Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Українська академія аграрних наук
ІНСТИТУТ ГІДРОТЕХНІКИ І МЕЛІОРАЦІЇ
Михальська Тетяна Олександрівна
УДК 631.674: 631.62
ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ В ЗАДАЧАХ УПРАВЛІННЯ
ТА ПРОЕКТУВАННЯ ЗРОШЕННЯ НА ОСНОВІ РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ
06.01.02 - Сільськогосподарські меліорації
(технічні науки)
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ - 2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті гідротехнiки і меліорації Української академії аграрних наук.
Науковий керівник: доктор технічних наук, старший науковий співробітник
КОВАЛЬЧУК Павло Іванович, Інститут гідротехнiки і
меліорації УААН, провідний науковий співробітник
відділу водозабезпечення зрошення.
Офіційні опоненти: доктор технiчних наук, доцент, Кир‘янов Вiктор
Миколайович, Рiвненський державний технiчний
унiверситет, завiдувач кафедри водогосподарського
будiвництва;
кандидат технiчних наук, Яцик Микола Васильович,
Украiнський науково-дослiдний iнститут водно-
екологiчних проблем, директор.
Провідна установа: Iнститут гiдромеханiки НАН, м.Киiв,вул.Желябова, 8/4.
Захист відбудеться “27” вересня 2000р. о 14 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м.Київ-22, вул.Васильківська, 37.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідротехніки і меліорації УААН.
Автореферат розісланий “19” травня 2000р.
Вчений секретар Спецiалiзованої
вченої ради, кандидат техн. наук Т.I.Топольник
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Розвиток зрошувальних мелiорацiй в нових економiчних умовах, що характеризуються переходом на ринковi вiдносини, необхiднiстю рацiонального використання водних, земельних
i матерiальних ресурсiв, вимагає впровадження ресурсозберiгаючих режимiв зрошення сiльськогосподарських культур, якi створюють умови для ефективного ведення зрошуваного землеробства.
Постановою Кабiнету Мiнiстрiв України вiд 14 липня 1993 р. № 537 "Про розвиток мелiорацiї i покращення екологiчного стану мелiорованих земель в 1994-2000 роках" передбачено "розробити i здiйснити заходи, зв'язанi з введенням водозберiгаючих режимiв зрошення i вдосконалення технологiй поливу сiльськогосподарських культур". Концепцiя водного господарства України (схвалена Постановою Верховноi Ради Украiни вiд 14 сiчня 2000 року № 1390 - XIV) передбачае “головними стратегiчними напрямками мелiорацii земель... застосування прогресивних водозберiгаючих технологiй i режимiв зрошення”.
Таким чином, в зв’язку з необхiднiстю впровадження водозберi-гаючих технологiй, актуальним є комплексне обгрунтування параметрiв ресурсозберiгаючих режимiв зрошення на основi методiв системного iмiтацiйного моделювання, вдосконалення алгоритмiв планування поливiв, оптимiзацiя параметрiв зрошувальних систем (гiдромодуля i зрошувальноi норми) в умовах дефiциту водних i енергетичних ресурсiв..
Зв’язок роботи з науковими темами. Дисертацiйна робота викону-валась в межах науково-технiчних програм УААН “Продовольство-95” (тема 3.501.01 “Розробити досконалi системи зрошуваного землеробства на основi використання ЕОМ, що забезпечать розширене вiдтворення грунтiв, одержання бiологiчно чистого, високого врожаю та охорону навколишнього середовища”, 1991-1995 р.р., № держреестрацiї UA01007752P) i програми “Ресурсозберiгаюче водокористування в АПК” (тема 04.01.01 “Розробити водозберiгаючi грунтозахиснi екологiчно безпечнi режими зрошення сiльськогосподарських культур для рiзних грунтово-клiматичних умов зони зрошення”, 1998р., № держреестрацiї 0196И02Г792),.
Мета дослiджень - розробити науковi основи та практичнi методи вибору оптимальних параметрiв i режимiв зрошення, що забезпечують ресурсозберiгаюче, економiчно-доцiльне та екологiчно безпечне ведення зрошуваного землеробства.
Задачi дослідження:
- проаналізувати еколого-економiчний стан зрошуваного землероб-ства, визначити передумови застосування ресурсозберiгаючих технологiй, шляхи iх вдосконалення;
- розробити системну модель оцiнки ефективностi технологiй управлiння поливами на сiвозмiнi;
- обгрунтувати прийняття рiшень на основi комбiнованого принципу управлiння в умовах дефiциту ресурсiв;
- систематизувати та обгрунтувати параметри, розробити алгоритм планування ресурсозберiгаючих режимiв зрошення;
- розробити методики розрахунку i оптимiзацiї параметрів зрошувальних систем (гiдромодуля та зрошувальних норм) при засто-суваннi ресурсозберiгаючих режимiв зрошення.
