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 1990

/ '/

Работа выполнена в Вычислительном центре НПО "Югыелио-

Научные руководители: доктор технических наук, профессор КЙСАРОВ О.П„|

¡саадидат технических наук, додеиг СЛЬГАРЕНЮ Б.И.

Офадавльние оппоненты : доктор технических наук, профессор ШШИН Е.П.;

кандидат технических наук, доцент Сербинов A.B.

Ведущее предприятие - производственное объединение "Рос-ювводиедиорация".

Защита состоится/^ "25е октября 1990 года на заседании специализированно гэ совета К 120.76.01 в Новочеркасском ор~ дезе. "Знак Почета" ишгенерно-иедиоративноы институте имени Д.К. ЮРТУНОВА по адресу

846409, г. Новочеркасск Ростовское области, ул.Пушкинская,, Ш.

С диссертацией иожю ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан » НО n (-fbo-Ji^ii 1990 года.

Отзывы в двух экземплярах с заверенной подпись» направлять по адресу ученого секретаря специализированного совета.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

специализированного совета, кандидат с.-х. наук, доцент

Б.П. НАШНКО

ОБШЯ ХАРАКГЕШСТй ЯА. PAEOTU

АКТУАЛЬНОСТЬ ТШ„ В условиях нарастбйчегс дефицит?, водных ресурсов, перехода аграрного сектора а водохозяйственных оргаьизадай к хсзрасчстнш иетодаы управления, больлую яарод-шхозяйственауга здачиыость приобретши: работн,- направленные на псиск путей экономии зсдных ресурсов, сртанизадай водопользования s условиях перехода к регулируемым рквечнш отношеиз-зм, улучшение экологической обстановки. Оросительные скстсиы калятся сложными лриродно-эконоыичеекми системами, плакирование э кс! и у ат а ц,1 о и но й деятельности котиркх. - трудоемкий ц длительный процессь Существующая практика эхеплуата^и показывает 8 что оперативные планы водопользования на оросительные систеках, ке ииеющях вычислительной техники, не составляются. Яо данным УкрЬМИГиИ для зоны неустойчивого уюзахнеаия, оч несоответствия водсисдача фактическом погрешности л орокешш гердзтея до 30 % оросительной воды. Устранение этого несоответствия йозно осуществить только з£ счет амоматизадаи планирования!, базируя« на коия зозкояностях микропроцессорной техника, которые позволяют осуществлять планирование з реаль-них произЕодственннх ушшвиях силам работников хозяйств и управлений оросительных систек«

ЦЕЛЬ К ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целъй исследогегая отлится разработка двухуровневой системы упраипения (СУ) водопользованием а. зодораспределеняеи на оросительт; састед-аг, обеспечивающей опт-иыздьвоо использование оросительной воды и ойпа-далщей сзойстьон практической доступности. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧЛ, Р311ШЫЕ В РАБОТЕ : I, Анализ особенностей оросительных систем (ОС) и технологического процесса водопользования, как объектов управления. Оценка существующих ыетодоа планирования водо1юльзова:шя и определение путей их совершенствования.

2„ Выбор целей управления.' Разработка структуры СУ процессом планирования лодопользозакияприменительно' ъ. современной микропроцессорной технике»

3. Разработка алгоритмов онтииизадаа вяугрйхозкйстмн-пого юдопользеванкя и иежхоалйстзешого зозораепределения т. условиях дефицита водных реоурсоз.

Разработка схемы функционирования система управления водопользованием ла оросительных системах.

5, Разработка ммематического, программного и информационного обеспечения по задачам текущего и оперативного планирования водопользования для уровни хозяйств, управлений оросительных. систем,

£ качестве ОБЪЕКТА ИССДВДШЫУ рассматриваются оросительная система и процесс водопользования на ней. Исследования проводились для оросительных систем Ростовской области, Ставропольского края, Поддавай.

МЕТОДИКА ИССЩОНАНИЙ. Теоретической и методической основой исследований по теме диссертации явились труди советских и зарубежных ученых по эксплуатации оросительных систем, планированию водопользования.

Общая методика выполнения работ включала исследование объекта с использованием методов системного анализа, имитационного моделирования, ыатемагической статистики, экономических, нелинейного диншшческого программирования, диалогового взаимодействия эксперта с ЭВМ»

В методический аппарат работы встроены методические подходы к обоснованию районированных режимов орошения сельхозкультур Алпатьева А.Ц., Алпатьева С.М., Льгова Г.К, Горюгина Г.А., йуиакова Б.Б., Сенчукова Г.А.

Исходными данными для проведения исследований слукили материалы хозяйств, управлений оросительных систем, ипститу-тов С/гипроводхоэ, Севкавгапроводхоэ, НПО "¡0 шел пора цйяи, СтавНИИГиМ.

НАУЧНА Я ЮЁИЗНА. Разработана двухуровневая система управления процессом планирования водопользования на оросительных системах, элементарной ячейкой ¡шторой является орошаемое поде, отличающаяся от существующих многоуровневый временным делением, использованием иногокритериальноИ оптияизацш, метода экспертных оценок а аппарата производственных функдой, опгишалышм сочетанием дект релиз о ванного и де^янтрализованного управления, практической выполнимости» в.рамках дроиз вод стволик Ь0аУ0хш.«ей хозяйств, оросительных систеи»

В у слоги го: дефицита годных ресурсов, преддогев подход,

суть которого в перераспределении водных ресурсов иеяду хозяйствуй ао критерии экономической оптимальности при соблюдении социальных аспектов,с последующей оптимизацией распределения воделенша ресурсов в хозяйства, за сче? выбора эконоиически обоснованных pexwv;-. орошения, структуры орошаемых зеиель.

Разработана имитационная модель комплектования оперативных планов полива, отличающаяся от известных: моделей критериями оценки лриншаемьк реиений, учетом технических характеристик каналов хозяйства н насосных станций, технолога адских ограничений, характерных для организации водопользование ел ОС регаона.

