Система интегральных показателей оценки эффективности водопользования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система интегральных показателей оценки эффективности водопользования

Целью исследований являлась разработка основного методического подхода к анализу эффективности планирования и оценке реализации внедрения технологических процессов использования воды на всех уровнях оросительных систем. Разработана система техническо-экономической эффективности эксплуатации оросительной системы, научно обосновывающая оценку технического уровня, нормирование водопользования, водораспределения и орошения в общем вместе с формированием благоприятной экологической обстановки в рассматриваемом агроландшафте.

Система технико-экономических показателей представлена двумя группами: оперативными и итоговыми. Полученная система интегральных показателей для анализа планирования и оценки реализации процесса водопользования на соответствующем водохозяйственном объекте позволила улучшить общую классификацию оросительных систем по оценке и анализу их технического уровня. Так, вместо имеющихся четырех разрядов представлено пять категорий. Разработана и обоснована новая классификация основных нормативных характеристик, которые обеспечивают функционирование экологически сбалансированных мелиоративных систем с минимальным антропогенным действием на агроландшафт. Для установления каждого итогового, оперативного, нормативного и интегрального показателя составлены соответствующие методики определения их значений. Приведены значения всех рассматриваемых технических показателей и предел их допустимого изменения для каждой категории оросительных систем. Разработан алгоритм и компьютерная программа для автоматизации определения рассматриваемых характеристик. Проведенные исследования позволили обосновать основные технико-экономические показатели технически совершенных или экологически сбалансированных оросительных систем.

Первоочередная задача значительного улучшения технико-эксплуатационного уровня оросительных систем - обоснование и создание комплекса технических мероприятий для полной ликвидации или коренного снижения технологических и технических потерь. В решении вышеизложенной проблемы важным направлением является разработка эффективных методологических решений вместе с проведением научного обоснования и внедрения актуальных методик планирования и реализации процесса водораспределения и водопользования как в индивидуальных малых орошаемых хозяйствах, так и для рассматриваемой оросительной системы в целом на основании применения теории подобия, теории принятия оптимальных решений, методов системного анализа с использованием современных вычислительных аппаратных комплексов, цифровых технологий, физического и математического моделирования, которые в итоге оптимизируют эксплуатацию водных и энергетических ресурсов, обеспечат принятие оперативных управленческих решений вместе с повышением уровня их качества и, как следствие, позволят с достаточной точностью проводить прогноз и управлять мелиоративным фактическим состоянием орошаемых земель [1]. В связи с этим целью исследований являлась разработка основного методического подхода к анализу эффективности планирования и оценке реализации внедрения технологических процессов использования воды на всех уровнях оросительных систем.

Материалы и методы. Для оценки качества реализации и планирования процессов водопользования послужил анализ технических и научно-аналитических данных, проведены многофакторные серии опытов учеными Российского НИИ проблем мелиорации и Новочеркасского инженерно-мелиоративного института - филиала ФГБОУ ВО «Донской ГАУ» на Весёловской, Нижне-Донской, Багаевско-Садковской, Миусской и других оросительных системах Ростовской области; Право-Егорлыкской оросительно-обводнительной системе Ставропольского края, а также на системах Кабардино-Балкарии, Дагестана, Адыгеи и Ингушетии в течение 1998-2016 гг. Анализ данных показал, что орошение культурных растений имеет больший потенциал увеличения его эффективности, которое зависит прежде всего от происходящих негативных процессов - значительных потерь воды в системе, повышающих общий уровень грунтовых вод орошаемого агроландшафта, инициирующих процессы заболачивания, засоления, эрозии, заиления при общем увеличении расхода на энергетические, материально-технические ресурсы и вызывающих еще большее снижение технического уровня орошения в целом [2]. Так, чрезмерно используемые водные и энергетические ресурсы, поступая в ландшафт, изменяют равновесие его естественно сложившихся природных сил и процессов, становясь первопричиной вышеуказанных негативных явлений [3]. Задача мелиоративной науки и практики состоит в обосновании и внедрении технических мер, препятствующих переходу биологического круговорота веществ и энергии в геологический. Испытания проводились на основании использования стандартных методик и современных систем и оборудования, применяемых в обозначенной отрасли.

Результаты. Разработка новых технологических приемов и проведение полевых производственных исследований осуществлялись на основе реализации соответствующих блоков принятой структуры функционального управления технико-эксплуатационными процессами водораспределения и водопользования на оросительных системах [4].

