Удосконалення моделі оптимізації параметрів сільськогосподарського дренажу

Размещено на http://www.allbest.ru//

Удосконалення моделі оптимізації параметрів сільськогосподарського дренажу

Волк П.П.

Розглянуті принципи та приклад реалізації удосконаленого економіко-математичного методу обґрунтування оптимальних параметрів дренажу на прикладі осушуваних земель за довготерміновим прогнозом проектної врожайності.

Principles and example of realization of improved economical and mathematical method of substantiation of optimum parameters of drain are considered on the example drained soils taking into account long-term forecast of design crops.

В сучасних умовах розвитку меліорацій згідно прийнятої “Комплексної програми розвитку меліоративних земель і покращення екологічного стану зрошуваних та осушуваних угідь у 2001-2005 роках і прогнозу до 2010” року особливого значення набуває реконструкція наявних меліоративних систем, спрямована на підвищення загальної еколого-економічної ефективності меліорованих угідь.

Це потребує розробки нових підходів та прогресивних методів обґрунтування параметрів дренажу, насамперед як визначального регулюючого елементу осушувальної системи. Основним недоліком існуючих методів визначення відстані між дренами є те, що вони не враховують рівень, напрямок та структуру сільськогосподарського використання і родючість осушуваних земель. Між тим очевидно, що на землях, які характеризуються високою потенційною родючістю, і при вирощуванні більш цінних сільськогосподарських культур вимоги до дренажу повинні бути більш жорсткими, тобто згущення дренажу є економічно вигідним. Тому в сучасних умовах найбільш перспективним вважається економіко-математичний метод визначення параметрів меліоративних об'єктів та їх складових технічних елементів, що поєднує в собі переваги гідромеханічного та емпіричного методів і ґрунтується на реалізації комплексу прогнозно-оптимізаційних розрахунків. Розробкою такого методу активно займались К.Т. Хоммік, І.С. Рабочев, І.В. Минаєв, Ю.М. Никольский, М.О.Лазарчук та ін.[1-3 та ін.].

Розроблений нами, в розвиток наявних підходів до обґрунтування параметрів дренажу, вдосконалений економіко-математичний підхід полягає в наступному.

Згідно з [5], оптимізація проектних рішень з водорегулювання як головну умову зумовлює необхідність визначення зв'язку між параметрами відповідно ефекту, режиму, технології та конструкції. Тому, як модель параметрів конструкції, для визначення міждренних відстаней за фільтраційними розрахунками горизонтального дренажу використана формула ДБН В.2.4-1-99 [4] з урахуванням розробок О.Я. Олійника та О.І. Мурашко для однорідних і шаруватих ґрунтів в умовах атмосферно-грунтового живлення. Дана модель досить повно враховує конструктивні особливості матеріального горизонтального дренажу і реалізується:

а) для випадку неглибокого водотриву, коли

, ; (1)

б) для випадку глибокого водотриву, коли

, , (2)

де - відстань від осі дрени до водотриву, м;

- відстань між дренами, м;

- загальні фільтраційні опори за ступенем та характером розкриття пласта, м.

За [1,3 та ін.] в якості цільової функції оптимізації параметрів дренажу прийнята мінімізація приведених затрат на реалізацію технічного рішення і відповідних до них можливих втрат врожаю сільськогосподарських культур при відхиленні водного режиму осушуваних земель від оптимального у розрахунковий (посівний) період

, , (3)

де - питомі приведені затрати за -м варіантом проектного рішення сукупності , ;

- математичне очікування зниження врожайності сільськогосподарських культур проектної сівозміни за відповідним варіантом.

Стосовно задачі, що розглядається за умовою оптимізації (3), такий зв'язок між параметрами дренажу зі створюваним економічним ефектом реалізовано через відповідний зв'язок між варіантами конструктивних рішень при їх реалізації з очікуваною ефективною врожайністю вирощуваних культур проектної сівозміни. Остання може бути визначена за формулою

, ; , (4)

де - ефективна врожайність -ї культури сукупності , проектної сівозміни при реалізації -го варіанту проектного технічного рішення сукупності , ;

- проектна врожайність -ї культури;

- коефіцієнт математичного очікування зниження врожайності -ї культури при відхиленні водного режиму осушуваних земель від оптимального у розрахунковий (посівний) період при реалізації -го варіанту проектного рішення.

