2. Методы прогнозирования параметров внешней среды при составлении текущих и перспективных водохозяйственных балансов. Плановое водопользование.

Переходный этап в экономики, в рамках которого происходят ключевые изменения структуры органов и ме­тодов управления на разных уровнях иерархии водохозяйственного производства, характерен тем, что вырабатывается потенциал для развития отрасли и обеспечение эффективности ее функционирования. В этом аспекте планирование и прогнозирование водоподачи и водопотребления и в будущем остается приоритетным направлением производственного процесса, достаточно сказать, что так формулируется один из разделов основных задач фундаментальных исследований Академии Наук РФ. Прогнозирование изменения количествен­ных характеристик наличия водных ресурсов в данном месте в заданный момент времени необходимо для: экономической оценки возможных сценариев действий предприятия и принятия обоснованных хозяй­ственных решений, оценки влияние реализуемых мероприятий на экономические показатели других предприятий и регионов и их эколо­гическую ситуацию, на спрос и потребление продукции и др.

Прогнозирование - это исследование возможного состояния объекта в будущем и(или) путей и сроков достижения этих состояний.

Состояние объектов ВХК определяется воздействием совокупности факторов (преимущественно природных), которые называют условиями эксплуатации. По условиями эксплуатации ВХК выделяют следующие основные природные зоны: пустынная (аридная), сухостепная, степная (субаридная), нечерноземная (гумидная). Способы эксплуатации в этих зонах отличаются и зависят от прогнозных гидрометеорологических, гидрологических и гидрогеологических расчетов. Сложность реальных природных условий, определяющих водообеспеченность различных элементов ВХК, в силу перечисленных особен­ностей систем никогда не может быть учтена при оценочных построениях и расчетах в полной мере, а сами эти условия могут быть изучены только с той или иной степенью приближения. Поэтому достоверность прогнозных расчетов по определению водообеспеченности систем должна определяться допустимыми отклонениями от реальных величин влагозапасов и условиями формирования стока.

Принципы прогнозирования требуют обеспечить научную обоснованность и системный подход к решению поставленных задач, адекватность и соответствие расчетных методов и моделей тем реальным экономическим процессам и явлениям, развитие которых прогнозируется. Если плановые показатели конкретны и однозначны, а требование к их достижению носит директивный и адресный характер, то прогнозные по­казатели имеют вероятностный характер и разрабатываются для несколь­ких, альтернативных вариантов, из которых по избранному критерию оп­тимальности, потом выбирается наиболее предпочтительный. Поэтому прогноз является первым этапом планирования, на котором анализируются и оцениваются тенденции развития рассматриваемых процессов в исходном, базовом периоде и предполагаемые их изменения под воздей­ствием тех или иных факторов в будущем. По итогам анализа появляется возможность принять научно обоснованное решение поставленной эко­номической задачи и определить конкретные пути достижения постав­ленных целей, а также объемы необходимых ресурсов.

Указанные принципы прогнозирования и планирования реализуются в практических расчетах с помощью соответствующих методов расчета: системного анализа, программно-целевого, балансового, нормативного, экономико-математического и некоторых других.

В прогнозировании используют так называемые фактографические (формализованные методы: статистические, методы аналогий и опере­жающие методы исследования, а также интуитивные (экспертные мето­ды оценки качественных сдвигов (реже количественных показателей при развитии тех или иных процессов в будущем: метод опроса и анализа мнений экспертов с прямой и с обратной связью, метод коллективной генерации идей (мозговой атаки ) и др.

Наиболее широко в планово-прогнозных расчетах используется балан­совый метод, представляющий собой систему расчетов, позволяющую увязать и сбалансировать потребности в продукции и ресурсах с возмож­ностями их получения, производства или завоза из других регионов.

При обосновании и в расчетах показателей плана широко использует­ся нормативный метод, основанный на использовании норм и нормати­вов, в пределах которых должны совершаться простейшие, первичные социально-экономические явления и процессы. Основные виды исполь­зуемых норм и нормативов следующие: затрат труда расхода и запасов сырья, топлива и других ресурсов, капитальных вложений, использования производственных мощностей, эффективности производства финансо­вые, социальные и экологические нормы и нормативы.

Метод моделирования часто используется совместно с методами ма­тематического программирования, особенно для решения задач управле­ния или планирования, рассчитанных на поиск экстремума - производст­во планового объема продукции с минимальными затратами и т. п.

Широко в планировании используются и методы математической ста­тистики: корреляционный анализ, исследование операций и других, по­зволяющих определить характер связи и степень зависимости (тесноты связи) между различными явлениями и процессами в экономике.

