Оптимизация конструкции и параметров сельскохозяйственного дренажа с учетом метода обоснования проектной урожайности на осушаемых землях на основе долгосрочного прогноза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимизация конструкции и параметров сельскохозяйственного дренажа с учетом метода обоснования проектной урожайности на осушаемых землях на основе долгосрочного прогноза

П.П. Волк

Рассмотрены принципы и пример реализации усовершенствованного экономико-математического метода обоснования оптимальных параметров сельскохозяйственного дренажа осушаемых земель на основе долгосрочного прогноза проектной урожайности.

Характерной особенностью современного этапа развития мелиорации как одного из важнейших факторов интенсификации сельскохозяйственного производства является масштабность их влияния, охватывающей не только отдельные объекты и хозяйства, но и целые естественные ландшафты и регионы. При этом в сферу такой деятельности привлекаются значительные объемы водных, земельных, энергетических, трудовых и других материально-технических ресурсов, что способствует, с одной стороны, не только коренному улучшению земель, но и существенным изменениям свойств естественной (экологической), социальной, экономической и других сред - с другой [1].

Это требует разработки новых подходов и прогрессивных методов обоснования параметров дренажа, в первую очередь, как определяющего регулирующего элемента осушительной системы.

Основным недостатком существующих методов обоснования расстояния между дренами является то, что они не учитывают уровень, направление и структуру сельскохозяйственного использования, а также плодородие и продуктивность осушаемых земель. Между тем, очевидно, что на землях, которые характеризуются высоким потенциальным плодородием, при выращивании более ценных сельскохозяйственных культур требования к дренажу должны быть жестче, то есть сгущение дренажа является экономически выгодным, а в противоположном случае - наоборот.

Поэтому в современных условиях наиболее перспективным считается использование экономико-математического метода определения параметров мелиоративных объектов и их составляющих технических элементов, что совмещает в себе преимущества гидромеханического и эмпирического методов и основывается на реализации комплекса прогнозно-оптимизационных расчетов. Разработкой такого метода активно занимались К.Т. Хоммик, И.С. Рабочев, И.В. Минаев, Ю.М. Никольский, Н.О. Лазарчук, А.Н. Рокочинский и др.[1…4 и др.].

Разработанный нами, в развитие имеющихся подходов к обоснованию параметров дренажа, усовершенствованный экономико-математический подход заключается в следующем.

Согласно [2, 6], оптимизация проектных решений по водорегулированию в качестве главного условия предопределяет необходимость рассмотрения связи между параметрами соответственно эффекта, режима, технологии и конструкции. Поэтому, в пределах исследуемого объекта в качестве модели параметров конструкции для определения междренных расстояний на основе фильтрационных расчетов горизонтального дренажа использована формула ДБН В.2.4-1-99 [5] с учетом разработок А.Я. Олейника и А.И. Мурашко для однородных и слоистых почв в условиях атмосферно-грунтового питания. Данная модель достаточно полно учитывает конструктивные особенности материального горизонтального дренажа и реализуется:

а) для случая неглубокого водоупора, когда mD ? E/4

; (1)

б) для случая глубокого водоупора, когда mD ? E/4

, ; (2)

где mD - расстояние от оси дрены до водоупора, м; Е - расстояние между дренами, м;

Lf - общие фильтрационные сопротивления по степени и характеру вскрытия пласта, м. осушительный дренаж математический

Согласно [1, 4, 8 и др.] в качестве целевой функции оптимизации параметров дренажа принята минимизация приведенных затрат на реализацию технического решения и соответствующих возможных потерь урожая сельскохозяйственных культур при отклонении водного режима осушаемых земель от оптимального в расчетный (посевной) период

, ; (3)

где ZPi - удельные приведенные затраты по -му варианту проектных решений совокупности , ; Yi - математическое ожидание снижения урожайности сельскохозяйственных культур проектного севооборота по соответствующему варианту.

Относительно задачи, рассматриваемой по условию оптимизации (3), связь между параметрами дренажа с создаваемым экономическим эффектом реализована через соответствующую связь между вариантами конструктивных решений при их реализации с ожидаемой эффективной урожайностью выращиваемых культур проектного севооборота. Последняя может быть определена по формуле

, ; , (4)

где Yik - проектная урожайность k-й культуры; ik - коэффициент математического ожидания снижения урожайности -й культуры при отклонении водного режима осушаемых земель от оптимального в расчетный (посевной) период при реализации -го варианта проектного решения.

При этом, как технические варианты проектных решений рассматриваются конструкции дренажа по различным его видам (гончарный и пластмассовый), диаметрам (50, 75, 100 мм - для гончарных; 50, 63 мм - для пластмассовых) и используемым фильтрам (без фильтра или с соединительными муфтами, фильтры из рулонных материалов разных видов, гравийно-песчаная засыпка и т.п.). Всего таких вариантов совокупности, по конструктивным признакам дренажа рассматривается свыше 90.

В данных прогнозно-оптимизационных расчетах как модель параметров эффекта используется формула (4), в которой коэффициент математического ожидания снижения урожайности ik, как функция связи параметров эффекта с параметрами конструкций, определяется по следующей эмпирической зависимости

, ; , (5)

де k - эмпирический коэффициент, зависящий от вида культуры; AG, BG - зональные эмпирические коэффициенты, зависящие от местонахождения объекта; - коэффициент водоотдачи почвы.

