Введение к работе
Актуальность проблемы. Нынешний спад сельскохозяйственного производства нашел свое отражение и в использовании мелиорированных земель. Если в 1990 году площадь орошаемых земель составляла в России 6,3 млн.га, из которых не орошалось 1,2 млн.га, то уже к началу 1994 года площадь орошаемых земель сократилась до 5,4 млн.га, из которых не орошалось-1,05 млн.га. Фактически орошаемый клин страны составил немногим более 4 млн.га.
На более чем 50 % орошаемых земель в последние два десятилетия была построена закрытая оросительная сеть, рассчитанная на использование дождевальной техники типа "Фрегат", "Днепр", "Волжанка", да "Кубань" кругового действия и др. Ориентация на использование закрытой оросительной сети обосновывалась необходимостью снижения непроизводительных потерь воды. При этом имелось в виду, что эксплуатационные организации могли использовать практически неограниченное количество дешевой электроэнергии.
Происходящий в настоящее время в стране переход к рыночной экономике заставляет во многом пересмотреть взгляды как на стратегию развития мелиорации в стране, так и на пути использования уже имеющегося мелиоративного фонда.
Резкое повышение цен на енергоресурси, металлы, различные виды техники, неадекватное повышение иен на производимую сельскохозяйственную продукцию, поставило проблему рациональной эксплуатации мелиорируемых земель в разряд важнейших. Весьма актуальными становятся задачи усовершенствования мелиоративных систем, в том числе их элементов, повышение надежности работы эксплуатируемых сооружений, новые перспективы приобретают вопросы использования открытых оросительных систем, особенно проблемы оптимизации управления водоподачей и водораспределением.
Бесспорно, что все вышеперечисленные проблемы должны рассматриваться в обязательной увязке с конечными результатами работы - видами, количеством и качеством производимой сельскохозяйственной продукции..
Отсутствие научно обоснованного, взаимно сбалансированного подхода к вышеперечисленным проблемам в значительной степени создало проблемы сегодняшнего дня, заключающиеся в неэффективном использовании имеющегося мелиоративного потенциала.
Цель работы. Разработка научно-методологических основ оп-
тимизапии управления водораспределением, усовершенствование конструкций мелиоративных систем и их элементов, принципов _недоучета и водоизмерения в условиях перехода эксплуатационных организаций и сельхозпредприятий - водопотребителей к рыночным отношениям.
Задачи исследований включают решение следующих вопросов:
анализ существующих методов управления водораспределением, разработку принципов его совершенствования на основе оптимизации функциональных схем систем управления водораспределением с-учетом межотраслевого характера взаимоотношений между различными заинтересованными собственниками объектов, разграничения их интересов и сфер ответственности;
проведение исследований динамических процессов при работе оросительных систем и определение их влияния на систему управления водоподачей и водораспределением;
разработку совершенных конструкций мелиоративных систем, позволяющих практически полностью автоматизировать процессы во-дораспределения;
создание средств гидравлической автоматизации подпорно--регулирущих сооружений, разработку методики их теоретического и конструктивного расчета, проведение экспериментальных и натурных исследований;
обоснование и разработка принципиально новых способов водоучета- и водоизмерения на оросительных системах;
создание методики размещения и выбора средств водоучета и водоизмерения при проектировании и реконструкции оросительных систем;
разработку методики опенки надежности функционирования открытых оросительных систем и их элементов с учетом эколого--экономических аспектов их работы;
разработку элементов товарных взаимоотношений между эксплуатационными предприятиями и еельхозпредприятиями-водопотре-бителями и обоснование целесообразности введения платного водопользования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
усовершенствованы принципы и схемы управления водораспределением, заключающиеся в упреждении изменения подаваемых в оросительную систему расходов с учетом особенностей основных схем регулирования - "по плану" и "по требованию";
выявлены основные особенности звеньев управления водорас-
пределением и разработана методика описания их параметров. На основе исследований динамических процессов при работе оросительных систем определены варианты их повеления в условиях действия ограничений, связанных с емкостными свойствами каналов и временем добегания расходов;
синтезирован алгоритм управления водораспределением, обеспечивающий отработку технологических и случайных возмущающих воздействий, а также работу в условиях действия ограничений. Научно обоснована и разработана структура АРМа диспетчера оросительной системы, реализующая предложенный принцип и алгоритм управления при эксплуатации действующих оросительных систем;
разработаны новые конструкции автоматизированных оросительных систем для различных уклонов местности, защищенные рядом авторских свидетельств, создан новый класс подпорно-регулирующих сооружений, являющихся составными элементами разработанных конструкций автоматизированных оросительных систем, работающих с учетом принципа послойного истечения потока (защищены рядом авторских свидетельств). Проведены гидравлические и статические исследования разработанных подпорно-регулирующих сооружений;
научно обоснованы и разработаны принципиально новые способы водоучета и водоизмерения на оросительных системах, защищенные авторскими свидетельствами; разработана методика выбора и размещения средств водоучета и водоизмерения при проектировании и реконструкции оросительных систем;
разработаны элементы методики оценки надежности функционирования открытых оросительных систем и отдельных сооружений с учетом эколого-экономических аспектов их работы;
на примере Лево-Егорлыкской оросительной системы исследована функциональная структура системы управления водораспределением, обеспечивающая баланс экономических и других интересов участников процесса водопользования. Подтверждена необходимость принятия всех управленческих решений (хозяйственных, технических, технологических, экологических) на основе системы экономических критериев;
на основе анализа использования орошаемых земель - сельхозпроизводителей разработаны элементы товарных взаимоотношений между эксплуатационными предприятиями и сельхозпредприятиями - во-допотребителями. Проработаны вопросы возможности и целесообразности введения платного водопользования в условиях перехода к
рыночным отношениям.