При цьому, як технічні варіанти проектних рішень розглядаються конструкції дренажу за різними його видами (гончарний і пластмасовий), різними діаметрами (50, 75, 100 мм - для гончарних; 50, 63 мм - для пластмасових) та використовуваними фільтрами (без фільтру або зі з'єднувальними муфтами, фільтри з рулонних матеріалів різних видів, гравійно-піщана засипка тощо). Всього таких варіантів сукупності , за конструктивними ознаками дренажу розглядається біля 20.

В даних прогнозно-оптимізаційних розрахунках як модель параметрів ефекту використовується формула (4), в якій коефіцієнт математичного очікування зниження врожайності , як функція зв'язку параметрів ефекту з параметрами конструкцій, визначається за наступною емпіричною залежністю

, ; , (5)

де - емпіричний коефіцієнт, який залежить від виду культури;

, - зональні емпіричні коефіцієнти, які залежать від місцезнаходження об'єкта;

- коефіцієнт водовіддачі грунту.

Створення і реалізація цього методу наприкінці 80-х років минулого століття безсумнівно мали революційний характер, що визначило перехід від застосування при проектуванні об'єктів принципу розрахункової забезпеченості, яка традиційно задавалась і працювала як закон, незалежно від умов реального об'єкта на її визначення.

Але при цьому виявилось, що в сучасних умовах переходу на ринкові відносини в країні даний метод має недосконалості щодо:

незабезпеченості порівняння варіантів проектних рішень за об'ємом та якістю отриманої сільськогосподарської продукції;

умовності та відповідної відносності реалізації даного методу щодо терміну визначення втрат урожайності та обґрунтованості проектних величин цієї врожайності.

З нашої точки зору, ці недоліки можна усунути шляхом поєднання наявного методу оптимізації дренажу [1,3 та ін.] з розробленим на кафедрі гідромеліорацій НУВГП сучасним методом обґрунтування проектної врожайності на осушуваних землях за довготерміновим прогнозом [6].

Суть підходу полягає в розробці розрахункової методики обґрунтування проектної врожайності на довготерміновій основі, яка, в свою чергу, ґрунтується на комплексі прогнозно - імітаційних моделей. Цей комплекс включає в себе модель проектної врожайності , яка дає змогу врахувати розподіл в багаторічному перерізі природно - кліматичних та ґрунтових відмін у межах об'єкту.

Згідно цього підходу модель проектної врожайності культур проектної сівозміни на осушуваних землях може бути представлена у вигляді

,ц/га , (6)

де - ефективна проектна врожайність k-ї культури за визначеною технологією водорегулювання;

- розрахункова величина ефективної (дійсно можливої) врожайності k-ї культури, яка отримана у відповідних кліматичних , ґрунтових g, меліоративних (технологія водорегулювання) s умовах та різних за умовами тепло- й вологозабезпеченості періодів вегетації p;

f , fg - площі розповсюдження відповідно природно-кліматичних та ґрунтових відмін у межах об'єкту, виражені в дольових частках від загальної його території;

- значення часток типових схем метеорологічних режимів у розрахункові періоди вегетації (за умовами тепло-й вологозабезпеченості з урахуванням проектного терміну функціонування об'єкта, приведеного до 1.)

Реалізація цієї моделі можлива на основі визначення загальної врожайності у конкретних природних, агротехнічних і меліоративних умовах, притаманних реальному об'єкту.