Наукова новизна одержаних результатiв:
- отримав подальший розвиток iмiтацiйно-оптимiзацiйний метод системного аналiзу в задачах управлiння поливами i визначення параметрiв зрошувальних систем при застосуваннi ресурсозберiгаючих режимiв зрошення;
- дано обгрунтовання прийняття рiшень на принципах комбiнова-ного управлiння при плануваннi поливiв на сiвозмiнi;
- дано методика вибору ефективних технологій по системi еколого-економiчних критерiїв, оптимiзацiя алгоритма, формалiзацiя розрахункових формул ресурсозберiгаючих режимiв зрошення;
- розроблено методики розрахунку та оптимiзацiї параметрiв зрошувальних систем (зрошувальної норми та гiдромодуля) при застосуваннi водозберiгаючих режимів зрошення.
Практичне значення одержаних результатiв. Застосування науково обгрунтованих алгоритмiв управлiння поливами на сiвозмiнi i окремих полях забезпечуе значне (бiля 30-50%) водо- i енергозбереження, екологiчну безпеку ведення зрошуваного землеробства. Методики оптимiзацiї гiдромодуля i розрахунку зрошувальних норм дають можливiсть визначати параметри зрошувальних систем в умовах ресурсозбереження.
Результати роботи включенi в "Тимчасовi методичнi рекомендацiї з режимiв зрошення та управлiння поливами на зрошувальних землях України в 1993р" що схваленi Мiнiстерством сiльського господарства i продовольства України, Держводгоспом України, УААН та в "Тимчасовi методичнi рекомендацiї з режимiв зрошення та управлiння поливами на зрошувальних землях України в 1995р" погодженi Мiнiстерством сiльського господарства i продовольства України, Держводгоспом України.
Дослiдження ввiйшли складовою частиною в проект “Методичних рекомендацiй з водозберiгаючих режимiв зрошення та оперативного плану-вання поливiв сiльськогосподарських культур в зонi степу України”, якi пройшли дослiдно-виробничу перевiрку в Чаплинському УЗС Херсонської областi в 1999 роцi на площi 1500 га i дозволять здiйснити впровадження водозберiгаючих режимiв в практику зрошуваного землеробства.
Особистий внесок здобувача. Дисертацiйна робота виконана особисто Михальською Т.О. Систематизовано параметри, формалiзовано розрахунковi формули для реалiзацiї ресурсозберiгаючих режимiв зрошення. На основi імiтацiйних розрахункiв рiзних технологiй управлiння зрошенням здiйснено обгрунтування алгоритмiв планування поливiв на сiвозмiнi; параметрiв та режимів зрошення, методик оптимiзацiї гiдромодуля та розрахунку економiчно доцльних зрошувальних норм; запропоновано критерiй приросту продуктивностi зрошувальної води.
Апробація роботи. Основнi результати дослiджень доповiдались на мiжнароднiй науковiй конференцiї"Оросительные мелиорации - их развитие, эффективность и проблемы", секция 3 - "Эксплуатация оросительных систем" (Херсон, 1993р.), мiжнародном науковом семiнарi ”Сучаснi пробле-ми охорони та вiдтворення грунтової родючестi“ (Екологiя, економiка, право. Одеса, 1994р.), науково - практичнiй конференцiї "Экологические проблемы при водных мелиорациях" (Київ, 1996р.); науковій конференцiї "Проблеми гiдромелiорацiї в Українi" (Днiпропетровськ, 1996р.).
Публікація результатів досліджень. Основнi положення та висновки дослiджень по темi дисертацiйної роботи представленi в дев’яти наукових працях, з них три опублiкованi в фахових наукових збiрниках, чотири - в матерiалах науково-практичних конференцiй, двох методичних рекомендацiях.
Структура і об’єм роботи. Дисертаційна робота складається iз вступу, чотирьох роздiлiв, загальних висновкiв, списку використаноi лiтератури з 138 найменувань, п’яти додаткiв. Мiстить 165 сторiнок загального тексту, 149 сторiнок основного тексту, що включає 32 таблицi, 17 рисункiв.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
В першому розділі представлено аналіз функціонування в Україні зрошуваного землеробства, визначені основні еколого-економічні проблеми його розвитку та шляхи iх розв’язання.
Зокрема, зрошуване землеробство стало основним способом iнтенси-фикацiї сiльськогосподарського виробництва та покращання соцiально-демографiчної сiтуацiї. Проте недолiки в впровадженнi водних мелiорацiй приводять до нерацiонального, економично неефективного використання водних i енергетичних ресурсiв, негативного впливу на грунти ( підвищення рiвня грунтових вод, заболочення, осолонцювання, ерозії грунту) та ін.
В цьому зв'язку велике теоретичне та практичне значення має прийняття рішень в задачах управлiння та проектування зрошення на основi впровадження економічно ефективних та екологічно безпечних ресурсозберігаючих режимів.
На основі експериментальних даних Інституту зрошуваного земле-робства, узагальнення світового досвіду та теоретичних досліджень визна-чені передумови використання ресурсозберігаючих технологій, системати-зовані принципи та методи іх застосування: диференціація передполивного порогу вологості грунту з урахуванням чутливості культур до воло-гозабезпеченості по фазах або періодах розвитку, зменшення розрахункового шару грунту скорочення поливної норми; мобілізація біологічних потенціалів рослин; регулювання фітоклімату посівів та ін.
