Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и актуальность исследований 10
1.1 Проблемы водоучетной политики и пути их решения в современных условиях 10
1.2 Анализ современного состояния водоучета на оросительных системах . 14
1.3 Мелиоративные системы Саратовской области 17
1.3.1 Особенности климатических и хозяйственных условий Саратовской области 17
1.3.2 Оценка технического состояния водоучета на мелиоративных системах Саратовской области 24
1.4 Анализ существующих методов и средств водоучета 29
1.4.1 Методы измерения расходов и объемов воды 29
1.4.2 Конструктивные особенности гидрометрических сооружений и предъявляемые к ним требования 37
2 Исследование структуры водоучета на оросительных системах на современном этапе 55
2.1 Организация управления водоучетом 55
2.2 Разработка мероприятий по формированию стратегии управления водоучетом 58
3 Теоретические предпосылки к исследованию свойств водомерных при ставок 70
3.1 Описание и принцип действия водомерных приставок 70
3.1.1 Водомерные приставки I и II вида 73
3.1.2 Водомерные приставки III вида 76
3.1.3 Водомерные приставки IV вида 77
3.2 Теоретические предпосылки к исследованию свойств водомерной приставки IV вида 79
3.3 Разработка методики учета воды на оросительных системах и определения оптимальных технических параметров водомерных приставок различных конструктивных решений 85
3.4 Гидравлическое подобие 89 '
4 Лабораторные исследования усовершенствованной конструкции водомерной приставки IV типа в модификации тонкого ребра у отверстия 94
4.1 Проектирование и изготовление лабораторного стенда 94
4.2 Моделирование усовершенствованной водомерной приставки 99
4.3 Методика выполнения лабораторных исследований усовершенствованной водомерной приставки 100
4.4 Результаты экспериментальных исследований усовершенствованной водомерной приставки 102
5 Комплексный анализ экономической эффективности внедрения усовершенствованной водомерной приставки на оросительных системах 108
5.1 Объекты внедрения 108
5.1.1 Саратовский оросительно-обводнительный канал 108
5.1.2 Энгельсская оросительно-обводнительная система 112
5.2 Оценка эффективности использования материалов при проектировании усовершенствованной водомерной приставки 114
5.3 Расчет общих показателей экономической эффективности от внедрения усовершенствованной водомерной приставки 118
5.4 Анализ риска инвестиций в проект 119
5.5 Анализ эффективности инвестиций в средства водоучета
с учетом дисконтированных доходов и затрат 122
5.5.1 Оценка чистой приведенной стоимости проекта 123
5.5.2 Оценка внутренней нормы доходности проекта 125
5.5.3 Оценка рентабельности проекта 127
Основные выводы и предложения производству 129
Литература 132
Приложения 149
- Анализ современного состояния водоучета на оросительных системах
- Теоретические предпосылки к исследованию свойств водомерной приставки IV вида
- Моделирование усовершенствованной водомерной приставки
- Оценка эффективности использования материалов при проектировании усовершенствованной водомерной приставки
Введение к работе
В настоящее время проблема рационального использования водных ресурсов не может решаться успешно без взаимоувязашюго рассмотрения вопросов водоучета и управления водораспределением, основанных на системных принципах.
Системные принципы водоучета предполагают осуществлять сбор, анализ и переработку информации с помощью комплекса технических средств, предназначенных для целей водоизмерения в условиях платного водопользования, а также для целей оптимального управления технологическими процессами водоподачи и водоотведения при максимальном удовлетворении потребностей в воде водопотребителей и при минимальном нанесении ущерба окружающей среде.
Основными задачами системы водоучета на гидромелиоративных системах являются (Ольгаренко, 2006):
учет расходов и объемов поступления в оросительную сеть воды из внутрисистемных водохранилищ, сбросной и коллекторно-дренажной сети;
учет расходов воды в точках выдела;
учет расходов воды, поступающей за пределы системы;
учет расходов воды в точках вододеления (исключая вододеление в напорных трубопроводах);
учет расходов воды на границах административно-хозяйственных регионов (субъектов РФ);
установление баланса водных ресурсов и потерь воды;
обеспечение правильной технической эксплуатации каналов и сооружений, проведение специальных исследований.
В соответствии с перечисленными задачами на гидромелиоративных системах создаются гидрометрические посты в дальнейшем именуемые пунктами водоучета.