Проведенные исследования дали возможность аргументировать совершенствование существующего и впоследствии сформулировать новый методологический подход вместе с соответствующими методиками анализа эффективности планирования и оценки реализации внедрения технологических процессов использования воды на всех уровнях оросительных систем. Рассматриваемые система технологических показателей и методики их определения обеспечивают научно обоснованную оценку технического уровня систем орошения, эффективность использования энергетических и водных ресурсов для орошения в целом [5]. Показатели разделялись на две категории: итоговые и оперативные. Оперативные дают возможность проводить систематическую оценку реализации процесса планирования водопользования в разной хронологической последовательности: по часам, суткам, пентадам, декадам, анализ плановых и фактических данных и оперативно вносить необходимые коррективы в процесс планирования. Итоговые показатели характеризуют технологические процессы водораспределения и водопользования в разрезе декады, месяца, вегетационного периода и за год в целом при общем учете эффективности сельскохозяйственного производства. Они состоят из всех оперативных, а также из шести итоговых показателей, т. е. используется 18 показателей.

Последующие исследования позволили определить систему показателей, она была приведена в соответствующем порядке, каждое значение обозначено буквой в зависимости от индексного обозначения с целью конкретного определения каждого рассматриваемого параметра, определяющего структурное состояние элемента оросительной системы, их конечное число сокращено до 16.

Дальнейший научный поиск обосновал направление разработки системы реализации процесса водопользования и интегральных показателей эффективности планирования объекта мелиорации, была усовершенствована сложившаяся практика оценки его технического уровня как при проектировании, так и эксплуатации [6].

Предлагается заменить четыре разряда соответствующими пятью категориями: высшая (экологически сбалансированные оросительные системы); первая - хороший технический уровень, который принят за нормативный; вторая - удовлетворительный уровень; третья - неудовлетворительный; четвертая - совершенно недопустимый (рисунок 1). Кроме этого, предложены классификации интегральных показателей работы систем орошения, которые включают четыре основных и девять дополнительных. Приведены количественные значения рассматриваемых показателей и порог изменения их технического уровня по каждой категории [7].

Интегральные показатели представлены: общим коэффициентом полезного использования воды на оросительной системе или на ее отдельном элементе (водопользователе); суммарным коэффициентом полезного действия внутрихозяйственной и межхозяйственной оросительной сети; коэффициентами устойчивости и ритмичности процессов водопользования. Дополнительные интегральные показатели представлены: коэффициентами внутрихозяйственной и межхозяйственной оросительной сети, использования оросительной воды на орошаемом поле, а также продуктивного и прогнозируемого водораспределения и водопользования, водообеспеченности орошаемой территории, качества планирования, качественного планирования и эффективной реализации процесса водопользования и водораспределения.

Рисунок 1. Классификация оросительных систем

Для автоматизации определения рассматриваемых характеристик качественного планирования и эффективной реализации планов водопользования (также интегральных) и водораспределения соответствующей оросительной системы, а также ее отдельных элементов были разработаны специализированные программы и алгоритмы для порядкового определения количественных величин рассматриваемых параметров (рисунок 2). Определен диапазон потенциальных потерь воды в оросительных системах.

На рисунке 2 , - плановые и фактические величины по всем показателям водопользования за определенный интервал времени (); - сутки, пентада, декада, месяц, год; - эффективные осадки, мм; - испаряемость, мм; - суммарное испарение, мм; - площадь, га; - среднесуточная температура воздуха, °С; - среднесуточная относительная влажность воздуха, %.

Для комплексной оценки технического уровня оросительной системы предлагается новая классификация ключевых нормативных характеристик, соответствующих требованиям, предъявляемым к уровню экологически сбалансированной оросительной системы (таблица 1). Классификация включает 13 ключевых показателей, расширяя существующие [8] по содержанию и количеству. Для рассматриваемых показателей приняты интервалы численных значений, которые характеризуют состояние объекта, дают ему оценку по уровню технического состояния и тем самым обосновывают необходимость разработки комплекса соответствующих мероприятий, обеспечивающих высокий технический уровень оросительных систем.

Основной показатель определялся по модифицированной авторами зависимости А. Н. Костякова (общий коэффициент полезного использования оросительной воды):

,

оросительный мелиоративный технический

где - коэффициенты полезного действия соответственно межхозяйственной и внутрихозяйственной оросительной сети и системы каналов; продуктивности использования оросительной воды на поле; обеспеченности водой сельскохозяйственных культур.