Використання сукупності цих способів дозволяє оптимізувати поливний режим сільськогосподарських культур, суттєво економить воду, зменшує ії витрати на одиницю додаткового врожаю та ін.
Водозберiгаюча система зрошуваного землеробства, що базується на використаннi цих принципiв, повiнна забезпечувати оптимальну органiзацiю поливiв без суттєвого зниження врожаїв та прибутку.
Для впровадження в практику управління поливами ресурсозберігаю-чих режимів зрошення видзначено основні шляхи вдосконалення систем прийняття рішень: оптимiзацiя алгоритму оперативного планування поливiв на сiвозмiнi; систематизацiя параметрiв, формалiзацiя розрахункових формул ресурсозберігаючих режимів; прийняття рішень на принцiпах комбiнованого управлiння; оптимiзацiя параметрiв зрошувальних систем.
У другому розділі з позицій системного моделювання розглядається методологія прийняття оптимальних рішень при плануванні зрошення, яка базується на імітаційно-оптимізаційному моделюванні і дозволяє оцінювати ефективність технологій управління поливами як на окремих полях, так і на сівозміні.
При управлінні поливами на сівозміні сукупність полів розгляда-ється як складна система, в якій здійснюється розподіл водних ресурсів, виходячи з поставлених цілей та критеріїв оптимізації при обмежених водних ( енергетичних ) і технічних ресурсах, з врахуванням пріоритетності поливiв культур, а також інших факторів.
Ціллю даної системної моделі являється вивчення ефективності різних режимів зрошення, розробка методів оцінки технологій управління поливами на сівозміні, що досягається побудовою двохрівневої математичної моделі.
На першому рівні розробляється алгоритм і проводиться імітаційне моделювання управління в різні роки (сухі, середньосухі і т.д.); на другому рівні по сукупності економічних, екологічних та ресурсних критеріїв проводиться комплексна (системна) оцінка цих технологій для вибору оптимальних режимів зрошення та алгоритмів управління (рис.1). Як засіб аналізу технологій запропоновано імітаційно-оптимізаційне моделювання.
|
Імітаційне моделювання управлiння поливами на сiвозмiнi |
|
Математичні моделі |
Нормативно-довідкова |
||||
|
Врожаю |
інформація |
||||
|
Оцінка недоборів врожаю |
|
Сінтез системних функцій, критеріїв сівозміни |
|
Прийняття оптимальних рішень |
|
Видача рекомендаций |
Рис.1. Блок - схема алгоритму системного аналізу для визначення ефективності технологій управління поливами на сівозміні.
Для імітації варіантів представлена математична модель динаміки об'єкту управління вологістю грунту в системі полів сівозміни на основі методу оперативного управління поливами по дефіциту вологозапасів:
(1)
де - відповідно дефіцит вологозапасів на початок та кінець розрахункового періоду, мм;
E,P -неконтрольовані впливи ( відповідно сумарне випаровування та
опади), мм;
- коефіцієнт редукції;
W - підживлення або стік вологи за межі розрахункового шару, мм;
m - управляючі впливи ( поливні норми ), мм;
n - кількість полів сівозміни.
Прийняття рішень про полив на кожному такті управління відбу-вається на основі мінімізації функції:
(2)
где L(U) - лінійний функціонал недоборів врожаю, к.од.
- питома продуктивність води в і- тої культури, к.од/куб.м ;
- різниця між необхідними для культури і факично
поданими водними ресурсами, куб.м/га;
- площа і-того поля, га.
При нестачі водних ресурсів, для подачі на сівозміну, виникають обмеження:
(3)
де - фактична водопотреба поливної ділянки, м;
Q (t) - виділений ліміт водоподачі, м .
на одиниці площі зрошення
(4)
а також на сівозміні
(5)
Cистема рівнянь, критерії оптимізації та обмеження дозволяють проводити імітаційні експерименти в різних погодних умовах для різних років з послідуючою оцінкою і порівнянням ефективності технологій управління поливами на сівозміні.
Для оптимізації технологій зрошення і їх техніко-економічного обгрунтування, як теоретичний підхід, застосовується статистична модель прийняття рішень в умовах невизначеності. Для оцінки використовуються класичні критерії прийняття рішень в умовах ризику, зокрема критерій середнього ризику Бернулі-Лапласа.
Здійснюється порівняння біологічно оптимальних та ресурсозбері-гаючих режимів зрошення на основі використання економічних, еколо-гічних та ресурсних критеріїв.Порівняльна економічна ефективність різних режимів зрошення може бути оцінена на основі таких критеріїв:
середньобагаторічних значень валової продукції ( урожайності )
(6)
недоборів врожаю
(7)
продуктивності зрошувальної води (відношення додаткової валової продукції від зрошення до об'єму використаних для цих цілей ресурсів):
(8)
приросту продуктивності зрошувальної води:
, (9)
де - залежності в відносних одиницях урожайності відповідно при j-му режимі зрошення та на богарі;
Y - проектна урожайність, ц.к.од.;
C - закупівельна ціна, грн;
N - кількість років;
- відповідно урожай і зрошувальні норми при біологічно
оптимальних і ресурсозберігаючих режимах зрошення.
