4.3.2. Інформаційно-обчислювальні системи планування зрошення

У результаті багаторічної науково-дослідної роботи в Інституті гідротехніки і меліорації УААН створено низку автоматизованих інформаційно-обчислювальних систем для розв'язання багатофакторних задач довгострокового прогнозування водопотреби для обгрунтування проектів зрошувальних систем, оптимізації сезонного та оперативного розподілу і використання водноенергетичних та інших ресурсів, оперативного управління поливами. Це такі системи, як ІОС "Проект", ІОС "Полив-2", ІОС "Добрива".

Поставлені тут задачі охоплюють усі ланки зрошувальних систем, починаючи від конкретного поля, сівозміни і закінчуючи водозабором (про міжгосподарський водорозподіл та інші задачі на рівні управлінь зрошувальних систем див. 4.3.3).

Програми і алгоритми цих систем розроблено з урахуванням вимог досягнення оптимальної продуктивності, ресурсоощадливості та екологічної безпеки зрошення. Зокрема, проблему ощадливого використання ресурсів розв'язують шляхом застосування водоощадливих режимів зрошення сільськогосподарських культур і оптимізації розподілу обмежених водно-енергетичних ресурсів.

Екологічні вимоги до зрошення реалізуються шляхом перегляду прийнятих раніше підходів до управління технологічними процесами на зрошувальних системах і природними процесами в агроекосистемах, врахуванням змін, які вже відбулись в агро-екосистемі, напрямів цих змін і прогнозуванням їх на майбутнє, застосуванням ґрунтозахисних режимів зрошення.

Автоматизована інформаційно-обчислювальна система ЮС "Проект" у процесі планування річного водокористування на існуючих системах і проектування нового зрошення розв'язує такі задачі:

» розрахунок норм водопотреби і сезонної динаміки дефіцитів водоспоживання сільськогосподарських культур для року будь-якого заданого забезпечення природним зволоженням;

» розрахунок сезонної динаміки гідромодулів сільськогосподарських культур і розподіл водоподачі по водовиділах у господарствах;

» комплектування графіків поливів на сівозмінній ділянці з урахуванням параметрів закріпленої техніки поливу і структури посівів;

» вирівнювання графіків гідромодуля для управління зрошувальної системи під заданий ліміт водних і енергетичних ресурсів шляхом зміни структури посівів або строку сівби післяжнивних повторних культур при збереженні максимально можливого додаткового чистого прибутку від зрошення. В останні роки у складі ІОС "Проект" розробляються нові функціональні задачі довгострокового планування зрошення:

» обгрунтування раціональних структур посівних площ і площі зрошення за існуючого рівня забезпечення ресурсами;

» техніко-економічні обгрунтування гідромодуля зрошувальної системи.

При розв'язанні цих задач використовують економічні показники: закупівельні ціни на сільськогосподарську продукцію, собівартість вирощування одного центнера продукції, додатковий чистий прибуток від зрошення, вартість капітальних витрат.

ІОС "Проект" пройшла виробничу перевірку і використовувалась проектними інститутами для проектування нового зрошення і облводгоспами для планування річного водокористування. У зв'язку із значним обмеженням проектування нового зрошення модифікована система довгострокового планування зрошення у вигляді ЮС "Водопотреба" передається для використання в облводгоспи, управління зрошувальних систем і в господарства.

Інформаційно-обчислювальна система оперативного управління поливами нового покоління ІОС "Полив-2" розробляє і пропонує господарству для реалізації обгрунтовані режими зрошення сільськогосподарських культур, дає рішення з оптимізації розподілу і використання водних ресурсів при їхньому дефіциті в господарстві чи на міжгосподарському рівні, аналізує ефективність використання водних і енергетичних ресурсів.

Базою для розрахунків служать нормативні параметри режимів зрошення, наведені в 4.2.6. Розрахунок ведеться на одержання максимальної продуктивності поливних земель, яку можна очікувати при використанні наявних у господарстві та на зрошувальній системі ресурсів. За дефіциту водно-енергетичних ресурсів, коли фактична водозабезпеченість не відповідає оптимальній потребі сільськогосподарських культур, ІОС "Полив-2" розробляє і пропонує водоощадливі режими зрошення.