Для реализации поставленных задач необходима организация четкой системы водоучета, выработка и принятие правильной технической концепции дальнейшего использования существующих и новых методов и технических средств измерений расходов и потребляемых объемов воды, организация, изготовление и оснащение учетными средствами гидромелиоративных систем и водохозяйственных объектов.
Основіїьш потребителем по объему забираемой воды (57 %) является сельское хозяйство страны. В связи с этим организация учета воды на оросительных системах является важной и первоочередной задачей (Кол-ганов, 1999).
В связи с новыми экономическими отношениями, переходом на платное водопользование в орошаемом земледелии и других отраслях народного хозяйства, широким использованием фермерских хозяйств, особое значение приобретает достоверный учет воды в пунктах забора ее из источников орошения и пунктах выдела. Учет воды в указанных пунктах является основой правильных экономических взаимоотношений, с одной стороны, между водохозяйственной эксплуатационной организацией и государством, с другой -между этой организацией и водопотребителем, и с третьей - между водопо-требителем и его хозрасчетными подразделениями. О чем и заключается «Типовой договор на услуги по подаче и использованию воды», принятый Водным кодексом РФ (Водный кодекс РФ, 1996).
Эффективность мелиорации земель во многом определяется состоянием эксплуатации оросительных систем. Современные системы требуют постоянного и квалифицированного надзора, четкого и оперативного управления процессами распределения воды по каналам межхозяйственной и внутрихозяйственной сети в соответствии с планами водопользования; контроля за использованием воды.
Износ и полное отсутствие средств учета расхода и стока на внутрихозяйственной сети приводит к нарушению планового водопользования, увеличению непроизводительных сбросов, величина которых порой достигает 30-
6 40 % от головного водозабора (Кожемяченко, 1977; Шпак, 1982ДЦедрин, 1995).
Данная работа посвящена исследованиям и соозданию технически совершенных средств водоучета на основе усовершенствования широко применяемых водомерных приставок, что позволит широко использовать их практически на всех имеющихся гидротехнических сооружениях открытой сети мелиоративных систем.
В условиях нарастающей антропогенной нагрузки на водные и наземные экосистемы, негативного изменения качественных и количественных показателей поверхностных вод, износа и старения гидротехнических сооружений и устройств мелиоративных систем, отсутствия рациональной системы водоучета необходима разработка и обоснование технически совершенных систем, обеспечивающих стабилизацию и устойчивое развитие водного хозяйства страны.
На современном этапе функционирования мелиоративного комплекса особую озабоченность вызывает состояние оросительно-обводнительных систем. Наблюдения на Энгельсской оросительно-обводнительной системе (типичной для Саратовского Заволжья) в 2003-2006 гг. показали, что уровни воды в канале понизились с 4-х до 2,5 м, отмечено резкое изменение горизонтов в течение суток (до 180см). Сложившаяся ситуация главным образом связана с неравномерным режимом подачи воды и неучтенным водозабором в хозяйственные отводы. Все это привело к резкому изменению режима эксплуатации оросительной системы, особенно ее работы в верхнем бьефе перед водомерными сооружениями. Последние работают в незатопленном режиме, тем самым не обеспечивая оперативный водоучет.
В связи с этим, возникли объективные предпосылки к адаптации средств водоучета на основе их модификации к измененному гидравлическому режиму оросительных каналов.
Цель работы. Совершенствование технологии учёта воды на оросительных системах на основе модернизации водомерных приставок.
7 Задачи исследований:
обзор существующего состояния учёта воды и конструкций водомерных приставок;
совершенствование стратегии учёта воды на оросительных системах Саратовского Заволжья;
теоретическое обоснование и разработка усовершенствованной конструкции водомерной приставки;
исследование гидравлических и конструктивных параметров водомерной приставки в лабораторных и полевых условиях;
усовершенствовать методику учёта воды и разработать предложения по совершенствованию эксплуатации водомерных приставок на оросительных системах Саратовского Заволжья;
определение технико-экономических показателей от внедрения водомерной приставки.
Научная новизна работы состоит в том, что:
выполнена комплексная оценка существующих средств и методов учёта воды и предложена стратегия их совершенствования на оросительных системах Саратовского Заволжья;
теоретически обоснована и разработана усовершенствованная конструкция водомерной приставки, обеспечивающая повышенную точность учёта воды и надёжность водораспределения;
усовершенствована методика учёта воды на оросительных системах и определения оптимальных технических параметров водомерных приставок различных конструктивных решений;
получены эмпирические зависимости, позволяющие установить количественные взаимосвязи коэффициента расхода водомерной приставки при различных гидравлических режимах в каналах K=f(H/a); напорах в верхнем бьефе K=f(H); конструктивных размеров водомерной приставки K=f (в/а), которые описываются уравнениями множественной регрессии с высоким уровнем достоверности R2=0,89-0,97.