Використовуються також інші критерії: додатковий чистий прибуток від зрошення, коефіцієнт вологозабезпеченості, відношення реальної зрошувальної норми до біологічно оптимальної та ін.
Для оцінки екологічної безпеки зрошення використовується еколо-гичний критерій:
(10)
де - час перебування грунту в екологічно сприятливих умовах, днів;
T - час вегетаційного періоду даної культури, днів.
Як приклад імітаційного моделювання планування поливів на сівозміні розглянуті погодні умови трьох років ( два сухих, один середньовологий ) відносно умов метеостанції Владиславівка (Крим). Середньозважені значення критеріїв при біологічно оптимальному, ресурсозберігаючему зрошенні та в умовах богари (табл.1) показують, що при незначному (1-2,4%) зниженні врожаю застосування ресурсозберігаючих технологій дає можли-вість економити 16-24 % зрошувальної води (відповідно електроенергії),
Таблиця 1
Середньозважені по сівозміні значення критеріїв при різних технологіях
зрошення в окремі роки та в середньому за три роки
|
Критерії` |
Біологічно оптимальні |
Ресурсозберігаючічі |
Богара |
|
1957 |
1975 |
1979 |
серед |
1957 |
1975 |
1979 |
серед |
середні |
|
|
Норма зрошення, м/га |
4174 |
3643 |
3043 |
3620 |
3185 |
3057 |
2571 |
2938 |
0 |
|
Урожайність, ц.к.од./га |
75,5 |
75,5 |
75,5 |
75,5 |
74,5 |
73,9 |
73,7 |
74 |
36,6 |
|
Приріст врожаю від зрошення, ц.к.од./га |
42,9 |
42,9 |
42,9 |
42,9 |
41,9 |
41,3 |
41,1 |
41,4 |
0 |
|
Зніження від оп-тимальной орос. норми, % |
0 |
0 |
0 |
0 |
23,7 |
16,1 |
15,5 |
18,8 |
100 |
|
Зніження врожаю від оптимальних значень, % |
0 |
0 |
0 |
0 |
1,3 |
2,1 |
2,4 |
1,92 |
56,8 |
|
Продуктівність зрошув. води, кг.к.од./куб.м |
1 |
1,2 |
1,4 |
1,2 |
1,32 |
1,35 |
1,6 |
1,42 |
0 |
|
Приріст продук- тивності зрошу-вальної води, % |
0 |
0 |
0 |
0 |
19,6 |
14,4 |
13,5 |
18,3 |
0 |
|
Екологічний критерий, дол.од. |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,38 |
0,21 |
0,25 |
028 |
0,72 |
значно (на 13-20%) збільшується продуктивність зрошувальної води, суттєво покращуються екологічні умови збереження грунтів.
В третьому розділі розглядається алгоритм прийняття оптимальних рішень при плануванні зрошення в умовах дефіциту ресурсів. Виходячи з моделі управління поливами на сівозміні, запропоновано комбінований принцип управління та алгоритм оперативного планування поливів при застосуванням ресурсозберігаючих режимів зрошення.
Принцип комбинованого управління (А.Г.Івахненко) передбачає одночасну дію двох принципів: управління по збуренню та управління по вихідній величині і є більш ефективним, ніж управління тільки по вхідній величині. Для різних моделей технологій зрошення на сівозміні на об'єкт управління діють такі збурюючі величини: вологість грунту, температура повітря, відносна вологість повітря, опади та ін. Вихідними величинами є: урожайність, недобори врожаю від недополиву, питома продуктивність зрошувальної води в різні фази розвитку рослин. Регулюючим впливом є поливний режим (строки та норми поливів).
Наводиться блок-схема системи прийняття рішень для визначення строків і норм поливу по дефіциту вологозапасів з застосуванням параметрів ресурсозберігаючих технологій зрошення (рис.2).
Важливою особливістю системи прийняття рішень є можливість, як в оперативному режимі, так і в кінці вегетації, провести аналіз ефективності призначення поливів, витрат води, недоборів врожаю та ін.
Імітаційне моделювання ресурсозберігаючих поливних режимів проводиться за дефіцитом вологозапасів на основі балансового рівняння:
D,=D,,+(kE-P)-m,
де D,D,,- кінцевий та початковий дефіцит розрахункового періоду, мм;
E, P, m – сумарне випаровування, кількістьопадів, поливна норма, мм;
, k – редукційні коефіциєнти.
Редукційній коефіциєнт k виражає зменшення величини сумарного випаровування в залежності від розвитку кореневої системи.
