Введение к работе
Актуальность проблемы. Водоотбор из внутренних водоемов для нужд ирригации, составляющий в среднем по России 7,8 тыс. м- воды на 1 га орошаемых земель и более 40 % от всего водопотребления, оказываег не только местное, но и глобальное влияние на состояние водоемов и водотоков. Вместе с оросительной водой из водоисточников изымается молодь рыб, которая в последующем гибнет на полях орошения, в агрегатах насосных станций и т.п.
Особенно актуален этот вопрос для водоемов и водотоков юга России, богатых уникальной ихтиофауной. Общая производительность мелиоративных водозаборов только бассейна Азовского моря составляет 2,35 тыс. м3/с, что превышает 75 % от производительности всех водозаборов этого бассейна. При этом по данным АзНИИРХ только на водозаборах Дона ежегодно погибает более 5 млрд. шт. молоди рыб, чем наносится не только экономический, но и экологический ущерб. В связи с этим крупная научно-техническая проблема проектирования и эксплуатации мелиоративных водозаборов из рыбохозяйствешю значимых водоисточников имеет особую актуальность. Предотвратить или существенно смягчить негативное воздействие водоотбора для целей орошения можно при соответствующем научно-обоснованном эколого-экономическом подходе к разработке водозаборных комплексов гидромелиоративных систем.
Традиционный подход к планированию забора воды на орошение не предусматривал сопоставления интересов орошаемого земледелия и рыбного хозяйства. При проектировании и эксплуатации мелиоративных систем исходили из обеспечения требуемых режимов орошения, а рыбоохранные вопросы решались гидротехническими методами путем создания рыбозащитных устройств и сооружений. Органическая взаимосвязь мелиоративной и гидротехнической составляющих процессов проектирования и эксплуатации должна
базироваться на комплексной эколого-экономической оптимизации принимаемых решений по водозаборам и другим водорегулирующим элементам мелиоративной системы.
Диссертационная работа выполнялась в рамках важнейшей государственной проблемы 0.85.01 (задание 0.01.06) и в соответствии с "Республиканской (федеральной) целевой научно-технической программой на 1992-1995 гг." (3.11/37.0 "Разработать новые высокоэффективные технологии и конструктивные решения по сохранению рыбных запасов в источниках орошения").
Объектом исследования являются водозаборы мелиоративных систем, функционирующие в комплексе с внутрисистемными регулирующими водоемами и головными водопроводящими элементами. В диссертации рассмотрена и проанализирована работа водозаборов из различных поверхностных водоисточников в пределах бассейна Азовского моря (pp. Дон, Кубань, Миус и др.) и, в частности, водозаборов Донского и Азовского магистральных канатов, Нижне-Манычской. Миусской. Федоровской и Петровско-Анастасиевскон оросительных систем.
Целью работы является совершенствование технологии и эколого-экономического обоснования проектирования и эксплуатации водозаборов и других водорегулирующих элементов мелиоративных систем с позиции снижения негативного воздействия забора воды на рыбные ресурсы источника орошения.
В соответствии с целью основными задачами являются:
разработка теоретических основ эколого-экономической оптимизации проектных решений и режимов эксплуатации водозаборных и водо-аккумулирующих сооружений оросительных систем:
разработка методов обоснования параметров водозаборных и водорегулирующих элементов оросительных систем, в том числе водозаборов ( рыбозашитными устройствами и регулирующих бассейнов;
— разработка методики оптимизации системных планов водопользова
ния оросительных систем с учетом рыбоохранного фактора.
Методология исследований базируется на использовании системного подхода, экономико-математических методов, имитационного моделирования на персонатьиых ЭВМ, экономических оценок инвестиционных проектов в современных рыночных условиях, теории надежности технических систем, экспертных оценок, автоматизированных баз данных и методики натурных гидравлико-биологических исследований.
Автор защищает подход, методы и методики эколого-экономического обоснования принимаемых решений при проектировании и эксплуатации водозаборных и водо-аккумулирующих элементов мелиоративных систем и, в частности:
систему аналитических и имитационных моделей для оптимизации параметров и режимов эксплуатации водозаборов и бассейнов суточного, декадного и месячного регулирования;
методику экономического сравнения инвестиционных проектов водозаборных гидротехнических сооружений в комплексе с рыбозащитными устройствами;
методику оптимизации планов водопользования оросительных систем с позиций охраны рыбных ресурсов источника орошения.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые разработана система математических моделей, основанная на интегральных экономических критериях, где сопоставляются единовременные и текущие затраты, эффект от орошения и ущерб, наносимый водозабором рыбным запасам источника орошения, и обеспечивающая оптимизацию:
компоновочно-конструктивного решения и параметров водозаборных сооружений;
типа и параметров рыбозащитных устройств;
пропускной способности магистральных каналов;
расчетной полезной емкости и режима эксплуатации регулирующих бассейнов оросительных систем;
плана забора воды в оросительные системы.
