Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Системне управління водним режимом зрошуваних територій

Скачати 485.63 Kb.

Системне управління водним режимом зрошуваних територій




Скачати 485.63 Kb.
Сторінка2/3
Дата конвертації03.04.2017
Розмір485.63 Kb.
ТипАвтореферат
1   2   3

госпдоговірна робота з Держводагенством за 2011 рік № 224 «Внесення змін до методики формування ціни на подачу води на зрошення, промислові та комунальні потреби», номер державної реєстрації 0111U008764.


Мета і завдання дослідження. Розробити методологію системного управління водним режимом зрошуваних територій, яка на основі розробки методів управління та інформаційних технологій, теоретико-експериментальних досліджень процесів водонадходження і водовідведення, дозволяє науково обґрунтувати заходи для раціонального використання водних ресурсів в умовах захисту територій від шкідливої дії вод.

Для розв’язання даної проблеми необхідно вирішити такі задачі:

1. Запропонувати системний підхід до управління меліорованою територією як соціо-природно-технічною системою на різних рівнях ієрархії за допомогою моделей цілісного (інтегрованого) управління водними, земельними ресурсами в умовах еколого-економічної оптимізації.

Систе́мний підхі́д (англ. Systems thinking - системне мислення) - напрям методології досліджень, який полягає в дослідженні об'єкта як цілісної множини елементів в сукупності відношень і зв'язків між ними, тобто розгляд об'єкта як модель системи.

2. Розробити методологію системного управління водним режимом території, як послідовність управлінських процедур формування, обґрунтування, вибору і реалізації системно взаємопов’язаних та функціонально взаємозалежних рішень, дій і заходів, для забезпечення економічно ефективного ведення зрошуваного землеробства, досягнення екологічно збалансованих (сталих) та соціально прийнятних змін водного режиму.

3. Розробити методику комплексної оцінки зміни еколого-меліоративного стану території, запропонувати еколого-економічну модель системного управління розвитком зрошуваних територій, провести їх апробацію на основі використання конкретних методів, моделей, алгоритмів прийняття рішень.

4. Розробити методи імітаційно-оптимізаційного моделювання, що дозволяють мінімізувати водонадходження на територію на основі оптимізації режимів зрошення, вибирати оптимальну структуру систем управління захистом від шкідливої дії вод на основі сценарного моделювання.

Система керування, також Система управління (англ. control system) - систематизований набір засобів впливу на підконтрольний об'єкт для досягнення цим об'єктом певної мети. Об'єктом системи керування можуть бути як технічні об'єкти так і люди.

5. Для підтримки прийняття рішень при реалізації системного управління водним режимом території розробити інформаційно-аналітичну систему, в основу якої покладені методи, моделі, алгоритми і комплекс програм, що дозволяють проводити оцінку зміни стану та оптимізувати рішення щодо мінімізації водного навантаження, забезпечення захисту території від шкідливої дії вод.

Програ́мне забезпе́чення (програ́мні за́соби) (ПЗ; англ. software) - сукупність програм системи обробки інформації і програмних документів, необхідних для експлуатації цих програм.

6. Провести експериментальні дослідження формування водного режиму території, теоретичне узагальнення процесів та механізмів водонадходження і водовідведення з метою прийняття оптимальних управлінських рішень.

7. Для умов конкретного об’єкта провести експериментальні та теоретичні дослідження водного режиму території, обґрунтувати заходи з оптимізації системного управління водонадходженням і водовідведенням з метою раціонального використання водних ресурсів і запобігання шкідливій дії вод.

Теорети́чні дослі́дження - висунення і розвиток наукових гіпотез і теорій, формулювання законів та виведення з них логічних наслідків, зіставлення різних гіпотез і теорій.


Об’єкт дослідження – процеси формування водного режиму зрошуваних територій, явища підтоплення сільських територій, які потребують захисту від шкідливої дії вод.

Предмет дослідження – принципи, методи, моделі та інформаційні системи управління водним режимом зрошуваних територій, закономірності водонадходження і водовідведення, заходи з раціонального водокористування та інженерні заходи захисту від підтоплення на сільських територіях.
Інформацíйна систéма (англ. Information system) - сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів.