8 Положения, выносимые на защиту:
структурно-функциональная схема управления процессом учёта воды и комплекс первоочередных мероприятий по его совершенствованию на оросительных системах Саратовского Заволжья;
теоретические предпосылки и обоснование рациональных конструкций водомерных приставок;
усовершенствованная методика учёта воды с использованием водомерных приставок и определение их оптимальных конструктивных параметров, обеспечивающие повышение точности учёта воды и надёжности водо-распределения;
экономическая эффективность от внедрения разработанной водомерной приставки.
Объектами исследований являлись оросительные системы Саратовского Заволжья, оборудованные водомерными приставками.
Методы исследований. Исследования выполнялись в соответствии с действующими нормативными документами и утвержденными методиками, разработанные соответствующими научно-исследовательскими институтами с применением элементов организационно-технологического моделирования. Расчёты и обработка результатов лабораторных и экспериментальных исследований выполнялись методами математической статистики с применеішем прикладных программ Microsoft Excel 2003 и Statistica v.6.0.
Личіное участие автора в получении научных результатов. Основные научные результаты, которые вынесены на защиту, получены лично соискателем в период с 2003 по 2006 гг. К ним относятся научные идеи, их разработка, постановка и проведение лабораторных и полевых исследований, обработка полученных данных и построение эмпирических зависимостей; реализация технических и технологических решений при модификации водомерной приставки на экспериментальных участках каналов и гидрометрических постах оросительных систем.
Практическая значимость работы. Получешше результаты исследований могут быть использованы проектными, водохозяйственными и эксплуатационными организациями для внедрения системы учёта воды с ис-пользовшшем разработанных водомерных приставок, обеспечивающей повышение точности водораспределния, экономию водных ресурсов и надёжность работы конструктивных решений.
Внедрение. Результаты исследований внедрены на Энгельсской ороси-тельно-обводнительной системе и Саратовском оросительно-бводнительном канале. Разработанное средство водоучёта в сравнении с базовыми обеспечивает оперативный водоучёт, снижая непроизводственные сбросы на 11 %. Годовой экономический эффект от внедрения разработанного средства водоучёта составил 54 руб/га при снижении металлоёмкости в среднем на 10%.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-практической конфе-ренции «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Пеша, 2003 г.); «Молодые учёные - агропромышленному комплексу Поволжского региона» (Саратов, 2004 г.); «Совершенствование методов гидравлических расчётов водопропускных и очистных сооружений» Всероссийских научно-практических конференциях, посвященных 117-й и 118-й годовщинам со дня рождения Н.И. Вавилова (Саратов, 2004,2005 гг.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2004,2005,2006гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе одна работа в издании, рекомендованном ВАК Минобразовании РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству и изложена на 145 страницах текста компьютерного набора, включает 21 таблицу, 39 рисунков, 9 приложений. Список используемой литературы включает 180 наименований, в том числе 5 на иностранном языке.
Анализ современного состояния водоучета на оросительных системах
Система водоучета на оросительных системах Российской Федерации включает гидропосты на открытой сети, пункты учета на закрытой сети и насосных станциях, соответствующее приборное обеспечение, включая простые средства измерения. По данным ГУ «ЮжНИИГиМ» (Современное состояние и перспективы развития мелиорации, 2003) на 1995 год на балансе эксплуатационных организаций находилось 13817 гидропостов и пунктов учета воды. В 2000 году их число сократилось до 7146. Таким образом, наблюдается быстрая деградация гидрометрической сети. Сокращение штатных гидропостов составляет более 50%. Достоверность количественных показателей не определена, так как уже более десяти лет не проводилась паспортизация гидропостов. Посты водоучета на открытых каналах оборудованы, как правило, гидрометрическими рейками различных образцов, включая нестандартные. Таких гидропостов большинство - 4132 и 5553 единиц. Приборами учета воды оснащены лишь 37 гидропостов. Причем, технические характеристики многих приборов не всегда отвечают требованиям действующим нормативно -техническим документам. Порядка 500 гидропостов на открытой сети существуют лишь номинально. Сведения об их состоянии отсутствуют, хотя в общем балансе они учтены. Такая же ситуация и на закрытой сети - 276 пунктов учета являются виртуальными, т.е. просто числятся. По оценкам эксплуатационных организаций (Современное состояние и перспективы развития мелиорации, 2003)в удовлетворительном состоянии находятся 3077 гидропостов на открытой сети и 406 пунктов учета на закрытой сети и все они не имеют метрологической аттестации.
