CC BY
5
УДК 631.616
Злодеев Ю.Г. научный сотрудник Трунин В.В. инженер
ФГБНУ «Всероссийский научно -исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А. Н. Костикова»
Россия, г. Москва
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ
НА ОРОШЕНИИ
Аннотация: Цель исследований - создание расчетно-аналитических цифровых систем регулирования водопользования на межхозяйственных оросительных объектах на основе программных комплексов помощи диспетчерским разработкам. Выполнено формирование способов, алгоритмов и моделей расчетно-аналитических систем поддержки формирования мероприятий по оперативному водораспределению на орошении. Разработаны требования к структурно-функциональной схеме процесса реализации решения, послужившей основой создания комплекса помощи для оперативного регулирования водораспределения. Решены вопросы информационного обеспечения регулирования водопользования, базирующегося на описании процесса реализации решений, как процедур переработки информации. На основе программного обеспечения СУБД ACCESS разработаны компьютерные программы для планирования водопользования на межхозяйственной
оросительной системе, которые обеспечивают перевод мероприятий подготовки и принятия решений по
оперативному диспетчерскому регулированию водораспределения на межхозяйственных оросительных системах на уровень нового автоматизированного регулирования.
Ключевые слова: развитие, оросительная система, управляющее воздействие,, водораспределение, водопользование, цифровые системы.
Zlodeev Yu. G. research associate
FSBRE "All-Russian Research Institute for Hydraulic Engineering and Land Reclamation named after A.N.Kostyakov"
Russia, Moscow Trunin V. V. engineer
FSBRE "All-Russian Research Institute for Hydraulic Engineering and Land Reclamation named after A.N.Kostyakov"
Russia, Moscow
IMPROVEMENT OF WATER MANAGEMENT IN IRRIGATION
PROJECTS
Summary: The issue of the research is to calculation and analytical base improvement of digital on-farm water distribution management based on computer systems to support dispatching solutions. Issues of management information support based on the decision-making as a process of information processing have been solved.Proposals on calculation improvement as well as analytical base of digital systems on water distribution management for on-farm irrigation system based on the computer software to support dispatching solutions are given in the paper.The theoretical basis of the research is the results of the research of the institutes of the Russian Academy of Sciences and other departments as well as domestic and foreign authors.The development of methods, algorithms and models of computational and analytical bases for the decision support in the operational management of water distribution for irrigation purposes are carried out. The requirements to the structural and functional scheme of the decision-making process as the basis of the decision support system for the operational management in water distribution are developed. On the basis of the SDBM ACCESS, the software for water management on-farm planning within the irrigation system is developed, the transfer of preparation and decisionmaking on the operational dispatching management of on -farm water distribution within the irrigation systems to the level of new automated control being provided.
Key words: improvement, on-farm irrigation system, operational management, water distribution, water management digital systems
Введение
Создание благоприятного мелиоративного режима агроэкоценоза, необходимого для устойчивого производства сельскохозяйственной продукции, во многом зависит от подачи на поле требующегося количества поливной воды в нужные агротехнические сроки при неукоснительном сохранении и воспроизводстве плодородия почвы и экологии окружающей природной среды [1-3]. Приоритетным фактором своевременной и действенной водообеспеченности выращиваемых на орошении сельскохозяйственных культур является межсистемное и межхозяйственное водопользование, для реализации которых в настоящее время широко используется система предварительных заявок на воду от водопользователей [4-6].. Эти заявки могут не совпадать с фактически складывающейся групповой водопотребностью пользователей, а служба эксплуатации не имеет эффективного механизма для оперативного регулирующего воздействия в новых условиях. Как следствие такой практики магистральные и межхозяйственные каналы трансформируются в рукотворные реки и ручьи, из которых вода забирается частично по мере надобности, а излишки сбрасываются. Помимо неблагоприятной экологической ситуации возникают затруднения в регулировании водопользования в чрезвычайных ситуациях (пропуск аварийных расходов,
паводков, наводнений и т. п.) [7,8] .
Решение этой ситуации можно найти в
регулировании водопользования с использованием цифровых технологий и специального программного комплекса, который обеспечивает подготовку вариантов управляющих воздействий согласно с изменяющимися условиями водопользования на системе [9-12].