Создание и реализация такого метода в конце 80-х годов прошлого столетия под руководством профессора Н.А. Лазарчука несомненно имела революционный характер, определивший переход от применения при проектировании объектов принципа расчетной обеспеченности, которая традиционно задавалась и работала как закон независимо от условий реального объекта, к обоснованию ее оптимального уровня.

Но при этом оказалось, что в современных условиях перехода к рыночным отношениям данный метод имеет ряд несоответствий относительно:

необеспеченности сравнения вариантов проектных решений по объему и качеству полученной сельскохозяйственной продукции;

условности реализации данного метода относительно срока установления потерь урожайности и обоснованности проектных величин этой урожайности.

С нашей точки зрения, эти недостатки можно устранить путем сочетания имеющегося метода оптимизации дренажа [1, 4 и др.] с разработанным на кафедре гидромелиораций НУВХП современным методом обоснования проектной урожайности на осушаемых землях на основе долгосрочного прогноза [7].

Суть подхода заключается в разработке расчетной методики обоснования проектной урожайности которая, в свою очередь, основывается на комплексе прогнозно-имитационных моделей. Этот комплекс, включает в себя модель проектной урожайности, которая позволяет учесть распределение в многолетнем разрезе, соответственно,: климатические и почвенные отличия в пределах объекта.

Согласно этому подходу модель проектной урожайности культур проектного севооборота на осушаемых землях может быть представлена в виде

, ц/га, (6)

где - средневзвешенная по основным переменным условиям объекта эффективная проектная урожайность k-й культуры; Ykgsp - расчетная величина эффективной (действительно возможной) урожайности k-й культуры, полученной в соответствующих климатических щ, почвенных g, мелиоративных (технология водорегулирования) s условиях и разных по условиям тепло- и влагообеспеченности периодов вегетации p; fg, fw - площади распространения соответственно природно-климатических и почвенных различий в пределах объекта, выраженные в долевых частях от общей его территории; p - значение долевых частей типовых схем метеорологических режимов в расчетные периоды вегетации (по условиям тепло- и влагообеспеченности) с учетом проектного срока функционирования объекта, приведенного к 1, то есть.

Реализация такой модели возможна на основе определения общей урожайности в конкретных естественных, агротехнических и мелиоративных условиях, присущих реальному объекту.

Соответственно, модель общей урожайности выращиваемых культур может быть представлена в следующем виде

, ц/га, (7)

где - климатически обеспеченная урожайность за р-й период вегетации k-й культуры; K1 - коэффициент снижения урожайности по бонитету почвы (0 K1 1); K2 - коэффициент увеличения урожайности по внесенным удобрениям (K2 1, или 0K1 K2 1);

K3 - коэффициент снижения урожайности при отклонении срока посева (возобновления вегетации) от оптимального (0 K3 1); K4 - коэффициент влияния природно-мелиоративных условий (климата и технологий водорегулирования) периода вегетации культуры на формирование урожайности(0 K4 1); K5 - коэффициент снижения урожайности при отклонении срока сбора от оптимального (0 K5 1); K6 - коэффициент уменьшения урожайности за счет потерь при сборе и транспортировке(0 K6 1).

Представленная структура общей модели эффективной урожайности в достаточной степени отвечает сути процессов, которые происходят на осушаемых землях.

Пример расчета оптимальных параметров дренажа с учетом проектной урожайности рассмотрен на основе проекта, реализованного на землях хозяйства «Дробот» Сарненского района Ровенской области для разных уровней продуктивности осушаемых земель на основании спланированного и реализованного машинного эксперимента на ЭВМ с использованием соответствующего комплекса прогнозно-имитационных и оптимизационных моделей.

По результатам проведенного эксперимента были получены соответствующие значения расчетных величин оптимальных параметров дренажа при низком, среднем и высоком уровнях продуктивности осушаемых земель для условий исследуемого объекта (пластмассовый дренаж со сплошной оберткой диаметром 63 мм) и систематизированы в таблице.

Зависимость оптимальных параметров дренажа от продуктивности осушаемых земель

Полученные результаты убедительно свидетельствуют о наличии тесной связи между параметрами регулирующей сети осушительных систем и возможным уровнем продуктивности мелиорированных почв.

Таким образом, применение усовершенствуемого метода оптимизации конструкции и параметров сельскохозяйственного дренажа предложенным подходом в последующем позволит повысить обоснованность проектных решений при строительстве и реконструкции осушительных систем.

Кроме того, рассмотренные принципы могут быть успешно применены также при обосновании параметров дренажа на орошаемых землях, после соответствующей параметризации и структуризации модельного комплекса.

Библиографический список

1. Айдаров И.П., Голованов А.И., Никольский Ю.Н. Оптимизация мелиоративных режимов орошаемых и осушаемых сельскохозяйственных земель (рекомендации). - М.: Агрометеоиздат, 1990. 60 с.

2. Рокочинський А.М. Теоретичні та практичні аспекти оптимізації проектних рішень з водорегулювання осушуваних земель на еколого-економічних засадах // Вісник Рівненського державного технічного університету: Зб. наук. праць. - Рівне, 2001. -Вип. 1 (8). С.40-50.

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

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

5. ДБН В 2.4-1-99 Меліоративні системи та споруди. - Киев, 1999. 174 с.

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

7. 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.- 50с.

8. Лазарчук М.О., Рокочинський А.М., Муранов В.Г., Мендусь С.П. Оптимізація параметрів регулюючої мережі осушувальних систем //Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво: Зб. наук. праць. - Рівне, 2002. -Вип. 27. - С.52-60.

Размещено на Allbest.ru