Предложена диалоговая ииитадоонная модель для определения, по критерию рентабельности, обоснованных договорных цен на продукцию растениеводства и эконоиическо го анализа произгод- ' ственных показателей эффективности оромения сельхозкультур в хозяйстве.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТУ. Разработано базовое ыето-дичзское, алгоритмическое я программное обеспечение для текущею я оперативного планирования водопользования за оросительных 'системах для двухуровневой модели планирования водопользования. Модели здентифидарованы для условий Ростовской области, Ставропольского края, Молдавии. Эффективность прякенення подтверждается актами внедрения» Нодель определения договорных цен на продуедв растениеводства по хозяйству иожет быть полезна при регулировании рыночных отнсаениЯ. Результаты работа предназначены для слуаба эксплуатации оросительных систем, гидротехников и агроионов хозяйств и могут быть использованы в инфорыадаонт-советущих системах управления орошением, при создании азхомаяизировашис рабочих неся (Шов) спедамастоэ службы эксялуазадаа ОС , гидротехников хозяйств, э АСУ или АСУ ТП ОС, а также при проектировании оросательных систеа для оценки пропускной способности каналов, выбора рациональной структуры орошаемых зеиель и ренииов. оровения с едьхоэ культур. Внедрение разработок » практику орошаешдс хозяйств способству-зт улучшений учета использована« водаьк ресурсов, что зал но при бригадном хозраочство

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Настояние исследования

вшкшнбяы по ограсл&виму плану Ыцаводхоза СССР« заказан Мик-зодхозь РОСОР ; заданию 2-1/5.25в приказ 1С8-пр ох 4.05<,83 г. за счет средств цемралазованаого фонда й заданию 4-1/5-2?, приказ ог 3#0^.89 » госбюджета.

Магемагическое и програи^иое обеспечение (ПО) ло комплексу задач яекузего плачирозанпя мдоаользовашк передано в го-с^дариьанныЯ фцад алгоркичов а прох'раим при САНИКРИ.

О ¿98'* года по насиояцче время ПО исаользувгся для со-сгавлеЕИд ххэдо-Ч'лг 'салендарньа ляаков водопользования по уп-равленам ороигаеъьних, систем (УОС) Ростовской области, в частности, Негашновокому,,Багаевскоку, Волгодонскому, Весеяов-зкому. .

В 1983-1984 гх1. вввдрчао м оросительной систеие "Мел-колхоз сед®, Суворолеко« ГОС ж для сосгавленин сводного годового плана 1юресг.ублике"Нэлдоваи.

"Рекомендации по оперативному ыекхозяйстЕенноиу вод&рас-лределедов на оросительных сяиемах" утверждены ®С агропрс-мшенного;додаем Ростовской области, ШЕС Минводхоза РС5СР, Раграйотаикап подсястеиа опер&тизаогоиланироЕаыал водопользования вошла ь состав техьо-рабочегс проекта АСУ-ТП Яево-Егорлккстой ОС Ставропольского края. Предварительные испыга-шл подсистем* зшолнеиы маас ведомственной коилссиейв 1988 г, резулиаан решиевдомаы Минеодхозом РСФСР для использования . в отрасли. В 19Ь9 1-, в,совхозе "Краоиовскоа" Ростовской области выполнена производственная црорерка л ьцедрение меюди-кк расчета эковсыдуе'):«. целесообразных резсамов орошения, ус-ььковдэшя обьокгдвык цен аь продукщю растениеводства в ус-ловлях платы за воду.

АЛРОБАШЯ РАБОТЫ. Результаты работн докладывались аа 01-раславюс коордизациоктл: ¡Всесоюзна со-вещаншк ло отраслевой проба?«« 0,07 * Разработать л внедрить прогсессиакце методы э»сплуа?дЦ4и годроиедиоратигньа сии см и соору^еьий" в САНИ-ИРИ (Таивент, 1582} к "У*фШШег Г»&кев, 1583); Всесоюзной цаучао-^ ехпачъекай взкфереешк "Автомат аза да к гвдрокелаора-унаанх систем'* . 1921); .Возссвзшм иаучно-технгчоском

сейиааре "А^о^эгяаа^я уяргклгаия мелвора-гувныи» систена«/",

(Срунзе, 1283); НТС агропромышленного комитета Ростовской области (Ростов, 1984) î НТС Минводхоза PCíCP (Москва, 1935); Всесовзной научно-технической конферендои "Повышение эффективности использования водник ресурсов з сельской хозяйстве", 1989, Новочеркасск! Всесоюзной научно-технической конференция "Негоды м средства организации всдоучета на гидромелиоративных системах", ВШШмелиорация (Фрунзе, 1589); областных научно-гехяическюе конференциях (Новочеркасск, IS85-I988),

ПУШИХкщш» Результаты исследований опубликованы в 17 печатных работах»

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТУ » Диссертационная работа изложена на 144 стр.„ иллюстрирована 10 рис., включает II таблиц, состоит из введения, Ц глаъ, выводов ü предлоизний, списка использованных источников из 145 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ИАВЕ рассматриваются основные направления по-вказния эффективности планирования системного водопользования, приводился ояясаше сгруктуры управляющей оистгмк оптииизадак водопользозааая на оросательннх загаекахо Теоретические -основы планирования водопользования были заложены з 30-е годы А.Н. Еосгяковш, Н.Ао Янилезекии, Г.П-, Ггдьцзрои. Больной вклад в рзззагие рабог згэго направления был знесеа Натальчуком, Зо?„ Оффэнгендзнои, 5.5» Шуыакавна9 Халбае?эй, Л.Ир Ко-•-галзако, БоГс Коваленко, Х.А» Ахмедовшд, Й.С0 Горэкг>зки0 P.C. Царгироокши» Й.Д. Шарозьм» а .С. Грагороаки, а.П0 КруЕиляным, 3»Ио Ольгаренхо, B.ÍL Яетруаикаи, В.Г, Бурдиговка и др„

Прикеяоиа экономико-математических методов к ЭЕ» яри сяшшадаа аь&кярованяя водопользования связано о работали Г»В. Ворояаеза,, Х.Ы. Ягельника, Г.Х. Ясмайнлова, O.ÎÎ. Кйсаро-за, ВоП. Гадк-яга&, З.Г. Прязансзюй, 5.3. Меренкоза, И.И. Не-«аяоза, S.E. Ссгапчяка, А.«, ймячуга, В.А» Кардаша, 2.Г„ гфу-пзлз0 З.Н. Леонидова,, ЗЛ. Рекса, О .Л. Добрачова к ИЛ. Фай-язоэа к других авторов.