Введение платного водопользования потребует неотложного восстановления, реконструкции и модернизации гидропостов, доведение их состояния до уровня требований Госстандарта России (Современное состояние и перспективы развития мелиорации, 2003). Учитывая отсутствие у Государственной метрологической службы необходимой нормативно - технической документации, придется ориентироваться на достаточно устаревшую отраслевую нормативно - технической документации разработки 70...80 годов. Этот фактор является весьма существенным при планировании работ по метрологическому обеспечению коммерческого водоучета. Важным фактором является также то, что техническое оснащение сети устарело как морально, так и физически - 90% используемых на постах водоучета технических средств - это простые устройства, ориентированные на ручной труд наблюдателя и разработанные свыше 25 лет тому назад. Самописцами уровня воды оснащено около 30% постов, расходомерами для открытых потоков (лотками, водосливами) - менее 5% постов, дистанционными гидрометрическими установками для измерения расходов воды - около 25% постов. Анализ имеющегося парка измерительных приборов по 59 субъектам Российской Федерации (Современное состояние и перспективы развития мелиорации, 2003) показывает, что основными типами средств измерения являются: - измерители уровня (перепадомеры) - гидрометрические рейки, пере-падомеры ПДС-80; ПС-0,3; ПУВ-2Е; РОС-1; ДЦУ; - измерители скорости - гидрометрические вертушки ГР-21М; ГР-55; ГР-99; - расходомеры со счетчиком стока УЗР-В; УЗР-ВМ; «Расход-7»; ИР-51; ИР-61;ВВ-200;СТВ. В последние годы в нашей стране в связи с развитием новых хозяйственных отношений начал проявляться интерес к организации коммерческого водоучета на оросительных системах, являющегося основой осуществления платного водопользования (Щедрин, 1995). Подобный подход вызывает необходимость концептуальных изменений принципов организации водоучета и кардинальной перестройки в оснащении водохозяйственных систем средствами водоучета и водоизмерения, в том числе и автоматизированными. Существующая техника и организация гидрометрических работ на оросительных системах нуждаются в значительном улучшении. Наиболее распространены сегодня методы косвенного измерения расхода (с помощью рейки и вертушки). При этом погрешность в измерениях достигает 10...25%. К сожалению, разработка новых современных приборов и оборудования велась бессистемно, имела во многих случаях конъюнктурный характер и не получила завершение в виде серийного выпуска и массового внедрения технических средств водоучета и водоизмерения на оросительных системах. Одной из основных причин такого положения явилось то, что до настоящего времени так и не была разработана научно-обоснованная концепция организации системного водоучета для оросительных систем с многоуровневой структурой технической оснащенности средствами автоматизации, не определена рациональная номенклатура средств измерения и их технических параметров.
Как правило, технические средства измерений расходов являются составной частью гидрометрических сооружений, которые также совершенствуются в направлении создания номенклатуры типовых ГТС. В связи с дефицитом средств массовый выпуск совершенных гидрометрических приборов и оборудования не предвидится. Поэтому в ближайшие годы будет преобладать тенденция оснащения оросительных систем более дешевыми и доступными средствами и методами водоучета. Тем не менее, в настоящее время в условиях перехода к платному водопользованию особенно актуальна разработка новой концепции организации системного водоучета на оросительных системах, выработка новых технологических и технических показателей, определяющих технический уровень методов и средств измерений, разработка оптимальной номенклатуры комплекса гидрометрических сооружений и средств измерений для гидромелиоративных систем.
