Четверг, 08.12.2016, 10:54
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ МЕСТНОГО СТОКА ДЛЯ РЕГУЛЯРНОГО ОРОШЕНИЯ

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ МЕСТНОГО СТОКА ДЛЯ РЕГУЛЯРНОГО ОРОШЕНИЯ

В.В.Васильев, Кубанский государственный аграрный университет

В статье представлен алгоритм решения задачи использования водных ресурсов местного стока для регулярного орошения. Предложен общий вид критерия оптимизации применения водных ресурсов местного стока для орошения на стадии обоснования проектных решений.

Ключевые слова: имитационная модель, местный сток, орошение.

 

Необходимость экономного расходования воды в южных районах страны сказалась на перспективе интенсификации использования вод местного стока для регулярного орошения [1-3, 5]. Но проектирование водохозяйственных объектов по использованию местного стока связано с выбором основной характеристики стохастичности расчетного процента обеспеченности стока. С величиной расчетного процента обеспеченности связаны функциональной зависимостью такие элементы любого критерия экономической эффективности, как доход, капитальные и текущие затраты. Поэтому целесообразно с выбором расчетного процента обеспеченности связывать нахождение экстремального значения некоторого экономического критерия. В таком подходе и отражается принцип оптимального планирования применительно к этой частной задаче проектирования орошения на местном стоке [4].

Дефицит пресной воды в бассейнах южных рек требует такого распределения водных ресурсов местного стока, которое было бы оптимальным с точки зрения экономической эффективности, это приводит к необходимости построения имитационной модели.

Модель строится в следующих предположениях:
1. Оптимальное распределение водных ресурсов определяется для генерального уровня развития ирригации в бассейне.
2. Обеспеченность стока считается известной.
3. Техническая схема использования водных ресурсов бассейна считается заданной, т.е. определены возможные к строительству системы и технические решения задачи строительства каждой из систем.
4. Территорию, обслуживаемую системой, можно разбить на агроэкономические зоны, внутри которых распределение материальных ресурсов, дополнительный выход каждого из видов продукции, оросительные (обводнительные) нормы и издержки производства постоянны.
5. Заранее определен перечень рекомендуемых для каждой сельскохозяйственной зоны севооборотов.

Для отражения связи величин объемов используемых для орошения ресурсов местного стока с остальными элементами производственной базы вводится некоторая функция, которая показывает, какие среднегодовые расчетные затраты потребуются для производства продукции, недополученной хозяйством, если ее производить в другом месте, либо другим способом. В дальнейшем эта функция будет именоваться среднегодовыми приведенными затратами по дополняющему варианту. В общем виде целевую функцию можно записать:


Для построения функции цели необходимо выразить входящие в нее составляющие в аналитической виде. Капиталоемкими элементами системы являются:
-    регулирующее сооружение;
-    магистральный канал с водозабором;
-    межхозяйственная сеть;
-    внутрихозяйственная сеть;
-    обводнительная сеть;
-    мелиоративная подготовка земель.
Капитальные вложения на строительство или реконструкцию регулирующего сооружения могут быть представлены в виде неубывающей функции от объема отдачи сооружения:

 
Функция Gi в каждом случае должна быть задана в нескольких наиболее характерных точках, в которых для этой цели проводятся сметные расчеты на год окончания строительства. Значения Gi в промежуточных точках могут быть получены путем построения интерполяционных формул. Значения капвложений умножаются на коэффициент

В результате суммирования капитальных вложений по индексам с и j целевую функцию можно представить в виде:


Остальные составляющие целевой функции могут быть вычислены по следующим формулам:


Примечание II. Принятый закон при пропорциональности капитальных вложений на строительство и реконструкцию межхозяйственной сети в некоторых случаях может не соответствовать действительной зависимости. Тогда целесообразно выражать стоимость межхозяйственной сети, аналогично стоимости магистральных каналов, одной цифрой при том значении
КПД, которое характеризуется равенством

В предложенную модель вводится система ограничений по водным, земельным и трудовым ресурсам:
1.    Ограничения по водным ресурсам. Для каждого створа, соответствующего i - системе, задается объем воды V, который может быть использован сельскохозяйственной отраслью на i-системе и всех вышерасположенных системах.

(9)

Суммирование по i от h(i) позволяет выделить тот случай, когда выше расположенные системы и i-система лежат на притоке основного водотока.
2.    Ограничения на переменные. Сумма всех орошаемых площадей в каждой зоне не должна превышать некоторой площади S , S * величина которой определяется либо земельными ресурсами, либо имеющимися трудовыми ресурсами.

(10)

 Если имеется достаточно полная информация о каждой из агро-экономических зон, то вместо (10) более объективным будет наложение ограничений на каждую из переменных:


Таким образом, задача сводится к нахождению таких значений(х, х* , у, у* ), которые обеспечивают минимум функции (5), на множестве, определяемом неравенствами (9) -(13) при условии (1).
Пример расчета:
1) ресурс - площадь орошения; ресурс b2, недоиспользование площади орошения вследствие ограничения по местному стоку - дополнительная переменная Х46 ;

 

Следовательно, оптимальное решение устойчиво относительно уменьшения площади орошения участка № 1 в пределах 1669 га < b2 < 1893 га.

В основу выбора расчетного процента обеспеченности положен принцип оптимальности, требующий того, чтобы любой искомый параметр обеспечивал наибольший экономический эффект. В качестве меры экономической эффективности следует рассматривать два критерия: срок окупаемости капитальных затрат и дополнительный чистый доход с учетом приведенных капитальных затрат. Конкретные модели и алгоритмы разработаны для обоих критериев, что позволяет при проектировании лучше учитывать возможности хозяйств в аспекте наличия доступных водных, земельных и трудовых ресурсов, планирующих использование местного стока для регулярного орошения.

Выводы:

1. Предложен общий вид критерия оптимизации (1), которым рекомендуется пользоваться при постановке оптимизационных задач.

2. Для общей задачи оптимального использования водных ресурсов местного стока на стадии обоснования проектных решений может быть использована математическая модель и алгоритм для численной реализации задачи.

 

Библиографический список

1. Васильев, С.М. Повышение устойчивости и эффективности использования агроландшафтов аридной зоны в условиях постоянного и циклического орошения [Текст]/ С.М. Васильев. - Ростов н/Д, 2006. - 364 с.
2. Ольгаренко, В. И. Эксплуатация и мониторинг мелиоративных систем [Текст]/В.И. Ольгаренко, Г. В. Ольгаренко, В. Н. Рыбкин; под ред. чл.-корр. РАСХН В.И. Ольгаренко. - Коломна, 2006. - 391 с.
3. Оросительные системы России от поколения к поколению [Текст] : в двух частях/В.Н. Щедрин, А.В. Колганов, С.М. Васильев, А.А. Чураев. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2013. - Ч. 1. - 395 с.
4. Оросительные системы России от поколения к поколению [Текст] : в двух частях /В.Н. Щедрин, А.В. Колганов, С.М. Васильев, А.А. Чураев. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2013. - Ч. 2. - 262 с.
5. Овчинников, А.С. Рационализация средств водоучета для открытых каналов оросительных систем [Текст]/ А.С. Овчинников, А.А. Пахомов, Н.А. Колобанова // Природообу- стройство. - 2011. - №1. - С. 34-41.

Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование № 2 (34), 2014

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (03.02.2016)
Просмотров: 150 | Теги: орошение, сток | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016