Обзор а анализ научных ясточнпкоз лослуаил осрорянчсн для определения аапрааяеняй соверпен-ззгвовашя суйествуедеп) аппарата планирования водопользования с исполх.зоваг/е:г «?те-

матическдх методов и ЭШ ;

1) создания двухуровневых систем управления процессов водопользования применительно к современной микропроцессорной технике с возможностью практической реализации в рамках производственных воаысяносией хозяйств и управлений оросительных систем;

2) земель СУ о жесткой централизацией на частично децентрализованные, белее омечашцие новым экономическим отноше-

ттч

3) отказа от громоздких глобальных оптимизационных моделей с переходом к достаточно простым ииитащонним, легко реализуемым на персональных ЭШ (ПЭВМ) с гибкий, построенным по иодульноиу принципу,программным обеспечением, позволяющим использовать ош« спе^аяисгоз в диалоге с ПЭВМ;

4) использования яконокяко-яехйодогического подхода к созданию моделей, описывающих технологические процессы;

5) комплексного решении вопросов природопользования, учета социальных аспектов.

Теоретически основы создания двухуровневых систем управления водопользование*: разработаны з 70-е годы Е.Л. Гаддашвым. Однако большая часть .разработанных и внедрешщх ка сегодня СУ, араемдемше для иепользоьаная в зоне неустойчивого увлаа-ненЛя» яздпится. одноуровневыми. В первую очередь эти работы УкрНМиМ по управлению -ороаеиаеа (севооборотный массив),. Академы; наук. УССР - пс управлению водораспределением (РУОС), ЫьШП а гкоаоанки по упраэденш поливами (хозяйству). Двух-уровдева.чСУ гошнйрозакия водопользования ЗДИЙСАиеаиорацая соответствует: особенностям реелкзгцм в контуре АСУ ТП РУОС, тао затрудняет воаноаность ее'.использования при существующей технически оснащенности СС Северного Кавказа. 3 работе сде-дьда попытка синтезирования уровней хозяйства к РУОС о поза-пай системного подхода, .учета требований, вышеперечисленных ь ьуиктвХ' 1-5. •

Авзорра рассматривается двухуровневая СУ технологическими сроцесеагл планирования водопользования к водораспределе-иия от пешя до головчото водозабора иа источника орошонип о пл&ваодам влх-ом пгавировакя (год, квартал, месяц я т.д.)'.

Уровня иерархий СУ разделяются по вертикали в' соответствии о гедоисявзяным делением» Нихний уровень иерархии - хозяйства с орошаемыми севооборотами, зерхпай - районные управления оросительных си стен (РУОС), или управления эксплуатации магистрального канала (УЭМК).,

Структурная схеыа СУ (рис.1) определяет физическую структуру объекта уаравления0 органов управления (хозяйство, РУСС или УЭМК), задачи управляющей системы на гаадоа уровне иерар--

хийо

Зрк построении системы управления были использованы принцип де»оипозиции„ позволяющий расчленить слоануз нногокрите-ряальвуга задачу планирования водопользования на подзадачи с последующей координацией решений локальных задал 5 раы;са:с палей системы и принцип обратной связи, как основные пранэдпы методологии си стенного анализа-

ВО ВТОРОЙ ШВЕ рассматривается подход к решении задачи текущего планирования водопользования, оптимального распределения водных ресурсов аа нижней и верхней уровне иерархи?, объекта управления а комплексе с определением годовых плановых показателей хозяйства г структуры орошаевдх земель, обвешав заяозото обора о ороазнкя.

S качестве способов экономии еодеиг ресурсов, сннхенил ущерба os автоподачи воды в условиях дес^яциха, предложено применять .не биологически оптимальные, а экономически обоснованные рехшш ороиеаия сельхозкультур для условий каядого конкретного хозяйства о выборов соответствующей ям оптимальной структуры орошаемых зеиздЬс, В отличие от работ Морголика A.M., Голченно У»Г» ш друт азторов» посвященных сгаииизадаи оро-оигельных яори по критериям экономической оптиызльности,-автором рассматривается задача нахождения экономически обоснованного резима орошения на основе сочзгавия ь од не-балансовой ¡концепции, с экономическими критериями» Б работе Чеботарева Ю.Ао (Почвенный институт) предложена методике эмокшчесяого Еоделйрования влагопереноса в-почве, согласно которой эффективность орошения определяется из сравнения стоимости конкретного полива с ущербом or недобора урожая. При этом не уччты-

Структурная схема сиогош управления водопользованием н& оросительных системах

¡областное /краевиз/ родохсзяйст Еенные ¡организации

Зрдачи'управляющей.систе-' мы

текущее плаИПробаШТН-водопользования и меч-хозяйственного водо-распределеяяя_

[ШёративнбёТШаниро.вание ^'водопользования и межхо-|зяйст венного водораспре-(деления_

расчет режима работы ШС плана забора воды из источников орошения

выбор структуры.размещения с.-х.культур на орошаемых землях

определение уровня урожайности , экономически целесообразных режимов орошения при дефиците ресурсов

текущее планирование _ Бодопользоьания

оперативное планирование водопользования,комплектование плана полива

Рис. I

вается связь с последующими поливами, стоимость продукции входит явно в значение функшояала, определяющего эффективность рассматриваемого полива.