Теоретические предпосылки к исследованию свойств водомерной приставки IV вида
Вход в водомерное сечение является местным сопротивлением или частным случаем сужения потока. Кинематическая картина движения воды в приставках, находящаяся под напором верхнего и нижнего бьефов, представляется в следующем виде. Поток у входа сужающего устройства претерпевает сосредоточенную деформацию. При этом струйки воды, поступая в водомерную часть искривляются под действием составляющих скоростей, формирующихся у входа. Вследствие искривления линий тока и появления при этом центробежных и инерционных сил, поток отрывается от внутренней поверхности входной части. На некотором расстоянии от плоскости входа образуется сжатое сечение потока. Затем поток расширяется. В пространстве над сжатым потоком образуется «мертвая зона» с вихревым движением жидкости (Гидравлика, гидрология, гидрометрия, 1987; Чугаев, 1982). Отрыв потока от стенок при обтекании кромки входа и связанное с ним вихреобразование обуславливают основную долю потерь напора. Незначительная доля невосстановимых потерь вызывается трением жидкости и вращением вальца над сжатым потоком. Указанные потери определяют перепад давлений двух сечений: перед входом и в шахте. Установим зависимость между расходом воды, проходящей через водомерное устройство, и перепадом давлений на входе в условиях напорного и затопленного истечения. Схема модели представлена на рисунке В уравнении Бернулли для принятых сечений коэффициент а, вводится как поправка к кинетической энергии и коэффициентов негидростатичности р - к потенциальной энергии потока.
Принимая горизонтальное основание сужающего устройства за плоскость сравнения, используем уравнение Бернулли, выбрав сечение 1-І в верхнем бьефе перед входом и сечение i-i близко к сжатому сечению потока, где струя несколько расширяется. Ввиду того, что в сечении i-i живое сечение потока имеет некоторую кривизну и средняя скорость наклонена к горизонтали, вместо коэффициента кинетической энергии а принимаем коэффициент aj, отражающий кривизну живого сечения потока и угол наклона средней скорости данного сечения. В указанном сечении линии токов также имеют незначительную кривизну, следовательно, возникают центробежные силы в потоке, которые определяют необходимость введения коэффициента потенциальной энергии, или коэффициента негидростатичности р, имеющего значение (Идельчик, 1954; Идельчик, 1975; Филиппов, 1981; Чугаев, 1982): где Кет - кривизна струек потока. Уравнение Бернулли имеет вид: Выразив скорость щ в сечении i-i через и в сечении II—II, полностью заполненной потоком, из уравнения неразрывности: mi = 9ш где со; - сечение живого потока, м2; Р г - величина давления в сечении; Ьпот - потери напора между 1-І и і-і, м. Потери напора hnOT при прохождении жидкости через водомерное устройство состоят из потерь при входе в отверстие, на расширение струи и трение по длине: Потери напора hn0T при обтекании кромки входа выражаем через скоростной напор в сечении И-П: где 4отв- коэффициент сопротивления в отверстии входа; Сж- средняя скорость в сжатом сечении потока, м/с; Є І - коэффициент сжатия потока; v- средняя скорость в сечении II-II, м/с. Потери напора при внезапном расширении потока от сжатого сечения к сечению i-i равняются скоростному напору потерянной скорости и запишутся в виде:
Выразив скорость в сжатом сечении исж через скорость в сечении II, из условия неразрывности получим: Потери на трение по длине участка расширения h определяются зависимостью: где - коэффициет трения по длине; L - длина участка расширения, м; а - диаметр трубы приставки, м. является коэффициентом расхода водомера приставки. Выражение для коэффициента К можно записать в следующем виде. Преобразовав первый член подкоренного выражения и исключив потери по длине из-за их незначительной величины выражение для коэффициента К будет: или коэффициент расхода водомера в сечении 1-І представляется как произведение коэффициента сжатия потока на коэффициент скорости: Для сечения II-II коэффициент скорости при затопленном истечении через приставку ф выражается обычной зависимостью: Коэффициент расхода водомера К, согласно формулы (3.22) является функцией определенных гидравлических элементов потока и параметров приставки: Определить значения аргументов функции в выражении 3.25, для принятых видов приставок не представилось возможным. Коэффициент К можно также записать в виде: где — - относительное расстояние от входа до сечения приставки; —- отношение ширины к высоте сечения; Нв, Нн - наполнения в верхнем и нижнем бьефах, м. Известно, что при прохождении воды через короткую трубу, а в данном случае через приставку, распределение давления по длине зависит непосредственно от очертаний и условий входа, от сечений и формы приставки, её длины, значений напоров в верхнем и нижнем бьефах и других причин. Согласно изложенного принципа действия расход воды, проходящий через приставку, является функцией перепада давлений на входе, т.е. перепада давлений между верхним бьефом и сечением трубы_за входом. При этом коэффициент расхода водомера, входящий в расходную формулу (3.20), должен сохранить постоянное значение, которое определяется приведенной функциональной зависимостью (3.26). Существующие методы и средства водоучета и темпы внедрения водомерных устройств не в полной мере отвечают требованиям научно обоснованного и рационального водопользования.
