Цифровая трансформация водораспределения на межхозяйственных оросительных системах: методология, реализация, результаты

Введение. Рост населения, аридизация климата и повышенная антропогенная нагрузка выводят на первый план задачи рационального использования ограниченных водных ресурсов. В настоящее время часть стран на планете достигли предела в использовании доступных водных ресурсов. К началу 2025 г. ожидается дефицит пресной воды до 1,3…2 трлн м³/год по сравнению с оценками на конец ХХ в. порядка 200 млрд м³ [1]. Максимальное количество воды традиционно потребляет сельское хозяйство, в первую очередь на нужды орошаемого земледелия.

Согласно мнению экспертов мелиоративной сферы, ключевым аспектом повышения эффективности водопользования в орошаемом земледелии является внедрение цифровой трансформации процессов управления водораспре-делением [1–3]. Это направление включает интеграцию передовых методов экономикоматематического моделирования, искусственного интеллекта и автоматизации процесса водо- пользования, что позволяет оптимизировать распределение водных ресурсов, повысить эффективность водопользования и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду [4, 5].

В данной работе рассмотрены проектирование, разработка и апробация подсистемы «Во-дораспределение», созданной специалистами ФГБНУ «Федеральный научный центр гидротехники и мелиорации им А.Н. Костякова», в составе автоматизированной системы управления водопользованием государственной оросительной системы (АСУ «Водопользование ОС»). Создания подсистемы обеспечит справедливое и экономически эффективное распределение поливной воды с учетом потребностей пользователей и природно-хозяйственных ограничений инфраструктуры.

Цель исследования – совершенствование методологии и создание технологии рационального распределения поливной воды с учетом потребностей всех участников процесса водо- пользования и природно-хозяйственных ограничений инфраструктуры межхозяйственных оросительных систем.

Задачи:

• 1.    Выявить ключевые проблемы водорас-пределения в государственных оросительных системах, включая отсутствие эффективного инструментария информационной и технологической поддержки лиц, принимающих решения.

• 2.    Разработать и применить инновационный подход к назначению управляющих воздействий водораспределения, включающий интеграцию искусственного интеллекта и экономико-математического моделирования с автоматизацией процессов принятия решений по распределению поливной воды.

• 3.    Оптимизировать распределение лимитированных водных ресурсов между различными водопотребителями и элементами инфраструктуры оросительных систем с учетом противоречивых интересов участников процесса водопользования.

• 4.    Реализовать возможность оптимизации водораспределения на основе многокритериальной нелинейной целевой функции методами искусственного интеллекта с использованием генетических алгоритмов в условиях дефицита водных ресурсов.

• 5.    Создать компьютерную систему «Водо-распределение ОС», которая реализует автоматизированную технологию планирования и водоподачи на межхозяйственных оросительных системах.

• 6.    Автоматизировать документооборот, связанный с составлением планов водораспре-деления и водоподачи по заявкам сельскохозяйственных товаропроизводителей.

Материалы и методы. В качестве материала исследований использованы научные статьи и архивные документы, посвященные вопросам водопользования на межхозяйственных оросительных системах. Кроме того, были изучены действующие нормативные и правовые акты (Федеральный закон от 10 января 1996 г. № 4-ФЗ «О мелиорации земель» (с изменениями и дополнениями), «Водный кодекс Российской Федерации» от 03.06.2006 № 74-ФЗ (ред. от 08.08.2024) (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.03.2025)), касающиеся использования водных ресурсов, а также разработки информационно-аналитических систем, близких по своим функциям [3, 6–9]. Также был проанали- зирован опыт практической деятельности организаций, отвечающих за эксплуатацию государственных оросительных систем.

Исследования базировались на следующих принципах: системности, эффективности и экономичности, адаптивности управления. В ходе НИР были использованы подходы:

• •    интеграция информационных технологий и методов искусственного интеллекта;

• •    эколого-мелиоративная оптимизация;

• •    создание инновационного методического обеспечения;

• •    интеллектуальное управление водопользованием;

• •    автоматизация процедур водопользования.

По результатам анализа информационных потоков водохозяйственной организации выявлены узкие места в части управления водорас-пределением в напряженных природнохозяйственных условиях и предложены способы их устранения. Разработаны модели и методы решения наиболее актуальных задач системного водораспределения и водоподачи, в первую очередь при дефиците водообеспеченности системы в целом, запроектировано специализированное программное обеспечение подсистемы «Водораспределение».

В качестве базиса реализации программноаппаратных решений автоматизированной информационной системы управления водорас-пределением принята технологическая платформа «1С Предприятие 8», обеспечивающая функции ввода, хранения и обработки информации, генерации альтернативных сценариев и поддержки решений по управлению технологическими процессами водопользования в интеграции с автоматизированной учетно-управленческой системой эксплуатационной организации.

