CC BY
49
УДК 631.8:626.923.2
СОВЕРШЕННЫЕ СИСТЕМЫ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ КАК ФАКТОР СОХРАНЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ И УСТОЙЧИВОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА В ОРОШАЕМЫХ АГРОЛАНДШАФТАХ
И.Ф. Юрченко, д.т.н., В.В. Трунин, аспирант ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова, e-mail: irina.507@mail.ru
Рассмотрены вопросы модернизации системы управления водопользованием для условий гарантированного равноправного вододеления на основе стабильности и равномерности водоподачи, исключающей непродуктивные затраты воды, деградацию почв и угрозу жизни людей в орошаемых агроландшафтах.
Ключевые слова: плодородие, водопользование, эффективность управления, автоматизация, межхозяйственные оросительные системы, эксплуатация.
PERFECT SYSTEM OF WATER CONSUMPTION AS FACTOR OF SOIL FERTILITY SAFETY AND SUSTAINABILITY OF AGRICULTURAL PRODUCTION IN IRRIGATING AGROLANDSCAPES
I.F. Yurchenko, V.V. Trunin
Considered the problems of modernization of water management for conditions guaranteed the equitable water allocation based on the stability and uniformity of water supply eliminating unproductive water consumption, soil degradation and a threat to the lives of people in the irrigated agricultural landscapes.
Keywords: fertility, water use, management efficiency, automation, inter-farm irrigation system maintenance.
Создание благоприятного водно-воздушного, пищевого и теплового режимов почв для получения планируемых урожаев при обязательном сохранении и/или воспроизводстве плодородия почвы и устойчивости орошаемых агроландшафтов, а также обеспечение цивилизованных условий жизни для сельского населения требует снабжения сельскохозяйственных угодий оптимальным количеством воды для поливов и обводнения территорий, что далеко не всегда могут обеспечить существующие системы управления водопользованием.
Цель работы - решение научных проблем автоматизации диспетчерского оперативного управления водо-распределением на межхозяйственных оросительных системах на основе разработки методов, алгоритмов и расчетно-аналитических комплексов, функционирующих локально и способных интегрироваться в действующие и вновь создаваемые межсистемные автоматизированные системы диспетчерского управления.
Водопользование - неотъемлемая часть общего технологического процесса производства сельскохозяйственной продукции на орошаемых землях. К важнейшим функциональным задачам системы водопользования относятся: забор воды из источника, ее рациональное распределение и подача водопользователям в нужных объемах и в необходимые сроки при обязательном выполнении мероприятий, обеспечивающих надежную работу всех конструктивных элементов системы и орошаемых участков, имеющегося оборудования, устройств и поливной техники.
При составлении планов межхозяйственного водо-распределения определяется потребность в воде отдельных хозяйств-водопользователей по каждому водовыде-лу и в целом по системе, согласовывается водопотребле-ние по системе с режимом источника орошения, определяются головные расходы магистрального и межхозяйственного каналов и подача воды хозяйствам, разрабатываются мероприятия по повышению КПД, как отдельных оросительных каналов, так и системы в целом.
С учетом складывающихся конкретных условий водо-
пользования на системе диспетчерская служба определяет: режим работы основного оборудования; расчетный объем запасов воды в резервных емкостях и распределение потоков воды; суточный график горячего резерва для межхозяйственной системы орошения в целом и для ее отдельных объектов. Связь между диспетчерами и узлами вододеления осуществляется посредством телефона или радио с использованием передаточных радиостанций (односторонняя связь) или приемно-передающих (двусто-роння связь). Гидротехнические сооружения на водоводах оросительных систем, как правило, оборудованы затворами с механическим или электрическим приводом подъемников и уровнемерными рейками. Чаще всего управление осуществляется путем регулирования высоты открытия затворов и/или переключения насосных агрегатов так, чтобы уровни воды и связанные с ними гидравлические уклоны обеспечивали необходимую транспортирующую способность каналов.