Для информационного наполнения моделей и обоснования методик в процессе натурных исследований отдельных мелиоративных водозаборов установлены:
гидравлические и гидрологические условия в зоне водоотбора из источника орошения;
закономерности суточной динамики попадания молоди рыб в обследованные мелиоративные водозаборы;
— показатели надежности работы рыбозашитных сооружений мелио
ративных водозаборов.
Практическую значимость диссертационного исследования составляют:
рекомендации по технико-экономическому обоснованию проектных решении и режимов эксплуатации мелиоративных водозаборов, магистральных каналов и регулирующих бассейнов оросительных систем;
автоматизированные банки данных по 13 тысячам существующих водозаборов страны, а также по типовым и индивидуальным проектным решениям рыбозашитных устройств;
конструктивное решение промывного устройства для сетчатых РЗУ;
алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированных рабочих мест инженера-мелиоратора проектной организации (АРМ-МП) и инженера-мелиоратора управления оросительных систем (АРМ-МЭ).
Реализация результатов работы. Практические рекомендации по проектированию, автоматизированные базы данных и программное обеспечение внедрено в производство в проектных институтах и в организациях, занимающихся рыбоводно-биологическим обоснованием и экспертизой проектов: институтах Кубаньгипроводхоз, Южгипроводхоз, Центральном управлении рыбохозяйственной экспертизы и нормативов по охране и воспроизвод-
ству рыбных запасов Роскомрыболовства, АО "Институт Ростовский Водока-налпроект", научно-производственном предприятии "Ростинжстрой", Каспийском НИИ рыбного хозяйства.
Результаты работы внедрены в проект водозабора Петровско-Анастасиевской оросительной системы в составе Тиховского гидроузла на р. Кубань, а также проекты реконструкции 2-ой очереди водозабора Уфимского нефтеперерабатывающего завода и объекта "Волжский автомобильный завод. Водозаборные сооружения на Куйбышевском водохранилище".
Практические рекомендации по эксплуатации водозаборов из рыбохо-зяйственно значимых водотоков внедрены в Государственном учреждении по мелиорации и водному хозяйству "Ростовводэксплуатация" и в Управлении мелиорации земель и водного хозяйства "Кубаньмелиоводхоз".
Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Республиканской конференции молодых ученых и специалистов по водному хозяйству (Ташкент, 1981), Всесоюзной конференции по применению ЭВМ в охране и рациональном использовании природных ресурсов (Севастополь, 1981), Всесоюзном координационном совещании по проблемам рыбоиропус-ка и рыбозашиты (Московская обл., 1982), Первой межреспубликанской конференции "Рациональное использование и охрана природных ресурсов бассейна Черного и Азовского морей" (Ростов-на-Дону, 1982), областных конференциях молодых ученых "Исследования рыбопропускных и рыбоза-шитных сооружений" (Новочеркасск, 1982, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве" (Новочеркасск, 1989), Региональной конференции "Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами" (Новочеркасск, 1990), Всесоюзном семинаре "Состояние контроля за выполнением эффективных рыбозашитных мероприятий при эксплуатации водозаборов" (Москва, 1991), Первой международной конференции "Биологические ресурсы Каспийского моря" (Астрахань, 1992), Региональной научно-технической конференции "Проблемы мелиорации и экономики юга России" (Новочеркасск, 1993), Областной научно-технической конференции "Проблемы ирригации в Ростовской области" (Новочеркасск, 1995), Всероссийской научно-практической конференции
"Эколого-эконо.мнческне аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использование орошаемых земель" (Новочеркасск, 1995). на заседании Научного совета РАН "Водные ресурсы России, их качество, комплексное использование и охрана" (Москва. 1995). на Всероссийской научно-практической конференции (Новочеркасск. 1996), конференции северокавказского филиала МАЭП "Экология и природопользование в Ростовской области" (Новочеркасск. 1996) и на Всероссийской научно-практической конференции "Управление устойчивым водопользованием" (Москва. 1997). а также на научно-технических конференциях НИМИ. ЮжИИИГиМа (НПО "ЮгМелпораиия") и ЮжГИПроВодХоза (Новочеркасск. 1980-1992).
П у б л и к а ц и и . По результатам выполненных диссертационных исследований опубликована 51 работа, в том числе монография "Эколого-экоиоушчеекое обоснование водозаборов оросительных систем".
Работа выполнялась в отраслевой лаборатории техническою обоснования проектов рыбопропускных и рыбозащитных комазексов НГМА. Обоснование и постановка проблемы, формирование научной идеи и задач исследований, а также методологического подхода к их реализации, теоретические и экспериментальные обоснования, анализ и формулировка результирующих научных положений осуществлены лично автором. По отдельным экономическим вопросам научным консультантом работы являлся д.э.н.. проф. В.А. ЬСардаш. Конкретные задачи экспериментальных исследований решались при участи аспирантов Дьяченко В.Б. и Костылева В.И., которые под научным руководством автора зашипіли кандидатские диссертации. В создании базы данных по водозаборам страны принимали участие сотрудники отраслевой лаборатории НГМА.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 248 наименовании, и приложений. Обший объем диссертации 375 страниц, в том числе 86 рисунков. 43 таблицы и 96 страниц приложений.