Ключевыми особенностями платформы являются: гибкость настройки бизнес-приложений, взаимодействие с СУБД, клиент-серверная архитектура, поддержка Интернета и мобильных технологий. Платформа обеспечивает отказоустойчивость, масштабируемость и интеграцию с отраслевыми решениями.

Преимущества «1С Предприятие 8» определяются наличием:

• •    встроенного языка для разработки алгоритмов;

• •    поддержки множественных СУБД (MS SQL Server, PostgreSQL, IBM DB2, Oracle Database);

• •    разнообразных операционных систем (Windows, Linux);

• •    клиентских и серверных приложений;

• •    встроенной ГИС-подсистемы для визуализации различных гибко настраиваемых на уровне пользователей данных;

• •    Web-расширения для интеграции с вебсайтами;

• •    механизма обмена данными в офлайн-режиме;

• •    Web-сервиса;

• •    облачных сервисов для доступа через Интернет;

• •    интеграции с Яндекс.Картами и YMapsML.

• •    поддержки мобильных устройств (Android, iOS, Windows).

Использование платформы снизило трудозатраты на разработку и позволило сосредоточиться на прикладных задачах. Тестирование программного обеспечения АСУ проводилось на базе Городищенской оросительной системы в Волгоградской области.

Описание объекта автоматизации . Объектом автоматизации является планирование сезонного/годового водораспределения на межхозяйственной оросительной системе и оперативной (декадной/суточной) водоподачи сельскохозяйственным товаропроизводителям. План водораспределения на оросительных системах определяет: сроки и нормы поливов, объемы водоподачи по каждому водовыделу отдельно взятого водопользователя и элемента ОС, а также объемы подаваемой воды, интегрированные по хозяйствам-водопользователям, элементам водопроводящей сети ОС и ОС, в целом согласованные с режимами работы головных и перегораживающих сооружений системы.

В системе водопользования межхозяйственных оросительных систем планирование водо-распределения происходит согласно запросам потребителей на поливную воду. Объемы водозабора в систему рассчитываются путем сложения планируемых объемов подачи воды сельскохозяйственным производителям в узловых точках системы с учетом потерь водопроводящих сетей. Эти объемы согласуются с объемами возможного забора воды из источника орошения. Дисбаланс между указанными статьями водопользования становится ключевым ограничением для распределения воды между хозяйствами. Его устранение требует многократной корректировки и трудоемких расчетов, для вы- полнения которых в настоящее время в службе эксплуатации мелиоративного водохозяйственного комплекса не существует нормативно лимитированных алгоритмов и правил. План считается сбалансированным, когда отклонение объема забираемой из источника орошения воды от планируемой подачи воды потребителям на систему не превышает 5 % в ту или иную сторону.

В отсутствии дефицита водозабора на межхозяйственной оросительной системе все внутрихозяйственные каналы получают воду согласно графику режима орошения. В случае маловодности источника орошения возможно введение водооборота на хозяйственных каналах, предусматривающего поочередность водопода-чи, что может снизить водообеспеченность сельскохозяйственных культур. На ОС хозяйст-ва/водопользователя при отсутствии дефицита водообеспеченности водооборот вводится только на внутрихозяйственных участковых распределителях и временных оросителях. Для каналов межхозяйственной ОС водооборот планируется при дефиците поливной воды и небольших значениях покомандных площадей орошения. Снижение объемов подаваемой каналом воды увеличивает потери на фильтрацию и затрудняет водораспределение.

Водораспределение на межхозяйственной оросительной системе осуществляется по одной из двух технологических схем управления: «по плану» или «по требованию». Схема управления водоподачей «по требованию» возможна:

• •    когда резервные объемы источника орошения или участка канала старшего порядка достаточны для сглаживания суточной неравномерности графика водопотребления. Резервные объемы всех участков канала выбраны с учетом возможности доставки компенсирующего расхода в соответствующее время, а расход источника орошения превышает суммарный максимальный расход водоподачи, выбранной с учетом спроса на системе и потерь воды из канала;

• •    общая резервная емкость канала достаточна для сглаживания суточной неравномерности водопотребления, а расход, забираемый из источника орошения, не меньше максимального среднесуточного расхода водопотребления из канала с учетом спроса водопотребителей и потерь воды по длине канала.

В случае, когда система орошения не получает достаточного количества воды, а пропускная способность канала и объем резервных ем- костей недостаточны, применяется схема управления водоподачей «по плану».

Информация об основных параметрах управляемых объектов, уровнях и расходах воды в водоводах и водоемах, горизонте воды в водоисточнике, чрезвычайных ситуациях на сети и прочие сведения сосредоточены в диспетчерской службе. Диспетчеру предоставляются сведения о работоспособности насосного оборудования, данные приборов измерения. Он же выполняет дистанционное управление агрегатами и задвижками при автоматизированном управлении водораспределением.

