Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Совершенствование методов управления режимами работы водопропускных гидротехнических сооружений Ылясов, Аллаберды Ильясович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ылясов, Аллаберды Ильясович. Совершенствование методов управления режимами работы водопропускных гидротехнических сооружений : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.23.07.- Москва, 1995.- 59 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность проблемы. Нарастающий дефицит водных ресурсов в ряде Оассейнов и водохозяйственных систем различных мировых регионов обусловливает высокие требования к обоснованию и реализации водораспределения. Требуются надежные качественные изменения не только в методах проектирования и строительства, но и в процессе общего совершенствования технологий водоиспользования, в методах эксплуатации водохозяйственных систем. Управление такими системами должно обеспечивать высокие технико-экономические показатели, экономию вода, получение высоких и устойчивых урожаев на орошаемых землях, обеспечение производства необходимого количества кормов, бесперебойное водоснабжение коммунальных, промышленных и сельских хозяйств. При втом первостепенная роль отводится широкому использованию контрольно-измерительной аппаратуры, средств электроники и микропроцессорной техники, автоматизации процессов управления.

При проектировании, строительстве и эксплуатации водопропускных сооружений и водохранилищ речных гидроузлов, магистральных каналов и других гидротехнических сооружений крупных гидросистем одновременно приходится решать несколько проблем. Комплексное использование стока для целей орошения и обводнения, энергетики, судоходства, рыбоводства, обеспечения промышленного и коммунального хозяйства и др. требует, во-первых, разработки общего плана водопользования с максимальным удовлетворением требований отдельных потребителей. Во-вторых, для составления такого плана необходим систематический и надежный учет воды как в целом по гидросистеме, так и забираемой на нужды отдельных отраслей. И, наконец, в-третьих, необходимо решение ряда вопросов, связанных с обеспечением реализации такого плана и его текущей коррекцией по ходу изменения условий водопотребления. Эта комплексная проблема решается путем рационального управления водными ресурсами гидросистемы и имеет (особенно для вододефицитных регионов с разветвленной системой водоснабжения, например, для горно-пустынных условий Туркменистана) огромное народохозяйственное значение. Следует отметить, что хотя из общей территории Туркменистана - около 50 млн. га пригодны к орошению примерно 17 млн. га, но фактически в 1991 году орошалось только 1,4 млн.га. Очевидно, что дефицит водных ресурсов сдерживает здесь развитие сельского хозяй-

-k-

ства, базирующегося исключительно на орошаемых землях. Водные ресурсы внутренних рек Туркменистана ( Мургаб, Тежден-Герируд, Атрек и др.) практически исчерпаны, и их сток в перспективе можно прогнозировать только в сторону уменьшения, так как он поступает из сопредельных стран, в которых также прогнозируется увеличение водообеспечения их собственного сельскохозяйственного производства. Водные ресурсы реки Амударьи также практически полностью использованы, еэ сток используется в основном Туркменистаном и Узбекистаном, а водозабор залимитирован между этими суверенными государствами. Одновременно необходимо учитывать интересы других сопредельных стран, расположенных в верховьях Амударьи ( Таджикистана, Туркменистана, Кыргыстана и Афганистана), а также потребности населения Аральского региона.

В итоге водные ресурсы Туркменистана (по данным Туркменгип-роводхоза) составляли в 1992 г. - 24422 млн.куб.м., в том числе из реки Амударьи 22150 млн.куб.м и за счет внутренних источников - 2272 млн.куб.м. На орошение уходит 20721 млн.куб.м (в том числе из Амударьи - 18668 млн.куб.м).

Вследствие ограниченных водных ресурсов дальнейшее развитие мелиорации земель в Туркменистане может осуществляться исключительно за счет внедрения прогрессивных технологий поливов, проведения соответствующих агротехнических мероприятий и соблюдения строгой дисциплины водопользования. Другими словами, с одной стороны, предполагается значительное ужесточение и рационирование по хозяйствам и агрокультурам поливных норм, развитие системы коллекторно-дрвнажных сетей, а, с другой стороны, повышение общего КПД мелиоративных систем за счет рационирования водорасп-ределения в масштабах региона, ужесточения контроля и более строгого учета использования водных ресурсов. Последняя задача целиком относится к проблематике настоящего диссертационного исследования.

К сожалению, решение сформулированных выше вопросов рационального управления водными ресурсами, уступающих по своим единовременным капиталовложениям затратам на строительство и аварийные ремонты, на практике отодвигалось на второй план, сводилось к однократному ориентировочному (без использования данных надежного контроля и учета ) расчету общего плана водопользования. Этому положению способствовали также те обстоятельства, что до настоящего времени отсутствовали надежные, не требующие высокой

квалификации персонала средства электронной и микропроцессорной техники, а также не уделялось достаточного внимания вопросам разработки методологии рационального управления крупномасштабными гидросистемами.

