Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I*. Разработка алгоритмов проектирования режимов орошения II
1«1« Цели и задачи проектирования режимов орошен:зя II
1.2* Определение, многолетней сезонной динамики вод потребления культур . 112
1.3. Установление вероятной сезонной динамики дефицита Водопотребления культур и режимов орошения заданной обеспеченности і .,, 19
1.3.1. Обзор применяемых МЄТОДОЕ решения задачи 19
1.3.2. Обоснование предлагаемой схемы решения задачи . 26
1.3.3; Алгоритм решения задачи ,. 35
1.3.4. Оценка эффективности разработанного алгоритма . 47
1.4. Комплектование проектных графикой водоподачії на севооборотные участки 49
1.4.1. Анализ применяемого способа комплектования графиков поливов 49
1.4.2. Алгоритм решения задачи 53
1.4.3. Оценка эффективности разработанного алгоритма . 62
1.5. Выводы 64
ГЛАВА 2. Разработка алгоритмов системы оперативного плани рования режимов орошения 66
2.1. Функциональные задачи оперативного планирования 66
2.1.1. Цели и задачи оперативного планирования режимов орошения 66
2.1.2. Обзор имеющихся методик и систем оперативного планирования режимов орошения
2.1.3. Расчетные схемы решения функциональных задач 75
2.1.4. Алгоритм построения укомплектованных планов-гра-ФИКОЕ поливов и их оптимизации при недостаточных ресурсах 80
2.2. Управление базой данных системы 85
2.2.1. Обоснование целесообразной схемы построения базы данных 85
2.2.2. Алгоритм управления базой данных системы 87
2.3. Выводы 94
ГЛАВА 3. Программное обеспечение информационных систезя планирования режимов орошения . 96
3.1. Программный комплекс информационной системы - проектированию режимов орошения 96
3.1.1. Состав решаемых задач и их информационное обеспечение 96
3.1.2. Наборы данных и структура программного комплекса 99
3.2. Программный комплекс информационно-советующей
системы оперативного планирования орошения ПО
3.2-1. Состав решаемых задач и их информационное обеспечение 110
3.2.2. Наборы данных и структура программного комплекса 112
3.3. Выводы 123
ГЛАВА 4. Внедрение и экономические показатели функциониро вания информационных систем планирования режимов орошения 125
4.1. Внедрение информационной системы по проектированию режимов орошения 125
4.2. Внедрение информационно-советующей системы оперативного планирования орошения
4.2.1. Производственные испытания системы 128
4.2.2. Внедрение системы В 1983...84гг 131
4.2.3. Схема оценки экономических показателей применения системы 134
4.2.4. Оценка других показателей эффективности системы 137
4.3. Выводы 139
Выводы и предложения производству 140
Список основной использованной литературы
- Установление вероятной сезонной динамики дефицита Водопотребления культур и режимов орошения заданной обеспеченности
- Обзор имеющихся методик и систем оперативного планирования режимов орошения
- Наборы данных и структура программного комплекса
- Внедрение информационно-советующей системы оперативного планирования орошения
Введение к работе
ХХУЇ съезд КПСС определил в качестве главной задачи развития народного хозяйства СССР осуществление курса на подъем материального и культурного уровня жизни народа на основе динамичного и пропорционального развития общественного производства и повышения его эффективности в первую очередь за счет интенсификации экономики страны» более рационального использования производственного потенциала, экономии всех видов ресурсов.
її определенной на октябрьском (1984; г.) Пленуме ЦК КПСС.
Долговременной программе мелиорации земель наряду с увеличением орошаемых площадей предусматривается комплекс мероприятий по ускорению научно-технического прогресса в мелиорации» направленного на эффективное использование орошаемых земель и водных ресурсов, а также обеспечение гарантированного получения высоких урожаев.
Решение задачи устойчивого повышения продуктивности орошаемого земледелия» разумеется» требует оптимального управления всеми факторами» влияющими на урожайность растений» Однако в зо« нах недостаточного естественного водоснабжения растений эффективность всех агротехнических мероприятий на орошаемых землях зависит от качественных и количественных характеристик применяемых режимов орошения. Поэтому проектирование и оперативное планирование поливных режимов являются задачами первостепенной важное ти. ХХУЇ съезд КПСС определил в качестве главной задачи развития народного хозяйства СССР осуществление курса на подъем материального и культурного уровня жизни народа на основе динамичного и пропорционального развития общественного производства и повышения его эффективности в первую очередь за счет интенсификации экономики страны» более рационального использования производственного потенциала, экономии всех видов ресурсов.
її определенной на октябрьском (1984; г.) Пленуме ЦК КПСС.
