3.1 Система прийняття рішень для раціонального водокористування при зрошенні

Еколого-економічний підхід зумовлює необхідністі. розвитку моніторингових систем до рівня системи

прийняття рішень для раціонального водокористування та запобі- гання підтопленню сільськогосподарських угідь.

Згідно зі структурно-функціональною схемою (рис.3.4), важли- вим аспектом наукових основ системи прийняття рішень є розроб- ка таких підсистем:

• прогнозування й запобігання підтопленню земель;

• оперативного управління водокористуванням на основі впрова- дження водозберігаючих режимів зрошення.

Важливим заходом запобігання підтопленню земель є оперативне управління поливами з використанням водозберігаючих режимів зрошення, оскільки за цих умов мінімізуються скиди води й не до- пускається підняття рівня ґрунтових вод.

Марківська модель підсистеми прогнозування й запобігання підтоп- ленню сільськогосподарських угідь. Для реалізації цієї підсистеми пропонується створення прогнозної системної макромоделі, що ба- зується на побудові дискретного ланцюга Маркова як інструмен- тарію прогнозування на основі аналізу взаємодії кількох підсистем. На нижньому рівні ієрархії розглядаються моделі підсистем: «Почат- ковий стан рівня ґрунтових вод», «Стан вологості ґрунту», «Прогно- зована кількість опадів», «Прогнозована водоподача».

Підсистема «Початковий стан рівня ґрунтових вод» класифікує стан рівнів ґрунтових вод на даний момент часу множиною альтер- натив: £ = (5¹!, Б₂, 5₄) = («хороший», «задовільний», «небезпеч- ний», «дуже небезпечний»), кожна з яких описує стан реальної си- стеми на певній території за даними спостережень гідромеліора- тивної експедиції за рівнем ґрунтових вод у спостережуваних свердловинах.

Підсистема «Стан вологості ґрунту» класифікує стан вологості ґрунту множиною альтернатив: М = (М_ь М₂, Д/₃) = («низький», «се- редній», «високий»), яка характеризує рівень вологості шару ґрунту до рівня ґрунтових вод за умови можливостей поглинання вологи, яка може надходити з опадами або поливами.

Підсистема «Прогнозована кількість опадів» розробляється для класифікації прогнозованих метеорологічних умов. Множину альтернатив прогнозованих опадів можна зобразити вектором К= (К_и К₂, К₃) = («незначні», «небезпечні», «дуже небезпечні»).

Підсистема «Прогнозована водоподача» є фактором управління в за­дачі моніторингу і складається з альтернатив: Я = (к,, к₂, к₃) = («не­значна», «середня», «підвищена»), що відображають як економічні можливості поливів, так і екологічні обмеження при прийнятті рішень.

Рис. 3.5. Структурно-функціональна схема системи прий­няття рішень щодо запобігання підтопленню

Алгоритм прийняття рішень у системі, тобто алгоритм коорди­нації роботи

підсистем, характеризується дискретним ланцюгом Маркова, що описує ймовірності переходів станів рівнів ґрунтових вод /є[І; 4]. Так, якщо величини Р_у(/) характеризують імовірність перебування системи в момент / у стані то ймовірності Р^ + 1) — перебування системи в стані 5} в момент ї + 1 визначаються мат­ричним рівнянням:

(Р,(ґ + 1),..., р₄(і + 1)) = (Р,(О,..., Р₄(0)

Невизначеність у системі зумовлена невизначеністю початкових станів , що пов'язане з недостатньою репрезентативністю спосте режуваних свердловин.

Другим джерелом невизначеності та ризику при прогнозуванні рівнів ґрунтових вод є невизначеність імовірностей переходу Р₀(0, які ідентифікуються на основі сумісного розгляду та аналізу підсис­тем. Імовірності переходів визначаються також на основі імітаційно­го моделювання вологоперенесення в грунтах стосовно умов розгля­дуваної зони.

Імовірнісний прогноз за допомогою рівняння залежить від стану системи в момент і та від метеорологічних факторів (опадів, випаровування) і регулювального фактора — водоподачі, що дося­гається оперативним плануванням поливів на основі водозберігаючих технологій зрошення.