Основным препятствием широкому внедрению высокоадаптивных водомерных приставок является практически отсутствие детальной методики определения их основных параметров, что влечет за собой экстремальный режим работы гидротехнических сооружений открытой оросительной сети, завышение конструктивных размеров, и, как следствие, удорожание работ по созданию и обслуживанию гидрометрических пунктов. Порядок определенияа вида и различных модификаций водомерных приставок представляет собой логическую цепь последовательных расчетов. Детальное определение технических параметров водомерных приставок производится на основе предлагаемой нами структурно-функциональной схемы (рис. 3.5). Анализ гидравлического режима работы канала старшего порядка предусматривает установление фактических расходов или напоров в верхнем (со стороны диктующего горизонты) канала и диапазоны изменения расходов в каналах от минимального до максимально-форсированного значения в изменившихся (постпроектных) условиях (таблица 1.6). Анализ пропускной способности канала младшего порядка. На основании выявленного режима наполнения канала оросительной сети (по расходу или напору) необходимое проведение анализа пропускной способности канала младшего порядка (например, хозяйственного отвода), исходя из требуемого объема водоподачи в точки водовыдела.
Моделирование усовершенствованной водомерной приставки
Для проведения лабораторных исследований была разработана модель водомерного устройства в виде тонкого ребра у отверстия, выполненная из металла. Аналогом этого устройства было авторское свидетельство № 1747910 (Краснов, 1992). Изменив конструкцию водомерного устройства, мы убрали выступ, выходящий в поток, равный 0,25а. Нами преследовалась цель - получение повышенного коэффициента для увеличения пропускной способности сооружения и возможности его применения на каналах и сооружениях с измененными уровенными режимами. Рисунок 4.7 - Схема хозяйственного отвода X - Г. За аналог модели было взято водомерное устройство хозяйственного отвода Энгельсской оросительно-обводнительной системы - X-Y. Схема хозяйственного отвода Х-Г представлена на рисунке 4.7. Моделирование проводилось по Фруду (2.40, 2.41, 2.42). В результате был получен линейный масштаб aL = 3,3, показывающий во сколько раз геометрические размеры модели уменьшены по сравнению с натурой. Масштаб модели определен из условия сохранения турбулентного режима, а так же из возможности лаборатории. Если в натуре имеется расход равен QH = 500 л/с, то на модели, которая меньше натуры в 3,3 раза расход должен быть меньше в 3,3 , то есть QM = 20 л/с и соотношение скоростей натуры и модели \ H/WM = 3,30 5. Исходя из условий моделирования основных гидравлических явлений по Фруду, можно с достаточной степенью надежности использовать результаты проведения лабораторных исследований для оценки условий работы натурного водомерного устройства на хозяйственном створе X-V Энгельсской ООС. В силу геометрического подобия модели и натуры коэффициентов расхода, скорости, сжатия и сопротивлений, полученные при исследований модели, для автомодельной области останутся такими же и для натурного сооружения.
Числа Рейнольдса для модели и натуры имеют величины одного порядка и определяют автомодельную область исследований. Поэтому исследуемые процессы не зависят от чисел, а полученные значения коэффициентов расхода могут быть перенесены в натуру, согласно условиям моделирования. Через модель приставки, установленной на стенде лаборатории, пропущен расход воды, величину которого изменяли в диапазоне (Гидравлика, гидрология, гидрометрия, 1987): при разных горизонтах в верхнем и нижнем бьефах и открытия затвора. Наполнение в верхнем бьефе модели задается в диапазоне от 0,1 до 0,6 м. Расход воды через модель регулируется затвором модели сооружения в диапазоне от 5,0 до 50,0 л/с. Для определения влияния величины открытия затвора на режим работы водомерного устройства поднятие (опускание) щита производится через определенные интервалы в диапазоне от 0,25а до 1,0а. При установившемся уровне воды в верхнем бьефе и режиме истечения для соответствующего открытия щита затвора производятся измерения расхода воды на водосливах с одновременным измерением статических напоров по пьезометрам, соединенным с камерой верхнего бьефа, с нижним бьефом модели сооружения, со штуцером отбора давления на ребре водомерного устройства. Водомерные сооружения, в состав которых входит водомерная приставка предназначаются для оборудования отводов из магистральных каналов и распределителей любого порядка.