Учитывая возросшие возможности современной техники, а также непрерывно растущие потребности регионов в воде при практически полном истощении возможностей водоисточников, становится очевидной необходимость исследования и решения проблем рационального использования имеющихся водных ресурсов, т.е.создания и практической апробации методологии эффективного управления уже существующими гидросистемами. С приведенными обстоятельствами и связана напрямую цель настоящей диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления гидротехническими сооружениями водохозяйственных систем путем создания математических моделей, методологии, алгоритмов и современных средств контроля, учета, регулирования и прогнозирования параметров водораспределения.

Достижение указанной цели связано с решением целого ряда новых задач, включающих:

постановку проблемы управления водопропускными сооружениями крупной водохозяйственной системы дефицитного водоснабжения;

создание модели вышеупомянутой системы как сложнооргани-зованной системы;

разработку измерительных систем контроля и учета параметров водных потоков в водопропускных сооружениях водохозяйствен-' ных систем;

создание имитационных моделей для прогнозирования водораспределения и водопотребления как системы в целом, так и отдельных ее частей при различных условиях функционирования;

составление алгоритмов устойчивого поддержания заданных параметров течения в водопропускных сооружениях систем при изменениях условий окружающей среда;

внедрение разработки систем контроля и приборов в производственную практику и натурные испытания последних.

Методы исследований. В работе осуществлялось последовательное применение системного подхода для функционально-алгоритмического синтеза исследуемых иерархических систем управления. Методология сводится к поэтапному раскрытию функций "черного ящика" (моделей "вход-выход"), начиная от самых общих до нижних уровней

локального контроля и управления, реализуемых известными методами.

Применение многоальтернативных диалоговых алгоритмов выбора рациональных решений потребовало использования математических моделей имитационного моделирования для водохозяйственных систем, принадлежащих к разным уровням организационной иерархиим. Для построения таких моделей применялся аппарат технической механики кидкости как для равномерных, так и для неравномерных течений последней. В ряде случаев возникла необходимость привлечения аппарата нестационарных течений кидкости, в частности, для установления соотношений динамического запаздывания в каналах. Для обоснования принятого диалогового подхода проведен анализ ряда альтернативных методов теории операций: транспортные задачи, сетевые задачи, задачи управления запасами и т.п.

При решении задач управления и контроля нижними . уровнями широко применялась теория управления, теория погрешностей, теория настроек регуляторов. Для обоснования применяемых решений исследовались результаты физического моделирования систем и опыт разработки аналогичных систем на действующих гидротехнических сооружениях. Применение методов косвенного контроля потребовало детального изучения гидравлических моделей и их свойств для условий истечения жидкости из-под затворов при различных наполнениях и условиях работы нижних бьефов.

Ряд технических решений, полученных в диссертации, потребовал проведения тщательных экспериментальных исследований как в лабораторных условиях, так и в натуре на реальных объектах. Были созданы и испытаны новые высокоточные средства регистрации положения (открытия) затворов, разработаны методы их тарировки, проверенные как в лабораторных, так и в натурных условиях.

В рамках диссертации было уделено значительное внимание методам математического моделирования с реализацией их на персональных электронных вычислительных машинах (ПЭВМ).

Научная новизна работы. Проведенный в диссертации комплекс исследований позволил на основе системного подхода сформулировать задачу эффективного управления гидротехническими сооружениями крупномасштабной водохозяйственной системы, функционирующей в условиях дефицитного водораспределения и оценить значения точностных характеристик систем контроля и учета.

На основании детального анализа существующих методов изме-

рения расходов, уровней, скоростей и других параметров потоков в многочисленных водопропускных сооружениях зарегулированных водохозяйственных систем, осуществлен выбор рациональных схем и алгоритмов косвенного контроля этих параметров непосредственно в створах гидроузлов. Разработана новая система контроля и учета, рекомендуемая в настоящем исследовании для последукацего широкого внедрения в производственную практику.

Разработки имитационных моделей водохозяйственных систем и их важнейших частей послужили основой для многоальтернативных оценок прогнозируемых режимов водшодачи при изменениях условий внешней среды. Исследования динамики подверженных структурным изменениям систем автоматического регулирования и, в том числе, разработка соответствующих методик их настройки, позволили рекомендовать новую систему автоматического поддержания режимов во-дораспределения.