В представленной к рассмотрении работе оценивается влияние режима орошени. сельскохозяйственной культура на процесс формирования урожая в динамике, Выбор приемлемого режима орошения осуществляется с привлечением специалистов по результатам комплексного анализа основных экономических показателей: залового сбора расчетного и планируемого, размеров мелиоративных и сельскохозяйственных затрат, уровня рентабельности, обь-ека зодопотребления, прибыли на I и3 поданной воды (I центнер продукции). Сельхоззатраты вычисляются по технологической карте поля, мелиоративные принимаются согласно плана0

К основный методическим положениям модели относятся :

1) при определении поливных корм используются дифференцированные по фазам развития сельхозкультур значения предпо-лизыого порога увлажнения и глубины увлажняемого активного ело." почвы;

2) поливы назначаются при условии снижения запасов злага

з активно и слое поиы до величины предполивного поро: л с'пере-, носомо при необходимости, даты начала полива на более ранний срок з случае снижения злагозапасоз ко дна окончания полива до влажности завадания;

3) при сохранении числа долизов исключаются поливы9 ока-•зызаюцие, по сравнение с другими поливами, наименьшее злякняэ на процесс сторнирования урогая я не 'аринодвдае, л случае ах исключения, к ешкенхш влагозапасоз в активном слое почви до влажности завадания.

Имитационная модель имеез блочную структуру п зключает в себя блок водного резина, блок урозайности, зковоиячесзпЗ блок '£ блок управления. Задачей блока годного реавиа является определение динамики злагозапасоз в почва. Модель зедного релина задается ¿•равнением водного баланса ороааекого участка.

Длй определения суммарного испарения £,* Скла использована зодифадровааная формула С.Н. Длпатьеза, основными отли-•тляме которой ог исходной, являются посуточный расчег суммарного испарения8 а не за определенный период и введение редуж-

ционной функвди, позволяющей учесть влияние влагозапасов в почве на величину суммарного испарения» Бид редукционной йунк-даи ^(vC/,) получек путем анализа данных, приведенных в работе А.Р. Константинова , ,„., ■

i i , iVi-^Wm

где Wept- оптимальные влагозапасы корнеобитаеыого слоя почвы, соответственно влэгозаласы ара влажности устойчивого за-

вядать U/( — влагозапасы в i-е сутки, т.

Использование модифицированной модели расчета суммарного испарения.С.М. Алпатьева позволило достичь отклонения рассчитанных значений почвенных влагозапасов от измеренных в опыте на 3-Ю %, корреляционное отношение -0,88-0,9. При расчете остальных составляющих уравнения водного баланса используются из лестные (¿opujzbu Дефицит влажности воздуха рассчитывается по форыуле Магнуса, подпитывание корнеобитаеыого слоя почвы ив грунтовых ьод - по формуле С.й. Хзрченко, испаряемость по . - H.H. Иванову»

Для определения урогайностд сельхозкультур (блок урожайности) используется модель, цредлоаенная В.П. Диитренко (Укр-РНЩ Госкомгидроыета), основыыи преимуществом которой является динамическая зависимость уроаайности от нескольких факторов ; тепла и влагсобесаеченности. Елняние вышеуказанных фак-' торов вираяается в виде коэффициентов продуктивности растений от геипературц воздуха - ^(i) , а тагае f¡Усц)оя активных почвенннх влагозапасов ( \ц/а¿sWi-^h) , которые отражают отношение реального прироста продукции при достигнутых значениях факторов ¡4', И/1') к значению прироста при опти-иальньце значениях фаеторов {io,Wo) * Урожайность рассчитывается по фориулаи i .

M-mt-ii-W-W«) , (2,

r-1

хде V/ns~ активные влагозапасы почвы при полной влагоемкости, м» урожайность, полученная на сортоучастке для таких же почв„ ц/га; - продолжительность /-го периода развития культуры.

При идентификации, модели (2)-(4) для условий региона в формулу(2) был

введен бошгаировочный коэффициент 6п/ ,отражающий степень снижения урояая в зависимости от основных факторов почвенного плодородия z степени засоления почв, содержания гумуса и гак далее. При определении бонитировочного коэффициента используются экспертные оценки влияния различных факторов на урожайность сельхозкультур. Кроме того, получены новые значения эмпирических параметров V и » а именно,// =2, /"=0 при

¿Wo О» /»2 при

Планирование эксперимента к задание управляющих параметров - количества поливов, размеров площадей орошения осущест-зляек блок управления., План проведения машинного эксперимента предусматривает г

1) независимую оценку значимости каждого полива на процесс« формирования урожая по разнице значений коэффициентов продуктивности влагозanacos при условии проведения а отсутствия полива;

2) формирование альтернативных вариантов режимов ороиения -с сокращенный числом поливов (первый вариант соответствует биологически оптимальному); . •

Б) расчет показателей качества управления: рентабельности, валового сбора, объема водопотребления по вариантам режимов орошения при различных размер«« площадей орошения»

4) выбор в диалоге с экспертом экономически целесообразного режима орошения сельхозкультуры, площади орояения.

Пример расчета экономичесних показателей для оценки различных режимов орошения кукуруза при договорной цене 17,71 руб/ц, тарифе на воду 3,2 коп/м80 плоцади орошения «Ю га дан в табл.1«.

На основе вышеописанной модели разработана имитационная

Таблица

Показатели экономической эффективности производств» кукурузы по вариантам орошения на 1986 г. по совхозу "Чрасновский"

Полизц

Ко-!_ _

ПИ»"*" :

дата :норма;про

от-: во «

Уро-

:0бъем во

ы;' /га -Доляи-__Юус.