Горизонты воды в этих каналах определяются расходами воды или условиями водозабора в отвод, когда командование обеспечивается каким-либо подпорным сооружением. Наполнение или напор воды в верхнем бьефе головного сооружения на отводе, а, следовательно, перед входом в приставку, может быть переменной или постоянной величиной. Наполнение в нижнем бьефе за сооружением также изменяется и зависит от расхода воды, подаваемой в отвод. Поскольку наполнения в верхнем бьефе перед приставкой и в нижнем бьефе за приставкой могут быть различными, необходимо знать допустимые пределы их изменения при условии сохранения постоянного значения коэффициента расхода водомера К. Задачей лабораторных исследований являлось определение влияния изменения напора воды перед входом в приставку и наполнения в нижнем бьефе на коэффициент расхода водомера. Результаты исследований приведены в приложении Е, Ж, 3. По результатам измерений, полученных в ходе исследований моделей, производятся расчеты гидравлических параметров водомерных устройств. Водомерный перепад Ah (перепад напоров верхнего бьефа и сжатого сечения под ребром водомерного устройства) определяется по формуле: где Нвб - отсчет по пьезометру верхнего бьефа, мм; Нв - отсчет по пьезометру водомерного сечения, мм. Перепад уровней на водомерном устройстве Ahcy: где Нш - отсчет по пьезометру, соединенному с шахтой водомерного устройства, мм. Водомерный коэффициент расхода водомерного устройства определяется по формуле: где Q - расход воды через модель сооружения, м3/с; to - площадь отверстия водомерного устройства, м2; g - ускорение свободного падения, м/с2. Площадь отверстия водомерного устройства определяется по формуле: По материалам, полученным в результате опытов, строятся графики зависимости водомерного коэффициента от условий затопления модели в верхнем бьефе. В общем виде коэффициент выражается следующей зависимостью:
Оценка эффективности использования материалов при проектировании усовершенствованной водомерной приставки
Одна из главных задач мелиоративной науки - интенсификация производства при неуклонном соблюдении принципа ресурсосбережения. В общей системе мероприятий по обеспечению режима ресурсосбережения и экономии основное место занимает экономия предметов труда, под которой принято понимать уменьшение затрат сырья, материалов, топлива на единицу продукции, разумеется, без какого бы то ни было ущерба для качества, надежности и долговечности изделия. Существенно влияя на снижение себестоимости продукции, экономия материальных ресурсов оказывает положительное воздействие на финансовое состояние предприятия, финансовый образ проекта, экономический эффект от внедряемой техники. Для оценки эффективности материальных ресурсов в промышленности, в частности, в машино- и приборостроении применяются различные показатели уровня полезного использования материальных ресурсов. Применение обобщающих показателей (табл. 5.3) в экономическом анализе позволяет получить общее представление об уровне эффективности использования материальных ресурсов и резервах его повышения. Частные показатели (таблица 5.4) используются для характеристики эффективности потребления отдельных элементов материальных ресурсов (основных, вспомогательных материалов, металла, топлива, энергии и др.), а также для установления снижения материалоемкости отдельных изделий (удельной материалоемкости).
Материалоемкость продукции может быть измерена различными показателями: 1) удельным расходом материальных ресурсов на физическую единицу произведенной продукции (удельная материалоемкость): где Q - количество материальных ресурсов, израсходованных на производство данной продукции, N - количество годных единиц этой продукции. 2) величиной расхода нескольких видов материальных ресурсов в стоимостном выражении на физическую единицу производимой продукции (руб, на 1 т, 1 м ,\ м2 и т.д.): где Р - оптовые цены на материальные ресурсы, руб. Учитывая специфику производства и конструкцию водомерного устройства (таблица 5.5), частными показателями эффективности использования материалов при его проектировании как одного, так и в составе гидроузла (шлюза-регулятора) являются: материалоемкость - в аспекте применения железобетона при креплении и монтаже на вододелителе, и металлоемкость - в аспекте применения металла в конструкции самой водомерной приставки. Металлоемкость - количество металла, расходуемое на изготовление определенного механизма, машины или строительной конструкции. Анализ материалоемкости (металлоемкости) модифицированной водомерной приставки проводится нами по укрупненной номенклатуре с учетом как конструктивных особенностей приставки, так и с учетом требований, предъявляемых к качеству изготовления водомерных устройств (отражены в ОСТ 33-27-80 «Расходомеры для гидромелиоративных систем. Общие технические условия») приведены в таблице 5.6. 117 Удельная стоимость изготовления водомерной приставки IV вида в модификации тонкое ребро с учетом оптовой стоимости на сталь приведена в таблице 5.7.