Прикладом практичної реалізації прийняття рішень по оперативному управлінню поливами є методичні рекомендації з ресурсозберігаючих режимів зрошення та оперативного планування поливів для умов Харківської, Полтавської та Кіровоградської областей. Наведено параметри ресурсозберігаючих режимів зрошення стосовно вказаної зони та конкретна методика планування поливних режимів (табл.2).
Порівняння ефективності різних режимів зрошення проведене на прикладі господарств Харківської області показало, що застосування водозберігаючих режимів дозволяє економити 20-50% водних і енергетичних ресурсів (табл.3), підвищує продуктивність зрошувальної води для всіх культур.
Таблиця 3
Зрошувальні норми сільскогосподарських культур та кількість поливів при біологічно оптимальних і ресурсозберігаючих режимах зрошення в роки різної вологозабезпеченості, куб.м/га.
|
Культури |
Гострозасушливі та сухі роки |
Середні роки |
Вологі роки |
|
Біологоптим |
РесурсозберігаРВГ>3м;1,5-3м |
Біологоптим |
Ресурсозберіга РВГ>3м; 1,5-3м |
Біологоптим |
Ресурсозберіг РВГ>3м; 1,5-3м |
|
Озима пшениця |
2000-2400 5-6 |
800-1200 2-3 |
600-900 2-3 |
1200-1800 3-4 |
400- 800 1-2 |
300-500 1-2 |
300- 1200 1-3 |
300-600 1-2 |
0-300 0-1 |
|
Кукурудза на зерно |
3000-4600 6-11 |
1600-2300 4-6 |
1500-2100- 4-6 |
1800-2900 4-6 |
1000-1700 3-4 |
1000-1200 3-4 |
400-1800 1-4 |
0-1200 0-3 |
0-600 0-2 |
|
Люцерна другого року |
4200-4700- 8-11 |
2300-2600 6-7 |
11001500 4-5 |
2600-4000 5-8 |
1700-2100 4-6 |
800-1000 3-4 |
1600-2400 4-6 |
400-1000 2-3 |
400-500 1-2 |
|
Кормові буряки |
3600-4200 7-11 |
1900-2400 5-6 |
1200-1700 4-5 |
2400-3000 5-6 |
1600-2000 4-5 |
900-1100 3-4 |
1600-2400 4-5 |
1100-1200 3-4 |
0-400 0-2 |
В четвертому розділі розглядаються методики розрахунку та оптимізації параметрів зрошувальних систем (гідромодуля і зрошувальних норм) при застосуванні ресурсозберігаючих технологій.
Задача обгрунтування величини гідромодуля при різних режимах зрошення полягає в тому, щоб при заданій структурі площ (пов'язаній зі спеціалізацією сільскогосподарського виробництва) визначити економічно обгрунтовану величину гідромодуля зрошувальної системи по об'єктивних критеріях недоборів врожаю від недополиву. Нами запропонована двохрівнева процедура обгрунтування величини гідромодуля.
На першому етапі визначається максимальне значення гідромодуля для даної сівозміни в умовах монокультури (найбільш вологолюбивої культури).
Величина гідромодуля в реальних сівозмінах дискретно змінюється в значних інтервалах і залежить від слідуючих факторів: кількість полів в сівозміні; кількість одночасно працюючих поливних машин; коефіціент використання часу доби. Тому на другому етапі визначаються ряд диск-ретних величин , таких, що , для кожної з яких визначаються недобори врожаю на сівозміні в відповідності з методикою (П.І.Ковальчук). Слід рекомендувати мінімальний гідромодуль q, що дає втрати врожаю не більш 10 %.
Для прикладу нами вибрана раціонально сформована семіпільна сівозміна, для якої на першому етапі визначено гідромодуль для моно-культури ( люцерна ), рівний 0,68 л/с.га. На другому етапі досліджувались значення =0,34 л/с.га, =0,51 л/с.га, =0,68 л/с.га.
Порівняння результатів імітаційного моделювання показало, що гідромодуль 0,51 л/с.га є достатнім для різних режимів зрошення, що ілюструється рис.3. Збільшення гідромодуля доцільно тільки при переході до впровадження на сівозміні монокультури. Зменьшення ж його значення до 0,34 л/с.га буде викликати значні втрати врожаю в сухі роки (особливо в посушливі періоди вегетації), і не може рекомендуватись для раціонально сформованої сівозміни. Як показують укомплектовані графіки поливу (рис.3) ресурсозберігаючі режими зрошення не збільшують максимальну ординату гідромодуля,а напруженість поливу на протязі вегетації значно зменшується.
Задача техніко-економічного обгрунтування зрошувальної норми поля-гає в співставленні комплексу критеріїв, що характеризують різні варіанти режимів зрошення. Запропонована раніше (А.А.Ломтєв, П.І.Ковальчук) мето-дика обгрунтування величини зрошувальної норми для років різної забезпе-ченості базувалась на розв’язуванні багатокритеріальної задачі оптимізації.