Еай;;бшь,:?опотРеб

¡(брутто)

Валовой сбор, т

Рентабельность,

4 10.06 600 6

3.07 700 7

20.07 700 7

7.08 700 7

3 3.0? 700 7

20.07 700 7

7.08 700 7

35,5

6,1

модель определения объективных цен на продукцию растениеводства по хозяйствам, которая позволяет в реакие деловой игры, пеняя значения управянздих нарыл ет ров - рентабельности, получать различные размеры договорных цен, соответствующих сложившейся структуре затрат в хозяйстве при определенном режиме орошения. Меняя тарифы на году и цены на продукцию мохно подобрать такие их значения, которые обеспечат взаимовыгодные уровни рентабельности для хозяйства и водохозяйствеьшй организации» Зафиксировав цену на сельхозпродукцию и тариф на воду, мох но 'оценить, каюши должны бить затраты в хозяйстве, чтоби обеспечить плановый уровень рентабельности. Результаты расчетов цеп на продукцию растениеводства по хозяйствам Багаевского района показали, что основное вдияниз на стоимость продукции оказывает ке Елагообеспеченнссть года, а уровень агротехники в хозяйстве, структура затрат. Так, по сравнению со среднссухии годом, цены во влажные годы снижаются на 60-60 коп за центнер продукции, а в условиях одного года отдичаюгег. по различным хозяйствам на 2-3 рубля.

Задача годового планирования водопользования репается для детерминированных условий во ретроспективному раду наблюдений метеоданньос и определяет наиболее вероятный рении забора воды из источников орошения. Предусматриваемая последу»-

щая скользящая коррекция плана, позволяет учесть фактические значения возмущающих параметров (погодных условий, хозяйственной деятельности человека), состояние объекта управления (вла-госапаеы, состояние техники, каналов и т.д.) и обеспечить уточнение плана на отрезок времени до очередной его коррекции по метеоусловиях года - аналога.

Основная цель текущего планирования водопользования -определение общей стратегии развития орошения: состава сельскохозяйственных культур, структуры opoLaeMWx земель, эксплуатационных режимов срошения с учетом технических и технологических возможностей забора и подачи воды, динамики и размеров подачи водь: хоьяйствам и лимитов водоподачи в условиях дефицита водных ресурсов, динамики и размеров забора поды из источников орошении.

Расчет режимов орошения основ!,'кается на методических положениях модели выбора экономически целесообразных режимов орошения и общепринятой методике определения норм полива»

Для выбора опт^малъноЯ структуры орошаемых земель предложена имитационная модель, которая позволяет, в отличие от применяемых для решения указанной задачи сложных нелинейных оптимизационных моделей с целочисленными'переменными, использовать опыт специалистов в вычислительном процессе. Спеииал^о^ы задают варианты развития - размерь оропасмых участков' {SjJ. и определяют оптимальный выбор, путем перебора вариантов и сравнения прибылей по хозяйству, полученных в результате решения задачи оптимального размещения сельхозкультур на орошаемых • участках по каждое >t -му варианту развития» Задача размещения решается в ч jpt-^нах задачи о назначениях с использованием метода К.Мака: £ t~ РЧ тс1Х ,

l4 L

р. , Zt^J = ifVjcL/,Q , ,

где tij - прибыль (валовой'сбор) при размещении (.-ой культуры на I -ой юющади;

ко:>№шиеи-1' 1 отражамцнй возможность разгеиения культуры С на площади .равен 0 или I, L- количество культур. ...

Для составления внутрихозяйственного плана водопользования используется метод обьемкого планирования.

Суть метода в суммировании потребных объемов водоподачи по полям севооборотов з пределах одного отрезка Бремени с по-

следуаида группированием и корректировкой объемов с учетом внутренних ограничений по дождевальной технике, пропускной способности каналов и т.д*

На зорхкем уровне иерархии СУ составляется пиан водорас-предотения РУОС, осуществляется расчет лимитов на подачу воды хозяйствам, корректировка графиков подачи воды хозяйствам при наличии "узких мест" на ыекхозяйственной сети»

Корректировка проводится с использованием итерационной процедуры сверху вниз по вложенности "узких" мест.

Для составления, плана всдораспределения по ЫХС используется балансовый метод. Процедура стягивания использует модель транспортирующей сети (табличное задание линейной схемы ОС и параметров каналов в памяти ЗШ). Линейная схема представлена в видо ориентированного граф-дерева. •

Координация планов подачи воды хозяйствам с планом водо-распределешя по иекховяйсгвеанай сети осуществляется с по-моцыо имитационной модели по критерий минимизации потерь чистого дохода региону на кубометр оросительной воды и учетом социальных аспектов. Моделирувдий алгоритм предусматривает определение минимальною уровня рентабельности орошении дифференцированного с учетом природных условий, агротехники, специализации хозяйств и покрываемого за счет имеющихся ресурсов^ расчет лимитов на подачу воды хозяйствам с использованием модели нелинейного динамического программирования вида :

. . (5)

уУ- у/ * ц(б)

^ К'*™ (7)

где лимит на подачу воды на орошение;

4- чистый доход на кубометр поданной воды хозяйству у ;

г

- минимальная, соохветствущан уровню рентабельности

ьодоподача на орошение;

- полпая потребная водоподача.

iïa рис.2, кривая I соответствует водоподаче на орслекиз в объемах, соответствующих достижению рентабельности растенневодстза 35 кривая 2 - ■ рентабельности 20 J5; кривая 3 - оптимальному варианту зодоподачи по критерии /5/, кривая 4- - пропорциональному варианту вододеленкя в условиях дефи-Рис.2 цита водных ресурсов.

Применение указанного подхода повышает ставки хозяйств, как видно из рис.2, более эффективно использующих воду и учитывает соцнальнне аспекты.

à ГЛАВЕ 3 приводится описание задачи оперативного планирования водопользования» Шаг оперативного планирования - сутки, период планирования является плавающий и определяется возможностями сбора, анализа и передачи инсгормац'.и потребителем. В работе разработаны методика расчета, алгоритмические, программное и информационное обеспечение для с ул;ест вуалей структуры уразленмя и технического уровня оснащения РУОС :: хозяйств.

На низнем уровне иерархии СУ реааатся задачи : расчес заявок на проведение поливов сельскохозяйственных культур по поли« севооборотов хозяйств с указанием норм, сроков, продолжительности поливов, ущербов урока» от непроведения поливов пра использозанйй подели установлен;!я экономически целесообразных ренинов ороаенип сельхозкультур; комплектование плана поливов в разрезе точек задела хозяйства из аеяхозяйственноЯ сети; расчет графика загрузка доздевальной техаяяа (иавиносмен, закрепления по севооСорозньм участкам); расчет планов всдолодачн по каналам внутрихозяйственной сети (среднесуточных -<■ максимальных расходов годы, объемов водоподачи на каждые сутки).