Системы автоматизированного управления водорас-пределением должны осуществлять оперативный анализ соотношений подаваемых и забираемых объемов и расходов воды, определять значения ограничений и реали-зовывать их в соответствии с критериями управления. Для реализации такой технологии требуется выполнение, как минимум, следующих условий: автоматизации сбора и передачи информации по узловым сооружениям вододеления; наличие надежной, хотя бы простейшей связи и технических средств управления затворами гидросооружений, агрегатами насосных станций; функционирование системы водоучета.
Адаптация автоматизированной технологии поддержки управленческих решений к процедурам управления системным водораспределением на орошение представлена в таблице, из которой следует, что максимальная эффективность использования системы поддержки принятия решения (СППР) достигается в процедурах, связанных с планированием мероприятий, координацией их исполнения, анализом и контролем.
Участие СППР «Водопользование» в процессах принятия управленческих решений
Этап принятия решений Фаза Процедуры управления
планирование коорди- анализ, нация контроль мотива- организация ция
Подготовка Изучение проблемы (анализ осведомляющей информации, постановка проблемы) Дополнительная помощь
Сбор оперативных данных Система управления базой данных Дополнительная помощь
Принятие решений Разработка возможных альтернатив Основная помощь Частичная помощь Дополнительная помощь
Выбор критериев и оценка возможных альтернатив и формирование допустимых Частичная помощь -
Выбор и принятие решения по результатам оценки альтернатив и предпочтений ЛПР Цель использования -
Реализация Использование выбранного решения. Конкретизация задачи и доведение ее до исполнителя Отчеты и ответы на запросы -
Контроль и подстройка Сбор специфических данных -
Планы водопользования межхозяйственных оросительных систем включают планы водозабора на орошение и водоподачи потребителям, которые составляются подекадно и корректируются в течение сезона в зависимости от погодных условий, общей водохозяйственной обстановки на системе и заявок потребителей, что способствует более активному привлечению последних в процесс управления и распределения воды. Формируются планы на основании лимитов водозабора, получаемых от областных Управлений (Министерств) по мелиорации и планов водопользования, заявленных потребителями. Разработка и корректирование плана водопользования базируется на принципе справедливости, заключающемся в объективном установлении водопользователям лимитов водоподачи, предусматривающих их равную во-дообеспеченность относительно установленных лимитов водозабора в целом за сезон и в течение сезона.
Для равномерного, справедливого водораспределе-ния между водопользователями в контурах межхозяйственной системы предложено перейти к суточному (в пределах декад вегетационного периода) планированию водораспределения. Это позволит сократить организационные потери оросительной воды и повысить дисциплину водопользования. Планы водопользования составляются для разных вариантов водности источника орошения (многоводного, средней водности, маловодного) и разных вариантов погодных условий в течение вегетационного периода (дождливая весна, жаркое лето).
Компьютерная технология разработки планов водопользования ориентирована:
• на формирование универсальных баз данных о во-допотребителях и параметрах оросительной сети для любых оросительных систем с древовидной структурой каналов, что выгодно отличает разрабатываемую технологию от традиционных объектно-ориентированных технологий;
• автоматизацию процедуры формирования заявок от потребителей на планируемое водопотребление;
• создание системы управления базой данных о планируемом водозаборе и водоподаче;
• подготовку отчетов о планируемом водозаборе и водоподаче на оросительной системе, дифференцированных по дням планового периода, водопотребителям и водоисточникам.
Автоматизированная технология обеспечивает:
• хранение, поиск и просмотр входной информации в форме привычной и удобной для пользователя;
• обработку данных, составление балансов водоподачи и водораспределения по каждому водовыделу и водопользователю за интересующий интервал времени вегетационного периода: сутки, пятидневка, месяц, год;
• оценку водораспределения по каждому водовыде-лу, каналу и в целом по гидроузлу и управлению;
• формирование архива и хранение «исторических» данных, используемых для анализа ряда времени.
Отчеты о планируемом водораспределении на оросительной системе формируются на базе разработанных запросов и содержат сведения о потребности в воде отдельных хозяйств по каждому водовыделу и в целом по системе; головные расходы магистрального и межхозяйственного каналов и подачу воды хозяйствам, согласованные с режимом источника орошения.