Нами запропонована методика, що базується на використанні критеріїв величини зрошувальної норми, продуктивності зрошуваної води та нового критерію - приросту продуктивності зрошуваної води (9). Суть даного критерію полягає в тому, що при заданому рівні врожаю визначається приріст врожаю, обумовлений приростом зрошувальної норми. При цьому, якщо приріст зрошувальної норми не окуповується приростом врожаю, то додаткова подача водних ресурсів є недоцільною.12
Для реалізації методики на основі по6удованих залежностей "зро-шувальна норма - водозабезпеченість” для різних культур (рис.4) порівнюються зрошувальні норми стосовно кліматичних умов метеостанції Нова Каховка при біологічно оптимальних та ресурсозберiгаючих режимах зрошення в роки різної водозабезпеченості.
Економічна оцінка ефективності використання водних ресурсів показує збільшення продуктивності зрошувальної води при переході від водозберігаючих до біологічно оптимальних технологій показує, що приріст продуктивності становіть 0,1-0,7к.од./куб.м, тобто зрошувальна вода практично не окуповується урожаєм. Таким чином водозберігаючі режими є економічно доцільними.
Таблиця 4
Економічні показники біологічно оптимальних та водозберігаючих зрошувальних норм (, - продуктивність відповідно біологічно оптимальних та водозберігаючих режимів зрошення, к.од./м; -приріст продуктивності зрошувальної води при переході від рівня водозберігаючих до біологічно оптимальних зрошувальних норм, к.од./м).
|
% за- безпе- |
Озима пшениця |
Кукурудза |
Кормові буряки |
Люцерна другого року |
|
ченост |
||||||||||||
|
95-98 |
0,9 |
1,4 |
0,38 |
1,3 |
2,8 |
0,17 |
1,1 |
1,7 |
0,24 |
1,3 |
2 |
0,6 |
|
70-79 |
1,1 |
2,1 |
0,4 |
1,4 |
3 |
0,11 |
1,2 |
2,1 |
0,34 |
1,3 |
2,3 |
0,6 |
|
49-52 |
1,5 |
2,6 |
0,6 |
1,5 |
3,8 |
0,1 |
1,4 |
2,3 |
0,44 |
1,6 |
2,4 |
0,8 |
|
18-27 |
1,7 |
2,9 |
0,7 |
2 |
5,4 |
0,13 |
1,9 |
3,3 |
0,5 |
2 |
3,9 |
0,8 |
Проведена ресурсна оцінка ефективності ресурсозбергаючих, оптимальних екологічно безпечних (М.І.Ромащенко, О.І.Жовтоног) та біологічно оптимальних режимів зрошення через відповідні зрошувальні норми довела,що тільки водозберігаючі режими істотно зніжують (на 20-50%) величину зрошувальної норми, а значить і ризик інфільтрації води за розрахунковий шар протягом календарного року. Тобто такі режими в достатній мірі є екологічно безпечними.
Перевірка методики розрахунку зрошувальних норм при застосуванні ресурсозбергаючих режимів показала, що розрахункові зрошувальні норми відрізняються від експериментальних значень, одержаних в ІЗЗ (В.А.Писаренко), з задовільною для практичних розрахунків точністю (коефіциєнт варіації становить 8%).
В додатках А-В наведені розрахунки імітаційного моделювання та параметри режимiв зрошення. В додатку Г дана перевірка адекватності моделі експериментальним даним ІЗЗ. В додатку Д приводиться акт про дослідно-виробничу перевірку методичних рекомендацій, проведену в Чаплинському УЗС Херсонської області в 1999р., з оцінкою ефективності водозберігаючих режимiв зрошення.
ВИСНОВКИ
1. В результатi розгляду умов функцiонування зрошуваного земле-робства в Українi показана необхiднiсть введення в практику управлiння поливами ресурсозберiгаючiх режимiв зрошення на основі оптимiзацiї прийняття рiшень, обгрунтування їх ефективного (екологiчно безпечного) функцiонування. Визначено шляхи вдосконалення систем прийняття рiшень
- розробка ресурсозберiгаючих технологiй зрошення з застосуванням економiчно доцільних i екологiчно безпечних параметрiв режимiв зрошення в систем управлiння і пректування зрошення;
- впровадження принципу комбiнованого управлiння поливами на сiвозмiнi, що використовуе прийняття рiшень по значеннях вологостi грунту i економiчних критеріях (продуктивности та приросту продуктивностi зрошувальної води).
2. Для аналiзу управлiння зрошенням, як методологiя дослiдження, запропоновано iмiтацiйно-оптимiзацiйне моделювання. На першому рiвнi розглядається iмiтацiя варiантiв управлiння при рiзних режимах зрошення; на другому - оцiнка i прийняття рiшень на основi сукупностi критерiїв оптимiзацiйної моделi.
3. Вдосконалена системна модель планування поливiв на сiвозмiнi, що використовує комбінований принцип управління і дозволяє оптимiзувати алгоритм управлiння поливами в умовах дефiциту ресурсiв i застосування ресурсозберiгаючих режимiв зрошення.
4. Розроблено алгоритм прийняття рiшень при оперативному плануваннi поливiв, що використовує в своїй основі методику дефiциту вологозапасiв, систему параметрiв та розрахунковi формули реалiзацiї ресурсозберiгаючих режимiв зрошення.
