Математическое моделирование по выбору оптимальной схемы расстановки трехъярусной насадки на водопроводящем поясе ДДА-100МА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Выводы

Получена формула (1) для пересчета испарения с водной поверхности на водопо-требление сельскохозяйственных культур.

Получены коэффициенты перехода Крп (см. табл. 4) испаряемости Ео к потенциально возможному водопотреблению Ер.

Получена связь фактического водо-потребления с расчетным по формуле (1). Коэффициент корреляции расчетного во-допотребления с фактическим составляет 0,989±0,027.

1. Зарубежный опыт расчета режима орошения сельскохозяйственных культур: обзор литературных источников. -

М., 1965. - С. 1-44.

2. Пчёлкин В. В. Обоснование мелиоративного режима осушаемых пойменных земель. - М.: КолосС, 2003. - 253 с.

Материал поступил в редакцию 03. 04. 12. Голованов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры «Мелиорация и рекультивация земель» Тел. 8 (499) 153-96-28

Пчёлкин Виктор Владимирович,доктор

технических наук, профессор кафедры «Мелиорация и рекультивация земель» E-mail: [email protected] Абдельазим Махмуд Мохамед Али, кандидат технических наук Тел. 8 (499) 153-96-28

УДК 502/504 : 631.6

Д. П. ГОСТИЩЕВ, Е. Ю. ГИЛЬДЕНБЕРГ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ РАССТАНОВКИ ТРЕХЪЯРУСНОЙ НАСАДКИ НА ВОДОПРОВОДЯЩЕМ ПОЯСЕ ДДА-100МА

Рассмотрены оптимальные схемы расстановки дождевальных насадок. Представлена методика математического моделирования расстановки по квадрату трехъярусной дождевальной насадки на ДДА-100МА. По картам распределения интенсивности оптимальным вариантом следует считать расстановку насадок 4х4 м, а учитывая гидравлические параметры ДДА-100МА - квадрат 4,5x4,5 м.

Интенсивность искусственного дождя, математическое моделирование, площадь орошения, дождевальные насадки, дождемеры, график частотного распределения дождя,трехъярусная насадка.

The optimal schemes of arrangement of sprinkling nozzles are considered. There is shown a method of mathematical simulation of arrangement of the three-storey nozzle of sprinkler on DDA-100MA along the square. According to the maps of intensity the optimal variant is considered to be an arrangement of nozzles - 4x4 m,and taking into consideration hydraulic parameters of DDA-100MA - the square 4,5x4,5 m.

Intensity of artificial rain, mathematical simulation, area of irrigation, nozzles of sprinklers, rain gauges, graph of sprinkling frequency distribution, three-storey nozzle.

Учитывая конструктивную особен- Согласно СТО АИСТ 11.1-2004, для

ность ДДА-100МА, авторы выбрали четы- определения коэффициента эффективного

ре варианта расстановки насадок на полива площадь орошения разбивают на

водопроводящем поясе машины: 1 - 4x4; равновеликие площадки квадратной или

2 - 4,5x4,5; 3 - 5x4,5; 4 - 5x5 м. прямоугольной формы [1]. Размер площа-

№ 3' 2012

док зависит от радиуса действия аппарата (насадки). Площадь учетной площадки составляет 16...25 м2.

Картина распределения интенсивности искусственного дождя по площади полива будет получена за счет наложения четырех секторов, образованных работой каждой из дождевальных насадок (рис.1).

В основу методики определения оптимальной схемы расстановки дождевальных насадок заложен принцип математического моделирования, согласно которому, зная эпюру распределения действительной интенсивности искусственного дождя вдоль радиуса полива дождевальной насадки, можно определить интенсивность в каждой точке сектора, образованного работой дождевальной насадки (в том числе и в точках расположе-

ния дождемеров) [2, 3]. Мы имеем четыре сектора, образованных вращением дождевальных аппаратов. Рассмотрим каждый из них по порядку:

Сектор 1. Согласно схеме расстановки дождемеров, мы имеем й.. точек, соответствующих координатам расстановки дождемеров. Расстояние от насадки до каждой из точек й.. можно определить как корень из суммы квадратов катетов прямоугольного треугольника:

\=4ам + ^ л , (1)

где а. и Ь. - расстояния от насадки до каждого из дождемеров, находящихся на взаимно перпендикулярных прямых.