Параметри ресурсоощадливих режимів зрошення визначаються на основі оптимізації внутрігосподарського водорозподілу з використанням системи пріоритетів, яка забезпечує мінімізацію втрат врожаїв сільськогосподарських культур за дефіциту водних чи інших ресурсів. Алгоритм обгрунтування оптимальних ресурсоощадливих режимів зрошення в ІОС "Полив-2" передбачає послідовне розв'язання таких задач: » визначення максимально допустимих поливних норм відповідно до фаз розвитку рослин і водно-фізичних властивостей грунту;

» визначення технологічно допустимих поливних норм, виходячи з продуктивності техніки поливу, площі поля, динаміки добового водоспоживання сільськогосподарських культур, коефіцієнта використання робочого часу за добу, втрат на випаровування у ході поливу;

» визначення гранично допустимих екологічно безпечних поливних норм;

» прогнозування строків і тривалості поливів;

» визначення сумарної водопотреби по господарству і порівняння її з рівнем ресурсозабезпеченості;

» оцінка грунтово-екологічного стану земель;

» коректування поливних режимів згідно з рівнем ресурсозабезпеченості і грунтово-екологічним станом земель.

Для розв'язання цих задач у нормативну базу системи введено значення граничне допустимих екологічно безпечних і ґрунтозахисних режимів зрошення, поправні коефіцієнти до сумарного випаровування.

Система пройшла виробничі випробування і рекомендована міжвідомчою комісією Держводгоспу і Мінсільгосппроду України для широкого впровадження у зоні зрошення. У 1996 р. ІОС "Полив-2" впроваджувалась на площі понад 500 тис. га. Для подальшого ефективного використання системи Інститут гідротехніки і меліорації УААН разом з водогосподарськими організаціями аналізує і узагальнює досвід її використання у реальних виробничих умовах.

Результати аналізу даних впровадження ЮС "Полив-2" у Херсонській, Одеській областях і Автономній Республіці Крим свідчать, що в господарствах на поливних землях з цілої низки причин рекомендації інформаційно-обчислювальної системи у повному обсязі майже не виконуються. Але і за часткового виконання цих обґрунтованих рекомендацій досягається значний економічний ефект і заощаджується до 30% водних і енергетичних ресурсів.

Останнім часом за заявками виробництва у складі ЮС "Полив-2", крім традиційних функціональних задач, реалізуються також задачі водообліку за показниками роботи дощувальної техніки, оперативного аналізу ефективності використання водних і енергетичних ресурсів та водокористування в цілому. Розв'язання цих задач дає змогу регламентувати взаємовідносини водогосподарських і сільськогосподарських організацій, підготувати їх до переходу на платне водокористування.

Новий етап розвитку ІОС планування зрошення передбачає такі напрями:

» розширення нормативно-довідкової бази економічних і еколого-меліоративних показників;

» об'єднання бази даних ЮС з базою даних еколого-меліора-тивного моніторингу;

» удосконалення моделей і алгоритмів для розв'язання задач порівнювання варіантів технологічних рішень і еколого-меліоративної оцінки;

» визначення оптимальних планів водоподачі, затрат електроенергії і фінансових коштів на рівні господарства та зрошувальної системи;

» збирання ретроспективних даних про ефективність водокористування на всіх рівнях зрошувальних систем;

» поєднання задач планування водоподачі із задачами управління міжгосподарським водорозподілом у складі єдиної ІОС водокористування.

Ефективність зрошення значною мірою залежить від ув'язування поливів з поживним режимом грунту. Тому однією із задач комп'ютеризації поливного землеробства було також створення інформаційно-обчислювальної системи для планування внесення добрив і мікроелементів.

Розроблена в Інституті гідротехніки і меліорації УААН ЮС "Добрива" на основі балансового методу, тобто з урахуванням кількості внесених добрив восени минулого року і фактичної наявності поживних речовин у грунті, розраховує перед початком вегетаційного сезону для кожного конкретного поля й розміщеної на ньому культури потребу в органічних та мінеральних добривах під запланований урожай поточного року, визначає необхідність весняно-літніх підживлень і необхідності дози внесення добрив восени під урожай наступного року.

Нові напрями наукових досліджень і задачі комп'ютеризації поливного землеробства виникають у зв'язку з розукрупненням існуючих колективних господарств та радгоспів і необхідністю зрошення значно менших за розміром ділянок. У цих умовах зростає можливість більш точного визначення вологості грунту та діагностування стану посівів для введення в програму ІОС. Підвищується необхідність враховувати кон'юнктуру ринку, особливості матеріально-технічних можливостей господарства. Разом з тим інформаційно-обчислювальні системи оптимізації технологій набувають більш масового характеру, отже, вони повинні бути розраховані на користування фахівців різного рівня підготовки.