CC BY
36
УДК 574.5+578.087.1+51.001.572
ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ГРУНТОВЫХ ВОД НА РИСОВЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ И КОНЦЕПЦИЯ ЕЕ РЕШЕНИЯ
Сафронова Т.И. - к. т. н., доцент Луценко Е.В. - д. э. н., к. т. н., профессор Кубанский государственный аграрный университет
В статье поставлена проблема управления степенью минерализации и глубиной залегания грунтовых вод на рисовых оросительных системах с целью повышения урожайности и качества риса. Показана ее актуальность, сформулирована идея решения. В работе исследуются характеристики исходных данных и на этой основе выдвигаются требования к математической модели, освещены традиционные пути и приведена концепция решения проблемы.
1. Проблема исследования, ее актуальность и идея решения
Краснодарский край является одним из крупнейших районов рисосеяния в нашей стране. В зоне Приазовских плавней под рис осваиваются заболоченные и засоленные земли. Создание инженерных рисовых систем на таких землях - наиболее рациональный путь их освоения. Однако почвенномелиоративная обстановка в этом районе очень сложная. Она характеризуется подтоплением и заболачиванием значительных площадей, вторичным засолением почв, а также загрязнением вод дренажно-сбросными стоками. Развитие процессов заболачивания и засоления почв в значительной мере определяется глубиной залегания и химическим составом грунтовых вод.
В связи с этим актуальны следующие задачи:
1) изучение закономерностей уровневого и гидрохимического режима грунтовых вод в условиях его нарушения мелиоративной деятельностью человека в течение длительного периода времени;
2) анализ и обобщение гидрогеолого-мелиоративной информации с целью оценки фактического мелиоративного состояния рисовых систем, определение степени мелиоративного воздействия на природную среду, выявление и изучение силы и направления влияния факторов гидрогеолого-мелиоративной обстановки.
В данной работе минерализация и уровень грунтовых вод (МиУГВ) рассматриваются с точки зрения, принятой в теории и практике автоматизированных систем управления (АСУ). С этой позиции МиУГВ является объектом управления, поведение и будущее состояние которого определяется рядом факторов.
Влияние факторов различной природы на МиУГВ изучено пока недостаточно для того, чтобы осуществлять управление на уровне современных требований к его качеству. Соответственно, не выработаны и процедуры принятия решений по управлению МиУГВ, а также отсутствует программный инструментарий, реализующий эти процедуры.
В связи с этим возникает проблема изучения влияния факторов различной природы на МиУГВ.
Для решения этой проблемы необходимо:
- выявить и классифицировать различные природные, антропогенные и технологические факторы;
- количественно изучить силу и направление влияния этих факторов на МиУГВ.
Актуальность данной проблемы определяется тем, что поддержание значений МиУГВ в рациональных (нормативных) границах является одной из главных предпосылок получения высоких урожаев и качества риса.
Однако исследование МиУГВ не может быть осуществлено на основе проведения каких-либо экспериментов с реальным объектом управления, т.е. с оросительной системой. Поэтому предлагается идея сделать это путем исследования поведения МиУГВ на основе ретроспективных данных, накопленных в результате мониторинга в условиях реальной эксплуатации оросительной системы в течение определенного длительного периода. На основе этих данных предлагается осуществить синтез математической модели МиУГВ и уже эту модель исследовать с целью решения сформулированной проблемы. Естественно, результаты исследования модели будут считаться нами исследованием самого моделируемого объекта только в случае подтверждения адекватности модели, т.е. ее успешной верификации. Для реализации предложенной идеи прежде всего необходимо выбрать тип модели, обеспечивающей комплексную обработку имеющихся эмпирических исходных данных.
2. Исследование характеристик источников исходных данных
2.1. Источники информации
Исследование почвенно-мелиоративной обстановки было проведено на Петровско-Анастасиевской оросительной системе (ПАОС) в АО "Черноерков-ское" Славянского района Краснодарского края.