Долговременной программе мелиорации земель наряду с увеличением орошаемых площадей предусматривается комплекс мероприятий по ускорению научно-технического прогресса в мелиорации» направленного на эффективное использование орошаемых земель и водных ресурсов, а также обеспечение гарантированного получения высоких урожаев.
Решение задачи устойчивого повышения продуктивности орошаемого земледелия» разумеется» требует оптимального управления всеми факторами» влияющими на урожайность растений» Однако в зо« нах недостаточного естественного водоснабжения растений эффективность всех агротехнических мероприятий на орошаемых землях зависит от качественных и количественных характеристик применяемых режимов орошения. Поэтому проектирование и оперативное планирование поливных режимов являются задачами первостепенной важное ти. От степени соответствия проектных и реализуемых решений требуемым условиям во многом зависят прибавки урожаев сельскохозяйственных культур» эффективность использования капитальных вложе ний в строительство оросительных систем» использования ресурсов воды, техники полива и энергии» а также сохранность плодородия орошаемых земель С точки зрения проектирования и оперативного планирования режимов орошения к основным особенностям современных оросительных систем следует отнести::
большое количество объектов, требующих индивидуальных проектных решений и управляющих воздействий, их значительное пространственное рассредоточение;
невозможность массового аппаратурного» анализа и контроля технологических параметров состояния объектов (и, как следствие, необходимость применения расчетных моделей);
взаимосвязь объектов между собой и вытекающая из этого необходимость многоуровневого планирования;
подверженность воздействию стохастических факторов, не под-» дающихся надежному прогнозированию;
многофакторность и недостаточная изученность процесса фор» і мирования конечного результата функционирования систем урожая.
В связи с этим современное проектирование и оперативное планирование режимов орошения характеризуется следующими тенден циями: широким применением расчетных моделей установления сезонной динамики водопотребления сельскохозяйственных культур;
необходимостью обработки значительных объемов информации (метеоданные, параметры состояния объектов);
применением многовариантных вычислительных и оп .гимизацион ных процедур (комплектование графиков поливов, оптимизация при недостаточных ресурсах)»
Этим обуславливается широкое внедрение в практику проектирования и оперативного планирования орошения математических ме« тодов и средств вычислительной техники»
Стаж использования ЭВМ в проектировании исчисляется 10 »• Б«»ю годами _2б] Среди алгоритмов расчетного установления про » ектных поливных режимов» разработанных за это время и доведенных до) машинной реализации, прежде всего следует отметить [54, З] • Тем не менее существующие алгоритмы и программы не обеспечивают получение эффективных проектных решений Основными причинами неудовлетворительного состояния автоматизации проектирования ре« жимов орошения являются:
многофакторность и стохастический характер решаемых задач, требующие подхода с позиций статистического анализа;
несовершенство применяемых методов решения задач, перенос недостатков ручного проектирования в машинные алгоритмы;
недооценка роли проектировщика при автоматизированном про ектировании;
низкий уровень проработки вопросов ввода вывода машинных документов и сервиса в программном обеспечении задач проектиро вания.
В отличие от проектирования использование ЭВМ в целях авто матизации: оперативного планирования поливных режимов начато в нашей стране лишь в последние годы. К числу основных причин та кого положения следует отнесТИІ существенно более высокие требования к составу т адекватности расчетных моделей;
необходимость дополнительного оснащения оросительных сис« тем средствами измерения, управления и связи;
более низкий уровень готовности эксплуатационного персона »-ла к автоматизированному решению задач- (по сравнению с научны ми работниками и проектировщиками).
В то же время традиционные методы оперативного планирования поливов не только не обеспечивают эффективную: эксплуатацию дорогостоящих инженерных систем, но и приводят к ухудшению гид ромелиоративной обстановки и снижению; плодородия почіи В связи с этим разработка совершенных методов и средств оперативного планирования режимов орошения выдвигается в ряд, основных: народа нехозяйственных задач В Долговременной программе мелиорации земель намечено развитие автоматизации; управления водохозяйст» венными системами по агроме те опарам етрам, а также " расширение применения информационно-советующих систем и дистанционных методов сбора информации".
Целью работы являлось повышение качества проектных и эка плуатационных режимов орошения на основе комплексной автомати-» зации: процессов их планирования. Достижение цели обеспечивалось обоснованием, разработкой и реализацией на ЭВМ математических моделей и алгоритмов решения комплекса задач: планироззания режимов орошения.
Методическая основа исследований заключается в обобщении опыта проектирования и эксплуатации оросительных систем, ста тистическом анализе многолетних наблюдений метеорологической сети и расчетных дефицитов водопотребления: сельскохозяйственных культур, применении аппарата математического программиро вания и методов календарного планирования с учетом возможное » тей обработки информации современными средствами вычислитель ной техники.
Научная новизна работа.