В процессе оперативного управления водо-распределением системный план подачи воды потребителям адаптируется к реальным условиям. Это необходимо, поскольку фактическая групповая водообеспеченность системы не всегда соответствует запланированным показателям. Традиционно корректировка водоподачи осуществляется путем изменения плановых объемов на водовыделах в хозяйства в соответствии с изменившейся водообеспеченностью системы. Однако этот метод уже не удовлетворяет современные требования эффективности водопользования, поэтому актуализируется проблема разработки инновационной методологии планирования водораспределения, реализующей действенные технологии управления в напряженных природно-хозяйственных условиях.

В современном мире, где технологии стремительно развиваются и проникают во все сферы жизни, цифровизация становится ключевым фактором успеха и конкурентоспособности предприятия, организации, сектора экономики и тому подобные структуры. Многовариантный анализ возможных подходов к планированию с учетом экономических, социальных и экологических ограничений, базирующихся на экономикоматематическом и нейросетевом моделировании, априори будет способствовать поиску оптимального управленческого решения в конкретных природно-хозяйственных условиях.

Серьезность проблемы водораспреления на межхозяйственных оросительных системах обостряется существенным износом и неудовлетворительным состоянием водопроводящих сетей и сооружений. Это приводит к потерям поливной воды и снижению уровня услуг, предоставляемых хозяйствам-водопользователям. Ремонтно-восстановительные работы и обновление инфраструктуры оросительной системы представляют собой сложную задачу, требующую значительных финансовых ресурсов, технических знаний и согласованности между различными участниками процесса. Обеспечение надежности и снижение отказоустойчивости системы водораспределения связано также с необходимостью тщательного планирования и инвестирования в долгосрочные проекты по техническому обслуживанию, ремонту и замене устаревших сооружений и оборудования в условиях ограниченного финансирования.

Ограниченность средств, выделяемых на техническую эксплуатацию, повышает значимость возможных ошибок их распределения и необходимость разработки научно обоснованных инновационных технологий, которые будут способствовать исключению таких ситуаций.

В современных реалиях, когда потребность в мероприятиях технической эксплуатации ОС существенно превышает возможность их реализации в обозримом периоде, основополагающим фактором повышения эффективности водопользования становится управление водо-распределением на основе оценки фактического и прогнозного уровня технического состояния и работоспособности водопроводящей сети ОС и сооружений на ней, обеспечивающих шанс оптимизации сети водораспределения.

Система показателей эффективности управления водопользованием определяет различные аспекты управленческой деятельности службы эксплуатации межхозяйственной оросительной системы: производственно-финансовую, социально-экономическую, экологическую; отношения с потребителем и в целом с обществом; обучение и развитие персонала.

Одним из эффективных способов улучшить качество управления предприятием в современных условиях является обеспечение специалистов информационно-технологической поддержкой в принятии управленческих решений. Это достигается с помощью автоматизированных технологий, которые используют инновационные методы и подходы для формирования необходимой информации на основе модели-двойника управления технологическими процессами водопользования.

Результаты и их обсуждение. По результатам анализа управления водопользованием государственных оросительных систем установлены ключевые проблемы водораспределения, в т. ч. обусловленные отсутствием эффективно- го инструментария информационной и технологической поддержки лица, принимающего решение, что особенно критично в условиях дефицита водных ресурсов.

Разработан и применен инновационный подход назначения управляющих воздействий во-дораспределения, включающий интеграцию искусственного интеллекта и экономико-математического моделирования с автоматизацией процессов принятия решений по распределению воды в межхозяйственных оросительных системах. Такой подход является новым направлением в теории и практике эксплуатации мелиоративных систем.

Созданная в рамках НИР компьютерная система «Водораспределение ОС» (свидетельство о государственной регистрации ЭВМ № 2024681320) реализует автоматизированную технологию планирования и оптимизации водо-подачи на межхозяйственных оросительных системах. Ее функциональные возможности включают широкий спектр задач:

• 1.    Разработка тактических и оперативных планов водоподачи: система позволяет создавать годовые, сезонные, декадные и суточные планы распределения поливной воды, адаптируя их к изменяющимся условиям.

• 2.    Оптимизация распределения лимитированных водных ресурсов: автоматизированная технология эффективно распределяет ограниченные водные ресурсы между различными водопотребителями и элементами инфраструктуры оросительных систем с учетом противоречивых интересов участников процесса водопользования.

• 3.    Предоставление актуальной информации для управления: программный комплекс системы осуществляет оперативное взаимодействие между диспетчерами оросительных систем и производителями сельскохозяйственной продукции, обеспечивая поступление необходимой информации для принятия управленческих решений.