Согласно полученному й.., вычисляем интенсивность дождя в этой точке [4].

Таким же образом рассчитываем

ю еч сч гч о

^т-ЧгНгН^ЧтНОЭООЬ-СОиЭ^ ОнРнРчРчОчОчРнОчРчРчРчОч

15 14 13 12 11 10 9 8 7

5 4 3 2 1

15 Р1

14 Р2

13 РЗ

12 Р4

11 Р5

10 Р6

9 Р7

8 Р8

7 Р9

6 Р10

5 Р11

4 Р12

3 Р13

2 Р14

1 Р15

Р15 1

Р14 2

Р13 3

Р12 4

Р11 5

Р10 6

Р9 7

Р8 8

Р7 9

Р6 10

Р5 11

Р4 12

РЗ 13

Р2 14

Р1 15

5 6

8 9 10 11 12 13 14 15

ч Ч Ч Ч ч ч ч ч ч ч ч

е и >9 01 » а

Рис. 1. Секторы, образованные работой дождевальных насадок № 3' 2012

значения интенсивности в точках расстановки дождемеров для последующих трех секторов. В результате получаем четыре определенные матрицы с данными интенсивности полива в точках установки дождемеров. Путем последующего их сложения получаем пятую матрицу, которая отображает картину распределения интенсивности искусственного дождя по площади полива. Она является аналогом ведомости измерения объема воды в дождемерах и служит источником информации для проведения статистической обработки с целью определения коэффициента эффективного полива.

В результате математического моделирования (вариант 1) схемы расстановки дождевальных насадок (схема 4х4 м) путем наложения четырех секторов, образованных от работы дождевальных насадок с расстоянием между ними 4 м, получаем аналог ведомости измерения объема воды в дождемерах. Далее проводим группировку неполных учетных площадок, приходящихся на один дождемер, чтобы соблюдалось условие

5

I

n =

S„

(2)

где - ^п - сумма случаев; 5 - площадь орошения по технологической схеме, м2; 5д - приемная площадка под дождемером, м2.

Группировка площадок: угловые дождемеры имеют по 0,625 м2 приемной площади, следовательно, данные интенсивности по каждому из них складываем и делим на четыре, а крайние дождемеры имеют по 0,125 м2 приемной площади, следовательно, данные интенсивности по

каждому из напротив стоящих складываем и делим на два.

Для информативного отображения картины перекрытия строим трехмерную карту распределения на площади перекрытия (рис. 2).

По методике СТО АИСТ 11.1-2004 обрабатываем полученные данные статистическим методом с выборкой по классам [1]. Величину класса Кл определяем так:

P - P

K = тах тт , (3)

Л nz

где Pmax и Pmin - соответственно максимальное и минимальное значения интенсивности дождя; nz -принятое число классов (не более 16).

Число классов - 10. Согласно К , на-

л7

значаем интервалы.

Р 1г5 2 2.5 3

Расстояние, м

Рис. 2. Трехмерная карта распределения дождя (вариант 1)

Назначаем условную среднюю М в середине вариационного ряда. Напротив числа случаев условной средней проводим

Выборка интенсивности дождя по классам

Номер Интервал интенсивности Среднее значение класса, мм/мин Число слу- Сумма верхней части Сумма верхней части

класса дождя в классах, мм/мин чаев n формы, b1 = 93 формы, b2= 108

1 2 3 4 5 6

1 0,289...0,300 0,294 16 16 16

2 0,300...0,312 0,306 4 20 36

3 0,312.0,324 0,318 0 20 56

4 0,324.0,336 0,330 17 37 //

5 0,336.0,348 0,342 14 // //

6 0,348.0,360 0,354 8 13 //

7 0,360.0,372 0,366 4 5 8

8 0,372.0,384 0,378 0 1 3

9 0,384.0,396 0,390 0 1 2

10 0,396.0,407 0,402 1 1 1

64 а1 = 21 а„ = 14

ДО)

№ 3' 2012

черту, а в графе 6 от общей черты сверху и снизу добавляем по черточке. Затем составляем таблицу суммы (графы 5 и 6). Каждое число пятой и шестой граф получаем как сумму двух чисел, одно из которых стоит рядом с образуемым числом слева, а другое - над ним (в верхней части таблицы) или под ним (в нижней части таблицы). Строки, занятые черточками, не заполняем. Вверху и внизу каждого столбца выписываем суммы верхней (Ь , Ь2) и нижней (ах, а2) частей таблицы.