Исходные данные о работе рисовой оросительной системы в этом хозяйстве взяты из архивных годовых отчетов Кубаньмельводхоза по ПАОС и мелиоративных кадастров Кубанского гидрогеолого-мелиоративного государственного учреждения.
Если проанализировать структуру приводящихся в этих архивах таблиц, то можно сделать выводы:
- в различные годы данные собирались по различным системам показателей, лишь незначительная часть которых представлена за все годы;
- архивные данные представлены в различных разрезах и не всегда могут быть приведены к одной стандартной типовой форме, обеспечивающей их сопоставимый анализ.
Нами была отобрана система показателей, по которой данные представлены за все годы и в форме, которая может быть приведена к сопоставимому виду. В результате удалось в одной комплексной таблице (см. табл.) представить данные десятков разрозненных таблиц за период с 1983 по 2003 годы.
Исходные данные по работе оросительной системы АО "Черноерковское" Паос за 1983-2003 годы
Наименование 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 199В 1999 2080 2001 2002 2003 ?004
КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ШКАПЫ
! Площади орошаемых земель (га) с глубиной залегания УГВ < 1.0 Гм) 75 70 162 75 75 75 75 75
2 Площади орошаемы»: земель (га) с глубиной залегания УГВ 1.0-1.5 (м) ' 391 125 662 600 1319 655 1030 1004 1004 894 1446 1386 1133 1133 1153 801 976 1016
3 Площади орошаемых земель (га) с глубиной залегания УГВ 1.5-2.0 (и) 25 450 1950 1642 1024 3465 3000 3945 4220 4202 3700 3760 3916 4013 4068 4420 4245 4205
Площади орошаемы»: земель (га) с глубиной залегания УГВ 2.0-3.0 (и) ' 4859 4298 2436 2650 2677 795 1043 275 50 97
5 Площади орошаемых земель (га) с глубиной залегания УГВ 3.0 - 5.0 (и) 316 625 525 662 230 250
6 Площади орошаемы»: земель (га) с глубиной залегания УГВ > 5.0 (м) '
7 Площади орошаемых земель (га) с минерализацией грунтовых вод < 1.0 (г/л)
8 Площади орошаемых земель (га) с минерализацией грунтовых вод 1.0-3.0 (г/л) ’ 715 250 695 147 3115 1952 2298 1625 1625 1625 2155 1625 1625 1668 1668 1668 1668
9 Площади орошаемых земель (га) с минерализацией грунтовых вод > 3.0 (г/л) 4876 5323 5573 4859 5103 2120 3283 3926 3599 3596 3596 3066 3596 3596 3553 3553 3553 3553
1U Урожайность риса по АО "Черноерковское1' (ц/га) 40,6 41,5 39,9 51,2 46,8 52.7 52.2 47,9 35,8 40,2 37,4 32,6 39,0 38,3 39,5 36,7 41.6 36,0
ОПИСАТЕЛЬНЫЕ ШКАЛЫ
Природные факторы
, Средняя месячная температура воздуха (С) за вегетацию го Славянской метеостанции - V мес. 18,2 17,9 18,6 118 16,3 15,2 16,5 16,7 15,3 15,9 15,4 16,7 17,7 17,7 14,2 15,7 15,2 16,5 19,4
? Средняя месячная температура воздука (С) за вегетацию по Славянской метеостанции - VI мес. 19,8 22,1 19,2 20,9 20,3 20,5 21,3 19,9 21,7 19,4 18,7 22,5 20,8 22,7 22,6 20,1 19,7 20,5 19,8
