Вторник, 22.01.2019, 08:59
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Сельское и приусадебное хозяйство

ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРУБЧАТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

А.С.Овчинников, член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.С.Бочарников, доктор технических наук, доцент С.В.Тронев, кандидат технических наук, доцент М.П.Мещеряков, кандидат технических наук, доцент О.В.Бочарникова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент И.А.Несмиянов, доктор технических наук, доцент Н.С.Воробьева, кандидат технических наук, доцент

ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРУБЧАТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

В статье изложены материалы оптимизации конструктивных элементов и основных параметров систем внутрипочвенного орошения при возделывании овощных культур, приводятся расчет коэффициентов уравнений регрессии и оценка их значимости по критерию Стьюдента. В результате расчета получены регрессионные зависимости в кодированном виде, а также математические модели адекватности результатов эксперимента. При использовании двухмерных сечений получены оптимальные значения факторов, характеризующих основные параметры трубчатых увлажителей.

Ключевые слова: орошение, система внутрипочвенного орошения, конструкция, оптимизация, технология, культура.


Работа выполнена в рамках тематического плана-задания на выполнение научно-исследовательских работ

Введение. В овощеводстве страны произошли резкие структурные изменения, вызванные проводимыми в сельском хозяйстве рыночными реформами. Преобладающими в производстве овощей стали личные подсобные хозяйства, которые по своей природе являются в основном семейно-потребительскими.

В настоящее время доля сельскохозяйственных предприятий от всей площади, занятой овощными культурами, составляет 12,6 %, а в объеме валового сбора - 15,9 %.

До недавнего времени в орошаемом земледелии в основном применялся поверхностный способ орошения. Он предусматривает подачу поливной воды на орошаемые участки по полосам, бороздам, либо затоплением. Такой способ полива нередко приводит к засолению и заболачиванию почв, бурному развитию сорняков в связи с высокими поливными нормами.

При выращивании овощных культур особое внимание необходимо уделять внедрению экологически безопасных и экономически выгодных ресурсосберегающих технологий относится внутрипочвенное [5 ,6, 8, 9].

Принцип внутрипочвенного орошения состоит в подаче поливной воды непосредственно в корнеобитаемый слой.
Главная особенность внутрипочвенного орошения состоит в почти полном отсутствии увлажнения верхнего почвенного слоя, что способствует предотвращению образования корки, снижению потерь поливной воды, связанных с испарением [1, 2, 7, 3, 4] .

Материалы и методы. Определение оптимальных параметров внутрипочвенной увлажнительной сети в открытом и закрытом грунтах производилось путем реализации плана Рехтшафнера, получением уравнений регрессии и функций отклика.

При реализации этапа лабораторных и полевых исследований выходные показатели были приняты в виде факторов падения напора в начале увлажнителя Δhнач , падения напора в середине увлажнителя Δhср и падения напора в конце увлажнителя Δhкон, выраженные в миллиметрах.

Таблица 1 - Факторы, их уровни и интервалы варьирования исследуемой конструкции увлажнителей

На основании принятой методики при исследовании области оптимума была произведена реализация плана Рехтшафнера, характеризующего 3-х факторный эксперимент. В результате полученных при эксперименте данных на основании расчета установлены коэффициенты В0, Bi, Bij и Bii уравнения регрессии:
. (1)
Значимость коэффициентов в уравнении 1 оценивалась с использованием критерия Стьюдента. В результате были определены и удалены незначимые коэффициенты, а затем произведен повторный расчет коэффициентов математической модели. В кодированном виде полученные регрессионные модели имеют вид:
(2),  (3)

(4)
На основании критерия Фишера проведена проверка адекватности полученных регрессионных уравнений:

 

ние случайной величины, рассчитанной по математическому уравнению; yi - показатель среднеарифметического значения случайной величины; yiq - показатель значения i-той величины в q-том опыте; n - количество повторностей эксперимента; N - показатель числа строк в матрице плана; k - количество факторов.