Среднюю интенсивность дождя рср (мм/мин) и средний слой осадков Иср (мм) вычисляем по следующей формуле:

РсР( К )=м+

ср

SÍKJ¡

= 0,3287 мм/мин. (4)

изб*

По полученным данным строим частотный график распределения интенсивности дождя (рис. 6). На графике указываем среднюю интенсивность дождя и от нее в допустимых пределах (± 25 %) отклонения определяем эффективно политую площадь Fэф, справа от нее - избыточно политую площадь Fизб, слева - недостаточно политую площадь Fнед. Измерение площадей производим с помощью планиметра. Отношение эффективной, избыточной и недостаточно политой площади дает соответствующие коэффициенты полива:

коэффициент эффективного полива

Кэф ^ (5)

коэффициент недостаточного полива К = - / -б, (6)

нед нед' об7 4 /

коэффициент избыточного полива

Кизб -изб/ —'об. (7)

В результате математического моделирования (вариант 3) схемы расстановки дождевальных насадок (схема 4,5x4,5 м) путем наложения четырех секторов, образованных от работы дождевальных насадок с расстоянием между ними 4,5 м, получаем аналог ведомости измерения объема воды в дождемерах.

Для более информативного отображения картины перекрытия строим трехмерную карту распределения дождя на площади перекрытия (рис. 3).

Средняя интенсивность дождя рср составляет 0,3288 мм/мин (вариант 2).

По полученным данным строим частотный график распределения интенсивности дождя и вычисляем К К , К

эф нед

ест°ваие)ДГ 4 4,5 Я""

Рис. 3. Трехмерная карта распределения дождя на площади перекрытия с расстоянием между насадками 4,5 м (вариант 2)

В результате математического моделирования (вариант 3) схемы расстановки дождевальных насадок (5x4,5 м) путем наложения четырех секторов, образованных от работы дождевальных насадок с расстоянием между ними 4,5 и 5 м, получаем данные измерения объема воды в дождемерах.

Для более информативного отображения картины перекрытия строим трехмерную карту распределения дождя на площади перекрытия (рис. 4).

°'5 1 1,5 2

Расстояние" и " * 4'5 5 Рис. 4. Трехмерная карта распределения дождя на площади перекрытия с расстоянием между насадками 5x4,5 м

Средняя интенсивность дождя р^ составляет 0,2971 мм/мин (вариант 3).

По полученным данным строим частотный график распределения интенсив-

№ 3' 2012

(23)

ности дождя и вычисляем К , К , К .

^ ^ эф7 нед7 изб

Трехмерная карта распределения дождя на площади перекрытия приведена на рис. 5.

° °'5 1 1,5

Расстояние,"и &'" * 4'5 5 Рис. 5. Трехмерная карта распределения дождя (вариант 4)

Средняя интенсивность дождя рср составляет 0,2793 мм/мин (вариант 4).

По полученным данным строим частотный график распределения интенсивности дождя и вычисляем К , К , К

эф нед изб

(рис. 6...9).

0,294 0,318 0,342 0,366 0,390

0,306 0,330 0,354 0,378 0,402

Интенсивность, мм/мин

Рис. 6. Частотный график распределения интенсивности дождя (4х4 м) 40

35

30

щ 25

ч 20 и

§ 15

и 8

^ 10

0,285 0,323 0,360 0,398 0,435

0,304 0,342 0,379 0,416 0,454

Интенсивность, мм/мин

Рис. 7. Частотный график распределения интенсивности дождя (4,5x4,5 м)

35

30

25

20

о 15

я

(Г ю

0,229 0,276 0,323 0,371 0,418 ' 0,253 ' 0,300 ' 0,347 ' 0,394 ' 0,441

Интенсивность, мм/мин

Рис. 8. Частотный график распределения интенсивности дождя (5х4,5 м)

40 г

35

30

а 25 :

3 20

а 15

ю

°>189 „ „,„ 0,242 „„„ 0,296 „ „„„ 0,349 „„ 0,402 „ ,„„ 0,216 0,269 0,322 0,375 0,429

Интенсивность, мм/мин

Рис. 9. Частотный график распределения интенсивности дождя (5x5 м)

Выводы

Путем математического моделирования наибольший коэффициент эффективного полива получен при схеме расстановки дождевальных наладок с расстоянием 4х 4 м.