• 4.    Оценка качества водораспределения и подготовка отчетов, что повышает прозрачность и эффективность управления водными ресурсами.

• 5.    Автоматизация документооборота, связанного с составлением планов водораспреде-ления и водоподачи по заявкам сельскохозяйственных товаропроизводителей.

• 6.    Повышение производительности труда за счет автоматизации рутинных расчетов и процедур.

Управление системным водораспределе-нием предусматривает схемы управления по требованию в условиях достаточной водообес-печенности и по плану при дефиците поливной воды. В условиях дефицита водных ресурсов реализована возможность оптимизации водо-распределения на основе многокритериальной нелинейной целевой функции методами искусственного интеллекта с использованием генетических алгоритмов.

Итоговая целевая функция Z max экономикоматематической модели, максимизирующей финансовые результаты подачи воды, производства сельскохозяйственной продукции и суммарную площадь орошаемых земель с учетом их нормализации, имеет вид (1) при ограничениях (2).

Z_max = CZT 1i S F= (Cj - г) • _WijDD z + ( £ m =¹ £ n = 1 zx y ) / в z +

+(S™ = i Z i=i X tj ) / S z =>m ax]                             (1)

Z> i^j^S _f ;                                (2)

Я= ^tj = W j ,

Ж₌ ^ _Xij = W j ,

1?= i^ ^tj = W, где cj - удельная стоимость водоподачи для j-водопользователя, руб/тыс. м3; rj - удельная водоподача j водопользователю, руб/тыс. м3; wij - объем водоподачи на полив i культуры j водопользователю, тыс. м3; М^ - оросительная норма i-й культуры j водопользователя, тыс. м3/га;

W - общий объем водоподачи на ОС, тыс. м3; St - площадь орошения i культуры; Xij - площадь орошения i культуры j водопользователя, га; j = 1, 2, ..., m - индекс хозяйства водопользователя; zi - закупочная цена i орошаемой культуры, руб/т; yij - урожайность i культуры j водо- пользователя, т/га. Dz, Bz, Sz – соответственно доход от водоподачи эксплуатационной организацией ОС, выручка от продажи продукции растениеводства на орошении и площадь орошения при заявленной водоподаче; Wi, Wj – объем водоподачи на полив i культуры всех водопользователей, j водопользователю для полива всех культур, тыс. м3.

В качестве критериев приняты выручка от продажи продукции растениеводства на орошении, площадь орошаемых земель, доход водохозяйственной организации.

Функция модели, учитывающая множество критериев, позволяет эффективно распределять водные ресурсы, принимая во внимание интересы всех участников процесса водопользования. Алгоритмы эволюционного генетического программирования последовательно улучшают решения, имитируя эволюционные процессы, такие как отбор, скрещивание и вероятность мутации, и не требуют вычисления производных целевой функции. На рисунке 1 иллюстрируется алгоритм автоматизированного планирования системного водораспределения.

Рис. 1. Алгоритм автоматизированного планирования системного водораспределения Automated planning algorithm water distribution system

Разработанный алгоритм планирования системного водораспределения предлагает двухступенчатое моделирование и оптимизацию использования водных ресурсов в процессе сос- тавления планов их распределения. На первом этапе определяется (по статистическим данным о водообеспеченности орошения в предыдущие годы) оптимальное соотношение площадей, ко- торые будут орошаться и останутся без орошения в соответствии с прогнозируемыми условиями водоподачи в предстоящем году. На втором этапе решается задача оптимизации распределения воды между хозяйствами и водопользователями с учетом технического состояния системы, планируемых севооборотов и текущей экономической ситуации.

Процесс автоматизированного планирования распределения воды начинается с предварительной оценки возможной водоподачи сельскохозяйственным товаропроизводителям, которая обусловлена прогнозируемой водообес-печенностью оросительной системы в планируемый период; потребностью агропоизводства в водных ресурсах в зависимости от климатических условий и прогнозируемой водности года; техническим состоянием системы и намечаемыми мероприятиями ремонтно-восстановительных работ, пропускной способностью водопроводящей системы и др. На следующем этапе выполняется сбор заявок на поливную воду от водопользователей, их проверка на соответствие требованиям полноты и корректности информации (с возвращением адресату при необходимости) и загрузка в базу данных.

Системный план водопользования формируется программно-техническим комплексом АСУ автоматически и может анализироваться соответствующим структурным подразделением водохозяйственной организации на наличие дефицита водооподачи потребителям. Если дефицита воды нет, план водораспределения между хозяйствами водопользователями утверждается. Его реализация осуществляется после заключения договоров с водопользователями.