В прогнозных расчетах исполь­зуются статистические и экспертно-аналитические методы. Наиболее широкое применение среди первых нашли методы корреляционно-регрессионного анализа используемые в программном обеспечении (EXCEL. Mathcad. SPSS. Statistica и др.).

При выполнении прогнозных расчетов необходимо использовать соответствующие нормативные документы, утвержденные или согласованные в установленном порядке. Определение расчетных гидрологических характеристик должно основы­ваться на данных гидрометеорологических наблюдений, включая регулярные наблюдения последних лет, опубликованных в официальных документах Госкомгидромета РФ. Дополнительно учитывают данные инженерно-гид­рометеорологических изысканий, проводимых при недостаточной гидрометео­рологической изученности исследуемого района.

Состав и методы инженерно-гидрометеорологических изысканий определяют ведомственными доку­ментами. Кроме того, следует использовать достоверные данные наблюдений за гидрологическими характеристиками по архивным, литературным источникам и другим материалам, относящимся к периоду до начала регулярных наблю­дений. При этом необходимо указать источник, на основании которого уста­новлена гидрологическая информация до начала регулярных наблюдений, и провести тщательную оценку достоверности и точности полученных ма­териалов. При необходимости оценивают степень надежности данных гидоометрических наблюдений.

Для проведения гидрологических и других видов наблюдений необходима характеристика основных метеорологических условий исследуемого региона. В основном эти условия характеризуются данными наблюдений ближайшей метеорологической станции. Однако в большинстве случаев из-за большой изменчивости во времени и пространстве таких элементов, как осадки, мощность и плотность снежного покрова, глубина промерзания почвы, температура почвы и т.д., возникает необходимость их непосредственного измерения.

Самыми важными факторами, характеризующими состояние земель ВХК при прогнозных расчетах, являются гидрогеологические условия - глубина залегания грунтовых вод и первого о поверхности напорного горизонта, их распространение и минерализация, условия питания болотных и подземных вод, особенности их режима. Среди других важнейших показателей геоморфология, типы ландшафта, особенности почвы и ее водно-физические свойства, водно-воздушный и тепловой режим.

Планы водопользования и водораспределения должны быть увязаны с режимом источника - это является основным условием планирования особенно на маловодных системах.

Расход воды, который надо забирать в магистральный канал из водного источника и подавать по распределительным каналам в хозяйства, следует определять по данным плана водораспределения и кривой изменения КПД каналов в зависимости от расхода воды. Этот расход должен быть сверен с пропускной способность канала и головного сооружения. После определения расчетного водозабора в водохозяйственную систему необходимо увязать его с расходами воды, которые могут быть забраны из источника в расчетный год, т.е. свести баланс водораспределения.

Увязка приходной и расходной частей баланса водораспределения - важная и сложная часть расчета лимитов забора и подачи воды на системе.

Основным источником воды в большинстве случаев являются реки. По существу сток реки - не стационарный, случайный процесс. С точки зрения теории случайных процессов средние годовые расходы также случайны. Для увязки планов водораспределения с водоносностью реки при помощи календарного или статистико-вероятностного метода из многолетнего непрерывного ряда наблюдений выбирается расчетный год. Расходы воды по выбранному таким образом расчетному году не могут полностью совпадать с фактическими. Тем не менее, все расчеты проводятся на основе водобалансовых прогнозов и расчетов.

Важное научное и практическое значение метода водного ба­ланса заключается в его использовании для оценки количествен­ных изменений отдельных его составляющих - стока, испарения, приращений запасов воды и др.- под влиянием гидротехнических, водохозяйственных, сельскохозяйственных и других мероприятий и всего их комплекса.

В прогнозном проектировании водного режима на мелиорируемых землях должна соблюдаться схема взаимосвязи режима УГВ (Н) и влагозапасов почвы (W) в условиях конкретного расчетного года для фиксированных водно-физических свойств среды для конечных отрезков времени, которая используется в воднобалансовых расчетах. Схематично это можно представить выражением следующего вида:

i=t

F(H,W,f) = N₀ + Σ f [r_i,E_i,Ψ_i,(H,W)], (4.1.)

i=t₀

где t - текущее время; N0- начальные условия; ri -атмосф. осадки; Ei, -суммарное испарение; Ψi - функция влагообмена зоны аэрации с УГВ.

Элементы водного баланса не просто суммируются, а рассчитываются в процессе формирования водного режима на основе взаимосвязи и взаимообусловленности его элементов на границе расчетного слоя почв и при увязке с процессами перераспределения влаги внутри слоя. Количественно учитываются испарение, осадки, влагоперенос и влагонасыщенносгь в зоне аэрации, условия влагообмена и водооттока на уровне грунтовых вод.

