Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Материалы. Конструкции. Технологии»
Математическая модель системы инженерной защиты берегов водохранилища с использованием дренажных вод на орошение
Опубликована: 2021-11-08
  • А. Г. Турлов Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола)

Аннотация

Создание водохранилищ на равнинных реках неизбежно ведет к затоплению прилегающих низменных территорий. Для уменьшения потерь таких площадей и продолжения их хозяйственного использования строятся инженерные защитные системы. Такие системы включают в себя дамбы, ограждающие низины, систему регулярных каналов и дрен на защищенной территории и насосные станции для перекачивания скапливающейся в каналах воды в водохранилище. На это расходуется значительное количество электроэнергии, а вода, перекачиваемая насосами, никак не используется. В то же время эту воду можно применять для орошения или другой хозяйственной деятельности не на самой защищаемой низине, а на прилегающих землях, расположенных выше уровня воды в водохранилище. При этом неизбежно увеличиваются затраты электроэнергии, поскольку возрастает расстояние перекачки воды, геодезическая высота подъёма, уменьшаются диаметры напорных трубопроводов. Для эффективного проектирования водохозяйственных систем с использованием ресурсов воды, скапливающейся в каналах инженерных систем, и материально- технических ресурсов насосных станций необходим инструмент многовариантного анализа возможных технических решений. Таким инструментом является математическая модель.
В работе предложена математическая модель, реализованная в среде Mathcad. Данная модель дает возможность на основе информации о технических параметрах конкретной системы инженерной защиты с учетом изысканий на прилегающей территории оценить возможные варианты комбинированной работы насосной станции с подачей части воды в искусственный водоём, находящийся на данной территории. При этом используются гидрологические и гидрометеорологические данные. В основе модели — взаимоувязанный водный баланс магистрального канала инженерной защиты и оросительного водоёма, устроенного с возможностью самотечной подачи воды на орошаемые поля, а также орошаемой территории. Модель позволяет в режиме реального времени определить график работы насосов как на наполнение водоёма, так и на откачку излишнего притока в водохранилище, а также определить текущие уровни и запасы воды в рассматриваемых ёмкостях.
Для демонстрации возможностей модели приведен пример с результатами почасового моделирования в течение водохозяйственного года. Получены зависимости основных параметров системы и результаты сравнения затрат энергии с «нулевым» вариантом, предусматривающим работу насосов только на откачку в водохранилище.

##submission.authorBiography##

А. Г. Турлов, Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола)

кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций и водоснабжения, Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола. Область научных интересов: обустройство акваторий искусственных и естественных водных объектов. Автор 75 публикаций.

Литература

1. СП 104.13330.2016 Инженерная защита территории от затопления и подтопления. Актуализированная редакция СНиП 2.06.15-85. Дата введения 2017-06-17.
2. Поздеев А. Г., Кузнецова Ю. А., Ржепкин А. Ю. Информационно-технологическая модель водного баланса речного бассейна // Фундаментальные исследования. 2014. № 11 (6). С. 1253–1256.
3. Model to Estimate Hydrological Processes and Water Budget in an Irrigation Farm Pond / Ying Ouyang, Joel O. Paz, Gary Feng, John J. Read, Ardeshir Adeli, Johnie N. Jenkins. A // Water Resour Manage, 2017. Рр. 2225–2241. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11269-017-1639-0 (дата обращения: 29.11.2018).
4. Характеристики пространственного распределения гидрологических и экологических показателей речной сети Республики Марий Эл / Е. А. Гончаров, М. А. Ануфриев, А. Г. Обухов, Л. И. Севостьянова // Вестник Поволжского государственного технологического унивеpситета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2020. № 4 (48). С. 61–76.
5. Поздеев А. Г., Кузнецова Ю. А. Основы математического моделирования: практикум. Йошкар-Ола : ПГТУ, 2017. 90 с.
6. Солодов А. П., Очков В. Ф. Mathcad / Дифференциальные модели. Москва : Издательство МЭИ, 2002. 239 с.
7. Скологубович Ю. Л., Войтов Е. Л., Цыба А. А. Проблема очистки поверхностных сточных вод // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Материалы. Конструкции. Технологии. 2018. № 4 (8). С. 84–91.