Г. Установлены закономерности сезонной вариации и построен на статистическая модель распределения расчетных дефицитов во долотребления сельскохозяйственных кулыур.
2. Разработан алгоритм объективного» установления вероятной сезонной динамики дефицитов водопотребления и проектных режимов орошения куль тур для любых заданных уровней обеспеченности».
3» Впервые на основе методов календарного планирования выполнена алгоритмизация комплектования проектных графиков поли » вов 4. Разработан алгоритм комплектования оперативних планов графиков поливов и их оптимизации при недостаточных ресурсах. Практическая ценность работы состоит в алгоритмизации за» дач планирования режимов орошения и в разработке на ее основе программных комплексов информационной системы по проектированию режимов орошения и информационно-советующей системы оперативного планирования орошения, предназначенных для использования в зонах недостаточного и неустойчивой» естественного увлажь нения страны.
Реализация работы» Алгоритмическое и программное обеспечение информационной системы по; проектированию режимов орошения успешна применяется в институтах Укргипроводхоз, Севкавгипро— водхоз и в Воронежском СХИ#. Результаты расчетов использовались при проектировании Каховской оросительной системы О очередь), орошения в зоне Северо-Крымского канала (Пи 1 очереди)"» Севе— ро-Рогачикской (Ш и ІУ очереди), Александровской» Приазовской, Серогозской и других оросительных систем, а также дія районирования нормативов водопотребления сельскохозяйственных куль тур на Украине (1982), при проектировании схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р.Куры (1983), при разработке укрупненных норм эодопотребности и водоотведе— ния к орошаемом земледелии- (1984).
Модели и программы информационно-совеїующей системы, one ративного планирования орошения (ЙСС 0П0) внедрены и семи областях УССР на площади 464,6 тыс.га, а также в Молдгшии, Крас нодарском и Ставропольском краях на площади около 70 тас.га.
Экономический эффект от применения ИСС ОГГО составил:
в 1982 г. (на площади 97,6 тыс.га) - 1,9 млн.руб.;
в 1983 г. (на площади 230,7 тас.га) - 3,2: млн.руб ;
в 1984 г. (на площади 464,6 тыс.га) - 6,4 млн.руб.
Апробация работы. Результаты разработок доложены на четырех всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях по- вопросам: нормирования водопотребления, проектирования и эксплуатации: оросительных систем (Рига, 1976; Киез, 1980, 1983; Кишинев, 1983), а также на НТС Минводхоза УССР (1982, 1983), Совете по создании ОАСУ Минводхоза СССР (1981, 1983, 1984), Коллегии Минсельхоза СССР (1983) и Академии сельскохозяйственных наук ІДР (1978, 1981% Элементы работа представлялись на ВДНХ СССР (бронзовая медаль, 1978) и УССР.
Публикации. По теме диссертации опубликовано; 12 печатных работ Объем работа. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы (112 наименований) и трех приложений. Диссертация: изложена на 263 страницах, из них 109 с. основного текста, 19 таблиц, 26 иллюст раций и трех приложений.
орошаемых земель С точки зрения проектирования и оперативного планирования режимов орошения к основным особенностям современных оросительных систем следует отнести::
большое количество объектов, требующих индивидуальных проектных решений и управляющих воздействий, их значительное пространственное рассредоточение;
невозможность массового аппаратурного» анализа и контроля технологических параметров состояния объектов (и, как следствие, необходимость применения расчетных моделей);
взаимосвязь объектов между собой и вытекающая из этого необходимость многоуровневого планирования;
подверженность воздействию стохастических факторов, не под-»
дающихся надежному прогнозированию;
многофакторность и недостаточная изученность процесса фор»
і мирования конечного результата функционирования систем урожая.
В связи с этим современное проектирование и оперативное
планирование режимов орошения характеризуется следующими тенден циями:
широким применением расчетных моделей установления сезонной
динамики водопотребления сельскохозяйственных культур;
необходимостью обработки значительных объемов информации
(метеоданные, параметры состояния объектов);
применением многовариантных вычислительных и оп .гимизацион ных процедур (комплектование графиков поливов, оптимизация при недостаточных ресурсах)»
Этим обуславливается широкое внедрение в практику проектирования и оперативного планирования орошения математических ме«
тодов и средств вычислительной техники»
Стаж использования ЭВМ в проектировании исчисляется 10 »• Б«»ю годами _2б] Среди алгоритмов расчетного установления про » ектных поливных режимов» разработанных за это время и доведенных до) машинной реализации, прежде всего следует отметить [54, З] • Тем не менее существующие алгоритмы и программы не обеспечивают получение эффективных проектных решений Основными причинами неудовлетворительного состояния автоматизации проектирования ре« жимов орошения являются:
многофакторность и стохастический характер решаемых задач, требующие подхода с позиций статистического анализа;
несовершенство применяемых методов решения задач, перенос недостатков ручного проектирования в машинные алгоритмы;
недооценка роли проектировщика при автоматизированном про ектировании;
низкий уровень проработки вопросов ввода вывода машинных документов и сервиса в программном обеспечении задач проектиро вания.