Задачи расчета храпка загрузки дохдевэльных ча^иа плана зодоподачи релштся в процессе комплектования плаца по-ливаа

На верхнем уровне иерархии СУ релаэтся задач:! : расчет планов мдсраспредел&Ш! по иагистральнш .а аегхозяЗса'зеи'гл* ïtauasaa оросительной системы а увязке с расчетом рь-

боты агрегатов НС (с точностью до суток); определение радио -нального забора воды из источника орошения (графика работы головной НС (ГНС); координация планов водопользования хозяйств с планом водораспределения 0Сс установление лимитов подачи воды хозяйствам в условиях дефицита водных ресурсов или наличия "узких мест"«

Б настоящее время существуют различные подходы к рвению задачи комплектования плана поливов, наиболее приемлем™ из которых для рассматриваемого региона является предложенный В „А» Кострошным (УкрНИИГиЮ. Эвристический алгоритм, разработанный автором, является развитием последнего8 учитывает большее число факторов и ограничений» влияющих на организации полива, в том числе технические возможности внутрихозяйственной сети, производительность НС и режим их работы, связь поливов с агромероприятиями, сроки проведения которых фиксированы, при невыполнении хозяйством плена покрытия собственных потребностей, ущерб от закупки недополученной продукции растениеводства оценивается в рыночных шнах0 Кроме того, задача решается как многокритериальная. В качестве критериев рас » сматриваются;

1) минимум ущерба прибыли „ оТхозяйству при отклонении сроков полива по технологически допустимых

- [11Мс -Щ Ъ ,

где Це,£с7& ,5с, Ме> " соответственно прогнози-

руемая уроаайность культуры С , урожайность, соответствующая валовому сбору для покрытия собственных нужд хозяйства,, расчетная урокайноств при непроведении полива, площадь полива, себестоимость центнера ьродукш;-!, закупочная иена8 договорная цена "на сельхозпродукцию,, тариф на воду, поливная норма?

2) шлицуй ежесуточных колебаний изменения потребных расходов эоды Щ , ели равномерная загрузка ДМ

п^ра'-ф;

3)циягмуц ч;:сла ДМ, занятых на поливе в суп« 7 по водо-вцделу ^

где расход ^зоды Д1Л„ - КДЦ внутрихозяйственной сети:

4) минимум технологических сбросов от недогрузки насосных агрегаюв (НА) (для закрытой сети)

Ру ~ О/

где п. - целое число включенных агрегатов, Рмл- производительность НА..

При этой, следует учесть ограничения

1. Технологические - аа соответствий числа рабог.аджих

на поливе ДМ производительности обслуяиваащей НС, непревызенае пропускной способности шкала (Рг)- ¿у ¿'Ъ 'Рпл - ■>. или О* ¿Рг 5 запрет одновременной работы ДМ на не с голые« позициях

[Чн, /о^] /) [ ^ ~ $ » та® » ^е ~ соответственно начало а конец полива культуры / .

2. Ресурсные - на подаваемый расход водн'з точ;<у выдела хозяйства из иезхозяйсгвеяной-сети, о.изкеиеаиеи во времени--

, гг.Г] » суммарный объем на 'планируемый периодТ-Ту* £1/1- , производительность УД, 'закрепленное за брйадой % % « ав Уе^* РТу ,

¡¿ач ^соответственно потребний объем на:орошение по севооборотам бригады 6 » переводной коэффициент, .продолжительность поливов, коэффициент использования,времени смени, колн-чество иаанко-сиен в сутки, продолжительность сменн в часах.

3. Директивные - на сдвиг,срока начала полива, Длч . вех расчетный срок начала полива равен:клановому Т^—Т»^

Алгоритм комплектования опкрается на правила комплектования ;

I) разрешается.сдвигать полив влево, если влажность активного слоя почвы в о утка начала полива будет ние оптимального запаса влаги; необходимого культуре а денный период ее развитая, то есть £ и сдвигать вправо . если а

скончанию поляьа г супа! ТА влажность не будет достигать влажнеет;: завадгния, ;

2) по согласованию с экспертами, допускается проведение поливов сокращенным» нормами;

3) зкпкчзнке б полив при комплектовании проводится по приоритетному пркндапу в порядке следующей очередности 5 поля с нез&вереея«ш поливом, с директивными ограничениями на воз-монноегь яереаоса сроков'начала полива, поля, дащие наибольшее снижение прио'ши по хозяйству яри непроведении полива« Правило I близко к традиционному, однако отличается контролем запгссв влага, который и определяет возможность а величину едькга. При переносе полива на более поздний срок свыше 3-х дней, производился перерасчет псишвной нормы и оценивается снижение' урокайности культуры.

фиксируя поочередно приоритет одного или нескольких одновременна критериев' оптимальности, моано получать альтернатив» ные варианты решений-.' Выбор наиболее приемлемого решения осу-местзляет эксперт из сравнения достигнутых значений фуикдао-нглоз/7-по каждому из • вариантов»

Расчет оперативного плана зодораспределешш осуществляв елся балансовый методом с учетом размеров подачи воды в точки вздела хозяйств, потерь по каждому участку межхозяйственногс и магистрального каналов.

Пра. определения графиков работк НСс ГНС, учитывается количество лрозеденьще включений, ущерб от включения недогруженного агрегата НС за счет непроизводительного сброса оросигель-ной воды. .