Задачей автоматизации управления водораспределе-нием является формирование системы координации и контроля за работой межхозяйственных каналов для создания условий, гарантирующих выполнение плана водопользования и равноправное вододеление, обеспечивающее стабильность и равномерность водоподачи и исключающее непродуктивные затраты воды. Реализация указанной цели достигается путем модернизации диспетчерского управления водораспределением на межхозяйственных оросительных системах на основе разработки компьютерных расчетно-аналитических комплексов получения, обработки и хранения информации, необходимой для принятия оперативных управленческих решений, а также совершенствованием системы показателей и критериев оценки водопользования.
Модели, алгоритмы и процедуры технологии автоматизированного управления водораспределением должны обеспечивать оперативный анализ соотношений наличествующих объемов и требующихся расходов воды, определять значения ограничений и реализовывать их в соответствии с критериями оценки эффективности управления. Алгоритм управления водораспределением зависит от соотношения на системе резервных объемов и планируемой водоподачи, которые, в свою очередь, определяются заявками на воду хозяйствующих субъектов, водообеспеченностью источника орошения и конструктивными параметрами каналов (рисунок).
БАЗА ДАННЫХ
гл n • i п ~
(бист; Z qmv; Kc; л; ; о- ;«р.ИсТ; a q. ; tynp; zqi max)
•'ист ^^ J шр
i=1
Ввод данных
БАЗА МОДЕЛЕЙ
n
f,=е * z q*p * кл)л(ор.ист * co^Or * a * о
n _ fr
f 2 = (бист * Zq imax * Kc/Л)л<ЕСг > Ср,.)Л(сГ * AQ * tУпр)
Схема водоподачи «По требованию»
Рис. Блок-схема выбора управляющих воздействий при водораспределении на межхозяйственной оросительной системе, где /1 и ^ - логические условия.; Qист -
расход источника орошения, м3/с; 2 - планируемый расход водоподачи, м3/с; Кс - коэффициент спроса; п - КПД оросительных каналов; Л - символ логического умножения; - резервная емкость, требуемая для обеспечения суточного саморегулирования системы при минимальных затратах на управление, м3; ю/ - резервная емкость ьго участка, м3; ДQI■ - возмущающие воздействия; t1yпр - время реализации управления (доставки компенсирующего расхода) на ьм участке канала, с ;
2 ?гтах - максимальный среднесуточный расход водоподачи, м3/с
Особую важность для принятия решений по управлению водой приобретают показатели и критерии оценки водопользования, обеспечивающие учет различных аспектов управленческой деятельности и позволяющие контролировать факторы, влияющие на эти показатели. При формировании системы показателей для оценки эффективности управления водораспределением в основу положен принцип сбалансированности, обеспечивающий, наряду с традиционной финансово-экономической оценкой деятельности организации, учет и других ее аспектов, а также позволяющий контролировать факторы, влияющие на эти показатели, а не только отслеживать результаты. Предлагаемая система сбалансированных показателей характеризует следующие основные аспекты перспектив и стратегий для службы эксплуатации межхозяйственной оросительной системы: финансовую деятельность; внутреннюю производственную деятельность - управление водораспределением, отношение с потребителем и обществом в целом, обучение и рост кадров.
В качестве показателей производственной эффективности для подразделений водопользования службы эксплуатации межхозяйственной оросительной системы предлагается принять объем гектарополивов и объем
водоподачи, количество ремонтов и их среднюю продолжительность. Об экономической эффективности водопользования, помимо прибыли, свидетельствует удельная стоимость 1 м3 поданной на орошение воды и удельная стоимость гектарополивов для службы технической эксплуатации. Социально-экологическую эффективность управления, отражающую отношения с партнерами, общественностью, СМИ, предлагается определяться величиной предотвращенного ущерба от возможных аварий, эффектом от улучшения экологической и мелиоративной ситуации орошаемых земель и т.п., показателями, полученными в результате повышения надежности ГТС после выполнения планово-предупредительных работ и оптимизации системы водопользования.
Таким образом, совершенствование водопользования обусловлено его сильнейшим влиянием на эффективность реализации природно-ресурсного потенциала, почвенного плодородия и устойчивость агроланд-шафта, которые подлежат учету при формировании нового поколения систем земледелия, ориентированных на обеспечение экологически устойчивых и высокопродуктивных агроэкосистем.