На защиту выносятся:
методологические основы и схемы управления водораспреде-лением на открытых оросительных системах, заключающиеся в упре-вдении изменения подаваемых в систему расходов;
методы и инструментарий ддя расчёта основных характеристик открытых оросительных систем для различных уклонов местности;
методика гидравлического и статического расчёта принципиально нового класса подпорно-регулируицих сооружений, работающих одновременно с переливом через гребень и с истечением из-под щита;
новый способ измерения расхода и стока воды, основанный на методе "уклон-площадь" для участков за подпорно-регулирувди-ми сооружениями как с прямым, так и с обратным уклоном;
методика опенки надежное оросительной системы, представленной в виде IX - ярусной иерархической системы, характеризующейся коэффициентами готовности и сохранения эффективности.
Практическая значимость работы заключается в создании способа управления оросительными системами, основанном на принципе упреждения подаваемых в нее расходов воды.
Способ используется на вариантах конструкций оросительных систем с применением подпорно-регудирующкх сооружений, разработанных автором и защищенных рядом авторских свидетельств. Разработанный способ управления, конструкши и методы расчётного обоснования оросительных систем и подпорно-регулирущих сооружений использованы при проектировании и эксплуатации современных оросительных систем. Разработана методика обоснования экономической эффективности использования эксплуатируемых мелиоративных систем, с учётом конечного результата - получения прибыли у водопотребителей при производстве сельскохозяйственной продукции.
Личный вклад. Постановка цели, задач и вопросов исследований, выбор путей их теоретического и экспериментального решения анализ результатов исследований, выводы и предложения в диссертационной работе выполнены лично автором.
НИСКР по I - ой очереди Лево-Егорлыкской оросительной системе, материалы по которой приведены в работе, выполнялись коллективом сотрудников ШНИИГиМа, МГМИ, СевНИИГиМа, ПКТБ"Узвод-приборавтоматика, Севкавгипроводхоэа под руководством автора,
В реализации теоретических проработок по исследованиям системы управления водорасдределением и совершенствованию оперативно-диспетчерской службы приникал участие аспирант Коржов В.И.
Исследования гидравлических режимов работы оросительных систем при водораспределении выполнялись совместно с аспиранткой Иваненко Н. Г.
В проведении теоретических и лабораторных исследований, внедрении щитовых регуляторов и регуляторов емкостного типа и подпорно-регулирукщих сооружений для ДМ "Кубань" принимали участие Луговой Н.., Костюков В. ., ^лоринский С. П.
В исследованиях и внедрении затворов-водовыпусков, комбинированных регуляторов принимали участие Коренев А. А., Букин Е.В.
Разработка нового способа измерения расхода и стока воды по методу "уклон-площадь" проводились совместно с Иваненко Ю.Г. и Иваненко Н. Г.
В разработке модели надёжности работы оросительных систем принимал участие аспирант Иванов А. И.
При написании работы автор получил пенные советы и научные консультации от академика РАСХН, доктора технических наук, профессора Б. Б. Шумакова и член - корреспондента АВН, доктора технических наук, профессора Ю. Ы. Косиченко.
Реализация работы. В период с 1973 по IS94 годы результаты разработок автора внедрены на: Наурско-Шелковской и Сулу-Чу-бутлинской оросительных системах Шелковского водного управления МВХ ЧИАССР; Управлении межреспубликанских магистральных каналов в г. Майском КБ АССР; Мярямасском районе Эстонской ССР; Тер-еко-Кумской обводнительно-ороситедьной системе Ставропольского края; Чегемской оросительной системе КБ АССР; Прохладненской оросительно-обводнительной системе КБ АССР; Лево-Егорлыкской оросительной системе Ставропольского края; Азовской, Весёлов-ской, Багаевской, Миусской оросительных системах Ростовской области.
Автор являлся одним из разработчиков "Комплексной программы организации учёта воды на оросительных системах Минводхоза
- В -
.РСФСР на период 1989 - 1995 г.г." и принимал активное участие в ее реализации.
Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы были представлены, доложены и одобрены на 23 научно-технических конференциях, семинарах, коллегиях Минвод-хоза РСШСР, научно-технических советах МСХ и П РФ; научно-технических конференциях НИШ, ШШИГиМа и Шгипроводхоза в 1975-1993 годах (Новочеркасск); Всесоюзном научно-техническом совещании "Применение полимерных материалов в мелиоративном строительстве" (Елгава, 1982); Международном симпозиуме "Эффективные мелиоративные системы" (Соі|ия, 1983); Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация водораспределения на оросительных системах в иелях экономии и охраны водных ресурсов" (Шрун-зе, 1984); Научно-практической конференции "Совершенствование проектирования, строительства и эксплуатации мелиоративных и водохозяйственных систем Северного Кавказа" (Ростов-на -Дону, 1985); заседаниях секции "Комплексные мелиораши степной зоны России" отделения мелиорапии и водного хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук; заседаниях коллегии Мин-водхоза РСФСР в 1989 - 1990 годах по проблеме разработки и реализации комплексной программы организации учёта воды на оросительных системах России (Москва, 1989, 1990); семинарах-совещаниях руководителей мелиоративных и водохозяйственных проектно-изыскательских и научно-исследовательских организаций системы Минсельхозпрода России (Коломна, 1992-1994).
Публикации. Список научных трудов автора по теме диссертации включает 120 наименований, в том числе 6 книг и брошюр. Разработки защищены 59 авторскими свидетельствами.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, девяти глав, основных выводов и предложении, списка использованных источников и приложений.