В противном случае, когда выявлено несоответствие заявленной потребности в поливной воде прогнозируемой водообеспеченности межхозяйственной оросительной системы, выполняется корректировка заявленной водоподачи с использованием многокритериальной экономикоматематической модели, критерии которой позволяют достичь рационального компромисса в области эколого-экономических требований к управлению водными ресурсами межхозяйственных оросительных систем при стабильном орошаемом земледелии.

Программное обеспечение системы «Водо-распределение» отвечает следующим научнометодологическим требованиям к автоматизированным системам:

• 1.    Функциональности:

• -    обеспечивается управление и контроль ключевых процедур, связанных с управлением водопользованием на межхозяйственных ОС;

• -    предусмотрена возможность отслеживать состояние инфраструктуры ОС, собирать и анализировать данные, а также принимать решения на основе полученной информации;

• -    автоматизируются стандартные задачи, связанные с управлением водопользованием, такие как сбор данных, обработка информации и создание отчетов.

• 2.    Комфортности эксплуатации:

• -    взаимодействие с программой интуитивно понятно и просто в исполнении для пользователей с разным уровнем подготовки;

• -    реализована возможность настройки интерфейса под индивидуальные потребности пользователя.

• 3.    Стабильности и защищенности:

• -    организовано резервное копирование и восстановление информации после сбоев;

• -    предусмотрена защита от внешних атак и атак вредоносных программ, включая вирусы.

• 4.    Интеграции: способности взаимодействовать с внешними системами и устройствами.

• 5.    Адаптируемости к изменениям объема данных и количества пользователей, к расширению функционала и добавлению новых модулей.

• 6.    Результативности: реализованы высокая скорость обработки информации и выполнения задач, а также эффективное использование ресурсов компьютера для достижения максимальной производительности.

• 7.    Соответствию требованиям законодательства в области защиты данных, информационной безопасности и других аспектов, связанных с функционированием АСУ.

• 8.    Гибкости: программное обеспечение предоставляет возможность для настройки системы под специфические требования и условия конкретного объекта управления.

В составе подсистемы «Водораспределе-ние» операции по планированию и реализации водораспределения объединены в ключевые блоки, характеризующие определенные этапы управления, каждый из которых имеет свой интерфейс воздействий. Структура блоков включает: подготовительный блок и блок планирования годовой/сезонной водоподачи; блоки декадного и оперативного/суточного водораспреде-ления; справочный блок.

Подготовительный этап планирования годо-вого/сезонного водораспределения объединяет ключевые разделы: определение площади полива и норм орошения для различных сельскохозяйственных культур, расчет сезонного потребления воды, а также передачу предварительных данных лимитов водоподачи водопользователям.

Этап годового/сезонного планирования включает разделы: сбор, обобщение и анализ заявок на водоподачу, балансовые расчеты водоподачи с учетом гидрологических параметров источника орошения, передачу данных потребителям.

В процессе оперативного планирования (декада, неделя, пять дней, сутки) распределения водных ресурсов решаются следующие задачи: сбор информации о потребностях в воде от различных пользователей; контроль за подачей воды; планирование транспортировки воды и ее сброса; поиск дополнительных источников водоснабжения; расчет водоподачи по элементам инфраструктуры оросительной системы и предоставление информации потребителям о декадных или суточных планах.

Интерфейс главного меню системы «Водо-распределение» представлен объектами следующих типов: Справочники водораспределе-ние, Документы водораспределение, Отчеты, Сервис (рис. 2).

Рис. 2. Меню системы «Водораспределение» Menu of the "Water Distribution" system

Объекты типа Справочники позволяют хранить статическую справочную информацию. Объекты Документы предназначены для хранения сведений, привязанных к некой дате и характеризующихся определенной периодичностью. Объекты типов Отчеты и Сервис служат для формирования выходных форм и обработки данных с помощью алгоритмов и программ встроенного языка «1С-Предприятие». Структура объектов АСУ и их назначение в конфигурации «1С-Предприятие» характеризуются в таблице 1.

Таблица 1

Структура объектов системы «Водораспределение» в конфигурации «1С-Предприятие» Structure of water distribution system facilities in the “1C-Enterprise” configuration

Объект	Назначение
1	2
Справочники
Водовыделы	Характеризуют структуру водопроводящей сети, распределение орошаемых участков по водовыделам оросительной системы, позволяют определять лимиты подачи воды по элементам инфраструктуры и в целом по системе для установленных периодов планирования
Периоды планирования водоподачи	Хранит информацию о периодах планирования водоподачи: год, месяц, декада, день и т. п.