Методи досліджень: сценарне моделювання водного режиму території що базується на імітаційно-ігровому підході; імітаційне моделювання вологоперенесення і інфільтрації на основі одномірних нелінійних моделей вологоперенесення;
Імітаці́йне моделюва́ння - це метод, що дозволяє будувати моделі процесів, що описують, як ці процеси проходили б насправді.
теоретико-емпіричний метод ідентифікації параметрів системної моделі, методи вирішення обернених задач за методом Тейса, Хантуша, Джекоба; для візуалізації рівнів ґрунтових вод використані ГІС-технології; натурні експериментальні дослідження рівнів ґрунтових вод; Системний аналіз використовується для системного управління водним режимом меліорованої території (на прикладі Каланчацького району).

Наукова новизна одержаних результатів полягає в створенні методології системного управління водним режимом меліорованої території, шо полягає в розвитку системних методів управління водонадходженням і водовідведенням, розробці відповідних інформаційних технологій, дослідженні процесів і механізмів підтоплення сільських територій в таких напрямках.

1. Для системного управління водним режимом зрошуваних територій показана доцільність розгляду території як ієрархічної трирівневої, соціо-природно-технічної системи:



  • на першому рівні ієрархії досліджується ефективність технологій управління водним режимом на меліоративному модулі;

  • на другому рівні ієрархії проводиться оптимізація варіантів структурного управління на системних моделях технологічної і екологічної оцінок;

  • на третьому рівні ієрархії здійснюються соціо-економічна оцінка управління розвитком меліорованих територій.

2. Вперше запропоновано системний метод для оцінки зміни еколого-меліоративного стану територій та прийняття рішень за рівнем ґрунтових вод, в якому послідовно застосовуються: теоретико-емпіричні методи ідентифікації параметрів моделей аналізу динаміки процесу управління; візуалізація в просторі і часі на основі картографічних методів; статистичні методи оцінки в умовах невизначеності на основі гістограм;
Стати́стика - наука, що вивчає методи кількісного охоплення і дослідження масових, зокрема суспільних, явищ і процесів. А також власне кількісний облік масових явищ. Зокрема, облік у будь-якій галузі господарства, суспільного життя, що здійснюється методами цієї науки, а також дані цього обліку.
прийняття рішень за системою екологічних і соціо-економічних критеріїв.

3. Запропоновано використання багатошарових моделей вологопере­несення в інформаційних системах оперативного планування і проектування зрошення, що забезпечує економічну ефективність, задовольняє підвищені екологічні та ресурсні вимоги до систем управління на основі адаптації до конкретних грунтово-екологічних умов поля.

Економі́чна ефекти́вність - це вид ефективності, що характеризує результативність діяльності економічних систем (підприємств, територій, національної економіки). Основною особливістю таких систем є вартісний характер засобів (видатків, витрат) досягнення цілей (результатів), а в деяких випадках і самих цілей (зокрема, одержання прибутку).

4. Вдосконалено системне дослідження процесів та механізмів виник­нення підтоплення земель на основі вивчення водонадходження (опади, фільтрація з каналів, водойм, рисових систем, напірне живлення) і водовідведення (функціонування дренажних систем, причини зменшення природного розвантаження) з території, що дало можливість розробити модель системного управління водним режимом сільських територій (на прикладі смт Каланчак).

Дренажний комплекс (рос. дренажный комплекс, англ. drainage complex, нім. Entwässerungskomplex m) - сукупність споруд (штреки, свердловини, колодязі, шурфи, канави та ін.) і устаткування, призначених для відводу підземних і поверхневих вод.

5. Розвинуто метод сценарного аналізу, для реалізації якого використо­вується імітаційно-оптимізаційний підхід в природокористуванні при прийнятті рішень в багатокритеріальних задачах за умов невизначеності і ризику.

6. Вперше застосовано метод імітаційно-ігрового моделювання, розроблено інформаційні технології на основі багатошарових моделей вологоперенесення та моделі гри з природою для технологічного, екологічного та ресурсного обґрунтування режимів зрошення.

7. Вперше запропоновано метод сценарного імітаційно-оптимізаційного моделювання в умовах невизначеності, розроблена інформаційна система підтримки прийняття рішень для визначення оптимальних варіантів модернізації та реконструкції систем вертикального дренажу.

8. Запропонована вперше методика прогнозування підтоплення території та прийняття перспективних рішень на основі персептронних моделей, що використовує числові та лінгвістичні оцінки. Розроблена економіко-екологічна модель системного управління розвитком зрошуваних територій , що базується на двохкритеріальній моделі лінійного програмування.

9. Розвинуто теоретико-емпіричний метод для ідентифікації функції пониження РГВ при роботі вертикального дренажу, який полягає у використанні теоретичної формули Тейса, де параметри знаходяться емпірично на основі розв’язування обернених задач за даними виробничих відкачок в кожній точці процесу.