1Юординащ£Я планов подачи воды хозяйствам, с планами во-дораспределекая осуществляется по модели, аналогичной одно-иконкой модели яекуцего планирования (5)-(7), с небольшими ог-дкчияуя : ментальная, вод о подача будет определяться не по уровню рек&белъности, из есб&еденйя технологических условий эксплуатации сети,.НС, поддеркания влагозапасов в активном слое почбц выше влажности .з&радания; коэффициенты сС/ -в зависгаостк. о? размеров.установленного лимита хозяйству на вегетедаааяый период. Полученные.'значения лимитов на расчетный период уточняются с цепольгованйем итерационной процеду-

ры для обеспечения целого числа ыашиносыен, полноты загрузки агрегатов НС. Такой подход позволяет сократить непроизводительные сбросы водн за счет уменьшения опибоч, на этапе планирования > от недоучета технической схему реализации полива, забора воды.

Схема функционирования СУ оперативным планированием водопользования, реализованная в АСУ-ГП 1-ой очереди Яево-2гор-лыкской оросительной системы (ЯЕОС) представлена.на рис. 3 " Основные элементы схемы ч их реализация: Сбор, анализ оперативной информации о состоянии объекта управления; расчет проекта заявки на полив по 'полям севооборотов; согласование.сроков полива 'сельхозкультур со сроками проведения агромероприятий с привлечен/ем агрономов хссяй-ств; комплектование плана полива сельхозкультур в раар>-:ае точек выдела хозяйства из мзкхозяйстяенной сети; передача от хозяйств в РУОС проектов плана подачи воды в водозыдел.ь хозяйств на декаду э разрезе суток; оценка реализуемости заявок хозяйств на воду с учетом технических, технологических восуоя-ностзй забора и транспортирования вод« по МХС, Ж; расчзт плана водораспределекия по ЫХС; расчет динамики забора воды ::г. источника орошения (режима работы ГНС), установление лимитов на подачу зоды хозяйствам в.услозиях дефицита.водных ресурсов, или наличия "узких мест" на межозяйственней сети, корректировка планов полива по хозяйству, расчет средних 'я интегральных показателей выходных форм. ,

При наличии ПЭВМ в хозяйства, обработка оперативной информации о ходе поливов, состоянии ^» каналов, НС, наличии влагоэаласов ка поле, развитии сельхозкультур проводится в хозяйствах, а также расчет и корректировка планов водопользования, иначе хозяйство випол'няет/только согласованна и утверждение рассчитанных на вычислительной технике ЦДП документов, сбор информации.

¡1ДП - центральный диспетчерский пункт, ПС - гидротехнические сооружения, ВХС. - внутрихозяйственная сеть, МХС -улж-хозяйственная сеть, МК - магистральный канал.

ИНФОРМАЦИОННЫХ УПРАВЛЕНИЯ АСУ ЛЕОС

¡•»С.%.

В ЧЙГБЗРТОИ ГЛАВЕ приводится расчет экономической эффективности внедрения результатов работ на примере Веселовского РПРЗО. Эффективность достигается за счет использования более совершенного методического аппарата и повышения оперативности планирования. •

вывода и прошения.

1.- Разработана двухуровневая систеаа управления процессом планирования водопользования на оросительных системах, основанная на дринщяах комплексного решения экономические, технологических и совдьльных вопросов, системном подходе к процесса«* проведения поливсв, ¿одозабора, водолсдача, водооас-пределения от поля до источника орошения. Сформулированы задачи и цели управления.

2. Предложена схема функционирования СУ, реализулцая оптимальное сочетание.централизованного и децетрелизованкогэ npiiHtanos управления, что.позволяет обеспечить саносго дельность хозяйств при нови -•'••'эйоаомячвеких отведениях и координации пришмаекы* хозя2стьаии решений; учесть уровень ав-томатизацииоросительных систем,, оснащенность хозяйств и РУОС вычислительной техникой; предусматривает органичный нереход к реаенгав задач нижнего уровня на ПЭБЙ хозяйства,

3. Для реаеная задача оперативного планирования водопользования предложен подход к гсомплеягбвааи» плаьон натаял, отли-чаввийся о^известных» применение» метода икйтаанонкого меде-» лпрования; участием елециалистоз э анализе альторйатявккх вариантов рзаений; учетои спроса as продукция растзписвсдсгьа к слохившихйа дея на pirase; тепш^бска napáustpób внутрихоьлиственной сети и гидротехнических сооружений; технологических ограничений ка проведение поливов, подачу воды хозяйству, характерных для организации водопользования в региона.

4. Сформулирован и реализован Подход , позволяюпдаЛ применять в качестве резерва эазнокия дри дефиците водинх ресурсов эконошчаска целесиобразнао, для условий каедого хогяЗства, режимы и пдодадя орошена сельхозкультур, оенспант-й на рассмотрении процесса форукреваиия .урока к адKuáaase, и елче-. »алии.водно-Яэланзогов .в'юмса^тдбЬй'-фявссйбрвв--;

ностью при назначении поливоз и установлении разнероз площадей орошения по различным сельхозкультурам, Задача решается иетодом 1шитационного моделирования.

Координация потребностей хозяйств осуществляется на уровне РУОС, по критерию экономической оптимальности - минимуму снижения чистого дохода на кубометр поданной воды по региону, при ограничениях на обеспечение минимального, дифферен^рован-ного с учетом природных условий к уровня технологии, процента рентабельности По всей хозяйствам региона. Для решения задачи координации используются методы имитационного моделирования и нелинейного динамического программирования. Модель определения экономически целесообразных режимов орошения колет использоваться автономно для оценки проектных решений и в составе экономических моделей расчета показателей эффективности орошения.

5. Разработана имитационная диалоговая модель определения по критерию рентабельности обоснованных договорных цек на продукции растениеводства при сложившейся структуре затрат в хозяйстве, тарифе на воду для различных естественной влаге-обеспеченности года и реяшов орошения сельхозкультур. Модель позволяет, в рекиме деловой игры, получить такке сбалансированные цены на сельхозпродукция и тариф на воду, взаимовыгодные для хозяйств и управлений оросительных систем; реаать обратную задачу - устанавливать предельный уровень затрат, позволяющий выйти на планируемую рентабельность при сложившихся ценах иа рынке и тарифе на воду и мохсет Сыть использована в составе экономического механизма регулирования рыночных отношений.