В результате исследований падение напора Fнач = 1,3316 Fср = 1,109 и Fкон = 1,06997. Для всех случаев F0.05>F (F0.05=2.1646 - показатель табличного значения критерия Фишера для уровня значимости 5 %). В результате можно утверждать об адекватности полученных математических моделей результатам эксперимента.

В результате применения предложенной программы были определены величины оптимальных значений факторов (таблица 2).
Для анализа и систематизации полученные математические модели второго порядка привели к типовой канонической форме вида:
(6)
где YI - значение критерия оптимизации для первой исследуемой конструкции; Ys - значение критерия оптимизации в оптимальной точке; Х1 Х2, ..., Хк - новые оси координат, повернутые относительно старых х1 х2, ..., хк; В11, В22, Вkk; - коэффициенты регрессии в канонической форме.

Таблица 2 - Оптимальные значения факторов

Примечание: числитель - кодированный вид, знаменатель -раскодированный вид.

Результаты и обсуждение. В результате проведения расчетов получены коэффициенты регрессии в канонической форме В11, В22, В33, В44 и критерий оптимизации в оптимальной точке Ys.
где
В канонической форме уравнения регрессии выглядят следующим образом:

(7)

(8), (9)

 

В связи с положительным значением коэффициентов квадратных членов можно утверждать о виде поверхности откликов, описанных уравнениями 7,8 и 9, как трехмерных параболоидов с координатами центров поверхностей, соответствующих оптимальным значениям факторов.

Для определения оптимальных параметров нужно на основании двумерных сечений решить компромиссную задачу (рисунки 1-3).

В качестве основного критерия оптимизации было принято падение напора в середине увлажнителя Δhср.

Дополнительными критериями оптимизации были приняты: величина падения напора в начале увлажнителя Δhнач и величина падения напора в конце увлажнителя Δhср.

При этом производилось решение компромиссной задачи, при котором необходимо определение значения факторов, обеспечивающих минимальную величину падения напора в середине увлажнителя Δhср с учетом заданного уровня падения напора в начале увлажнителя Δhнач (20 мм) и заданного уровня падения напора в конце увлажнителя Δhкон (55 мм).

Результаты расчетов графически представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х2 при х3 = 0 на падение напора в начале увлажнителя Δhнач, падение напора в середине увлажнителя Δhср и падение напора в конце увлажнителя Δhкон

Рассматривая двумерное сечение поверхности отклика по регрессионным зависимостям относительно факторов (х1) и (х2), значение фактора (х3) фиксировалось на уровне, оптимальном в соответствии с основным критерием оптимизации: х3 = 0.

На основании анализа рисунка 1 можно сделать вывод об общей зоны оптимума для поверхностей откликов.

В результате установлены оптимальные значения факторов: х1= - 1,0...- 0,8 и х2 = - 0,1.+ 0,1.
 
Рассматривая двумерное сечение поверхности отклика по регрессионным зависимостям относительно факторов (х1) и (х3), значение фактора (х2) фиксировалось на уровне, оптимальном в соответствии с основным критерием оптимизации: х2 = 0.

Результаты расчетов графически представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х3 при х2 = 0 на падение напора в начале увлажнителя Δhнач, падение напора в середине увлажнителя Δhср и падение напора в конце увлажнителя Δhкон (конструкция №1)

На основании анализа рисунка 2 можно сделать вывод об общей зоны оптимума для поверхностей откликов.

В результате установлены оптимальные значения факторов: х1= - 1,0...- 0,8 и х3 = - 0,1.+ 0,1.

Рассматривая двумерное сечение поверхности отклика по регрессионным зависимостям относительно факторов (х2) и (х3), значение фактора (х1) фиксировалось на уровне, оптимальном в соответствии с основным критерием оптимизации: х1 = - 0,81.

Результаты расчетов графически представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х2 и х3 при х1 = - 0,81 на падение напора в начале увлажнителя Δhнач, падение напора в середине увлажнителя Δhср и падение напора в конце увлажнителя Δhкон

На основании анализа рисунка 2 можно сделать вывод об общей зоны оптимума для поверхностей откликов.