Анализ экономического эффекта от экономии металла в натурно-стоимостном выражении на единицу продукции (приставка IV типа в модификации тонкое ребро у отверстия) и расчет конечной стоимости приведены в таблицах 5.8 и 5.9. Таблица 5.8 - Анализ экономического эффекта от экономии металла в натур Расчет экономической эффективности по определению экономической эффективности использования новой техники изобретений и рациональных предложений в орошении и осушении земель, обводнении пастбищ и мелиоративном строительстве производится по формуле: Эг = С, - С2 + Ен(К, - К2), руб (5.3) где Сі и С2 - себестоимость водоподачи до и после внедрения нового водомерного устройства, руб; Ен -коэффициент дисконтирования; К і и К2 -себестоимость водомерного устройства, руб. Для примера приведен расчет экономического эффекта при условии переоборудования четырехочкового сооружения ВМК - 1 Саратовского оро-сительно-обводнительного канала. Внедрение учетных средств позволит уменьшить головной водозабор на 20% ввиду рационального использования поливной воды, сокращения непроизводительных сбросов, улучшения технологии водоподачи (таблица 5.10). стоимость усовершенствованного устройства - 4500 руб. Экономический эффект определен как: Эг = (1461600-1169300)+ЕН (10800 - 28800)=292300-0,125 18000=290050 руб. или в расчете на 1 га площади, находящейся в сельскохозяйственном использовании: 290050/5340 = 54 руб/га. Инвестиционный проект предполагает планирование во времени трех основных денежных потоков: потока инвестиций, потока текущих платежей и потока поступлений. Ни поток текущих платежей, ни поток поступлений не могут быть спланированы вполне точно, поскольку нет и не может быть полной определенности относительно будущего состояния рынка и степени влияния государственного регулирования.
Объемы водоподачи и цена на реализуемую воду для водопользователей и водопотребителей, цены на материалы водомерных устройств и прочие денежно-стоимостные параметры рынка по факту их осуществления в будущем могут сильно разниться с предполагаемыми плановыми значениями, которые оцениваются с позиций сегодняшнего дня (Инструкция по определению экономической эффективности использования новой техники изобретений и рациональных предложений в орошении и осушении земель, обводнений пастбищ и мелиоративном строительстве, 1979). Неустранимая информационная неопределенность также влечет столь же неустранимый риск принятия инвестиционных решений. Всегда остается возможность того, что проект, признанный состоятельным, окажется de-facto убыточным, поскольку достигнутые в ходе инвестиционного процесса значе ішя параметров отклонились от плановых, или же какие-либо факторы вообще не были учтены. Заказчик (инвестор) должен максимально располагать всеобъемлющей оценкой риска, т.к. число факторов экономической жизни всегда превышает управленческие возможности принимающего решения лица, и обязательно найдется слабоожидаемый сценарий развития событий, который подорвет или сорвет инвестиционный процесс. В то же время инвестор обязан прилагать усилия по повышению уровня своей осведомленности и пытаться измерять рискованность своих инвестиционных решений, как на стадии разработки проекта, так и в ходе инвестиционного процесса. Способ оценки риска инвестиций прямо связан со способом описания информационной неопределенности в части исходных данных проекта. Если исходные параметры имеют вероятностное описание, то показатели эффективности инвестиций также имеют вид случайных величин со своим вероятностным распределением. Инструментом, который позволяет измерять возможности (ожидания), является теория нечетких множеств. Используя такой подход, разработан метод оценки инвестиционного риска и новый комплексный показатель оценки степени риска. Пусть в ходе многовариантной оценки инвестиционного проекта получены три значения показателя чистой современной ценности инвестиций: NPVmin - минимальное значение показателя, NPVmax - максимальное значение показателя, NPVexp - среднеожидаемое значение. Под эффективными шгеестициями мы понимаем такое множество состояний инвестиционного процесса, когда реальная чистая современная ценность проекта больше нуля.
