автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Оптимизация систем локального водоснабжения тепличных комплексов

ВОЛОГОДСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Г Г 1" О Л '1а ПРаВ0Х РУКОПИСИ

2 О МЛП Щ7

АНДРОНОВА Марина Михайловна

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ЛОКАЛЬНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ТЕПЛИЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность: 05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Вологда 1397

Работа выполнена в Вологодском политехническом институте.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор М.Г. Журба. Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент Е.А. Лебедева.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Курганов A.M.; кандидат технических наук, профессор Сомов М.А.

Ведущая организация - "Вологдаинжпроект*

Защита состоится " ^ ' 1937 r в

часов на заседании Специализированного совета К 064.86.01 в Вологодском политехническом институте по адребу: 160035, г.Вологда, ул.Ленина, 15, ВоПИ, V корп., большой актовый зап. '

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Вологодского политехнического института.

Автореферат разослан " ^-уСг^с^ -1997 г

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по „адресу: 160035, г.Вологда, ул. Ленина, 15, ВоПИ.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат технических наук

' IP

/ Мезенева Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АкгуалbHoertLработы. В настоящее время потребление ово-цей населением России составляет 70..80% физиологической ормы, рекомендуемой институтом питания, причем более поло-ины объема потребления приходится на лэтне-осенний период родолжительностью 4...5 месяцев.

Причина создавшейся ситуации - низкие объемы производ-тва свежих овощей и зеленых культур в зимне-весенний период и ысокая себестоимость продукции закрытого грунта. Особенно ктуальны вышеназванные проблемы для Севера России, где руглогодичное обеспечение населения свежими овощами пред-гавляется одной из важнейших задач развития сельского хозяй-гва. Реализация этой задачи возможна путем внедрения в теп-ичных хозяйствах и комплексах интенсивных ресурсосберегающих эхнологий. Значительный резерв экономии ресурсов содержит в збе система водоснабжения культур закрытого грунта. Примене-лв в закрытом грунте передовых технологий водоснабжения рас-жий позволяет снизить водопотребление на 20...60%, при этом юличить КПД использования воды до 85...90%, снизить трудоза->аты на 60...90%, обеспечить экономию удобрений и повышение южайности.

К передовым технологиям, используемым в теплицах, отно-iT и возделывание культуры на мапообъемном грунте с использо-1нием капельного способа водоподачи. По разным оценкам ма-объемная гидропоника занимает з/ тепличных площадей в Ев-

пе: 8 России длительный опыт успешного выращивания томата иным способом есть в тепличных хозяйствах "Марфино", "Белая ча", им. Ф.Э.Дзержинского (Московская область), "Овощное" элогодская область). Этим методом также выращивают огурцы, рец и баклажаны.

Технология возделывания культур в закрытом грунте облада-рядом преимуществ перед традиционно используемыми. Са-ie главные из них: увеличение урожайности только за счет воз-жности создания оптимальных водно-воздушного и питательно-режимов в корнеобитаемой зоне растений; снижение эксплуа-»ионных затрат на выращивание культуры (отказа от дорого-1ящих работ по пропариванию и обработке грунта, экономия >брений, тепла на обогрев субстрата). Одно из основных пра-

имуществ использования капельных систем водоснабжения - экономия поливной воды.

Однако более широкое внедрение такой технологии сдерживается трудностями выбора режимов водоснабжения, обеспечения допустимого качества поливной воды и выбора технических средств для его осуществления. Практическое решение такого рода задач представляется весьма актуальным и своевременным мероприятием.

Диссертационная работа выполнялась в рамках федеральной научно-технической программы 2Р.04 "Овощи", раздел "Разработка комплекса мероприятий по производству овощей в открытом и защищенном грунте, обеспечивающего существенное сокращение затрат, материальных и технических средств и трудовых ресурсов при сохранении высоких и стабильных урожаев овощных культур" (1995-2000 гг.).