Эволюция аппаратного и программного обеспечения цифровых технологий требует перманентного развития цифровых систем диспетчерского регулирования водопользования на межхозяйственных оросительных объектах на основе расчетных цифровых комплексов помощи диспетчерским воздействиям. Основополагающими структурными элементами таких комплексов являются система моделирования диспетчерских воздействий и тренажерная система, базирующиеся на отечественном программном продукте, что обеспечивает им максимальную релевантность [13,14].
Методика исследования
Методологическая основа исследований представлена системным подходом к изучению существующих методов управления водораспределением, методами системного анализа и эмпирического обобщения материалов по теме. Теоретической базой исследований являются работы научно-исследовательских институтов Российской академии наук и других ведомств; отечественных и зарубежных авторов, выполняющих исследования в данном направлении
Результаты исследований и обсуждение
В составе настоящей работы проведены исследования и подготовлены процедуры формирования технологии помощи реализации решений по оперативному регулированию водопользования на межхозяйственной оросительной системе на основе способов, алгоритмов и моделей расчетно-аналитических комплексов диспетчерского регулирования. Последние могут функционировать, как самостоятельно, так и в составе использующихся и вновь формируемых межхозяйственных автоматизированных систем диспетчерского регулирования. Они направлены на «оптимизацию принимаемых решений» путем установления затруднений, идентификации решений, выявлении необходимости в информации для управленца, реализующего решения и специалистов, их готовящих.
Технология разработки расчетно-аналитических комплексов определяет: требования к моделям реализации управленческих решений и расчетно-аналитического обеспечения диспетчерского регулирования водопользования, а также основополагающие методические и технологические способы разработки системы помощи в реализации решений при регулировании водопользования [15-18].
В рамках методики моделирования реализации управленческих решений разработаны требования к структурно-функциональной схеме
процесса реализации решения, положенной в основу формирования системы помощи реализации решений по оперативному регулированию водопользования. Решены вопросы информационного обеспечения регулирования водопользования в составе кибернетического подхода к исследованию процесса реализации управленческих решений, базирующегося на представлении о реализации решений, как о процессе переработки информации.
В составе методики разработки расчетно-аналитического обеспечения диспетчерского регулирования водопользования на межхозяйственных оросительных системах:
- сформулированы принципы развития системы регулирования оперативного водопользования на гидроузлах межхозяйственных оросительных объектов [19, 20];
- выбраны модели действенной технологической структуры регулирования водораспределения [21];
- созданы алгоритмы регулирующих воздействий в составе процедур автоматизированного регулирования водопользования [22];
- установлены показатели, модели и процедуры определения эффективности управленческой деятельности на межхозяйственной оросительной системе.
Методология разработки систем реализации решений по оперативному регулированию водопользования на межхозяйственных оросительных системах основана на концепции системного подхода, учитывающей эмерджентные явления и предоставляющей возможность устанавливать, оценивать и сравнивать далеко не очевидные по своей действенности альтернативы.
На базе выше указанных требований в рамках программного комплекса СУБД ACCESS разработано программное обеспечение для планирования водопользования на межхозяйственной
оросительной системе, которое позволяет:
- разработку унифицированной базы данных о водопотребителях и характеристиках оросительных каналов для любых оросительных систем с древовидной структурой каналов;
- автоматизацию процесса формирования заявок от водопотребителей на водоподачу;
- создание и управление базой данных о планируемом и фактически складывающемся водопользовании
- подготовку отчетов о водозаборе и водоподаче на оросительной системе, дифференцированных по периодам планирования, водопотребителям и водоисточникам.
Процесс формирования унифицированной базы данных о водопотребителях и характеристиках оросительных каналов обеспечивает:
- создание таблицы «узлов» (сооружений - водовыделов) вводом данных с клавиатуры компьютера;
- таблицы каналов с применением таблицы «узлов» (водовыделов) и информации о канале, необходимых для формирования плана водоподачи.
Такой информацией, прежде всего, является:
- время добегания воды по элементам водрпроводящей сети от узла -водозабора до водовыдела водопотребителю и КПД канала;
- таблицы водопотребителей и базы данных заявок водопотребителей на забор воды.
Заявки на водопотребление учитываются в специальном файле, сформированном программным комплексом СУБД ACCESS. Для ввода данных разработаны и поддерживаются СУБД ACCESS специальные унифицированные формы.