В отличие от проектирования использование ЭВМ в целях авто матизации: оперативного планирования поливных режимов начато в нашей стране лишь в последние годы. К числу основных причин та кого положения следует отнесТИІ
существенно более высокие требования к составу т адекватности расчетных моделей;
необходимость дополнительного оснащения оросительных сис«
тем средствами измерения, управления и связи;
более низкий уровень готовности эксплуатационного персона »-ла к автоматизированному решению задач- (по сравнению с научны ми работниками и проектировщиками).
В то же время традиционные методы оперативного планирования поливов не только не обеспечивают эффективную: эксплуатацию дорогостоящих инженерных систем, но и приводят к ухудшению гид ромелиоративной обстановки и снижению; плодородия почіи В связи с этим разработка совершенных методов и средств оперативного планирования режимов орошения выдвигается в ряд, основных: народа нехозяйственных задач В Долговременной программе мелиорации земель намечено развитие автоматизации; управления водохозяйст» венными системами по агроме те опарам етрам, а также " расширение
применения информационно-советующих систем и дистанционных методов сбора информации".
Целью работы являлось повышение качества проектных и эка плуатационных режимов орошения на основе комплексной автомати-» зации: процессов их планирования. Достижение цели обеспечивалось обоснованием, разработкой и реализацией на ЭВМ математических моделей и алгоритмов решения комплекса задач: планироззания режимов орошения.
Методическая основа исследований заключается в обобщении
опыта проектирования и эксплуатации оросительных систем, ста тистическом анализе многолетних наблюдений метеорологической сети и расчетных дефицитов водопотребления: сельскохозяйственных культур, применении аппарата математического программиро вания и методов календарного планирования с учетом возможное » тей обработки информации современными средствами вычислитель ной техники.
Научная новизна работа.
Г. Установлены закономерности сезонной вариации и построен на статистическая модель распределения расчетных дефицитов во
долотребления сельскохозяйственных кулыур.
2. Разработан алгоритм объективного» установления вероятной сезонной динамики дефицитов водопотребления и проектных режимов орошения куль тур для любых заданных уровней обеспеченности».
3» Впервые на основе методов календарного планирования выполнена алгоритмизация комплектования проектных графиков поли » вов 4. Разработан алгоритм комплектования оперативних планов графиков поливов и их оптимизации при недостаточных ресурсах. Практическая ценность работы состоит в алгоритмизации за»
дач планирования режимов орошения и в разработке на ее основе программных комплексов информационной системы по проектированию режимов орошения и информационно-советующей системы оперативного планирования орошения, предназначенных для использования в зонах недостаточного и неустойчивой» естественного увлажь нения страны.
Реализация работы» Алгоритмическое и программное обеспечение информационной системы по; проектированию режимов орошения успешна применяется в институтах Укргипроводхоз, Севкавгипро— водхоз и в Воронежском СХИ#. Результаты расчетов использовались при проектировании Каховской оросительной системы О очередь), орошения в зоне Северо-Крымского канала (Пи 1 очереди)"» Севе— ро-Рогачикской (Ш и ІУ очереди), Александровской» Приазовской, Серогозской и других оросительных систем, а также дія районирования нормативов водопотребления сельскохозяйственных куль тур на Украине (1982), при проектировании схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р.Куры (1983), при разработке укрупненных норм эодопотребности и водоотведе—
ния к орошаемом земледелии- (1984).
Модели и программы информационно-совеїующей системы, one ративного планирования орошения (ЙСС 0П0) внедрены и семи областях УССР на площади 464,6 тыс.га, а также в Молдгшии, Крас нодарском и Ставропольском краях на площади около 70 тас.га.
Экономический эффект от применения ИСС ОГГО составил:
в 1982 г. (на площади 97,6 тыс.га) - 1,9 млн.руб.;
в 1983 г. (на площади 230,7 тас.га) - 3,2: млн.руб ;
в 1984 г. (на площади 464,6 тыс.га) - 6,4 млн.руб.
Апробация работы. Результаты разработок доложены на четырех всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях по- вопросам: нормирования водопотребления, проектирования и эксплуатации: оросительных систем (Рига, 1976; Киез, 1980, 1983; Кишинев, 1983), а также на НТС Минводхоза УССР (1982, 1983), Совете по создании ОАСУ Минводхоза СССР (1981, 1983, 1984), Коллегии Минсельхоза СССР (1983) и Академии сельскохозяйственных наук ІДР (1978, 1981% Элементы работа представлялись на ВДНХ СССР (бронзовая медаль, 1978) и УССР.