5. Запропонована методика двохрiвневої оптимiзацiї гiдромодуля зрошувальних систем при застосуванні ресурсозберiгаючих режимiв зрошення: на першому рiвнi встановлюються значення гiдромодуля для монокультури, на другому- розглядаеться технiко-економiчне обгрунтування найбільш перспективних варiантiв гiдромодуля.
На основi побудови укомплектованих графiкiв гiдромодуля вста-новлено, що ресурсозберiгаючi технологiї зрошення, в порівнянні з біологічно оптимальними, не вимагають збiльшення гiдромодуля в умовах рацiонально сформованої сiвозмiни.
6. Розроблена методика розрахунку зрошувальних норм сiльськогосподарських культур на різні рівні ресурсозбереження та їх техніко-економічного обгрунтування по системі критеріїв (урожайностi, продуктивності та приросту продуктивностi зрошувальної води).
Перевірка адекватності моделі експериментальним даним ІЗЗ паказала задовільну для практичних розрахунків точність (коефіцієнт варіації становить 8%).
7. Наведенi приклади використання алгоритму приняття рiшень для реалiзацiї ресурсозберiгаючих технологiй на рiзнi рiвнi енерго- i водозбереження показали:
при незначному ( 2,1 % ) зниженні урожайностi водосберiгаючi технологiї дозволяють економити 16-24 % зрошувальної води та електроенергiї, збiльшити продуктивнiсть поливної води з 1,2 до 1,43 к.од./куб.м, полiпшити екологiчний критерiй; причому прирiст продуктивностi зрошувальної води мiж варiантами бiологiчно оптимальних i ресурсозберiгаючих технологiй становить в середньому лише 0,16 к.од./куб.м;
при бiльш суттєвому зниженні урожайностi до 6-12 % - економiя водних i енергетичних ресурсiв досягає 30-50 %, що в умовах дефiциту дозволяє економити значну кiлькiсть електроенергiї і зрошувальної води.
Проведені дослідження підтвердили еколого-економічну ефективність запропонованого алгоритму реалізації водозберегаючих режимів зрошення.
8. Результати наукових дослiджень ввійшли в "Тимчасовi методичнi рекомендацiї по оперативному управлiнню зрошенням" на 1993 i 1995 роки, якi схваленi i рекомендованi для практичного впровадження.
Дослідно-виробнича перевiрка вдосконаленого варiанту “Методичних рекомедацiй з водозберiгаючих режимiв зрошення та оперативного планування поливiв сiльськогосподарських культур в зонi степу Украiни”, проведена в Чаплинському УЗС Херсонської области в 1999р на площi 1500 га показала позитивну фактичну економiчну ефективнiсть НТР в розрахунку на один га - 36,64 грн/га, економiя води - 833 куб.м/га, відповідно електроенергії. Таким чином, дослiдження показують практичну доцiльнiсть водозберiгаючих режимiв i дозволять здiйснити iх впровадження в практику зрошуваного землербства.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Ковальчук П.І., Михальська Т.О. Системне моделювання для оцінки ефективності ресурсозберігаючих технологій управління поливами. // Меліорація і водне господарство, 1994. Вип.81.-С.30-35.
2. Ковальчук П.І., Михальська Т.О., Ковальчук В.П. Оцінка ефек-тивності ресурсозберігаючих режимів зрошення на основі математичного моделювання // Меліорація і водне господарство, 1998.-Вип.85.-С.29-36.
3. Ковальчук П.I.,Михальська Т.О., Ковальчук В.П.,Писаренко П.В. Еколого-економiчне обгрунтування поливних та зрошувальних норм на основi iнформацiйних технологiй // Мелiорацiя i водне господарство, 1999.-Вип.86.-С.21-27.
4. Тимчасові методичні рекомендації з режимів зрошення та управ-ління поливами на зрошуваних землях України в 1993 р // Мінсільгосппрод України, Держводгосп України, УААН, ІЗЗ, ІГіМ. -Киiв, 1993.-23c.
5. Тимчасові методичні рекомендації з режимів зрошення та управ-ління поливами на зрошуваних землях України в 1995 р.-К.: УААН, ІЗЗ, ІГіМ, 1995.-24с.
6. Ковальчук П.И., Михальская Т.А., Чистоклетова В.А. Системные методы оптимизации и обоснование норм водопользования в орошаемом земледелии // Материалы международной научной конференции "Ороси-тельные мелиорации - их развитие, эффективность и проблемы". Херсон, 1993.-C.175.
7. Ковальчук П.И., Михальская Т.А. Управление поливами при орошении в условиях применения водосберегающих и почвозащитных технологий // Материалы международного научного семинара “Современные проблемы охраны и воспроизводства почвенного плодородия” (Экология, экономика, право). -Одесса, НАН Украины, СОПС, 1994.-C.196-197.