Практичне застосування отриманих результатів. Проведені дослідження увійшли складовою частиною до «Методики оцінки зміни стану та прийняття рішень для захисту територій від підтоплення та затоплення», до «Інформаційно-аналітичної системи (ІАС) оцінки зміни стану та ефективності систем захисту від підтоплення та затоплення меліорованих територій» (схвалено нуково-технічною радою Держводгоспу України 21 травня 2010 року, протокол №2) і рекомендовані для впровадження та використання в водогосподарських організаціях, а також до «Методики формування ціни на подачу води на зрошення, промислові та комунальні потреби» (затверджено наказом Держводгоспу України №233 від 29.11.2006 року), які впроваджуються на зрошуваних землях

Впроваджені у навчальний процес при викладанні спецкурсу «Моделювання ґрунтових процесів в гідромеліорації» на кафедрі інформаційних технологій в Херсонському державному аграрному університеті для студентів будівельно-гідромеліоративного факультету спеціальності 7.092602 «Гідромеліорація»: використовуються навчальний посібник «Моделювання і прогнозування для проектів геоінформаційних систем» і «Методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт.

Результати дисертаційної роботи використовуються на кафедрі прикладної математики Національного університету водного господарства і природокористування при розробці бакалаврських та магістерських дипломних робіт та при викладанні курсів: «Моделювання складних систем», «Моделювання ризиків у складних системах», «Моделювання екологічних, економічних та соціальних процесів».

Во́дне господа́рство - галузь економіки, що розробляє і здійснює заходи щодо використання поверхневих і підземних вод для різних галузей економіки, а також здійснює охорону вод і боротьбу з їх шкідливою дією.
Навчальний посібник - видання, яке частково доповнює або замінює підручник у викладі навчального матеріалу з певного предмета, курсу, дисципліни або окремого його розділу, офіційно затверджений як такий.
Прикладна математика - галузь математики, що розглядає застосування математичних знань в інших сферах діяльності. Прикладами такого застосування будуть: чисельні методи, математична фізика, математична хімія, лінійне програмування, оптимізація і дослідження операцій, моделювання суцільних середовищ (механіка суцільних середовищ), біоматематика і біоінформатика, теорія інформації, теорія ігор, теорія ймовірності і статистика, фінансова математика і теорія страхування, aктуарна математика,криптографія, а також комбінаторика і деякою мірою кінцева геометрія, теорія графів в додатку до мережевому плануванню, і багато в чому те, що називається інформатикою. У питанні про те, що є прикладною математикою, не можна скласти чітку логічну класифікацію. Математичні методи звичайно застосовуються до специфічного класу прикладних завдань шляхом складання математичної моделі системи.

Результати досліджень передано на замовлення Херсонського Облводгоспу для впровадження в розробку проектів вдосконалення систем управління та опрацювання практичних заходів по удосконаленню систем захисту територій від підтоплення та затоплення в смт Каланчак Херсонської області.

Херсо́нська о́бласть - область у південній частині України, у межах Причорноморської низовини. На північному заході межує з Миколаївською, на півночі - з Дніпропетровською, на сході - із Запорізькою областями України, на півдні з Автономною Республікою Крим.



Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійною, новою науковою працею, яка містить одержані автором результати щодо постановки і розв’язання важливої науково-прикладної проблеми системного управління водним режимом зрошуваних територій на основі розробки методів управління та інформаційних технологій, теоретико-експериментальних досліджень процесів водонадходження і водовідведення, дозволяє науково обґрунтувати заходи для раціонального використання водних ресурсів в умовах захисту територій від шкідливої дії вод.

