БОБАРЫКИН Николай Дмитриевич

УДК 556.324.001.57(06)

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМОМ ГРУНТОВЫХ ВОД НА ОСНОВЕ ИНВАРИАНТНОЙ НЕСТАЦИОНАРНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОЛЬДЕРНЫХ СИСТЕМ

Специальность:

05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы

и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Калининград 2007

Работа выполнена в ГОУВПО «Калининградском государственном техническом университете» (КГТУ)

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор, Латышев К.С.

(Российский государственный университет им. И. Канта (РГУ им. И. Канта))

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН,

доктор физико-математических наук, профессор Холодов А.С.

(Институт автоматизации проектирования РАН (ИАП РАН), г. Москва);

доктор физико-математических наук, профессор Дикусар В.В.

(Вычислительный центр РАН, г. Москва);

доктор физико-математических наук, профессор Альес М.Ю.

(Институт прикладной механики УрО РАН, г. Ижевск).

Ведущая организация: Институт математического

моделирования РАН (г. Москва)

Защита состоится 10 декабря 2007г. в 14 часов

на заседании диссертационного совета Д 212.065.04

в ИжГТУ по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью,

просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института,

а с авторефератом диссертации – на официальном сайте ВАК РФ vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан _______ ноября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Б.Я. Бендерский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Агропромышленная отрасль страны, использующая комплексную мелиорацию заболоченных и переувлажненных земель, оказывает исключительное влияние на развитие сельскохозяйственного производства в целом, без которого не могут быть решены вопросы продовольственной безопасности страны и конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции на мировом рынке. Сохранение, воспроизводство и рациональное использование плодородия земель сельскохозяйственного назначения является актуальной проблемой, требующей принятия эффективных решений и действий. Улучшение плодородия сельхозугодий расценивается как важнейшая забота о национальном достоянии страны. Выполненный в 2004 г. в соответствии с Концепцией развития мелиорации в России анализ состояния агропромышленного комплекса показал, что в целом для устойчивого развития сельского хозяйства страны необходимо увеличить площадь осушаемых земель до 7 – 8 млн. га. Решение этой задачи требует создания и внедрения наукоемких технологий, совершенных мелиоративных систем, методов, форм и средств управления режимами комплексных осушительных мелиораций.

Основными средствами транспортировки воды от осушаемых массивов (ОМ) в рассматриваемых мелиоративных (польдерных) системах (ПС) служат сети проводящих открытых каналов (СПОК). Главными элементами СПОК являются: пассивные элементы – линейные участки проводящих каналов, узлы – места их соединения и активные элементы – откачивающие насосные станции, сосредоточенные в активных узлах. Для эффективного и равномерного осушения мелиорированных земель используются дренажные трубы (ДТ) различных диаметров, укладываемые на определенную глубину и расстояние между ними, перпендикулярно руслам проводящих каналам.

Наиболее широкое применение на практике проектирования и эксплуатации мелиоративных систем имеет метод водного баланса, который позволяет проводить оценки значений уровня грунтовых вод (УГВ) осушаемого массива с учетом речного стока или проводящими каналами польдерных систем.

Расчеты водного баланса по совокупности приходных и расходных потоков влаги в их динамике и взаимосвязи весьма сложны и трудоемки. Составляющие компоненты водного баланса выступают как случайные переменные величины, и могут быть как непрерывными функциями, так и дискретными, и их взаимозависимость не выражается однозначно в явном виде и является малоизученной, например, взаимосвязь между приходящими и уходящими потоками влаги на границах зоны аэрации и поверхностью грунтовых вод, что делает этот метод малопригодным для управления водным режимом осушаемых массивов в реальном масштабе времени.

Другой вид математических моделей мелиоративных систем, базирующихся на гидродинамических дифференциальных уравнениях, имеет два существенных недостатка и также не способствует построению методологии управления режимом увлажнения корнеобитаемого слоя почвы (РУКС). Во-первых, невозможность увязки в единую математическую модель фрагментарного моделирования процессов переноса воды в проводящей сети и в осушаемом массиве без учета их взаимодействия. Во-вторых, отсутствие инструментария системного подхода при моделировании сложных инженерно-технических систем, включающего семантическую модель технологического процесса, использования теории направленного графа объекта, синтез разрешающей системы дифференциальных уравнений и т.д.

Таким образом, постановка задачи математического моделирования и управления мелиоративными системами требует системного подхода и дальнейшего усовершенствования. В частности, необходимо учесть взаимодействие осушаемого массива со стоком каналов и рек, и обеспечить создание энергосберегающих технологий, обеспечивающих оптимальный режим увлажнения корнеобитаемого слоя почвы, путем управления УГВ ОМ (оптимальному положению УГВ Нор соответствует максимально возможный поток влаги Umax от поверхности грунтовых вод).