Модель управління водокористуванням на основі водозберігаючих режимів зрошення. В основу моделі оперативного планування по­ливів за дефіцитом вологозапасів покладено балансове рівняння

В к - О_п+{АК Е-Р)- т

де В_к, Д, — кінцевий та початковий дефіцит розрахункового періо­ду, мм; Е — сумарне випаровування за оптимальних умов зволожен­ня, мм; Р, т — кількість опадів та поливна норма, мм; А — ре­дукційний коефіцієнт, який описує зниження сумарного випарову­вання в разі зниження вологості ґрунту нижче критичних значень < К — редукційний коефіцієнт, який описує зниження су­марного випаровування при розрахунковому шарі ґрунту А < 1 м і значенні кореневмісного шару Н_к > /г.

Знаходження А для різних культур (табл. 3.7) здійснюється за методикою визначення глибини, до якої витрачається волога на ви­паровування в різні періоди вегетації рослин. Методика побудована на основі закономірності проникнення кореневих систем углиб та на таких положеннях:

• на випаровування витрачається волога тільки з шару, обмеже­ного глибиною кореневмісного шару;

Значення редукційного коефіцієнта К для врахування зниження сумарного випаровування при зменшенні розрахункового шару ґрунту, її

Таблиця 3.7.

Місяць		Озима пшениця	Яровий ячмінь	Кукурудза на зерно	Кормові та цукрові буряки	Люцерна	Проміжна культура (соняшник)	Картопля
Квітень	1	1	—	—	—	0,7	—	—
	2	1	1	—	—	0,7	—	—
	3	1	1	—	1	0,7	—	—
Травень	1	0,7	1	1	1	0,7	—	—
	2	0,7	1	1	1	0,7	—	—
	3	0,5	0,7	1	1	0,7	—	1
Червень	1	0,5	0,7	1	1	0,7	—	1
	2	0,5	0,5	1	1	0,7	—	1
	3	0,5	0,5	1	1	0,7		1
Липень	1	—	0,5	0,7	0,7	0,7		0,7
	2	—	0,5	0,7	0,7	0,7	І	0,7
	3	—	—	0,7	0,7	0,7	1	0,7
Серпень	1	—	—	0,5	0,5	0,7	0,7	0,7
	2	—	—	0,5	0,5	0,7	0,7	0,7
	3	—	—	—	0,5	0,7	0,5	—
Вересень	1	—	—	—	0,5	0,7	0,5	—
	2	—	—	—	—	—	0,5	—

• за однакової вологості всієї зони поширення коренів И_ь що пе­ревищує розрахунковий шар И, частка витрати вологи на сумарне випаровування з при поверхневого розрахункового шару дорівнює відношенню И/И_ь тобто коефіцієнт К обчислюється за формулою

ШИ_к, якщо /г < И_к < 1 м; [і, якщо \ < /г < 1 м.

Якщо вся коренева система на певній фазі розвитку рослин пе­ребуває в розрахунковому шарі, сумарне випаровування не змен­шується, тобто К= 1.

Реалізація системи прийняття рішень дає змогу суттєво зменшу­вати ризик підтоплення земель на півдні України, здійснювати меліоративні заходи без екологічних збитків, раціонально викорис­товуючи водні та енергетичні ресурси.

ВИСНОВКИ

Виходячи з соціально-екологічної ролі ґрунтів, актуальним завданням є моделювання їх хімічного забруднення від промислових джерел, пестицидами і радіонуклідами, про­гнозування процесів меліоративного впливу з метою оптимізації екологічного стану та недопущення негативних впливів на здоров'я населення. Моделювання хімічного забруднення від промислових дже­рел здійснюється на основі рівнянь масоперенесення переходом до відповідних скінченно-різницевих рівнянь.

Моделювання забруднення ґрунтів пестицидами і радіонук­лідами найдоцільніше проводити з використанням точкових моделей динаміки їхнього розпаду, а також системного аналізу на основі методів класифікації. Математичні моделі волого перенесення (масоперенесення) в ґрунтах (у скінченно-різницевій формі) слід використову­вати для добору раціональних технологій зрошення з ме­тою недопущення необоротних, екологічно небезпечних змін у довгостроковому плані, збереження ґрунтів як сере­довища проживання, забезпечення продуктами харчуван­ня, одягом, паливом, сировиною для промисловості.