Автореферат (1151751), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Запишем оптимизационную задачу формирования сетевого графика производства поливов для орошаемых полей J на период поливного цикла:

- минимизация потерь. (2)

; - ограничение по гидромодулю; (3)

- ограничение на наличие операторов дождевальных машин; для всех - ограничение на производство поливов по агротехнологическим и др. причинам в промежуток времени ;

где U - относительный технико-экономический показатель потерь; k₀ - размерностный коэффициент пропорциональности, 1/(руб.сут.) S_j - площадь орошаемого j-го поля, га; s_j(t) - площадь участка j-го поля (га), орошаемого за одни сутки t; q_j(t) - водоподача на орошение j-го поля (м³/с) в течение суток t; Q_ос - максимальный расход оросительной сети, м³/с; b(n^r, t) - норма обслуживания работающей в сутки t дождевальной машиной (ДМ) n^r, чел./сут.; B(t) - число операторов дождевальной техники на момент времени t, чел.; - номера суток начала и конца полива на j-том поле; - номера суток начала и конца запрета на проведение полива на j-том поле; J - множество полей; t_н, t_к - дата начала и окончания поливного цикла соответственно, сут.

Площадь участка j-го поля, орошаемого в течение одних суток, определяется суммой площадей, политых ДМ за этот период:

, (4)

где - функция производительности работающей ДМ номера n за сутки t от поливной нормы (м³/га) и давления (м) на машине , га/сут.; - номера всех работающих ДМ на j-том поле в течение суток t.

Система оперативного управления поливами на основе решения оптимизационной задачи должна определять (в соответствии с оперативным расчетным режимом орошения) сроки начала и окончания полива для каждой единицы поливной техники, технологические параметры ее работы (давление, расход, время работы на позиции, скорость движения, производительность за рабочий день, нормы обслуживания) по суткам с момента включения с учетом продолжительности рабочего дня, изменения комбинации одновременно работающих машин.

Корректное решение поставленной задачи невозможно без использования модели, описывающей давление на гидрантах при изменении комбинации одновременно работающих ДМ, что позволяет рассчитать производительность и нормы обслуживания этих машин. Кроме того, при комплектации графика полива и определении технологических параметров работы ДМ необходимы данные по гидравлическому режиму работы всей внутрихозяйственной оросительной сети на протяжении всего поливного цикла. Показано, что для решения оптимизационной задачи требуется создать служебные модели и расчетные схемы, обеспечивающие необходимое описание структурно–функциональных аспектов работающей оросительной системы.

Во второй главе приводится характеристика объектов исследований, методика моделирования, описание методических и технических средств экспериментальных исследований, а также представлено используемое программное обеспечение. В качестве объектов исследования были выбраны: Городищенская оросительная система (ФГУ «Управление «Волгоградмелиоводхоз», Волгоградская область) и Лузинская оросительная система (АО «ОМСКИЙ БЕКОН», Омская область).

Городищенская ОС площадью 20 500 га расположена на правом берегу реки Волги и занимает Восточную часть Волго-Донского междуречья с водозабором из Волгоградского водохранилища. Орошение сельскохозяйственных культур проводится дождевальными машинами «ДКШ-64», «Фрегат», «Кубань», «Днепр», ДДА-100М, ДДА-70, а также по полосам с применением гибких шлангов. Измерение давления в сети и на гидрантах проводились тарированными манометрами; расход воды и равномерность распределения дождя измерялись с помощью осадкомеров по общепринятой методике. При анализе работы Городищенской ОС были выявлены и сформулированы основные проблемы, связанные с эксплуатацией крупных закрытых оросительных систем.

Представлены натурные и проектные данные по 2-му отделению Лузинской ОС (≈ 650 га орошаемых земель), необходимые для проверки адекватности функционирования разработанной гидравлической модели для сравнительно сложной по конфигурации оросительной сети.

Для разработки расчетных схем и моделей использовались методы имитационного моделирования и оптимизации, реализуемые в программной оболочке «Matlab». Результаты сценарных исследований и исходные данные обрабатывались с помощью статистических методов, входящих в стандартное математическое обеспечение «Excel» и «Matlab». База данных и структура оросительной сети, включающая геометрические и геодезические характеристики, сформированы средствами программного обеспечения ГИС (ArcGIS 9.2) с использованием картографических материалов и результатов аэрокосмической съемки.

В третьей главе рассматриваются теоретические и методические аспекты разработки гидравлической модели оросительной сети, удовлетворяющей требованиям постановки и решения оптимизационной задачи (1) с необходимой точностью и скоростью выполнения вычислений. Исходными данными для модели служат схема закрытой оросительной сети; паспорта трубопроводов, запорной, регулирующей и предохранительной арматуры, включая их гидравлические характеристики; геодезические отметки узлов сети; напорно-расходные характеристики ДМ и насосов. Эти необходимые для модели характеристики сети были объединены в тематические слои в системе ГИС на базе ArcMap 9.3 (рис. 1 и 2) с их привязкой к соответствующей базе данных, включающей описание параметров элементов сети.

Например, для слоя «трубопровод» база данных включает такие параметры как длина, диаметр, шероховатость, а также содержит привязку к географическим и геодезическим координатам.

В расчетах гидравлических потерь по длине трубопроводов используется формула Вейсбаха-Дарси для турбулентного установившегося равномерного движения жидкости. Зависимость потерь давления h_l по длине для круглых труб имеет вид:

, (5)

где l – длина трубопровода, м; – средняя скорость, м/с; D – диаметр трубопровода, см; - безразмерный коэффициент гидравлического трения; – ускорение свободного падения, м/с².

Для труб с разнозернистой шероховатостью коэффициент гидравлического трения определяется из формулы Кольбрука:

, (6)

где , – относительная и эквивалентная шероховатость (высота выступов шероховатости) соответственно, мм, ; – число Рейнольдса, выраженное через диаметр трубопровода, ; – кинематический коэффициент вязкости, см²/с; ; Q – расход воды в трубопроводе, м³/с.

Для повышения эффективности расчетной схемы гидравлической модели нами предложен алгоритм (рис. 3), особенностью которого является использование предварительно идентифицированных напорно-расходных характеристик каждого структурного элемента оросительной сети. На этапе расчета интегральной напорно-расходной характеристики распределительной сети по некоторому правилу суммируются характеристики включенных ДМ в соответствии со структурой их положения в оросительной сети.

При этом возможны два варианта сложения функций: в случае увеличения расхода воды за счет присоединения очередной (работающей) ДМ или ветки распределительной сети, на которой имеется работающая ДМ, сложение функций производится по абсциссе (расходу); в случае изменения характеристик трубопровода сложение производится по оси ординат (напору).

Рис. 3. Блок-схема алгоритма расчета напорно-расходных характеристик сети

По такому принципу проводится синтез функций распределительной сети до насосной станции (рис. 4). Пересечения напорно-расходных характеристик сети и насосной станции (при переменном количестве работающих насосов) определяют все возможные рабочие точки включенных насосов (рис. 5), по которым рассчитывается напор на гидранте каждой ДМ (рис. 6).

Рис. 4. Графическое представление операций с функциями при расчете расходно-напорных характеристик в точке сети «Узел 5-2»

Орошаемая каждой ДМ площадь в момент времени t определяется функцией:

(7)

где - орошаемая площадь, га; - длина крыла ДМ, м; - радиус полива насадкой или дождевальным аппаратом, , м; - напор ДМ, м.

Интенсивность дождя (мм/мин) каждой ДМ в момент времени определяется как:

(8)

Характеристики

Список файлов диссертации