3 Средняя месячная температура воздука (С) за вегетацию по Славянской метеостанции - VII мес. 23,1 22,4 20,4 22,6 23,0 27,4 22,2 23,4 24,8 21,7 22,9 23,1 22,2 24,3 25,8 24,2 26,9 25,7 22,1
Средняя месячная температура воздука (С) за вегетацию по Славянской метеостанции - VIII мес. 21,0 19,7 23,8 23,7 20,2 20,2 23,7 21,0 22,4 22,3 22,5 22,0 21,9 23,5 23,4 23,8 24,3 21.5 22,6
5 Средняя месячная температура воздуха (С) за вегетацию по 17,0 18,6 15,3 17,5 15,7 15,7 17,9 16,8 16,0 15,8 16,0 17,9 14,2 18,1 17,7 17,0 18,3 19,2 16,3
6 Выпавшие месячные осадки (мм) за вегетацию по Славянской метеостанции - V мес. 17,9 8,5 18,8 62,0 43,0 42.0 81.0 60,4 80,6 62,7 75.0 55,2 55,0 67,0 88,1 33,2 25,9 75,1 18.9 0,0
7 Выпавшие месячные осадки (мм) за вегетацию по Славянской метеостанции - VI мес. 36,0 22,8 44,8 98,0 50,3 50,0 82,0 68,9 94,0 73,0 41,0 105,1 38,0 50,0 60,0 42,1 81,3 9,1 121,6 48,9
g Выпавшие месячные осадки (мм) за вегетацию по Славянской метеостанции - VII мес. 92,1 17,9 56,7 18,0 83,2 83.0 94.0 7,5 30,2 23,9 19.0 84,9 2,0 131,0 23,6 56,4 20,4 14,6 36.7 135,1
9 Выпавшие месячные осадки (мм) за вегетацию по Славянской метеостанции - VIII мае. 98,1 121,3 59,0 4,0 16,8 17,0 0.0 47,0 36,8 14,4 1,0 40,8 221,0 104,0 0,0 92,7 23,3 74,5 121,0 50,5
10 Выпавшие месячные осадки (мм) за вегетацию по Славянской метеостанции - IX мес. 3,6 0,0 74,0 17,0 40,0 43.0 59.0 82,3 71,8 0,0 29,8 0.0 9,0 204,0 63,0 78,5 3,7 39,3 62,2 74.5 77,0
Антропогенные факторы
11 Общая площадь орошаемых с/х угодий АО "Черноерковское" (га) 5591 5573 5573 5574 5250 5235 5235 5224 5224 0 5221 5221 5221 5221 5221 5221 5221 5221 5221 5221 5221
1,' Посевная площадь риса (га) 3460 3450 3450 3450 2700 2700 2700 2700 2700 0 2615 2573 2573 2560 0 2411 2470 2486 2351 2595 2700
13 Суммарный забор воды из источников орошения на с/х угодия АО "Черноерковское" (млн.м.куб.) - план 0,00 97,40 95,20 101.60 98,63 77,33 75,86 95,56 87,56 90,64 0,00 0,00 78,35 84,27 0,00 87,34 86,72 82,93 78,80 86,16 89,01
14 Суммарный забор воды из источников орошения на с/х угодия АО "Черноерковское" (млн.м.куб.) - факт 0,00 96,90 93.30 101.30 98,49 71,23 75,89 94,53 83,71 86,80 0.00 0,00 78,08 83,83 0,00 79,58 88.31 83,35 78,95 84,43 87,80
15 Подача воды на орошение (млн.м.куб) - план 75,60 73,30 78,22 77,43 80,56 73,38 73,06 68,43 52,61 65,02 64,33 63,18 60,60 57,28 62,25 64,61
1R Подача воды на орошение (млн.м.куб) - факт 72,90 72.90 78.84 78,79 81,71 70,23 73,11 70.32 58,34 64,96 58,99 65.19 60,63 57,15 61,62 63,76
17 Подача воды на полив риса (млн.м.куб) - план 74,50 72,10 71.30 73.21 77,33 74,99 65,48 64,99 59.18 47,08 52,65 57,98 59,83 59.04 56,51 53,69 59,13 61,27
Ib Подача воды на полив риса (млн.м.куб) - факт 72,10 72,70 69,90 73,18 71,23 75,39 37,79 69,99 64,36 54,24 52,66 58,40 54,43 61,34 56,53 53,56 58,35 60,47
19 Подача повторны» вод (млн.м.куб) - план 11,00 2,00 15,83 16,79 16,03 31,52 17,02 15,26 15,76 16,40 9,28 7,99 12,42 14,61 11,31 14,43 13,76 13,20 13,28
