Совершенствование управления водопользованием на орошении

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 водораспределе-нием, методами системного анализа и эмпирического обобщения материалов по теме. Теоретической базой исследований являются работы научноисследовательских 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 расчетноаналитических 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 расчетноаналитического 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 эмер-джентные 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, водопотребите-лям и водоисточникам.

Процесс формирования унифицированной базы данных о водопотре-бителях 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 во-досбережения, за счет значимого повышения точности планирования и учета процедур водопользования.

Используемые источники

• 1.    Научные основы создания и управления мелиоративными системами в России/ под редакцией Л. В. Кирейчевой.–М: «ФГБНУ ВНИИ агрохи-мии»,2017.-296 с.

• 2.    Новые технологии проектирования, обоснования строительства, эксплуатации и управления мелиоративными системами/Под ред. Л.В. Ки-рейчевой. -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. Банду-рин//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 во-дообеспечения // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям: сб. докладов. СПб, Издательство СПбГТЭУ «ЛЭТИ». -2010.-С. 84-87.

• 5.    Юрченко, И. Ф. Совершенствование оперативного управления водо-распределением 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. Юрчен- ко/ /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. 2528.

• 11.    Ольгаренко И.В., Селюков И.В. Программное обеспечение процесса планирования водопользования на оросительных систе-мах//Природообустройство. 2011. №4. С. 38-40.

• 12.    Юрченко, И. Ф. Наукоемкие информационные технологии в мелиоративной деятельности/ И. Ф. Юрченко/ /Управление экономическими си стемами: 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. 2832.

• 14.    Бандурин, М.А. Применение систем управления базами данных при эксплуатационном мониторинге водопроводящих сооружений/М.А. Банду-рин/ /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 информациион-ной технологии оперативного управления водораспределением на межхозяйственных оросительных системах//Природообустройство.-2013.-№ 4. -С.1014.

• 17.    Юрченко И.Ф., Трунин В.В. Методология и компьютерная технология поддержки решений при оперативном управлении водораспределением на межхозяйственных оросительных системах//Мелиорация и водное хозяй-ство.-2012.-№ 2.-С. 6-10.

• 18.    Бандурин, М.А. Автоматизация мониторинга ливнеотводящих сооружений на водопроводящих каналах Ставропольского края/М.А. Бандурин, И.П. Бандурин а//И нженерный 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. Юрчен- ко/ /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 универ-ситета.-2006.-№24.-С.76-81.

• 22.    Юрченко, И. Ф. О критериях и методах контроля безопасности гидротехнических сооружений мелиоративного водохозяйственного комплек-са /И. Ф. Юрченко, А. К. Носов/ /Пути повышения эффективности орошаемо го земледелия. -2014.-№ 53.-С. 158-165.