База данных прогнозируемого водозабора и распределения водных ресурсов на межхозяйственных гидроузлах формируется автоматически на основе заявок потребителей на подачу воды.
Отчеты о планируемом водопользовании на оросительной системе создаются по результатам формализованных запросов и содержат:
- информацию о подаче воды хозяйствам-водопользователям по каждому водовыделу и в целом по системе;
- расходы водопроводящих сооружений в голове и по водовыделам согласно водности источника орошения.
Заключение
Теория и практика решения задач совершенствования регулирования водопользования на орошении, предложенные в составе настоящих исследований, позволяют перевод процесса подготовки и реализации решений по оперативному диспетчерскому регулированию водопользования на межхозяйственных оросительных системах на уровень нового автоматизированного регулирования, которому свойственны:
- устойчивое и равноправное обеспечение потребности в воде не связанного с местоположением водопользователя на сети водопроводящих сооружений ("хвост" или " голова") за счет автономного контроля и пересмотра заявок от отдельных хозяйств, на основе расширенной исходной базы данных;
- сокращение потерь воды за счет координации управляющих воздействий на всех уровнях регулирования, централизованности системы регулирования и возможности оценки последствий принимаемых решений;
- реализация мероприятий повышения эффективности поливов и водосбережения, за счет значимого повышения точности планирования и учета процедур водопользования.
Использованные источники:
1. Научные основы создания и управления мелиоративными системами в России/ под редакцией Л. В. Кирейчевой.-М: «ФГБНУ ВНИИ агрохимии»,2017.-296 с.
2. Новые технологии проектирования, обоснования строительства, эксплуатации и управления мелиоративными системами/Под ред. Л.В.
Кирейчевой. -М.: ВНИИА, 2010.-240 с.
3. Волосухин, В. А. Программно-технический комплекс для проведения мониторинга и определения остаточного ресурса длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений/ В. А. Волосухин, М. А. Бандурин//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура.-2013.-№1.-С.57-68.
4. Орлов С. П., Чуваков А. В., Нечаев Д. А., Михеева Е. А. Система поддержки принятия решений для управления региональной программой водообеспечения // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям: сб. докладов. СПб, Издательство СПбГТЭУ «ЛЭТИ». -2010.-С. 84-87.
5. Юрченко, И. Ф. Совершенствование оперативного управления водораспределением на межхозяйственных оросительных системах/И. Ф. Юрченко, В. В. Трунин//Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. науч. тр./ФГБНУ «РосНИИПМ».- Новочеркасск: РосНИИПМ,2014.-Вып. 53.-С.166-170.
6. Балакай, Г.Т. Безопасность бесхозяйных гидротехнических сооружений / Г.Т. Балакай, И.Ф. Юрченко, Е.А . Лентяева, Г.Х. Ялалова. - Германия: LAP LAMBERT, 2016. - 85 с.
7. Геловани В.А., Башлыков А.А., Бритков В.Б., Вязилов Е.Д. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях с использованием информации о состоянии природной среды. М.: Эдиториал УРСС. 2001. С. 6-11.
8. Юрченко, И.Ф. Методологические основы создания информационной системы управления водопользованием на орошении/И.Ф. Юрченко//Вестник российской сельскохозяйственной науки.-2017.-№ 1.-С. 13-17.
9. Гасликова И.Р., Гохберг Л.М. Информационные технологии в России. М. 2002. 187с.
10.Меденников В.И. Веб-интеграционные технологии развития информатизации сельского хозяйства//Никоновские чтения. 2010. №15. C. 25-28.
11.Ольгаренко И.В., Селюков И.В. Программное обеспечение процесса планирования водопользования на оросительных
системах//Природообустройство. 2011. №4. С. 38-40.
12.Юрченко, И. Ф. Наукоемкие информационные технологии в мелиоративной деятельности/ И. Ф. Юрченко//Управление экономическими системами: электронный научный журнал.-2005.-№3.-С.9-13.
13. Григорьев Л.И. Диспетчерское управление трубопроводным транспортом газа: состояние, проблемы, перспективы. Тезисы докладов. 1-я Международная научно-техническая конференция. М.: Нефть и газ, 2002. С. 28-32.
14.Бандурин, М.А. Применение систем управления базами данных при
эксплуатационном мониторинге водопроводящих сооружений/М.А. Бандурин//Современные наукоемкие технологии.-2016.-№° 12-1.-С. 24-28.