?П Подача повторных вод (млн.м.куб) - факт 14,20 2.00 17.16 21,29 21,79 31,52 29,00 32,53 14,39 20.40 20,82 16,07 14,94 17,55 15.32 13,10 14,30 50,38 33,91
21 Сброс с рисовых площадей за пределы системы (тыс.куб.м) - 55,70 51,90 49,90 44,40 42,02 46,10 41,38 37,79 40,42 53,82 47,39
22 Сброс с рисовых площадей за пределы системы (тыс.куб.м) - 60,90 51,80 46,80 37,85 41,55 40,18 41,62 36,67 40,39 53,10 40,61
23 Поливная норма в точке водовыдела (м.куб/га) - план 1839 1858 1985 1993 2000 2027 2032
24 Поливная норма в точке водовыдела (м.куб/га) - факт 1830 1846 2012 2001 2001 2022 2002
25 Оросительная норма (тыс.м.куб/га) - план 18,04 16,34 17,02 16,48 17,44 16,05 17,73
26 Оросительная норма (тыс.м.куб/га) - факт 17,53 16,28 16,21 15,98 15,97 16,46 16,83
27 Оросительная норма риса (тыс.м.куб/га) - план 22.67 22,72 22,79 22,82 22,66 22.71 22,73 22,84 22,79
28 Оросительная норма риса (тыс.м.куб/га) - факт 24,66 21,08 22,30 22,85 22,58 22,72 22,74 22,78 22,48
29 Среднемесячные расходы воды канала СМС-I (м.куб/с) -1 1,21 1,69 3,25 3,39 2,70 0,73 3,61 4,39 2,23 2,19 1,46 2,84 3,04 1,83 4,78 0,80 0,14 3,11
30 Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - II 0,89 1,76 2.30 2.27 3,04 0,75 2,12 3,10 0,77 3,08 1.03 1,54 1,38 0,60 6,44 2.82 0,29 3,02 2,36
31 Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) -1111 1,20 1,22 1.85 4.56 2,43 4,11 1,57 1,35 3,20 2,26 0.45 1,12 1,65 0,22 4,55 2.08 0,70 1,23 1,87
32 Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - IV 1,26 0,31 0,23 1,49 1,60 1,15 0,60 2,45 1,42 1,12 0,81 0,80 2,07 0,69 1,37 0,94 0,28 1,22 0,60
33 Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - V 10,48 8,09 2,30 7,00 7,16 7,86 8,46 15,32 4,66 5,03 5,10 6,34 3,04 8,47 4,32 9,29 5,44 6,61 3,68
34 Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - VI 11,73 15,10 9.49 7.63 15,80 9,09 9,16 40,61 11,13 13,04 13.53 13,02 13,25 9,48 12,11 10.18 10,28 12,21 9,85
зь Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - VII 11,77 13,86 9.90 7.94 12,75 9,74 9,64 29,89 11,05 12,65 9.96 8,18 12,48 8,37 7,96 9.44 9,04 10,27 7,34
36 Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - VIII 13,62 12,16 10,07 8,20 13,78 9,48 6,57 27,46 11,53 10,86 9,15 7,56 9,73 11,10 6,35 10,19 10,37 10,25 6,29
37 Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - IX 4,15 4,46 8,78 7,81 11,89 7,63 8,17 32,10 11,33 10,43 10,70 7,74 10,20 10,11 4,60 5,15 7,52 4,76 4,38
ЗЬ Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - X 1,17 0,33 1.30 0.80 1,69 0,64 1,53 4,34 1,09 1,31 1.44 0,63 1,33 1,90 0,48 0.66 0,57 0,77 1,23
ЗУ Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - XI 1,86 0,50 1.72 0.56 1,74 3,58 2,16 4,38 0,65 2,76 1.44 1,20 2,33 1,15 0,49 0.78 0,22 3,00 1,09