Окончание табл. 1

1	2
Потребители	Характеризует природно-хозяйственные условия хозяйств водопотре-бителей, перечень возделываемых культур; технико-экономические параметры орошения: площадь, структура орошаемых земель, оросительные нормы и пр.
Сельскохозяйственные культуры	Позволяет собирать и хранить сведения об оросительных нормах, урожайности на поливе и на богаре, стоимости и затратах на производство продукции и прочих показателях, связанных с растениеводством
Документы
Заявки потребителей	Обеспечивает сбор, хранение? обработку и подготовку к использованию данных заявок на водоподачу от хозяйств-потребителей по периодам планирования системного водораспределения
Планы подачи воды	Осуществляет консолидацию заявок потребителей в разрезе водовы-делов, выполняет анализ возможности обеспечения всех заявок или необходимости их корректировки с учетом дефицита водообеспечен-ности системы
Отчеты
Сводные планы водоподачи	Обеспечивает формирование выходных форм сводных планов водо-подачи с возможностью различных отборов и группировок
Сводные отчеты по фактической водоподаче	Формирует выходные формы фактической водоподачи в различных разрезах с возможностью отчетов и группировок
Сервис
Карта	Позволяет визуализировать на географической карте атрибутивные данные, связанные с потребителями воды, получать доступ к атрибутивным данным

Эффективность и комфортность взаимодействия оператора с автоматизированной системой обеспечивается «дружественностью» интерфейса, разработка которого выполнена с учетом следующих основных аспектов:

• 1.    Интуитивно понятный и удобный интерфейс, позволяющий операторам быстро освоить систему и эффективно выполнять свои задачи.

• 2.    Наглядность и информативность: операторам предоставляется вся необходимая информация для принятия решений.

• 3.    Визуализация данных, обеспечивающая представление графиков, диаграмм, карт. Это поможет операторам лучше понимать состояние водопользования на системе и принимать решения на основе визуальной информации.

• 4.    Простота обучения, включающая наличие документации пользователя и примеров взаимодействия с системой, способствующих приобретению навыков работы с АСУ.

• 5.    Гибкость, включающая изменение расположения элементов интерфейса, настройку цветов и шрифтов в зависимости от потребности оператора.

В качестве примера интерфейса взаимодействия ниже по тексту представлены формы для работы оператора со структурными объектами системы, разработанные с учетом вышеуказанных ключевых аспектов «дружественности» интерфейса (см. табл. 1).

На рисунках 3–6 демонстрируется интерфейс форм объектов типа Справочники. Форма объекта «Водовыделы», характеризующего инфраструктуру оросительной системы, представлена на рисунке 3.

Выбор периода планирования водораспре-деления: «Год», «Месяц», «Декада», «День» – выполняется с помощью форм объекта Справочники «Периоды планирования» (рис. 4).

На рисунках 5, 6 приведены интерфейсы форм справочной информации о водопотреби-телях и системе агропроизводства.

Рис. 3. Интерфейс формы объекта Справочники «Водовыделы» Interface of the object form Reference book "Water sources"

Период планирования водоподачи

[ Создать | | Создать группу

Наименование

декада 05.24

— 2 декада 05.24

— 3 декада 05.24

кГ 1 декада 05.24 (Пери...

| Записать и закрыть J [ Записать |

| Еще ~|

Код:

Наименование: 11 декада 05.24

Родитель:      Декадные планы

Лимит (тыс.м3): |

Рис. 4. Интерфейс формы Справочник «Периоды планирования» (период «Декада») Interface of the Directory form "Planning periods" (the "Decade" Period)

Потребители

Q Потребители

ООО «I

Рис. 5. Интерфейс формы Справочники «Потребители» Interface of the Directory form "Consumers"

Рис. 6. Интерфейс формы Справочники «Сельскохозяйственные культуры» The interface of the Directory form "Crops"

Пример форм для работы со структурными объектами типа Документы представлены на рисунках 7–9. На рисунке 7 приведен интерфейс формы объекта Заявки потребителей.

Формы для сбора, организации и обработки информацию об объекте «План подачи воды» изображены на рисунках 8, 9.

Для автоматизированного заполнения формы 7 используется процедура «Заполнить заявки по водовыделу» (см. рис. 8) при этом автоматически синтезируются все заявки по каждому водовыде-лу. Осуществляется сравнение потребности в воде и лимит водообеспеченности, значение которого поступает автоматически из данных справочника «Водовыделы». В отсутствии дефицита данные заявок переносятся в реквизит «Водоподача план» табличной части документа (см. рис. 8) для формирования выходного документа.