15.Юрченко, И. Ф. Водосберегающая технология планирования технической эксплуатации мелиоративных систем/И. Ф. Юрченко//Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2016.-№5.-С. 76-88.
16.Юрченко И.Ф., Трунин В.В. Методология создания информациионной технологии оперативного управления водораспределением на межхозяйственных оросительных системах//Природообустройство. -2013.-№ 4. -С.10-14.
17.Юрченко И.Ф., Трунин В.В. Методология и компьютерная технология поддержки решений при оперативном управлении водораспределением на межхозяйственных оросительных системах//Мелиорация и водное хозяйство .-2012. -№ 2.-С. 6-10.
18.Бандурин, М.А. Автоматизация мониторинга ливнеотводящих сооружений на водопроводящих каналах Ставропольского края/М.А. Бандурин, И.П. Бандурина//Инженерный вестник Дона.-2015.-Т.35.-№2-1,-С.37.
19.Юрченко И.Ф., Трунин В. В. Система поддержки принятия решений по водораспределению на базе Веб технологий//Научный журнал Российского НИИ Проблем мелиорации.-2014.-№2(14).-С.87-97.
20. Юрченко, И. Ф. Планово-предупредительные мероприятия повышения надежности мелиоративных объектов/И. Ф. Юрченко//Природообустройство.-2017.-№1.-С. 73 -79.
21.Бандурин М. А. Моделирование напряженно-деформированного состояния оросительного лотка-оболочки//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета.-2006.-№24.-С.76-81.
22.Юрченко, И. Ф. О критериях и методах контроля безопасности гидротехнических сооружений мелиоративного водохозяйственного комплекса/И. Ф. Юрченко, А. К. Носов//Пути повышения эффективности орошаемого земледелия.-2014.-№ 53.-С. 158-165.
References:
1. Nauchnyie osnovyi sozdaniya i upravleniya meliorativnyimi sistemami v Rossii/ pod redaktsiey L. V. Kireychevoy.-M: «FGBNU VNII agrohimii»,2017.-296 p.
2. Novyie tehnologii proektirovaniya, obosnovaniya stroitelstva, eks-pluatatsii i upravleniya meliorativnyimi sistemami/Pod red. L.V. Kireychevoy. -M.: VNIIA, 2010.-240 p.
3. Volosuhin, V. A. Programmno-tehnicheskiy kompleks dlya provedeniya monitoringa i opredeleniya ostatochnogo resursa dlitelno ekspluatiruemyih vodoprovodyaschih sooruzheniy/ V. A. Volosuhin, M. A. Bandurin//Vestnik Permskogo natsionalnogo issledovatelskogo politehnicheskogo universiteta. Stroitelstvo i arhitektura.-2013.-No1.-Pp. 57-68.
4. Orlov S. P., Chuvakov A. V., Nechaev D. A., Miheeva E. A. Sistema pod-
derzhki prinyatiya resheniy dlya upravleniya regionalnoy programmoy vodo-obespecheniya // Mezhdunarodnaya konferentsiya po myagkim vyichisleniyam i izmereniyam: sb. dokladov. SPb, Izdatelstvo SPbGTEU «LETI». -2010.-Pp. 8487.
5. Yurchenko, I. F. Sovershenstvovanie operativnogo upravleniya vodo-raspredeleniem na mezhhozyaystvennyih orositelnyih sistemah/I. F. Yurchenko, V. V. Trunin//Puti povyisheniya effektivnosti oroshaemogo zemledeliya: sb. nauch. tr./FGBNU «RosNIIPM».- Novocherkassk: RosNIIPM,2014.-Vyip. 53.-Pp.166-170.
6. Balakay, G.T. Bezopasnost beshozyaynyih gidrotehnicheskih sooruzhe-niy / G.T. Balakay, I.F. Yurchenko, E.A . Lentyaeva, G.H. Yalalova - Germaniya: LAP LAMBERT, 2016. - 85 p.
7. Gelovani V.A., Bashlyikov A.A., Britkov V.B., Vyazilov E.D. Intellek-tualnyie sistemyi podderzhki prinyatiya resheniy v neshtatnyih situatsiyah s ispolzovaniem informatsii o sostoyanii prirodnoy sredyi. M.: Editorial URSS. 2001. Pp. 6-11.