В производственных условиях, с учетом гидравлических параметров ДДА-100МА, рекомендуется схема расстановки по квадрату 4,5x4,5 м.

1. Машины и установки дождевальные. Методы оценки функциональных показателей: СТО АИСТ 11.1-2004. - М.: Минсельхоз России, 2004. - 64 с.

2. Городничев В. И. Методы, системы управления, контроля качества работы фронтальных дождевальных машин. - Коломна: ФГНУ ВНИИ « Радуга», 2003. - 345 с.

3. Городничев В. И. Основные требования к созданию систем орошения дождевальных машин нового поколения: Наукоемкие технологии в мелиорации: материалы Международной конференции (Костяковские чтения). - М.: ВНИИГиМ, 2005. - С. 82-85.

4. Гостищев Д. П., Гильденберг Е. Ю. Исследование трехъярусной дождеваль-

№ 3' 2012

ной насадки // Мелиорация и водное хозяйство. - 2012. - № 3. - С. 28-30.

Материал проступил в редакцию 11.04.12. Гостищев Дмитрий Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры

«Эксплуатация гидромелиоративных систем»

Тел. 8 (499) 976-09-21

Гильденберг Елена Юрьевна, инженер Тел. 8 (499) 976-09-21

УДК 502/504 : 631.4 А. Е. КАСЬЯНОВ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

НАНОМАРКЕРЫ В МОНИТОРИНГЕ ОСУШАЕМЫХ ПОЧВ

Плотность и виды расселения микробиоты по горизонтам почвенного профиля в различные периоды времени отражают изменения параметров почвенных режимов в пространстве и во времени. Параметры уплотненного слоя оболочек диатомовых водорослей характеризуют интенсивность уменьшения слоя торфа на осушаемых пойменных землях.

Мелиорируемые пойменные почвы, мониторинг осушаемых почв, оболочки диатомовых водорослей, сработка слоя торфа, мероприятия по повышению интенсивности дренирования.

The density and kinds of the micro-biota settlement on horizons of the floor profile during various periods of time reflect changes of parameters of soil modes in space and in time. Parameters of the packed bed of condensed layer of diatomaceous algae tunics characterize the intensity of the peat layer decreasing on the drain floodplain lands.

Reclaim floodplain soils, monitoring of

evacuation of the peat bed, measures on

Под влиянием почвенных режимов меняется плотность и видовой состав расселения почвенной микробиоты: микроорганизмов, грибов, дрожжей, актино-мицетов, водорослей, многочисленных видов бактерий по горизонтам почвенного профиля. Эти изменения проявляются через определенный временной период к. Если в конце к -го периода зафиксировать плотность Рки видовой состав Мк расселения микробиоты по горизонтам почвенного профиля, то можно рассчитать параметры почвенных режимов в период к —1, предшествующий к -му. Для расчета потребуются зависимосги^параметров почвенных режимов W,L, T = f(P ,М), где W - параметры режима влажности почвы, L - параметры пищевого режима, T - параметры теплового режима. В общем случае для построения таких зависимостей можно применить динамическую

drainage soils, diatomaceous algae tunics, improvement of the drainage intensity.

теорию биологических дискретных популяций [1]: к+1

®t - число особей t-го вида микроорганизма на единице площади поля в к +1 период наблюдения -

k+1 Г ЛТ

СЩ =ft. • N,

где - функция переходов;

t Щ

q^N) = <7jt ехр(- ytN) - функции приспособленности t-го вида микроорганизма; qt - коэффициенты, зависящие от числа особей t-го вида; у, - коэффици-

п 1

енты лимитирования; = - число микроорганизмов; pt = т/N- частота числа t-го вида микроорганизма; 0 - факторы внешних условий, характеризуемые матрицами: вода Wk, пища Lk, тепло Тк:

m m

(¡of1 =а0ехр(-£>;Х;)Г[*?'>

i=l i=l

где a0, P; - коэффициенты; х - величины, связанные с параметрами почвенных режимов через коэффициенты лимитирования.

№ 3' 2012

:25: