Статья: Мобильные средства поддержки управления водораспределением для условий реальной эксплуатации оросительной системы

- расходы и объемы, подаваемые в контур регулирования;

- расходы и объемы, забираемые из контура регулирования водопотребителями;

- текущие запасы воды в контуре регулирования;

- прогноз сработки воды в контуре при отсутствии воздействий, связанных с управлением водораспределением;

- баланс подаваемых в контур и забираемых из него объемов воды.

Блок контроля за процессом позволяет эксплуатационному персоналу (диспетчеру) обеспечить визуальный графический контроль за поведением системы по интервалам регулирования на весь планируемый интервал моделирования и включает в себя:

- график, позволяющий контролировать динамику регулируемых объемов;

- номограмму, позволяющую контролировать значения подаваемой и забираемой воды в контуре регулирования;

- номограмму, отражающую баланс подаваемых и забираемых расходов в контуре регулирования.

Программа выполнена в среде программирования Microsoft Excel и ввиду своей общедоступности и простоты оперативно настраивается на конкретные условия эксплуатации эксплуатационным персоналом
(диспетчером) оросительной системы.

3 На водораспределительной системе выделяются характерные, гидравлически связанные между собой исходные контуры регулирования водораспределения (рисунок 3).

Рисунок 2 - Вариант экранной формы программы моделирования водораспределения в типовом контуре

Рисунок 3 - Выделение исходных контуров регулирования

4 Производится имитационное моделирование процессов регулирования водораспределения в контуре регулирования 1. Для этого используется универсальная компьютерная программа моделирования (см. п. 2), настроенная на исходные данные этого контура: режимы забора воды из контура (заявки водопользователей) и оперативные данные о регулирующих емкостях в контуре. Моделирование ведется путем варьирования режимов подачи воды в контур регулирования (в соответствии с их эксплуатационно-техническими характеристиками соответствующих средств подачи воды в этот контур). По итогам моделирования определяется функция (или алгоритм) подачи воды в контур регулирования. Эта функция передается далее в качестве функции (алгоритма) забора воды для моделирования режимов водораспределения в контуре 2 (см. п. 5).

5 Производится имитационное моделирование процессов регулирования водораспределения в контуре регулирования 2. Для этого используется та же (или лучше хранящаяся в отдельном файле или закладке) типовая универсальная программа моделирования (см. п. 2), но настроенная на исходные данные уже этого контура 2. В качестве исходных данных в этом случае выступает функция (алгоритм) забора воды из контура 2, равная функции подачи воды в контур регулирования 1 (см. п. 4), и оперативные данные о регулирующих емкостях контура 2. Моделирование ведется путем варьирования режимов подачи воды в контур регулирования 2 в соответствии с эксплуатационно-техническими характеристиками средств подачи воды в этот контур. По итогам моделирования определяется функция (или алгоритм) подачи воды в контур регулирования (систему).

6 При необходимости аналогичным образом производится моделирование в третьем и последующих выделенных контурах регулирования водораспределения.

Определенные таким образом режимы управления водораспределением могут использоваться в качестве вариантов решений, принимаемых службой эксплуатации оросительной системы (диспетчером), по управлению работой насосно-силового оборудования и подпорно-регулирующих сооружений системы, обеспечивающих управление водораспределением на этой системе.

Для демонстрации возможностей предлагаемого способа управления водораспределением в качестве одного из объектов был взят участок Миусской оросительной системы (рисунок 4).

Рисунок 4 - Фрагмент исследуемого участка водораспределения на Миусской оросительной системе

Задача регулирования состояла в следующем:

1 Исходя из заявки на воду, которая подается на орошаемые площади, подвешенные к станциям НС-7 и НС-8, и оперативных данных об объемах воды на участке канала МР-2, определить режим подачи воды в МР-2 подпорным регулирующим сооружением № 1.

2 Исходя из определенного в п. 1 режима подачи воды в МР-2 подпорным регулирующим сооружением № 1 и оперативных данных о режимах работы распределительной сети на участке МК, определить режим работы ГНС, подающей воду в систему.

В соответствии с изложенной выше методикой были выделены два контура регулирования (см. рисунок 4). С учетом же технических характеристик выделенного участка структура моделирования приобрела вид, представленный на рисунке 5.

Рисунок 5 - Структура управления водораспределением на исследуемом участке водораспределительной сети

Контур регулирования № 1 включил в себя нижний бьеф подпорного регулирующего сооружения № 1, участок канала МР-2 (до ПК 30 + 18), насосные станции НС-7 и НС-8.

В контур регулирования № 2 вошли ГНС, МК, верхний бьеф подпорного регулирующего сооружения № 1.

На первом этапе моделирования был проимитирован процесс водораспределения в контуре регулирования № 1. В качестве оперативных исходных данных были приняты:

- интервал регулирования - 2 ч (принятый на Миусской оросительной системе);

- режим забора воды из канала МР-2 - в соответствии с одним из возможных вариантов заявки на воду, подаваемую на орошаемые поля насосными станциями НС-7 и НС-8 (таблица 1);

- оперативные данные об объемах воды на участке канала МР-2 от подпорного регулирующего сооружения № 1 до ПК 30 + 80:

а) текущий объем воды на начало регулирования - 5,2 тыс. м3;

б) минимально допустимый объем воды в канале, обеспечивающий забор воды НС-7 и НС-8, - 2,0 тыс. м3;

в) максимально допустимый объем воды в канале - 12 тыс. м3.