Апробація результатів дисертації. Наукові результати та основні положення дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на міжнародних та всеукраїнських наукових та науково-практичних конференціях і семінарах. Зокрема: на міжнародній науково-практичній конференції "Ризикологія в економіці і підприємництві" (Київ, 27-28 березня 2001р.); міжнародна наукова конференція "Актуальні проблеми землеробства на початку нового тисячоліття та шляхи їх вирішення" (Херсон, 2002р.
Наукова конференція - форма організації наукової діяльності, при якій дослідники (не обов'язково вчені чи студенти) представляють і обговорюють свої роботи. Зазвичай заздалегідь (в інформаційному листі або стендовій оголошенні) повідомляється про тему, час і місце проведення конференції.
); міжнародна науково-технічна конференція "Актуальні проблеми водного господарства та природокористування" (Рівне, 30 жовтня-1листопада 2002р.); науково-практична конференція ”Еколого-економічні проблеми водогосподарського комплексу півдня України” (Херсон, 2003р.); друга міжнародна науково-практична конференція "Актуальні питання розвитку земельної реформи в Україні" (Херсон, 26-27 травня 2004р.); міжнародна науково-практична конференція "Наукові засади сталого розвитку водного господарства та меліорації земель в Україні"(Київ, 26-27 квітня 2005р.
Меліора́ція (лат. melioratio поліпшення, від лат. melior кращий) - цілеспрямоване поліпшення властивостей природно-територіальних комплексів з метою оптимального використання потенціалу ґрунтів, вод, клімату, рельєфу та рослинності.
Земельна реформа - комплекс правових, економічних, технічних і організаційних заходів, спрямованих на забезпечення удосконалення земельних відносин, перехід до нового земельного ладу, що відповідає характеру регульованої соціально-орієнтованої ринкової економіки країни.
Ста́лий ро́звиток (англ. Sustainable development) - загальна концепція стосовно необхідності встановлення балансу між задоволенням сучасних потреб людства і захистом інтересів майбутніх поколінь, включаючи їх потребу в безпечному і здоровому довкіллі.
); міжнародна науково-практична конференція "Проблеми водного господарства: проектування, дослідження, будівництво та експлуатація гідротехнічних споруд для гідроенергетики, меліорації та водопостачання" (Рівне 2006);
Гідротехні́чна спору́да - інженерна споруда, що допомагає здійснювати певні водогосподарські заходи як щодо використання водних ресурсів, так і для захисту від шкідливої дії води.
International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2001)”, (Kyiv, September 11-14 2001) International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2006)” (Алушта, 18-23 вересня 2006 року); International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2008)”, (Kyiv-Rivne, Мау 12-17); XVI International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2010)” (Ялта, 4-8 жовтня 2010 року); XVШ International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2011)” (Ялта, 19-23 вересня 2011 року); 23-rd European Regional Conference "Progress in managing water for food and rural development" (Lviv, May 17-24, 2009); друга науково-технічна конференція "Актуальні проблеми водного господарства та природокористування" присвячена 85 річчю НУВГП (Рівне, 21-22 листопада 2007 року); міжнародна наукова конференція "Стан, проблеми та перспективи адаптивного землеробства в геоінформаційному просторі" (Херсон, 14-16 червня 2007р.); науково-практична конференція, присвячена 55–річчю заснування державної водогосподарської служби та 95-річчю від дня народження М.А.Гаркуші – першого міністра меліорації і водного господарства України „Наукові засади розвитку водного господарства та меліорації земель” (Київ, 29-30 жовтня 2009 року);
Перший міністр (англ. First Secretary of State) - почесна посада, яка іноді використовується в уряді Сполученого Королівства. Посада, яка передбачає перевагу над усіма іншими міністрами, не має конкретних повноважень.
III Міжнародна науково – технічна конференція “Актуальні проблеми водного господарства та природокористування” НУВГП (Рівне, 21-23 жовтня 2009 року); международная научно-практическая конференция "Роль мелиорации в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России" (Москва, 14-16 апреля 2009г); наукова конференція «Сучасні проблеми математичного моделювання, прогнозування та оптимізації» (Кам’янець-Подільський, 17-21 травня 2010 року).
Математи́чне моделюва́ння (рос. моделирование математическое; англ. mathematical simulation, нім. mathematische Modellierung f) - метод дослідження процесів або явищ шляхом створення їхніх математичних моделей і дослідження цих моделей.


Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, основної частини і семи розділів, висновків та списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг роботи 437стор. Список використаних джерел налічує 350 найменувань, з них латиницею – 58.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ



У вступі наведено загальну характеристику дисертаційної роботи, зокрема обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету задачі дослідження, представлено в’язок роботи державними науковими програмами, планами, темами, визначено наукову новину та практичне значення результатів досліджень

В першому розділі проаналізовано вплив різних факторів на формування водного режиму меліорованих територій, показана необхідність комплексного підходу до визначення та реалізації заходів управління водним режимом території на основі інформаційно-аналітичних систем.

Виходячи з умов сталого розвитку території, обґрунтована необхідність системного ієрархічного управління водним режимом, що забезпечується поєднанням наукових досліджень в двох напрямках:



  • аналіз водонадходження на територію з урахуванням існуючих водних джерел, дослідження чинників антропогенного і природного походження;
    Наукове дослідження - процес дослідження певного об'єкта (предмета або явища) за допомогою наукових методів, яке має на меті встановлення закономірностей його виникнення, розвитку і перетворення в інтересах раціонального використання у практичній діяльності людей.