40 Среднемесячные расходы воды канала СМС-1 (м.куб/с) - XII 1,49 0,93 1,23 0,52 2,13 5,57 2,26 4,74 1,30 2,14 1,24 2,06 2,13 0,00 1,69 1,03 1,91 0,59 2,18
41 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) -1 -0,06 0.12 0.05 -0,09 -0,16 0,17 -0,13 -0,02 -0,02 0.16 0,19 0,18 -0,03 0,29 -0.01 -0,18 0,44 0,17
42 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - II -0,07 0.03 -0.04 0,00 -0,19 0,04 -0,18 -0,23 0,14 -0.17 0,01 -0,02 -0,09 0,33 0.09 -0,18 0,24 0,07
43 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) -1111 -0,12 -0,03 0,15 -0,06 0,23 -0,11 -0,30 0,14 0,00 -0,19 -0,06 -0,08 -0,18 0,29 0,16 -0,07 0,03 0,01
44 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - IV -0,24 -0,26 -0,12 -0,14 -0,12 -0,29 -0,23 -0,12 -0,18 -0,24 -0,07 0,19 -0,17 0,14 0,07 -0,02 0,01 -0,12
45 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - V 0,51 0.01 0.34 0,28 0,63 0,69 0,28 0,27 0,32 0.15 0,46 0,15 0,37 0,24 0.49 0,36 0,25 0,16
4Ь Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - VI 1,07 0.65 0.39 0,95 0,76 0,77 1,02 0,88 1,18 1.00 0,96 0,68 0,54 0,74 0.66 0,74 0,78 0,64
47 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - VII 1,01 0,69 0,44 0,74 0,82 0,81 0,83 0,89 1,14 0,96 0,72 0,59 0,46 0,58 0,58 0,54 0,71 0,47
48 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - VIII 0,79 0,70 0,46 0,81 0,80 0,80 0,76 0,91 0,98 0,99 0,66 0,56 0,63 0,46 0,67 0,65 0,86 0,67
49 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - IX 0,21 0.59 0.44 0,88 0,57 0,62 0,86 0,53 0,93 0.71 0,64 0,48 0,63 0,35 0.32 0,42 0,56 0,36
ЬО Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - X 0,19 -0.02 -0.18 -0,13 0,18 -0,11 0,03 -0,17 -0,14 -0.10 -0,15 -0,05 -0,02 -0,12 -0.01 -0,08 0,09 0,00
51 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - XI -0,23 -0,04 -0,26 -0,20 0,07 -0,05 -0,10 -0,26 -0,05 -0,17 -0,08 0,04 -0,04 -0,07 -0,06 0,12 0,20 -0,02
52 Среднемесячные уровни воды канала СМС-1 (м) - XII -0,14 -0,13 -0,25 -0,13 0,39 -0,01 -0,14 -0,14 -0,01 0,02 0,04 0,06 -0,15 -0,02 -0,01 0,02 0,02 0,03
53 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) -1 1,34 1,214 2.60 3.22 1,88 1,97 2,76 2,13 2,77 2,35 3.11 0,54 2,91 2,43 3,78 1.42 1,71 0,39 3,75 6,77
Ь4 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - II 1,32 0,460 2,61 1,92 2,06 1,20 1,74 1,42 1,16 2,68 2,80 0,49 2,18 2,27 4,16 2,28 2,69 0,41 3,32 6,37
55 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) -1111 2,12 0,535 2,97 2,09 2,85 3,99 2,24 1,81 2,76 1,04 1,92 0,46 4,94 1,76 4,53 2,82 3,53 0,95 2,27 6,98
56 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - IV 0,92 0,432 1.81 0.75 2,16 2,53 1,76 1,58 2,52 1,91 1.32 0,43 3,70 1,84 2,67 1 48 1,87 0,79 1,99 4,51
57 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - V 8,33 6,609 9.02 9.68 5,88 7,12 9,56 4,98 6,23 7,11 5.76 0,72 3,51 7,17 4,64 7.35 5,78 4,70 4,91 11,26