В результате установлены оптимальные значения факторов: х2= - 0,1...+ 0,1 и х3 = - 0,1.+ 0,1.

С целью обеспечения минимального падения напора в середине увлажнителя Δhср при заданном значении уровня падения напора в начале увлажнителя Δhнач (20 мм) и значении падения напора в конце увлажнителя Δhкон (55 мм) можно утверждать о необходимости принятия следующих оптимальных значений факторов: х1= - 1,0.- 0,8 (39.41 мм), х2= - 0,1.+ 0,1 (1,95.2,05 мм) и х3 = - 0,1.+ 0,1 (190.210 мм). При этом падение напора в середине увлажнителя Δhср составит 80 мм.

Заключение. В результате на основании двумерных сечений было произведено решение компромиссной задачи, то есть определения оптимальных значений факторов для исследуемой конструкции трубчатых увлажнителей.

Библиографический список

1. Бочарников, В.С. Водосберегающие технологии полива томатов и сладкого перца в условиях Волго-Ахтубинской поймы [Текст]/ В.С. Бочарников, М.П. Мещеряков, О.В. Бочарникова // Роль мелиорации и водного хозяйства в инновационном развитии АПК: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения основоположника высшего гидротехнического и мелиоративного образования в России В.В. Подарева. - М: ФГОУ ВПО МГУП, 2012. - С. 103-108.
2. Бочарников, В.С. Задачи повышения технической надежности систем капельного и внутрипочвенного орошения [Текст] / В.С. Бочарников, М.П. Мещеряков //Проблемы и перспективы аграрной науки в России (посвящается 135-летию А.И. Стебута): сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции/ НИИ сельского хозяйства Юго-Востока РАСХН. - Саратов, 2012. - С. 308-311.
3. Закономерности формирования урожая томатов при капельном орошении [Текст] / А.С. Овчинников, И.И. Азарьева, В.С. Бочарников, М.П. Мещеряков, О.В. Бочарникова //Инновационные технологии и экологическая безопасность в мелиорации: сборник научных докладов IV Международной конференции / ВНИИ «Радуга». - Коломна: Инлайт, 2012. - С. 87-89.
4. Интенсивные технологии полива овощей [Текст] / А.С. Овчинников, В.С. Бочарни- ков, М.П. Мещеряков, О.В. Бочарникова // Сельский механизатор. - 2014. - № 9. - С. 18-19.
5. Майер, А.В. Регулирование фитоклимата системой комбинированного орошения при возделывании овощных культур [Текст] /А.В. Майер, В.С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - №1 (25). - С. 53-58.
6. Майер, А.В. Технические средства и технология комбинированного орошения сельскохозяйственных культур [Текст] / А.В. Майер, В.С. Бочарников, О.В. Бочарникова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - №2 (26). - С. 200-207.
7. Мещеряков, М.П. Оценка технической эксплуатации оросительной системы [Текст]/ М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников // Научно-производственное обеспечение инновационных процессов в орошаемом земледелии Северного Прикаспия: межрегиональная научно- практическая конференция. - М: Издательство «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук», 2013. - С. 135-137.
8. Мещеряков, М.П. Инновационные решения в системах капельного орошения [Текст] / М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников// Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей VIII Международной научно-практической конференции, посвящённой 70-летию Алтайского ГАУ. - Барнаул: РИО АГАУ, 2013. - Кн.2. - С. 142-144.
9. Мещеряков, М.П. Эксплуатация передовых систем орошения при возделывании овощных культур [Текст] / М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников // Пути повышения продуктивности орошаемых агроландшафтов в условиях аридного земледелия: материалы Международной научно-практической конференции / Прикаспийский НИИ аридного земледелия. - М.: Изд- во «Вестник РАСХН», 2012. - С. 84-87.

"Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса" № 2 (50), 2018

Категория: Сельское и приусадебное хозяйство | Добавил: x5443 (07.01.2019)
Просмотров: 11 | Теги: орошение | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2019 Обратная связь