Відповідно модель загальної врожайності вирощуваних культур може бути представлена у наступному вигляді

,

, ц/га, (7)

де - кліматично забезпечена врожайність за період вегетації k-ї культури;

K1 - коефіцієнт зниження врожайності за бонітетом ґрунту (0 K1 1);

K2 - коефіцієнт збільшення врожайності за внесеними добривами, (K2 1, але 0 K1 K2 1);

K3 - коефіцієнт зниження врожайності при відхиленні строку посіву (відновлення вегетації) від оптимального (0 K3 1);

K4 - коефіцієнт впливу поточних природно-меліоративних умов (клімату та технологій водорегулювання) періоду вегетації культури на формування врожайності (0 K4 1);

K5 - коефіцієнт зниження врожайності при відхиленні строку збирання від оптимального (0 K5 1);

K6 - коефіцієнт зменшення врожайності за рахунок втрат при збиранні та транспортуванні (0 K6 1).

Представлена структура загальної моделі ефективної врожайності достатньою мірою відповідає суті процесів, що відбуваються на осушуваних землях. У нашому випадку К3 ? у формулі (4).

Приклад розрахунку ефективної проектної врожайності щодо відповідних параметрів дренажу в зоні осушувальних меліорацій розглянуто для умов проекту, реалізованого на землях СВК “Дробот” Сарненського району Рівненської області для різних рівнів продуктивності осушуваних земель за спланованим та реалізованим машинним експериментом на ЕОМ за відповідним комплексом прогнозно-імітаційних та оптимізаційних моделей.

Вихідні умови для реалізації комплексу прогнозно-оптимізаційних розрахунків в умовах досліджуваного об'єкта подані в табл. 1.

За результатами проведеного експерименту були отримані наступні значення розрахункових величин проектної врожайності щодо низького, середнього та високого рівнів продуктивності осушуваних земель для умов зазначеного об'єкту, які систематизовані в табл. 2.

Отримані результати переконливо свідчать про адекватний зв'язок щодо параметрів регулюючої мережі осушувальних систем та можливим рівнем продуктивності меліорованих ґрунтів.

Таблиця 1

Природні, агротехнічні та меліоративні умови досліджуваного об'єкта (СВК "Дробот" Сарненського району Рівненської області)

Таблиця 2

Залежність оптимальних конструкцій та параметрів дренажу від

продуктивності осушуваних земель

дренаж осушуваний земля

Таким чином, застосування такого підходу дасть змогу у подальшому підвищити обґрунтованість проектних рішень при будівництві та реконструкції осушувальних систем.

Крім того, розглянуті принципи можуть бути успішно застосовані також при обґрунтуванні параметрів дренажу на зрошуваних землях, після відповідної параметризації та структуризації модельного комплексу.

Література

1. Лазарчук М.О., Рокочинський А.М., Муранов В.Г. Оптимізація параметрів основних елементів осушувальних систем за економіко-математичним методом // Вісник Рівненського державного технічного університету: Зб. наук. праць. - Рівне, 2000. -Вип. 4 (6). - С.66-72

2. Руководство по проектированию осушительных систем в Украинской ССР: НТД 33.63-074-87.-К.,1987.-526с.

3. Технические указания по оптимизации параметров горизонтального дренажа на основании экономико-математического расчёта при проектировании осушительных систем в Украинской ССР: НТД 33-63-090-89 / Лазарчук Н.А., Муранов В.Г., Черенков А.В., Рокочинский А.Н. - К.: Укргипроводхоз, 1989. - 26 с.

4. ДБН В 2.4-1-99 Меліоративні системи та споруди.-К.,1999.-174с.

5.Рокочинський А.М. Оптимізація водорегулювання осушуваних земель // Водне господарство України.-1997.-№ 2.-С.4.

6. Обґрунтування ефективної проектної врожайності при будівництві й реконструкції осушувальних систем : Посібник до ДБН В.2.4.-1-99 “Меліоративні системи та споруди” ( розділ 3. Осушувальні системи ). / А.М. Рокочинський., С.В. Шалай., В.М. Бежук., В.А. Сташук.- Київ-Рівне, 2006. - 50 с.

Размещено на Allbest.ru