Цель_и_задауи_иссшдоааний. Целью настоящего исследования является разработка модели и рекомендаций по оптимизации режимов водоснабжения сельхозкультур в закрытом грунте, выбору средств подготовки и распределения поливной воды в системе водоснабжения и обеспечения при этом высокого уровня рентабельности хозяйства.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Выполнен литературно-патентный поиск способов водо-обеспечения растений в закрытом грунте, конструкций элементов систем водоснабжения тепличных хозяйств, условий их проектирования и эксплуатации, нормативов качества поливной воды.

2. На основе анализа полученной в результате литературно-патентного поиска информации, а также, учитывая результаты обследования состояния систем водоснабжения в тепличных комплексах Вологодской области, в качестве метода поиска оптимальной конструкции системы водоснабжения тепличного комплекса выбран метод математического моделирования.

3. Составлена математическая модель, обобщающая имеющуюся по водоснабжению тепличных комплексов информацию и воспроизводящая связи между затратами на строительство и эксплуатацию различных схем водообеспечения выращиваемой культуры и качеством воды в водоисточнике, технико-технологическими характеристиками сооружений подготовки поливной воды и системы водораспределения в закрытом грунте.

4. С целью поиска оптимального варианта конструкций элементов системы водоснабжения тепличного комплекса на модели проведена серия компьютерных экспериментов.

5. Проведена оценка достоверности результатов математического моделирования с помощью методов математической статистики на примере действующего тепличного комплекса.

6. Обобщены полученные результаты и предложены для практического использования рекомендации на проектирование с элементами оптимизации водообеспечения тепличных комплексов и повышению надежности в эксплуатации систем локального водоснабжения в закрытом грунте.

Исходныеииатариальиииетодика^исслеаоаания. Для проведения исследования бЪши использованы опыт ТОО "Овощное" по выращиванию культуры томата способом малообъемной гидропоники с использованием системы водоснабжения с капельным поливом, материалы по оптимизированию выбора конструкций водо-подготовки и элементов водораспределительной сети для условий открытого грунта в России, Молдове и Украине, методические рекомендации по проведению испытания водовыпусков, данные справочников, пособие к СНиП 2.06.03-85 "Мелиоративные системы и сооружения", результаты исследований Журбы М.Г., Рома-щенко М.И., Каленикова А.Т. и др.

Ыаууная_ношша диссертационной работы заключается:

- в разработке структурной и математической модели оптимизации систем локального водоснабжения культур закрытого грунта;

- в выводе общей функции цели оптимизации и решении регрессионных уравнений модели оптимизации;

- в получении новых экспериментальных данных в условиях эксплуатации действующей системы водоснабжения теплиц ТОО "Овощное"; . -

- в разработке алгоритма для решения практических задач по выбору оптимального режима полива томатов в теплицах, водоочистных устройств, водовыпусков.

вана при проектировании систем водоснабжения тепличных хозяйств Вологодской области. Ее реализация на конкретном объекте - ТОО "Овощное" - позволила усовершенствовать режим эксплуатации системы на площади 1,35 га и обосновать ожидаемый экономический эффект в сумме 60 млн. руб.

I. Разработанная модель использо-

Пу.бдикашш_и_апробациа_работы. По материалам исследований опубликовано 3 печатных работы, 1 статья и пособие по проектированию и эксплуатации систем локального водоснабжения тепличных комплексов приняты в печать. Основные положения и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международном Конгрессе молодых ученых, аспирантов и студентов "Молодежь и наука - Ш тысячелетие" (г.Москва, 28 января -2 февраля 1996 года), научных семинарах кафедры "Водоснабжение и водоотведениа" Вологодского политехнического института.

Ойьем_и_струюура_работы. Диссертационная работа изложена на 164 страницах, включает 34 рисунка, 16 таблиц и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 116 наименований, в том числе 9 иностранных и двух приложений, содержащих акт о внедрении и отзыв на пособие "Системы локального водоснабжения тепличных комплексов".