  • аналіз водовідведення з території, дослідження природних умов фільтраційної здатності території та зміну гідрогеологічних умов формування водовідведення в зв’язку з дією антропогенних факторів.
    Антропоге́нні фа́ктори середо́вища - фактори, зумовлені діяльністю людини.
    Гідрогеоло́гія (рос. гидрогеология, англ. hydrogeology, geohydrology; нім. Hydrogeologie) - галузь геології, що вивчає підземні води, їхнє походження, фізичні властивості, хімічний і газовий склад, поширення в земній корі, а також використання їх та методи охорони від виснаження та забруднення.


Оптимізація водонадходження на зрошувану територію, основою якого є природне інфільтраційне живлення та інфільтрація від штучних водних джерел, вимагає раціонального управління водокористуванням. Методи і моделі управління водою, яка подається магістральними і розподільчими каналами, розроблялись в роботах Коваленка П.І., Попова В.М.., вивчення та раціоналізацію водних балансів досліджували Шпак І.С.
Во́дний бала́нс - кількісне співвідношення прибутку, витрат і акумуляції води за певний час (рік, сезон, місяць тощо) для будь-якої території або водного об'єкта. Найчастіше розглядається щодо басейну річки (або його частини).
та Михайлов Ю.О., значний внесок у встановлення раціональних режимів зрошення та зволоження належить Алпатьеву С.М., Штойко Д.А., Остапчику В.П., Ромащенку М.І., Жовтоног О.І., Ковальчуку П.І., Писаренко В.А., Рокочинському А.М.

Проблеми, пов’язані з недостатньою роботою систем водовідведення виникають майже повсюдно на півдні України. Для контролю підтоплення земель розроблені наукові основи еколого-меліоративного моніторингу (Алексеєвский В.Е., Муромцев М.Н., Бурдин Л.М., Рябцев М.П.). Основи сучасної гідродинамічної теорії свердловин розвинуті в роботах Т.Тейса, Маскета, М. Хантуша, П.Я.Полубаринової-Кочиної. Школою О.Я.Олійника проведена класифікація умов підтоплення земель і сільських населених пунктів з виокремленням факторів підтоплення, джерел підтоплення, критеріїв підтоплення, розроблені методи розрахунку проектних параметрів дренажних систем. Розроблені інформаційні системи (Парамонова Н.К., ВНДІ ВодГЕО) та система підтримки прийняття рішень (Стеля Л.П.), що дозволяють проводити окремі аспекти прогнозування і управління рівнем ґрунтових вод території. Концептуально системний підхід до проблеми захисту від підтоплення виражає розроблена під керівництвом М.І.Ромащенка Схема комплексного захисту від підтоплення та затоплення земель Херсонської області, в якій окреслений комплекс інженерно-технічних, організаційно-технологічних, агротехнічних, структурних заходів.

Отже, інтегрований підхід до управління водонадходженням та водовідведенням, дослідження працюючих дренажних систем, необхідність їх реконструкції, вдосконалення водокористування для мінімізації шкідливої дії вод вимагає наукового обґрунтування системних управлінських рішень стосовно конкретної території. Для цього необхідно розробити методологію системного управління водним режимом зрошуваних територій, що включає розвиток методів, моделей та інформаційно-аналітичних систем для комплексної оцінки та прийняття рішень, як розвитку інструментарію прикладного системного аналізу (Згуровський М.З., Панкратова Н.Д.) та системного аналізу в меліоративній науці (Рекс Л.М.).

Виходячи з систематизації існуючих робіт та стану наукових досліджень, для вирішення науково-практичної проблеми системного управління водним режимом зрошуваних територій, запропонована така структура наукових досліджень (рис.1). Вона включає розробку та вдосконалення методів теоретико-експериментальних досліджень процесів та механізмів водонадходження і водовідведення, дозволяє науково обґрунтувати інформаційні технології та заходи для раціонального використання водних ресурсів в умовах захисту територій від шкідливої дії вод.


1   2   3


Скачати 485.63 Kb.

  • Мета і завдання дослідження.
  • Предмет дослідження
  • Методи досліджень
  • Наукова новизна одержаних результатів
  • Практичне застосування отриманих результатів
  • Особистий внесок здобувача
  • Апробація результатів дисертації
  • Структура та обсяг дисертаційної роботи