Публикации. По теме диссертации опубликовано; 12 печатных
работ Объем работа. Диссертация состоит из введения, четырех
глав, выводов, списка используемой литературы (112 наименований) и трех приложений. Диссертация: изложена на 263 страницах, из них 109 с. основного текста, 19 таблиц, 26 иллюст раций и трех приложений.
Установление вероятной сезонной динамики дефицита Водопотребления культур и режимов орошения заданной обеспеченности
Переход, проектных организаций : к определению обеспеченности дефицита водопотребления непосредственно по ранжированным рядам, годовых сумм был сделан по инициативе институтов УкрНИИГИМ, Укргипроводхоз и В/О "Союзводпроект"1 І77)
Для определения обеспеченности N каждого; значения ранжир рованного ряда годовых сумм дефицита водопотребления применяет ся формула где m порядковый номер члена ранжированного ряда; п » количество членов ряда Заметим, что применение формулы опирается на предположение о равномерной распределенности годовых сумм дефицита
Для; решения второй части задачи моделирования вероятной сезонной, динамики водопотребления заданной обеспеченности в практике проектирования применяются следующие предложения: в качестве искомой модели принимается сезонная динамика де фицита водопотребления расчетного года с суммарным дефицитом; отвечающим заданной обеспеченности; метод, частичного- осреднения подекадное осреднение дефици»-тов водопотребления за 3#. 5 леті за год а суммарным дефицитом. заданной обеспеченности и 2»»Ф4 х соседних по ранжированному ряду лет [її, с .601] ; метод равновероятных декад «- ранжирование по декадам дефи» цитов водопотребления в пределах всего многолетнего, ряда и прийнятне в качестве вероятной динамики распределение дефицита в строке, соответствующей заданной обеспеченности [92, с»60 63] (предложенные институтами УкрНЙИ ГиМ и Южгипроводхоз варианты этого метода различались только способами приведения суммі дефи -цитов выбранной .строки в соответствие с сезонной суммой заданной обеспеченности); метод. Волгогипроводхоза расчет поз годам; нарастающих сумм, декадных дефицитов, ранжирование по декадам: промежуточных и; ко«-нечных сумм и принятие в качестве искомой динамики нарастание дефицита той строки, конечная сумма которой совпадает с аезон» ной суммой дефицитов-- заданной обеспеченности [92, с,61, 6k] .
Для определения эффективности того, или: иного подхода к ре шениго задачи по данным пяти метеостанций различных природно-климатических зон УССР рассчитаны 35. #50-летние массивы ае« зонной динамики дефицитов-водопотребления основных культур и на их основе укомплектованы многолетние графики поливов типового: зернокормового еевообврма Qi($ зерновых, 3($ трав, по; 10$ кукурузы на силос, кормовых корнеплодов и овощей, 25$ пожнив ной кукурузы}. Отвечающие полученным множествам: графиков ранжи рованные ряды расчетных гидромодулей приняты в качестве эталон на при оценке соответствия моделируемой динамики дефицитов во« допотребления заданным уровням обеспеченности Для проведения такого сравнения на основе перечисленных методов построены модели сезонной динамики дефицитов водопот-ребления 50 , 55»,...95- типроцентной обеспеченности, а также получены отвечающие этим моделям укомплектованные графики поли вов и расчетные гидромодули.
Причина нестабильности результатов моделирования проектного режима по одному году очевидна. В связи со случайным характером
сезонного- накопления дефицита водопотребления принятие в качеств ве вероятного распределения дефицита заданной обеспеченности хода его изменения в одном реальном году дает неустойчивые решения» Увеличение или уменьшение ряда данных приводит к смене года» со- ответствующего заданной обеспеченности, что влечет за собой принципиальные изменения сезонной динамики дефицитов водопотребления и сроков поливов Причины занижения расчетных гидромодулей при применении. дру гих методов состоят в следующем.
Характерной особенностью реальных лет является значительное рассеяние дефицита водопотребления относительна сглаженной кривой» отвечающей обеспеченности расчетного года (рисЛЛ, а). В то же время применяемые модели сводят это рассеяние к минимуму (рис Л Л» б), что существенно) облегчает комплектование графиков поливов, но, как правило» занижает их расчетные ординаты. Для получения- объективных проектных решений необходимо.учесть и вое-становить сезонное рассеяние.