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе I приведен аналитический обзор современного состояния в водоснабжении закрытого грунта. Выполнена оценка существующих способов подачи воды к растениям и обоснована необходимость внедрения систем локального водоснабжения тепличных комплексов (СЛВТ) вместо традиционных. Наиболее эффективным способом локального водоснабжения является капельный, имеющий ряд существенных преимуществ перед традиционными.

Выполнен анализ влияния качества поливной воды на развитие культур закрытого грунта, элементы распределительной сети и почвенные субстраты.

Система локального водоснабжения тепличных комплексов (СЛВТ) состоит из модулей одновременного полива, конструкции которых зависят от организации территории поливного участка, вида культур, типа и производительности водовыпусков, водозаборного узла, блока водоочистки и промывки распределительной сети.

Капельные водовыпуски являются основными элементами сети и самыми чувствительными к качеству поливной воды. Поэтому при выборе водоисточника необходимо учитывать как их конструкции, так и качество исходной воды по содержанию взвешенных веществ, крупности взвеси, содержанию гидробионтоа и

солевому составу. В главе приведена краткая характеристика типов водовыпусков и средств водоподготовки.

До настоящего времени в практике водоснабжения растений в тепличных комплексах отсутствует методология объективной оценки элементов системы и выбора наиболее рационального комплекса технических средств с технологией полива для закрытого грунта. Многие отечественные хозяйства без должного обоснования закупают импортное оборудование, не всегда соответствующее условиям выращивания тепличных культур и характеристикам местных водоисточников.

Во_второЛтлаве приведено обоснование структуры модели и описаны алгоритмы функционирования отдельных блоков. Модель рассматривается как информационно-советующая система для принятия инженерно-технических решений при проектировании систем локального водоснабжения. Главным из требований к этой модели является согласованность описания отдельных процессов с характером решаемых задач и возможность производить различного рода преобразования, дополнения и упрощения отдельных блоков без существенной переработки остальных. Предложена структурная модель, включающая в себя 4 основных блока.

Блок технологии объекта водоснабжения характеризуется проектной урожайностью, диаметром и глубиной контура увлажнения, объемной массой почвогрунта, влагоемкостью и нормой во-допотребления. Здесь происходит определение элементов техники водоснабжения и оптимальной нормы водопотребления М для получения потенциально возможной урожайности У.

Блок водоисточника характеризуется качеством воды по содержанию взвешенных веществ, гидробионтов и некоторых химических элементов, рекомендуемых для рассмотрения при использовании поливной воды в системе. Здесь предусматривается вычисление максимальных расходов воды, требуемых на полив культуры и на собственные нужды, определение категории воды в соответствии с содержанием тех или иных загрязняющих веществ.

Блок водозаборных, очистных и водоподъемных сооружений характеризуется их конструкциями, расчетными расходами воды, эффективностью водоочистки, энергетическими затратами на преодоление потерь по тракту движения воды и обеспечение высоты водоподъема, вспомогательными сооружениями для обезвоживания осадков очистных станций и повторного использования промывных вод.

Блок поливной сети характеризуется расходами воды на полив и промывку сети, зависящих от напорно-расходных характеристик водовыпусков и неравномерности их водораздачи по поливной площади, требуемым напором в поливной сети, заданным качеством воды, подаваемой в сеть, количеством водовыпусков.

В качества основы названной структуры принята схема, разработанная М.Г. Журбой для систем водоснабжения сельхозкультур в открытом грунте.