Таблица 1 - Заявка на воду из канала МР-2 насосными станциями НС-7 и НС-8

Моделирование производилось путем варьирования возможных режимов подачи воды в МР-2 подпорным регулирующим сооружением № 1.

Результаты моделирования в контуре регулирования № 1 (нижний бьеф подпорного регулирующего сооружения № 1 - МР-2 - НС-7 и НС-8) представлены на рисунке 6.

Результаты моделирования позволили определить режим подачи воды в МР-2 подпорным регулирующим сооружением № 1 (таблица 2).

Таблица 2 - Определенный режим подачи воды в МР-2 подпорным регулирующим сооружением № 1

Рисунок 6 - Результаты моделирования водораспределения в контуре регулирования № 1

На втором этапе моделирования был проимитирован процесс водораспределения в контуре регулирования № 2. В качестве оперативных исходных данных были приняты:

- режим подачи воды из МК в МР-2, полученный по результатам моделирования в первом контуре регулирования (см. таблицу 2);

- технические характеристики насосных агрегатов ГНС:

а) количество насосных агрегатов - четыре;

б) производительность одного насосного агрегата - 1500 л/с;

- оперативные данные об объемах воды в МК:

а) текущий объем воды на начало регулирования - 5,4 тыс. м3;

б) минимально допустимый объем воды - 2,66 тыс. м3;

в) максимально допустимый объем воды - 29,6 тыс. м3.

Моделирование осуществлялось путем варьирования режимов работы насосных агрегатов ГНС, подающих воду в систему. Результаты моделирования представлены на рисунке 7.

Рисунок 7 - Результаты моделирования водораспределения в контуре регулирования № 2

Отметим, что результат моделирования в контуре № 2 позволил не только определить режимы подачи воды в систему всей ГНС, но и составить графики работы насосных агрегатов ГНС, что, в свою очередь, может представлять интерес для эксплуатационных служб, обеспечивающих их техническое обслуживание и ремонт.

Опытное внедрение разработанных средств показало, что время, необходимое эксплуатационному персоналу для настройки разработанных средств на один контур регулирования, может составлять несколько часов (при этом целесообразно для каждого контура регулирования выделять отдельную закладку, так как это позволяет уменьшить затраты времени на перенастройку программы, снизить риск ошибок). Время же, затрачиваемое на последующее использование этих средств в процессе оперативного управления водораспределением на системе, лежит в пределах от одной-двух до нескольких минут (в зависимости от квалификации персонала).

Выводы

Разработанные мобильные средства поддержки управления водораспределением предназначены для повышения оперативности и качества принимаемых решений, связанных с организацией и проведением оперативного управления водораспределением на оросительных системах. Они ориентированы на работу в условиях эксплуатации оросительной системы и обеспечивают возможность их настройки и применения самими специалистами оросительных систем, не имеющими специальных знаний в области компьютерных технологий.

Апробация разработанных средств показала, что, несмотря на ряд принятых в ней существенных упрощений и огрублений, они позволяют с достаточной точностью определить режимы работы насосно-силового оборудования и подпорно-регулирующих сооружений системы, отследить динамику объемов в ее каналах, автоматизировать процедуры расчета эксплуатационных показателей работы оросительной системы и документооборота.

Список использованных источников

1 Щедрин, В. Н. Совершенствование конструкций открытых оросительных систем и управления водораспределением / В. Н. Щедрин. - М.: Мелиорация и вод. хоз-во, 1998. - 160 с.

2 Моделирование динамического управления водораспределением на каналах открытой оросительной сети / В. Н. Щедрин, А. А. Чураев, В. М. Школьная, Л. В. Юченко // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации 2015. - № 4(20). - С. 1-20.

3 Ткачев, А. А. Активное управление водораспределением в магистральных каналах с предельно обеспеченным (100 %) водопотреблением уровней воды на перегораживающих сооружениях / А. А. Ткачев // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. - 2006. - № 2. - С. 100-109.

4 Чураев, А. А. Управление процессами водораспределения на оросительных системах: науч. обзор / А. А. Чураев, Л. В. Юченко, М. В. Вайнберг; ФГБНУ «РосНИИПМ». - Новочеркасск, 2014. - 52 с. - Деп. в ВИНИТИ 02.06.14, № 156-В2014.

5 Оросительные системы России: от поколения к поколению: монография. В 2 ч. Ч. 2 / В. Н. Щедрин, А. В. Колганов, С. М. Васильев, А. А. Чураев. - Новочеркасск: Геликон, 2013. - 307 с.

6 Щедрин, В. Н. Основные правила и положения эксплуатации мелиоративных систем и сооружений, проведения водоучета и производства эксплуатационных работ: монография. В 2 ч. Ч. 1 / В. Н. Щедрин, С. М. Васильев, В. В. Слабунов. - Новочеркасск: Геликон, 2013. - 395 с.