Кроме того, в связи с разными сроками начала и конца ороси тельного периода различных культур, заданный уровень обеспечен ности суммарного водопотребления приходится на разные календар ные годы» В разные годы колебания декадных дефицитов не совпадав ют по времени и направлению
Таким образом, существующие алгоритмы решения задачи установления вероятной сезонной динамики дефицита водопотребления» отвечающей заданному уровню обеспеченности» обладают рядом существенных недостатков и не обеспечивают получения объективных проектных решений
Разработка более совершенного метода моделирования сезон— ной динамики дефицита водопотребления культур любого заданного) уровня обеспеченности предшествовал статистический анализ случайного, процесса формирования моделируемого параметра»
Вяло установлено;» что средневзвешенные декадные дефициты водопотребления для совокупности культур аевооборотов имеют вы аокую корреляцию (0,95...0,99) с дефицитами водопотребления от— дельных культур (табл.1.6).
Это позволяет, построив модель вероятной сезонной динамики средневзвешенных дефицитов водопотребления, с. помощью предварительно установленных уравнений регрессии переходить от этой модели к динамике дефицита отдельных культур. Такой подход к ре шению задачи обеспечивает синхронность колебаний дефицита водопотребления разных культур, а также позволяет уменьшить размерность задачи и в дальнейшем ограничиться статистическим анализом- процесса формирования средневзвешенных дефицитов.
Существенной для обоснования последующих шагов решения за дачи являлась оценка значимости связи между многолетними ряда-ми значений сій различных декад Стабл.1.7).
Обзор имеющихся методик и систем оперативного планирования режимов орошения
Основным преимуществом существующего метода является прос» тота ее реализации.. Метод осваивается сравнительно легко и посыле небольшой: практики позволяет выполнять одному человеку вруч ную все подготовительные операции и собственно- комплектование графика поливов одного севооборотного участка за 5.«.3 часов Однако наряду с атим метод обладает рядом существенных недастат -ков, ставящих под сомнение целесообразность его применения Ос» новным из них является нарушение обязательного условия поддержав ния расчетной влажности активного слоя почвы в оптимальных пре делах»
Устранение этого допущения сопряжено со значительными трудностями» обусловленными следующим обстоятельством.»
Комплектование графиков поливов состоит в направленном, из»-менении сроков проведения поливов в пределах допустимых интервал-лов их проведения. С увеличением допустимых интервалом поливов увеличиваются возможности перемещения сроков поливов» что в свою очередь» облегчает комплектование,. В то же время величина до -пустимого интервала полива в значительной степени зависит от ско- рости изменения влажности почвы и достигает своего минимального значения при максимальных суточных дефицитах водопотребления[72], В это же время максимальные значения принимает величина потреб ности растений в воде, а, следовательно, и ордината графика по »-ливов. Таким образом, процесс комплектования графиков поливов обладает следующей особенностью: локальные пики графика прихо -дятся на те периоды» когда возможности перемещения сроков поливов» образующих пики, минимальны..
Таким образом, механическое снятие допущения о возможности нарушения сроков поливов делает существующий метод неэффектив« ЯНН В то же время увеличение допустимых интервалов проведения поливов может быть осуществлено без нарушения режима оптимально» го увлажнения. Как показано В.П.Остапчиком в [72] , расширение допустимых границ поливов достигается при проведении поливов ма лыми нормами. При этом несмотря на то, что общая продолжи те ль ность всех поливов на поле (и оросительная: норма) остается без изменения, сроки их проведения становятся менее жесткими. Это позволяет снизить ординату графика поливов в периоды, характери зующиеся высокими значениями дефицита водопотребления.
Вместе с тем в реальных условиях необходимо стремиться к проведению поливов экономически целесообразными нормами. Поэтому снижение поливных нор« (ас ним повышение эксплуатационных зат рат) оправдано лишь тогда, когда это приводит к снижению макси«-мальной ординаты графика поливов» При этом предел такого снижен ния должен быть регламентирован.
Второй недостаток метода связан с тем» что для объективной оценки требуемых расходов водоподачи на участках внутрихозяйст- -венной сети необходимо комплектовать графики поливов для всех лет ротации севооборотного участка В связи ь относительно) высоткой трудоемкостью метода выполнение этой операции вручную невоз»-можно Третьим недостатком метода является отсутствие правил, по которым определяется последовательность перемещения сроков про -ведения поливов. Это приводит к тому, что результат решения за» дачи полностью зависит от квалификации и объективности исполни» теля С учетом изложенного для решения задачи предлагается следующая последовательность операций: а) расчет максимально допустимых значений поливных норм на каждом поле; 6)N установление биологически оптимальных режимов орошения культур, отвечающих вычисленным значениям поливных норм; в)4 комплектование графика поливов с учетом возможности регулам ентированного уменьшения! поливных норм с последующей коррек тировкой биологически оптимальных режимов орошения
Наборы данных и структура программного комплекса
Основной набор данных информационной системы по проекта рованию поливных режимов предназначен для хранения нормативных данных и состоит из следующих информационных элементов: параметры расчетных моделей (справочники биологических характеристик культур и воднофизических характеристик почв); каталог состава и диапазона представления многолетней: динамики параметров метеорологического режима; многолетние ряды: метеорологических наблюдений.