5Ь Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - VI 8,93 10,860 11,24 10,27 11,20 1,22 12,77 12,33 12,61 12,74 11,53 1,12 9,66 8,76 9,31 8,67 10,60 7,80 7,49 20,41
59 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - VII 8,63 9,084 9,62 8,58 10,29 11,69 11,37 11,54 11,29 11,49 9,57 0,82 8,77 7,24 7,66 7,35 8,65 5,94 7,65 14,26
60 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - VIII 10,48 9,312 10,43 9,46 11,96 11,77 10,50 10,62 11,38 11,24 9,78 0,76 8,17 7,40 6,58 9,26 9,03 6,79 8,18 19,44
61 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - IX 3,35 6,876 8.10 16.05 8,50 7.47 9,49 9,85 7,61 10,88 7.53 0,73 7,50 7,04 4,82 5.36 6,07 4,64 4,24 13,37
Щ Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - X 1,54 2,154 2,19 1,22 2,79 2,26 3,91 2,42 1,57 3,55 1,50 0,40 2,87 3,76 1,87 3,60 2,08 2,38 3,57 9,05
63 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - XI 1,62 1,620 1,10 1,04 2,30 3,36 3,29 2,91 2,37 3,86 0,79 0,47 3,31 2,93 1,83 3,10 2,12 1,97 4,35 10,25
64 Среднемесячные расходы воды канала CMC-II (м.куб/с) - XII 2,06 2,000 0,97 1,20 3,02 2,49 2,90 1,95 2,07 4,04 1,28 0,53 3,29 2,23 2,19 2,48 1,04 1,89 1,58 8,90
65 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) -1 0,58 0.69 0,62 0,63 0,65 1.74 0,64 0,59 0.68 2,45 0,57 0,42 0,81 0.36 0,31 -0,03 0,80 0,36
66 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - II 0,50 0,61 0,64 0,58 0,54 1,54 0,49 0,63 0,64 1,92 0,50 0,28 0,81 0,43 0,51 -0,07 0,70 0,46
67 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - 1111 0,51 0,63 0,68 0,76 0,62 1,66 0,64 0,43 0,57 1,63 0,48 0,22 0,77 0,60 0,65 0,12 0,44 0,44
68 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - IV 0,50 0,57 0,66 0,67 0,56 1,57 0,61 0,56 0,49 1,30 0,65 0,33 0,57 0,35 0,39 0,19 0,37 0,24
69 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - V 0,91 1.06 0,85 0,92 1,11 2,39 0,89 0,95 0.86 4,43 0,72 0,74 0,69 0.95 0,77 0,67 0,74 0,63
/0 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - VI 1,18 1.09 1,13 1,14 1,31 3,86 1,33 1,34 1.26 9,61 1,05 1,02 1,06 1.12 1,10 1,00 1,00 0,98
71 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - VII 1,12 1,00 1,09 1,16 1,25 1,24 1,23 1,26 1,13 5,89 0,97 0,92 1,00 1,06 1,05 0,91 1,01 0,88
77 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - VIII 1,08 1,06 1,17 1,17 1,20 3,59 1,24 1,24 1,14 6,11 0,87 0,98 0,98 1,15 1,08 0,98 1,06 0,98
73 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - IX 0,40 1.02 1,00 0,94 1,10 3,42 1,00 1,23 0.96 4,84 0,89 0,96 0,78 0.88 0,86 0,81 0,84 0,87
/А Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - X 0,64 0.71 0,68 0,65 0,74 1,86 0,63 0,71 0.51 0,96 0,49 0,64 0,44 0.71 0,33 0.44 0,69 0,63
75 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - XI 0,50 0,58 0,66 0,71 0,68 1,96 0,61 0,77 0,42 1,72 0,52 0,50 0,37 0,57 0,30 0,39 0,77 0,71