8. Yurchenko, I.F. Metodologicheskie osnovyi sozdaniya informatsionnoy sistemyi upravleniya vodopolzovaniem na oroshenii/I.F. Yurchenko//Vestnik rossiyskoy selskohozyaystvennoy nauki.- 2017.-No1.- Pp. 13-17.
9. Gaslikova I.R., Gohberg L.M. Informatsionnyie tehnologii v Rossii. M. 2002. 187p.
10. Medennikov V.I. Veb-integratsionnyie tehnologii razvitiya infor-matizatsii selskogo hozyaystva //Nikonovskie chteniya. 2010. No 15. Pp. 25-28.
11. Olgarenko I.V., Selyukov I.V. Programmnoe obespechenie protsessa planirovaniya vodopolzovaniya na orositelnyih sistemah//Prirodoobustroystvo.
2011. No 4. Pp. 38-40.
12. Yurchenko, I. F. Naukoemkie informatsionnyie tehnologii v meliora-tivnoy deyatelnosti/ I. F. Yurchenko//Upravlenie ekonomicheskimi sistemami: elektronnyiy nauchnyiy zhurnal. - 2005. - No 3. - Pp.9-13.
13. Grigorev L.I. Dispetcherskoe upravlenie truboprovodnyim trans-portom gaza: sostoyanie, problemyi, perspektivyi. Tezisyi dokladov. 1-ya Mezh-dunarodnaya nauchno-tehnicheskaya konferentsiya. M.: Neft i gaz, 2002. Pp. 28-32.
14. Bandurin, M.A. Primenenie sistem upravleniya bazami dannyih pri ekspluatatsionnom monitoringe vodoprovodyaschih sooruzheniy/M.A. Bandu-rin//Sovremennyie naukoemkie tehnologii.-2016. - No 12-1.- Pp. 24-28.
15. Yurchenko, I. F. Vodosberegayuschaya tehnologiya planirovaniya tehni-cheskoy ekspluatatsii meliorativnyih sistem/I. F. Yurchenko//Vodnoe hozyaystvo Rossii: problemyi, tehnologii, upravlenie. - 2016. - No 5. - Pp. 76-88.
16. Yurchenko I.F., Trunin V.V. Metodologiya sozdaniya informatsiion-noy tehnologii operativnogo upravleniya vodoraspredeleniem na mezhhozyay-stvennyih orositelnyih sistemah//Prirodoobustroystvo. -2013. - No 4. - Pp. 10-14.
17. Yurchenko I.F., Trunin V.V. Metodologiya i kompyuternaya tehnolo-giya podderzhki resheniy pri operativnom upravlenii vodoraspredeleniem na mezhhozyaystvennyih orositelnyih sistemah // Melioratsiya i vodnoe hozyaystvo. -
2012. - No 2. - Pp. 6-10.
18. Bandurin, M.A. Avtomatizatsiya monitoringa livneotvodyaschih sooru-zheniy na vodoprovodyaschih kanalah Stavropolskogo kraya/M.A. Bandurin, I.P. Bandurina//Inzhenernyiy vestnik Dona .-2015.-T.35.- No 2-1.- Pp.37.
19. Yurchenko I.F., Trunin V. V. Sistema podderzhki prinyatiya resheniy po vodoraspredeleniyu na baze Veb tehnologiy// Nauchnyiy zhurnal Rossiyskogo NII Problem melioratsii. -2014. - No (14). - Pp.87-97.
20. Yurchenko, I. F. Planovo-predupreditelnyie meropriyatiya povyisheniya nadezhnosti meliorativnyih ob'ektov/I. F. Yurchenko//Prirodoobustroystvo.-2017.-No 1.-Pp. 73 -79.
21. Bandurin M. A. Modelirovanie napryazhenno-deformirovannogo so-stoyaniya orositelnogo lotka-obolochki//Politematicheskiy setevoy elektronnyiy nauchnyiy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta.-2006.- No 24.-Pp.76-81.
22. Yurchenko, I. F. O kriteriyah i metodah kontrolya bezopasnosti gid-rotehnicheskih sooruzheniy meliorativnogo vodohozyaystvennogo kompleksa/I. F. Yurchenko, A. K. Nosov//Puti povyisheniya effektivnosti oroshaemogo zemledeliya. -2014. - No 53. -Pp. 158-165.