Информационные связи между отдельными задачами; решаемыми системой, осуществляются с помощью вспомогательного набора дан ных. Вспомогательный! набор данных предназначен для хранения следующей; информации многолетней сезонной динамики декадного дефицита водопот ребления сельскохозяйственных культур для связи мезкду первой и- второй задачами); проектной сезонной динамики дефицита водопотребления: куль тур» соответствующей; заданной: обеспеченности (для связи, между второй! и третьей! задачами} Текущая редакция программного комплекса подготовлена ав тором:-на ЭВМ ЕС-ЮЗЗ под управлением 0CJ6I, ЗІ, 21] в версии 6.1 Сисполнение ОГ, редакция 7/2).
Предшествующие редакции [90, 44, 43] , подготовленные в 1973...80 гг., успешно эксплуатировались на ЭВМ "Минск 32", а также ЕС-І020 под управлением ДОС І59, 60] в версии 2.2.
Программный комплекс подготовлен на алгоритмическом языке ФОРТРАН [Ь9, 9І), Общий объем комплекса составляет около 3 тыс,операторов. При подготовке и описании программ; использовались также [25, 91, 38, 84, 28, 29, 30]и др. Иерархическая структура программного обеспечения пред ставлена на рис.3.1.
Каждому элементу структуры программного, обеспечения соот ветствует элемент программного комплекса (подпрограмма).. До полнительно к программному комплексу подключены не отраженные в структуре подпрограммы перекодировок и преобразований данных, а также подпрограмма координатного чтения- записи набора данных на устройстве прямого доступа.
Затраты машинного времени на ЕО-І033 в основном режиме работы составляют около 10 мин на I тыс.га проектируемых к орошению земель (при однократном расчете).. В табл.3.1 приведено распределение временных затрат и объема программного комплекса по основным разделам программно го обеспечения « вводом данных, решением функциональных задач и выдачей результатов.
Характерно, что на ввод, идентификацию и диагностирование исходных данных затрачивается всего около 5% расчетного времени, в то время как для реализации этих операций используется около 40$ программного комплекса. Раздел ввода исходных данных, позволяющий обнаружить наличие ошибки, локализовать ее и дать развернутое диагностическое сообщение, существенно повышает эксплуатационные характеристики программного комплекса и сис« темы в целом.
Пример распечатки результатов расчета многолетней дина« мики элементов поливного режима представлен на рис.3.2...3.4. По желанию пользователя может быть распечатана любая из пред ставленных таблиц Сили их совокупность).
Распечатка вероятной динамики дефицитов водопотребления, соответствующей заданной обеспеченности, представлена на рис» 3.5« В таблице печатаются декадные показатели (верхняя строчка) и их нарастающая сумма (нижняя строка).
Фрагмент графического представления укомплектованного графика поливов приведен на рис,3,6. На рис.3.7, 3,.8 дается макет представления результатов комплектования в табличной форме.
Программный комплекс предназначен для автоматизированного решения на ЭВМ следующих задач, оперативного планирования режимов орошения:: оперативное прогнозирование динамики влагозапаоов; определение биологически оптимальных сроков и норм поли» BOB; построение укомплектованных планов графиков поливов; оптимизация графиков поливов при недостаточных ресурсах; подготовка отчетности о- ходе орошения.
Для решения задачи оперативного прогнозирования динамики влагозапасов на поливном участке необходимы следующие виды информации: биологические параметры модели (степень затенения, глу бина активного слоя и коэффициенты транспирации в различные фазы развития сельскохозяйственных культур); воднофизические характеристики почв (уровень влажности почвы, при котором начинается редукция испарения и предел сни -жения влажности почвы); природно-климатические характеристики (среднемноголетние показания испаромера ГГИ 3000 и среднемноголетние даты наступления фаз развития культур}; организационногозяйственные параметры (коэффициент ис« пользования воды при поливе закрепленной единицей техники); воднофизические характеристики поливного участка Свлаж«-ность почвы при наименьшей влагоемкостй и расчетная (или измеренная) влажность на начало расчетного периода); текущие метеорологические данные (фактические показания испаромера ГГИ 3000, выпавшие осадки, данные краткосрочного синоптического прогноза); текущая ситуация на поливном участке (культура, фаза раз » вития, исполнительный поливной режим)»
Первые пять групп данных являются нормативной информации ей, последние две оперативной.
В результате решения задачи по каждому поливному участку формируются массивы текущей динамики влагозапасов в почвенном профиле и ожидаемой динамики влагозапасов в преде троящей де« каде.