8. Ковальчук П.І., Михальська Т.О., Ковальчук В.П. Системне моделювання для еколого-економичного обгрунтування ресурсозберіга-ючих режимів зрошення // Доповіді науково-практичної конференції "Екологічні проблеми при водних меліораціях."-К.: Госводхоз України, УААН, ІГіМ, ІПК "Укрводприрода", 1996.-С.111-114.
9. Ковальчук П.І., Михальська Т.О. Еколого-економічне обгрун-тування технологій зрошення на основі системного моделювання // Мате-ріали наукової конференції "Проблеми гідромеліорації в Україні." -Дніпропетровськ: Мінсільгосп України, ДДАУ,1996.-С.64-65.
АНОТАЦІЯ
Михальська Т.О. Прийняття рішень в задачах управління та проектування зрошення на основі ресурсозберігаючих технологій. -Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 06.01.02 - сільськогосподарські меліорації (технiчнi науки). - Інститут гідротехніки і меліорації УААН, Київ, 2000.
В дисертації дана розробка методів прийняття рішень в задачах управління та проектування зрошення, які забезпечують ресурсозберігаюче, економічно доцільне та екологічно безпечне ведення зрошуваного землеробства.
Розроблені наукові основи та практичні методи вибору оптимальних технологій та параметрів системуправління зрошенням; представлено алгоритм прийняття рішень на принципах комбінованого управління для оперативного планування поливів в умовах дефіциту водних, енергетичних ресурсів, який базується на системі еколого-економічних критеріїв і забезпечує реалізацію ресурсозберігаючих технологій. Приведені методики визначення параметрів зрошувальних систем: оптимізації гідромодуля та техніко-економічного обгрунтування зрошувальних норм.
Ключові слова: ресурсозберігаючі режими зрошення; алгоритм планування поливів; гідромодуль зрошувальних систем; економічно обгрунтовані зрошувальні норми; сівозміна; принцип комбінованого управління; оптимізація технологій зрошення; еколого-економічні критерії.
АННОТАЦИЯ
Михальская Т.А. Принятие решений в задачах управления и проектирования орошения на основе ресурсосберегающих технологий.- Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 06.01.02 - сельскохозяйственные мелиорации (технические науки). -Институт гидротехники и мелиорации УААН, Киев, 2000.
В диссертации на основании рассмотрения функционирования орошаемого земледелия в Украине предложены пути совершенствования систем принятия решений в задачах управления и проектирования орошения. Как методология исследований для анализа технологий управления орошением, предложено имитационно-оптимизационное моделирование. На первом уровне рассматривается имитация вариантов систем управления, на втором – их оценка на основе совокупности критериев оптимизационной модели принятия решений в условиях риска.
Усовершенствована системная модель планирования поливов на севообороте при дефиците ресурсов, которая использует более эффективный принцип комбинированного управления поливами (по входной величине – влажности почвы и выходной величине – продуктивности и приросту продуктивности оросительной воды). Представлен алгоритм принятия решений при планировании поливов, который использует методику дефицита влагозапасов, систему параметров и расчетные формулы реализации водосберегающих режимов орошения. Проведенные исследования подтвердили, что при снижении урожайности 2-12% водосберегающие режимы позволяют экономить 16-50% оросительной воды, существенно улучшить эколого-экономические параметры. Приведены методики оптимизации гидромодуля, расчета и технико-экономического обоснования оросительных норм.
Опытно-производственная проверка методик показала положительную фактическую экономическую эффективность научных разработок в расчете на 1га – 36,64грн., экономию воды –833 куб.м/га, соостветственно электроэнергии. Основные результаты работы вошли составной частью в методические рекомендации по водосберегающим режимам орошения и управления поливамит в 1993,1995 и 1999 годах.
Ключевые слова: ресурсосберегающие режимы орошения; алгоритм планирования поливов; гидромодуль оросительных систем; экономически обоснованные оросительные нормы; севооборот; принцип комбинированного управления; оптимизация технологий управления; эколого-экономические критерии.
SUMMARY
Mikhalskaya T.A. Taking of the dicisions in the tasks of management and designing in irrigation on the basis of resource-savings technologies. Manuscript.
The dissertation is for academic degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 06.01.02 - Agricultural Reclamations (Technical Sciences). - The Institute of Hydraulic Engineering and Land Reclamation of the UAAS, Kyiv, 2000.
The thesis deals with the elaborations of the methods of dicision taking in the tasks of management and designing in irrigation providing resource- saving, economically expedient and ecologically safe irrigated agriculture.
Scientific basis and practical methods of optimal technologies choosing and parameters of management in irrigation were worked out; algorithms of decision taking based on the principles of the combinede management for operative planning of waterings under the conditions of water and power resources scareily was presented being based on the system of ecological- economic criteria and provides the realization of resource-saving technologies. The methods of hydro-module optimization, calculation and technical-economic substantiation of irrigation rates were presented.
Key words: decision taking systems, resource - saving regimes in irrigation, algorithm of watering planning, hudro-module of irrigation systems, economically substantiated irrigation rates, crop rotation, the principle of the combined management, optimization of irrigation technologies, ecological-economical criterias.