Рисунок 2. Алгоритм расчета интегральных показателей эффективности планирования и реализации водопользования

Таблица 1. Классификация основных нормативных показателей для оценки технического уровня экологически сбалансированных оросительных систем

По зависимости (1) следует определять общие коэффициенты полезного использования оросительной воды для отдельного хозяйства, водопользователя или фермерского участка. Коэффициенты полезного действия оросительных каналов определяются в соответствии со стандартной схемой расположения сети.

Для закрытых оросительных систем формула (1) принимает вид:

,

оросительный мелиоративный технический

где - коэффициент полезного действия закрытой оросительной сети.

Анализ полевых исследований, проведенных на оросительных системах Северного Кавказа, посвященных изучению водораспределения, дал возможность установить фактические значения рассматриваемых коэффициентов, а также закономерности распределения потерь на системах [9].

Анализ проведенных исследований вместе с теоретическим обоснованием и обширным опытом эксплуатации оросительных систем на всех их иерархических уровнях дает возможность обозначить ключевые тенденции развития мелиоративной отрасли в области экономии водных, энергетических и других видов ресурсов. Так, следует уделить особое внимание ресурсосберегающим технологиям не только при эксплуатации, но и при проектировании оросительных систем, организовать снижение сброса оросительной воды, обеспечить оптимальное водопользование в соответствии с требованиями сельскохозяйственных растений для формирования устойчивых и высоких урожаев [10, 11]. Необходимо наладить работу всех уровней оросительных систем на максимальное приближение к высшему, экологически сбалансированному уровню, когда все составляющие коэффициенты полезного использования оросительной воды стремятся к 100 %, что определяет рассматриваемый объект как технически совершенный, обеспечивая допускаемое антропогенное воздействие на любые компоненты окружающей природной среды.

Вывод

оросительный мелиоративный технический

Научное обоснование и разработка системы технико-экономических показателей и методик их определения, устанавливающих соответствующий технический уровень систем орошения как в отдельных хозяйствах, так и для систем в целом, и в т. ч. экологически сбалансированных, полностью соответствуют ранее разработанной гипотезе научных исследований. Проведенные исследования позволили разработать комплекс технических и экологических показателей и соответствующие классификации для оценки технического уровня систем орошения, которые должны соответствовать, как правило, высшей и первой категории технического уровня.

Таким образом, не стоит допускать потери водных и энергетических ресурсов как на оросительных каналах любого порядка, так и на орошаемой территории, превышающие 4 % от величины общего забора на орошение, что обеспечит экологическое равновесие в агроландшафтах. Разработанные компьютерные программы включены в соответствующие нормативные документы и применяются для формирования и реализации внутрихозяйственных планов водопользования и системных планов водораспределения на оросительных системах Северного Кавказа.

Список использованных источников

1.Ольгаренко, В. И. Комплексная оценка технического уровня гидромелиоративных систем / В. И. Ольгаренко, Г. В. Ольгаренко, И. В. Ольгаренко // Мелиорация и водное хозяйство. - 2013. - № 6. - С. 8-11.

2.Ольгаренко, И. В. Методология функционирования экологически сбалансированных оросительных систем / И. В. Ольгаренко // Труды КубГАУ. - 2010. - № 6(27). - С. 181-186.

3.Ольгаренко, Г. В. Научно-техническое обеспечение программы развития мелиорации земель / Г. В. Ольгаренко // Мелиорация и водное хозяйство. - 2013. - № 6. - С. 2-4.

4 Щедрин, В. Н. Состояние и перспективы развития мелиорации земель на юге России / В. Н. Щедрин, Г. Т. Балакай // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. - 2014. - № 3(15). - С. 1-15. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec274-field6.pdf.

5.Васильев, С. М. Мониторинг орошаемого агроландшафта с учетом калибровки данных дистанционного зондирования в рамках геоинформационных технологий / С. М. Васильев, Л. А. Митяева // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Электронный ресурс]. - 2017. - № 131. - С. 216-231. - Режим доступа: http:ej.kubagro.ru/2017/07/pdf/23.pdf.

6.Насыров, Н. Н. Геоинформационные технологии районирования ресурсов орошаемого земледелия / Н. Н. Насыров, В. В. Корсак, Т. В. Соколова // Научное обозрение. - 2013. - № 2. - С. 30-38.

Размещено на Allbest.ru