Для определения биологически оптимальных сроков и норм поливов необходима следующая информация: границы диапазона оптимального увлажнения почвы (с уче -том биологических особенностей текущей фазы развития культуры); площадь поливного участка и параметры закрепленной за ней техники полива; влагозапасы при наименьшей влагоемкостй на поливном участке;
Внедрение информационно-советующей системы оперативного планирования орошения
Разработанные алгоритмы и программы информационной, системы па проектированию режимов орошения используптся практически всеми проектными организациями юга и средней полосы Евро -пейской части страны Рассчитанные с их помощью проектные ре» жимы орошения применялись при проектировании: шести крупнейших оросительных систем юга Украины» а также при районировании территорий по нормативам: водопотребления культур (Ш52, 1984)\ Применение информационной системы: повышает качество проектных решений, способствуя исключению влияния конъюнктурных соображении!! периода проектирования на выбор базисного параметра ороси тельных систем, а также дает экономию затрат за счет автомати зации работ в масштабе крупной проектной организации в размере около I? тас.руб в год. С2) Алгоритмы и программы информационно«совету:зощей систе« мы оперативного планирования орошения внедрены на площади свы ше 0,5 млн.га в степной и лесостепной зонах УССР, а также в
Молдавии, Краснодарском и Ставропольском краях. Обеспечиваемые при оксллуатации системы, учет и. анализ складывающихся соатно«-шений между внутренними; и внешними условиями функционирования орошения дают возможность наиболее рационального- построения технологического процесса и способствуют повышению урожаев культур, экономии водных и других ресурсов, а также уменьшению отрицательного: влияния орошения на плодородие почв и мелиора»-тивную: обстановку. Экономический; эффект о/т применения; системы в 1983...84 гг# в различных природных зонах Украины колеблется в пределах 8...35 руб/га в год. В 1984 г в целом: по- республик ке он составил 6,4 млн.руб.
1.Одной из основных причин недоборов проектное урожай ности сельскохозяйственных культур, а также недостаточной эф- фективности использования ресурсов и снижения плодородия почв на орошаемых землях является некачественное обоснование долго срочных и оперативных решений при планировании; режимов о.роше« ния. Ввиду многофакторности и стохастического;- характера решаемых задач устранение недостатков планирования возможна» на ойт-нове применения математических; методов моделирования и: средств вычислительной техники.
2. На основе установленных закономерностей сеззнной вариа цииі водопотребления культур разработан алгоритм: моделирования вероятной сезонной динамики дефицитов; водопотребления , ояшечаю- щей: заданному уровню, обеспеченности Применение алгоризма повнішає т устойчивость оценок нормативов; водопотребления культур ш обёсггечивает снижение оітносительнайі ошибки: определения расчет ных расходов аросительной сети до» 10...15 .
3. Разработанная- на основе методов календарного» планировав ния оптимизационная процедура комплектования, сезонных и; опера тивных графиков поливов обеспечивает Ю.#.3($ юе снижение мак симального уровня потребления ресурса на фоне жесткого- соблюдем ния биологически оптимальных диапазонов изменения, норм и сроков проведения поливов.
4 На основании опыта разработки и многолетней: аксплуата ции программ долгосрочного планирования подготовлен, и, внедрен в производство программный комплекс; информационной системы ПО) проектированию режимов орошения Система предназначена для рас четного установления а зонах недостаточного и: неустойчивого естественного) увлажнения, страны вероятных режимов, орошения сель скохо зяЙственных культур, требуемой пропускной способности се ти и расчетных гидромодулей проектируемой оросительной оистемы, отвечающих заданному уровню обеспеченности» Система рекомендует» ся также для определения нормативов водопотребления культур при районировании территорий и для моделирования многолетней динами»-ки параметров состояния объектов технологического» процесса о?ро» шения при обосновании целесообразного уровня обеспеченности сие.» тем и анализе возможных режимов работа технологического оборудо- вания.
Применение комплекса повышает надежность обоснования проектных решений и дает экономию затрат за счет автоматизации работ.
5. Разработаны и адаптированы к наиболее распространенному в СССР типу ЭВМ программное обеспечение и база данных: информа ционноюоветующей системы оперативного планирования орошения. Система предназначена для индивидуального.) оперативного планиро ваНИЯ ПОЛИВНЫХ реЖИМОВ На ПОЛЯХ С учеТОМ. НаЛИЧНЫХ ресурсов В:
масштабах о Злаати Скрая), либо; зоны деятельности УОС. Система рекомендуется к использованию в степной:и. лесостепной зонах УССР, в; Молдавии, в Краснодарском, и: Ставропольских краях РСФСР, а также в других регионах зоны, недостаточного и неустойчивого естественного увлажнения Европейской; части страны»