76 Среднемесячные уровни воды канала СМС-ll (м) - XII 0,63 0,59 0,63 0,66 0,65 1,69 0,57 0,77 0,49 2,42 0,55 0,46 0,55 0,44 0,12 0,37 0,27 0,66
77 Площади к-за "Родина" с недопустимым УГВ (га) 250 1293 1345 1062 324 208 955 216 216 883 883 460 540 2703 460 220 250 250
/tí Площади к-за "Родина" с недопустимым засолением (га) 891 268 300 300 67 117 698 115 115 115 115 115 115 1405 53
79 Площади к-за "Родина" с недопустимыми УГВ и засолением 32 50 49 128
ЬО Площади ПАОС с недопустимым УГВ (га) 1302 1467 3060 2451 2404 2410 2508 2432 1571 1486 3373 3553 3206 3246 3346 2703 2375 1458 2088 2408
Ь1 Площади ПАОС с недопустимым засолением (га) 2802 1742 1700 1700 1365 1617 1605 1493 1656 1501 1426 1399 1012 1012 1012 1405 1299 1349 1016 1169
Ш Площади ПАОС с недопустимыми УГВ и засолением (га) 164 58 100 30 348 96 108 212 49 49 124 104 98 128 128 128 98 23 153 153
83 Среднее значение минерализации грунтовых вод на ПАОС (мг/л) 4690 4880 4140 3887 3484 3484 3225 3222 3487 3296 3168 3150 3220 3170 3180 3088 3694 3697 4190 3831 3902
84 Срднее значение УГВ на рисовой системе ПАОС (м) 2,12 2,40 2.24 2.06 2,31 1,86 2,03 2,32 2,17 2,32 2.35 1,99 1,81 1,97 1,94 1,72 1.71 1,80 1,80 1,69 1,66
Ь5 Межхозяйственная сеть оросительных каналов (км) 70,95 70,95 70.95 71.00 81,00 81,00 81,00 81,00 81,00 83,60 83.60 83,60 83,60 83,60 83,60 83,60 84.10 84,10 84,10 84,10 84,10
86 Внутрихозяйственная сеть оросительных каналов (км) 1380,6 1377,4 1368,5 1384,2 1408,2 1408,2 1416,0 1423,5 1427,6 1443,1 1443,1 1443,1 1435,7 1435,7 1435,7 1435,7 1435,7 1435,7 1435,7 1435,7 1435,7
Ь7 Протяженность коллекторно-дренажной н сбросной межхозяйственной сети (км) 138,13 138,13 138.13 138.13 138,13 172,80 172,80 172,80 172,80 172,80 172.83 172,83 172,83 172,83 172,83 172.80 172,80 172,83 172,83 172,83
88 Протяженность коллекторно-дренажной н сбросной внутрихозяйственной сети (км) 2224,70 2228,40 2253,20 2299,00 2269,00 2345,20 2401,50 2479,20 2479,20 2516,77 2495,00 2613,42 2613,40 2613,40 2613,40 2613,40 2613,40 2613,40 2613,40 2613,40
На этих данных мы и будем в дальнейшем основываться.
2.2. Характеристика качества исходной информации
Даже беглого взгляда на приведенную таблицу достаточно, чтобы обнаружить значительную неполноту, т е. фрагментарность исходных данных, т.е. по ряду показателей отсутствуют данные за некоторые годы:
1) за 1983 год отсутствуют данные по 28 показателям из 88; за 1992 - по 30; за 1997 - по 59; за 2000 - по 23, и т.д.;
2) по показателю 1 отсутствуют данные за 13 лет из 21; по 4-му - за 11; 5-му - за 15; с 23-го по 26-й, 43-му и 52-му - по 14; по 27-му, 28-му, 41-му и 42-му - по 12, 44-му, 50-му, 51-му и 70-му - по 17, и т.д.;
3) данные представлены в 13 видах единиц измерений: га, м, г/л, ц/га, °С, мм, млн м куб., тыс.куб.м, м куб/га, тыс.м куб/га, м куб/с, мг/л, км;
4) размерность исходных данных составляет 98 числовых показателей.