Общее уравнение водного баланса ограниченного по площади участка орошаемой и осушаемой территории от поверхности до первого водоупора за конечный промежуток времени соответст­венно имеет вид:

Рис.4.2. Схема водного баланса и влагообмена между зоной аэрации и грунтовыми водами сельскохозяйственного поля на оросительных (а) и осушительно-увлажпительных (б) системах.

В практике бывают случаи, когда известны значения антропогенных изменений всех входящих в уравнение водного баланса элементов, кроме одного, например стока. Антропогенные изменения стока могут быть определены как алгебраи­ческая сумма значений антропогенных изменений всех других со­ставляющих уравнения баланса.

Зная изменения каждого элемента под влиянием всего ком­плекса хозяйственных мероприятий, можно составить преобразо­ванный прогнозный водный баланс любого природного объекта. Особый прак­тический интерес данные о преобразованном водном балансе пред­ставляют на перспективу, когда составляются водохозяйственные балансы и схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов для отдельных речных бассейнов, регионов, водохозяйственных и экономических регионов и страны в целом. Таким образом, располагая дан­ными о возможном преобразовании элементов водного баланса на будущее, можно искусственно его изменять в нужном для практики (энергетика, орошение, осушение, водоснабжение и т. д.) направлении.

Для обеспечения запросов производственных, проектных и науч­ных организаций в гидрометеорологических обсерваториях (ГМО) территориальных управлений по гидрометео­рологии и контролю природной среды (УГКС) Госкомгидромета по многим объектам (речные бассейны, озера, водохранилища и участки рек) составляются так называемые текущие водные ба­лансы за различные периоды времени (месяц, сезон, гидрологиче­ский и календарный годы), а для речных бассейнов также и за периоды половодья, паводков и межени.

Работы по расчету водных балансов речных бассейнов, водохранилищ и озер, комплексные воднобалансовые наблюдения на станциях, а также наблюдения за влажностью почвы, уровнем грунтовых вод и состоянием растительного покрова на постоянных участках были организованы и проводятся в УГКС (бывших УГМС) начиная с 1966 г. Госкомгидрометом в 1972 г. были утвер­ждены перечни речных бассейнов, водохранилищ и озер, рек(их участков для расчетов русловых водных балансов), по которым на­чали выполняться расчеты водных балансов за месяцы, календарн­ые сезоны и гидрологический год; списки малых водосборов воднобалансовых станций, средних и малых речных бассейнов, по которым предусмотрено составление водных балансов за период половодья, летнюю и зимнюю межень, значительные дождевые паводки и за гидрологический год, а также список станций комплекс­ной воднобалансовой сети и программы наблюдений на них и на постоянных участках массовой сети. Всего водные балансы стали составляться по 140 речным бассейнам (без водосборов воднобалансовых станций), 16 озерам, 98 водохранилищам и по 35 участкам на 24 реках Российской Федерации.

Список используемой литературы

1. Бородавченко И.И. и др. Мелиорация и водное хозяйство. Т.5. Водное хозяйство: Справочник – М.Агропромиздат,1988.-399с.

2. Давитая Ф.Ф., Мельник Ю.С. Проблема прогноза испаряемости и оросительных норм. Ленинград: Гидрометиздат, 1970 г.-71 с.

3. Голованов А.И. Введение в природообустройство. –М: Издательство МГУП, 1998 .- 24 с.

4. Морозов А.Н. Проблемы использования водных, земельных и гидроэнергетических ресурсов центрально-азиатского региона.

5. Натальчук М.Ф. и др. Эксплуатация гидромелиоративных систем: Учебники и учебные пособия для вузов.- М.:Колос, 1995.-320 с.

6. Соколов А.А., Шикломанов И.А. Межзональное перераспределение водных ресурсов. –Ленинград: Гидрометиздат, 1980 г.-375 с.

7. Соколов А.А. и др. Методы изучения и расчета водного баланса. –Ленинград: Гидрометиздат, 1981 г.-397 с.

8. Сулицкий В.Н. Методы статистического анализа в управлении: Учебн. Пособие. –М.:Дело, 2002.-520 с.

9. Харченко С.И. Гидрология орошаемых земель. –Ленинград: Гидрометиздат, 1975 г.-473 с.

10. Юшманов О.Ю. и др. Комплексное использование и охрана водных ресурсов: Учебники и учебные пособия для вузов.- М.:Агропромиздат, 1985.-303 с.