Рис. 7. Форма «Заявки потребителей» The "Consumer Application" form

Рис. 8. Форма «План подачи воды» – форма списка (с возможностью фильтрации и отбора по периоду планирования) The "Water Supply Plan" form is a list form (with the possibility of filtration and sampling by planning period)

Потребитель

Прочие культуры

ООО "СП "Октябрьское"

Прочие культуры

ООО «Крымская фруктовая

Прочие культуры

ООО ПО "Надежда"

Прочие культуры

Рис. 9. Интерфейс формы «План подачи воды» Interface of the object shape "Water supply plan"

Нормативно "С правочная информация

Техническая эксплуатация

Водораспределение

Прогнозирование

Период планирования: 2024

Водовыдел:

Заявок на воду (тыс.и.куб):

Лимит подачи воды (тыс.мт

В случае дефицита водообеспеченности используется процедура «Оптимизировать в условиях дефицита». Данная процедура запускает подпрограмму оптимизации с использованием методов эволюционно-генетического программирования с помощью нелинейной многокритериальной целевой функции (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024611825). Методическое обеспече- ние данного решения подробно описано в работе [10]. Для настройки параметров оптимизации (ограничения, целевая функция, метод решения, параметры генетического алгоритма) используется специальная форма, представленная на рисунке 10.

Формат представления результатов оптимизации приведен на рисунке 11.

Рис. 10. Параметры запуска оптимизации многокритериальной целевой функции с использованием методов эволюционно-генетического программирования Parameters for launching optimization of a multi-criteria objective function using evolutionary genetic programming methods

о о о о S

ф О У ® с i а ¥ С м

к с ф го со го if О С

ОЧ 8 ГМ

о о

ст 1Л

8

О оо ГМ о

----------------------------------F

г? СП

ст оо ГМ

Г го и и О о

со СП сл сл

ГП я

ст ст ст ст ст гЧ

3 ст ст ст ст гЧ

о ст СП СП см

$ 00 гм ГП ГП

ст о о оо о ГП

ст гм гм

8 8 OI 2 О. о со е о Ct Е± К X о с; с S

2 о о. о

8 СМ

ГМ

S

ГП о СТ

ГП си

CD ГМ 5

о о о ГМ

ГП

ст оо о ст

ст СП ст см оо гЧ

о о о ст см

гм

3

ст гм

8 гм

ст

Si О СТ СТ

2 m о о. ф ГП

X

о о см

tri СО

о 00

СТ

к

S ГМ ГП

8 §

ГМ ст о со гЧ

см ст гЧ

о о о о ГМ см

гм’

^

гм

гм’

ст

о гм

гм оо

оо ГМ

2 со О

д

о о

О о си

о ГМ

о о о о ГП

О о о ст

о СТ

О о ст гм ст гЧ

ст ст ст СП гЧ

о о ст

ст ГП

о гм

00

о о см ст

8 О гм ст

S

оо оо 8 СТ

о гЧ OI 2 О. S о о Ct Е± i 1 с S

2 аз О о. о SC

ст

оо ГП

ГМ

оо ГМ ГП

8 §

оо

оо о ст гЧ

о ст гЧ

о о гм ст

гм

3

^

ст гм

ст о ГП О

ГП ст оо

СП ri о

2 аз О о. ф ГП

3

S

8

ГП

ГМ ГМ о ГМ

О о о ст

о ст о ст о

гм ст ст ст гм гЧ

ст см оо ст

о ст СП

гм’

^

гм

гм’

ст

О о о § ГП

ГП ГП

3 ст ГП ст гм

2 О

О о гм

8

§

О о о

S оо ГМ

CD ст

8 О ст

ст

оо ст ст см

см ст гЧ

о о о о СМ см

ст ГП

о гм

оо

о о см ст

о 8 оо гм ГП

о S ГП ГП

§ ст

8 О OI 2 О. о СО о о г В о £ sc с S

2 о о. £

оо гм

оо

ГМ ГП

о ГП

00 ГМ ГМ

я

о о о

ГП

ст ст ст ст гЧ

ст ст ст ст ст

О оо ст СП

гм

3

^

ст гм

ст оо о аз

ГП оо ст

ст ГП о ГП гм

1Л X 2 аз О о. ГП

о

о о

8

о о о CD

оо оо ГМ

о о о о о ГП

о о о ст

о о о ст

о о о ст ст гЧ

оо о ст гЧ

о о о ст

гм’

^

гм

гм’