Большинство упомянутых выше задач впервые было рассмотрено и решено применительно к условиям управления крупной водохозяйственной системы, имевдей широкий набор водопропускных гидротехнических сооружений различного целевого назначения.

Практическая значимость. Достоверность результатов исследований и предложенная методология являются основой для построения систем эффективного управления режимами работы водопропускных гидротехнических сооружений различного назначения в условиях дефицитного водообеспечения. Особое значение настоящая работа имеет для разработки различных систем применительно к задачам водного хозяйства Туркменистана, на примере которого формулировалась проблема и решались отдельные ее частные задачи. Однако, как общая постановка, так и такие задачи, как создание систем надежного контроля, учета и регулирования расходов воды в гидросистеме, а также предлагаемые разработки имитационных моделей как отдельных участков, так и гидросистемы в целом безусловно полезны для более широкого применения.

Основные научные положения настоящего исследования были изложены в научных и учебно-методических публикациях автора, а также использованы в учебном процессе.

Выполненные в рамках настоящей докторской диссертации теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать новые методы управления и контроля режимов работы водопропускных гидротехнических сооружений водохозяйственных систем,

~ 6-

внедрение которых позволит ускорить научно-технический прогресс в отрасли.

Реализация результатов работы. Результаты диссертации были реализованы при создании новых конкретных систем управления, контроля, учета и регулирования на водовыпуске Зеидского гидроузла, входящего в систему Каракумского канала, при разработке проектов строящихся гидроузлов на реках Тедхен и Атрек, а также при реконструкции и новом строительстве сооружений Юго-Западной ветки Каракумского канала. .

Личный вклад в решение проблемы. Диссертация является результатом многолетних исследований автора, которые проводились им на кафедре эксплуатации и автоматизации гидромелиоративных систем Туркменского сельскохозяйственного иснтитута, в институте Каракумгипроводхоз, на кафедре автоматики и вычислительной техники Туркменского политехнического института, на кафедре гидротехнических сооружений Московского Государственного университета природообустройства, а также в Центральном научно-исследовательском институте комплексной автоматизации (ЦНИИКА).

Постановка проблемы, формулирование всех рассмотренных задач, поиск путей их решения теоретическими и експериментальними методами, а также приведенные в диссертации научные и практические результаты, их анализ, формулирование итоговых выводов осуществлены лично автором диссертации. В соавторстве выполнялась разработка комплекса технических средств автоматизации водопропускных гидротехнических сооружений вплоть до рабочей документации; лично автором осуществлялись авторский надзор за внедрением и эксплуатацией этих средств, выявление достоинств и недостатков вариантов технических решений, им же'предложены усовершенствованные конструкции измерительных и управляющих устройств.

При постановке ряда перечисленных выше задач автор диссер
тации получил ценные советы от своего незабвенного учителя и на
учного консультанта доктора технических наук, профессора, заслу
женного деятеля науки и техники РФ |Н.П. Розанова|, от доктора
технических наук, профессора И.С. Румянцева. Эффективную помощь
в преодолении ряда сложных математических, физических и техниче
ских проблем исследований, выполнявшихся в рамках настоящей ра
боты, автору диссертации оказали доктор технических наук, профе
ссор И.М. Борзенко и доктор технических наук, профессор Р.А. Ау-
зан. ... -- -'"

Апробация работы. Основнне результаты исследований выполненных автором в рамках настоящей диссертационной работы обсуждались я были одобрены на научно-технических конференциях ТСХИ в 1976 - 1984 г.г., на научно-технических конференциях ТЛИ в 1984-1994- г.г.; на научно-технических конференциях МГМИ в 1990 - 1993 г.г.; на XJQCXY научно-производственной конференции ТИИИМСХ (Ташкент, 1980); на конгрессе Международной ассоциации по гидравлическим исследованиям (Москва, 1983); на совместном семинаре России и США "Способы повышения эффективности работы компрессоров и турбин" (Москва, 1992); на конференциях по гидравлике и гидротехническим сооружениям (ГГС - 92, Санкт-Петербург, 1992); на региональном совещании-семинаре научно-методической комиссии Госкомобразования СССР (Ташкент, 1991), и региональном межгосударственном совещании работников водного хозяйства стран СНГ Средней Азии (Ашхабад, 1993).

Публикации. Список научных трудов автора по теме диссертации содержит 44 наименований.

Объем и структура диссертации. Общий объем 296 страницы машинописного текста, 37 рисунков. Структурно она состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающей 337 наименований.

Похожие диссертации на Совершенствование методов управления режимами работы водопропускных гидротехнических сооружений