2.3. Требования к математической модели
Анализ характеристик исходных данных, отражающих динамику работы рисовой оросительной системы АО "Черноерковское" за 21 год, показывает, что математическая модель должна обеспечивать:
- непараметрический анализ разнородных по своей природе факторов на основе неполных (фрагментированных) и зашумленных эмпирических данных большой размерности;
- выявление и исследование в сопоставимой форме причинноследственных взаимосвязей между факторами окружающей среды и управления различной природы, с одной стороны, и результирующими параметрами работы рисовой оросительной системы, с другой стороны.
3. Традиционные пути решения проблемы
Академический обзор математических методов, применимых в количественной гидроэкологии, в том числе для исследования качества грунтовых вод, приведен в фундаментальной работе [1].
Статистические модели также не удовлетворяют сформулированным требованиям, т.к.:
- имеют жесткие ограничения по количеству исследуемых факторов (как правило, не более 10), тогда как в исследуемой модели факторов должно быть, по крайней мере, на порядок больше;
- требуют информации о результатах действия всех сочетаний исследуемых факторов ("повторности"), что в исследуемой предметной области практически невыполнимо даже при нескольких факторах.
Необходимо подчеркнуть, что восполнить отсутствующие данные из опыта не представляется возможным, так как объект исследования - рисовая оросительная система - принципиально не допускает какого-либо экспериментирования. Восстановление информации путем интерполяции также некорректно, т.к. во многих строках и столбцах корреляционной матрицы имеется гораздо больше одного пропуска данных (см. табл.).
Кроме того, статистические модели большой размерности очень сложно содержательно интерпретировать, для этого требуется большой труд квалифицированных аналитиков.
Таким образом, можно сделать вывод, что для моделирования такого сложного и малоисследованного объекта, каким является поливная система, применение традиционных математических моделей является проблематичным.
4. Концепция решения проблемы
По мнению авторов, решение поставленной проблемы может быть получено путем применения системно-когнитивного анализа (СК-анализ) [2] -
нового перспективного математического метода системного анализа, основанного на теории информации, системном анализе и когнитивном моделировании. Весьма существенно, что для метода СК-анализа разработаны и методика численных расчетов, и соответствующий реализующий ее программный инструментарий [3], а также технология и методика их применения. Они прошли успешную апробацию при решении ряда задач в различных предметных областях. Метод является непараметрическим, позволяет сопоставимо обрабатывать тысячи градаций факторов и будущих состояний объекта управления при неполных (фрагментированных), зашумленных данных различной природы.
Предлагаемая концепция решения проблемы состоит в следующем:
- данные мониторинга МиУГВ по рисовой оросительной системе за достаточно длительный период с 1983 по 2003 годы представляются в сопоставимом виде в единой стандартной форме;
- путем анализа данных мониторинга выявляются причинноследственные зависимости в предметной области, т.е. генерируется информация о силе и направлении влияния различных факторов на МиУГВ;
- эта информация о влиянии факторов используется для прогнозирования МиУГВ в условиях предположительного применения тех или иных технологических воздействий на поливную систему;
- состояния МиУГВ классифицируются как целевые и нежелательные, осуществляется управление (поддержка принятия управленческих решений) рисовой оросительной системой за счет использования знаний о влиянии технологических факторов на МиУГВ.
Список литературы
1. Шитиков В.К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации / В.К. Шитиков, Г.С. Розенберг, Т.Д. Зинченко. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. - 463 с. -
http://www.tolcom.rU/kiril/Library/Book1/content0/content0.htm#Pred.
2. Луценко Е.В. Автоматизированный системно-когнитивный анализ в управлении активными объектами (системная теория информации и ее применение в исследовании экономических, социально-психологических, технологических и организационно-технических систем): Монография (научное издание). - Краснодар: КубГАУ, 2002. - 605 с.
3. Пат. № 2003610986 РФ. Универсальная когнитивная аналитическая система "ЭЙДОС" / Е.В. Луценко (Россия); Заяв. № 2003610510 РФ. Опубл. от 22.04.2003. - 50 с.
4. Сафронова Т.И. Гидрогеологическое обоснование мероприятий по охране подземных вод // Труды Российской ассоциации "Женщины-математики". Воронеж, 2002. - С. 92-95.