ст

8 00 ст гм

03 ст гм

S ГП ГП ГП

2 со О

о

S

ГМ оо

ГМ

н оо ГМ

о о оо

ст о ст

СП ст гЧ

оо оо ст о см гЧ

ст со ст

ст ГП

о гм

оо

о о см ст

о 8 СТ гм

гм гм о

СП

00 О о OI 2 О. о о Ct ‘х X 2 м £ о О О

2 аз О о. о SC

5

ст CD

ГП

ГП ГМ

ГП ГП ГП

8 О 00

оо

СП см ст оо гЧ

гм см гЧ

о м

гм

3

^

ст гм

00 8 СТ СТ ст

ГП оо

8

2 о о. ГП

гм

ГМ гм

ст

со

ГП

оо ГМ ГМ оо 3

о о о S8

о ГМ ГМ

оо о о ст N

оо о о оо гЧ

о о о СМ СМ

гм

^

гм

гм

ст

8 ГМ о S ст

о ст ст

СТ о

2 со О

о гм

гм

S

о о S

ГП

8 О о ст

СТ

§ ст ГМ

о о ст гм ст см

оо ст оо гЧ

о о см ст гм

ст ГП

о гм

оо

о о см ст

о 8 §

S о

$ ст оЗ ст

ос С Ф го м ф X го со О ф 2 го X

10 if S и ь го" И к го со го го О СП

и н s’ со X X с о ГО е го го 5 §“> сп г

2 го" И К го со к X г ф о о ЕС 5 о с с

е s' со S S с о к ф 3 О о л 5 о с с

2 о о с к S г ф э о о о с с

'st го" if 3 со

СП г о 3 'st 3 о. го со ф 3 С Ф Ч

'st 3 о. го СП

лз СП ф о. I X е

ст о. »х X X лз со о о. X СП X 2 X с о

X о. с лз ц СП ф о. X X е

2 о X лз X о X о. о с о о. с

ст о. X X X ф ч S ф с и лз О.

2 о X ч о с X с ч СП ф X X е

2С о со а: лз СП X X ф о со ф О со g

2 ю if S о 3 ь го" S О X к го т Ч ф X и о О

£ ф" И S Ч о с го X л о >х го * о

£ л" и о I >х го 1 к го И о со го Ш

m S § с го I S Й о И S m 3 Р о 4 п о ^

'st X S =г if ч о с го I ф =г к го I о с if го СП

10 а. го Ч Е j St 5 О О. 2 X о Ь аз О Ч го аз

5 о О. 2 X о Й ч го ш

ст а I 2 о 0 X СП X 2 X о

о О. 2 X о Ь ч го аз

1© £ of X 1 о X J а. о о 0. Е

Апробация подсистемы «Водораспределе-ние» выполнена на материалах службы эксплуатации Городищенской оросительной системы Волгоградской области и показала эффективность использования разработанных решений, как за счет цифровизации и повышения уровня поддержки управленческих решений, так и автоматизации рутинных процессов. Резуль- ний по водораспределению в напряженных метеорологических условиях повышена на 10 % в сравнении с общепринятыми в практике отечественного водопользования подходами к планированию системного водопользования, которые предполагают пропорциональное сокращение подачи воды потребителям в зависимости от дефицита ресурсов (табл. 2).

тативность планируемых управленческих реше-

Эффективность методов планирования системного водораспределения Effectiveness of planning methods for system water distribution

В таблице 3 показаны результаты оценки эффективности моно- и мультикритериального подходов к оптимизации распределения воды на межхозяйственной оросительной системе. В последнем случае интегральный показатель эффективности водораспределения увеличился:

– практически на 15 % в сравнении с вариантом оптимизации по критерию максимума площади орошения;

– порядка 10 % по сравнению с вариантом оптимизации дохода водохозяйственной организации;

– около 2 % при максимизации выручки от продажи продукции растениеводства.

Таблица 2

Метод	Критерий				Q. S ^ cls 1—	1 £ Ф s 1 3" о =
	Доход водохозяйственной организации, тыс. руб.	Выручка от продажи продукции, тыс. руб.	Площадь полива, га	Функция цели
Многокритериальное моделирование	1640,556	308005,6	434,17			591
Нормированное значение	0,706	0,919	0,735	2,359	110,1
Сокращение водоподачи, пропорциональное дефициту водных ресурсов	1669,984	239545,5	422,32			591
Нормированное значение	0,714	0,714	0,7145	2,144

Таблица 3

Эффективность моно и мульти критериального способов системного водораспределения The effectiveness of mono and multi-criteria methods of systemic water distribution

Критерий оптимизации		Площадь полива, га	Доход водохозяйственной организации, тыс. руб.	Выручка от продажи продукции растениеводства, тыс. руб.	Функция цели	Процент к критерию интегральной оптимизации
1		2	3	4	5	6
1	Интегральный	434,2	1 649,556	308 005,546
	Нормированное значение	0,735	0,706	0,919	2,360
2	Выручка от продажи продукции растениеводства	394,64	1 647,694	312 711,647	–	–
	Нормированное значение	0,668	0,705	0,933	2,306	97,7

Окончание табл. 3

1	2	3	4	5	6	1
3	Доход водохозяйственной организации	421,13	1 683,846	235 379,468	–	–
	Нормированное значение	0,713	0,721	0,702	2,136	90,2
4	Площадь полива	462,650	1 679,555	168 728,407
	Нормированное значение	0,783	0,719	0,503	2,005	84,9