6. Разработанное математическое и программное обеспечение подсистемы оперативного планирования водопользования, изложенные коццслщи создания информационного обеспечения иогут быть использоваш при создании одноименных подсистем ¿СУ, АСУ--Тй оросительных систем эош неустойчивого увлажнения, при разработке информационно-советующих систем, или автоматизированных рабочих мест гидротехника-агронома хозяйства, специа-дистов служба зодоасльзованид РУОС

7. Бее представленные в диссертации разработки доведены

до программной реализадаи. Программное обеспечение реализовано на алгоритмическом тыке Фортран по модульному принципу,, допускает наращивание и автономное использование для реления отдельных задач, прозло апробацию и внедрение на реальных объектах - оросительннх системах, хозяйствах Ростовской области, Ставропольского края. Нормативные документы утверждены на КТО агропромылленпого комитета Ростовской области и Минводхоза РСССР, рекомендованы для внедрения в отрасли.

СОДШАНЛЕ ДИССЕРТАЦИИ ОНУШШВАНО В 17 Р МОТАХ, OCHOÜHÄ il3 KDTOPiX ЯМЯОГСЯ СЛЕДУЙТЕ :

1. Кисаров О.П., Гельман Т.Я. Имитационная модель водохозяйственного комплекса // Методы системного анализа в управлении всдохозяйствеишши системами. - Новочеркасск, НИМИ, 1979* - С.9-14.

2. Гельман Т.Я., Богуславский В.Д., МовчанТ.й. Об использовании 3iiJ для оптимального распределения зоды в условиях де-фидата // Использование ЭВМ в разработке математических методов в управлении водным хозяйством. - Новочеркасск, ЮаНЙИГиМ, 1980. - 6.63-71.

3. Кисаров O.t]., Гельман Т.Я. Некоторые вопросы создания многоуровневых АСУ в мелиорации 1J Тез.докл.Всесоаз.науч.техн. конференции "Автоматизация гидромелиоративных систеи". -Оруа-зе, ВС МО "Союзводсистемавтоматика", 1981. - С.7В-74.

4. Кисаров 0.П., Головкиь А.Е., Гельман Т.Я« Соверзенст-вование эксплуатации оросительных систем на базе применения методов системного анализа // Улучшение эксплуатации оросительных систем и планировка ородаемьк зеаель, ВАШШ.-М.:Колос, 1932. - С.31-39.

5. Гельман Т.Я. Расчет оптимальных планов водопользования в АСУ оросительной системы // Соззраенствование методов эксплуатации гидромелиоративных систем, - Новочеркасск. Baffiffl-Гии, 1981. - С.4 ^-53.

6. Гельман Т.Я. Автоматизация планирования водопользования и водораслредслеиая на оросительных системах в условиях АСУ //Тез.дога. Всесоюз» научп.техн. семинара. -II«, БСМО "Союзводсистеаазтоыатипа", 1983. - С.66-68.

7. Гельман Т.Я. К расчету забора водц из источника орошения // Исследование иовце конирукдай гидротехнических ссору-аении и вопросы эксплуатации гадроцелиоя&тивных систеи. - Новочеркасск, ЮгнИПШ, 19ЁЗ» •» C.5>4-Ci2.

8. Разработать и внедрить рекомендации ко оперативному цдаозяйственному ведораспределокшо на оросительных системах; Отчет о НИР (заюпзчия.У / 1дНЙИГиЛ, руководитель Кисаров G.A., Г? ü 1830058638; инв. te 02»Ь0056С24 - Новочеркасск, ¡984.-191 с.

9. Разработать рабочий проект программа расчета планов водопользования оросительных, систем, провести ыеяведомст.вецнце испытания и ввести пюграмшше средства в эксплуатация : отчет о НИР (заключит.) / ЙкНЛИГиИ, оукозодители Кисаров 0.П..Ольга-ренко В.Й.. ГР 01830058639;-инв. :а 02S50049627. - Новочеркасск, 1933. - 409 с.

10. Гельман Т.Н. Внедрение технологии плакирования всд-э-пользования и водораспределення с пэьхмь» ¿ВМ на гидромелиоративных системах Ростозокой области // пиротехнические сооружения и вопроса эксплуатации оросительных систем. - Ноьочер-касск, йхНййш, 1986. -о.бз-ёэ«

11. Гелы:аы Ï.H. Основные принципы технологии оперативного планирования водопользования и ьодораспределения ка бизе шкропроцессорньк систек // Гидротехнические сооружения и ю-проссы.аксплуатаиш оросительных систем* - Новочеркасск,, Юж~ НШГиЫ, I9B7. - G.46-53.

12. Гельман Т.Я. Алгоритмы оперативного плакирования водопользования для хоаяйотза. РУОС // Использование 3x£J в ялакиро-агшш и управлении годохозчйственннш сиотеиаыи и аооцесск эксплуатации оросивзльшх систем. - Него черкасок» ШШ1Г№5Х988. »С.61-6?.

33. Азтоиааязадея плакирования зодораспределенвя как метод повышения.эффективности.водеуч^та на ШС //Тез.докл.Есе-союз.каучнлахн.конференции "Методы и.средства организашда водоучета bs гкдромелиораткгних'слетс.иах"» - îpyiiaе0 Е1!И(Ш1с, 1989. - 68 с.

14. Временное руководство пс пройкгврогзшт и эаепдуата-дая аззтоматадировалкых оросительных систем» 4.1 / НПО "Оке-ляорааяя"» Сост.: В.Н. Йедрин, ¡5,Г."'Иваненко* «.»о Красэвский, Т.Я. Гельмаа и др. - Новочеркасск; 1989. - C.I&Os

15. Гельман Т.Я., Сорочаа К.И. К вопросу тствновлекйа ра-ционакьних резишов ороаения сельхозкультур // Платгоовшие к анализ водохозяйственных систем. - Новочеркасск, ЛПО "Югмелио-рапия", I9SQ. - С .5 9-65. .