Все факторы, входящие в блоки, тесно взаимосвязаны между собой. В общем виде постановка задачи оптимизации СЛВТ имеет вид:

2+rij+П4-> min, ■ У -> тах, (1)

R-* тах

где П12 - соответственно укрупненные приведенные затраты по блокам 1, 2, минимальное значение которых позволяет определить оптимальную водообеспеченность культуры при заданных условиях ее выращивания; технологии выращивания культуры в теплйцах с прогнозируемым урожаем и естественных возможностях источника водоснабжения по водообеспеченности; при конкретных схемах и конструкциях сооружений водозабора и водоочистки;

П3 - приведенные затраты по блоку 3; их минимальное значение при прочих одинаковых условиях (заданные <ЭР, Н, Сполйе/Сио<; йпол«^«*). конкретный тип водовыпусков и режим полива позволяют определить оптимальный состав и конструкцию водозаборных и очистных сооружений или устройств с определенными энергетическими. характеристиками;

П2.4 - приведенные затраты по блоку 4 с учетом факторов блоков 1...3. На этом блоке замыкаются все предыдущие, так как он отражает и технологию возделывания конкретных сельскохозяйственных культур и специфику работы водораспределительной сети с определенным типом водовыпусков, а также учитывает возможную содообеспечэнность, потенциальную урожайность культуры У и рентабельность тепличного хозяйства Я.

При моделировании задается ряд входных данных, основными из которых являются описанные в блоках 1...4 модели. В наиболее полном виде подсистема водозабора и транспорта воды должна обеспечивать своевременную подачу воды, уменьшение потерь урожая, уменьшение затрат, работу насосных станций в оптималь- 0

ных режимах, экономию электроэнергии, повышение надежности функционирования систем.

Подсистема качества воды предназначена для подбора технологии и конструкций сооружений по очистке вод от загрязнений в зависимости от типа водовыпуска, организации оптимального управления водоочистными сооружениями с минимальным ущербом для поливных режимов, технологического контроля за режимами водообеспечения с выдачей соответствующих рекомендаций, контроля за токсичностью используемых водных источников.

Функции и задачи подсистемы водораспределения являются центральными, так как именно их качественная реализация может обеспечить достижение главной цели - повышение урожайности сельскохозяйственных культур с одновременной экономией водных и энергетических ресурсов и минимизацией затрат на подготовку поливной воды в соответствии с требованиями ее потребителей и технических средств на ее подачу.

На заключительном этапе моделирования выдаются величина затрат на получение проектного урожая и выбранные конструкции очистных сооружений и других элементов СЛВТ, а также рентабельность хозяйства при этих параметрах. Модель позволяет рассчитать различные схемы водоподготовки и выбрать оптимальную конструкцию водоочистного устройства.

В модели используются осредненные данные, эмпирические формулы, приближенные и осредненные описания функций влияния.

Для успешного моделирования процессов выбора типа водовыпуска и устройств подготовки воды соответствующего качества была обоснована зависимость урожайности от основных факторов влияния и получено следующее регрессионное уравнение урожайности У (кг/мг) от удельной нормы водопотребления М (м3/усл.га) для культуры томата для условий ТОО "Овощное" в виде кривой второго порядка:

У= -6,1+ 0,113-М-0,000141-М2. (2)

Определив экстремумы этой функции, находим величину нормы водопотребления, приходящуюся на поливной участок и соответствующую потенциально возможной урожайности. Рассчитанные значения нормы водопотребления и урожайности принимаются средними по хозяйству.

С другой стороны, для поливного модуля норма водопотреб- , ления может быть выражена как произведение числа водовыпус-

ков N, (шт.), осредненного расхода данного типа водовыпусков qa (л/ч) и продолжительности полива Тл(час.):

M = qB-NB-Tn. (3)

Тогда средняя продолжительность полива одним участковым трубопроводом по хозяйству соответственно составит:

т = (4)

п qB-NB

В соответствии с разработанной моделью приведенные затраты по хозяйству составят:

П = {Е]Гк + Хэ}-» min, (5)

где Е - нормативный коэффициент срока окупаемости системы в строительстве;

]|ГК = К* + К,« + К(Н, + Н2) + К,, - суммарные капиталовложения на

строительство всей СЛВТ.

Здесь соответственно К,, - капиталовложения на строительство водозаборных сооружений, К» - очистных сооружений, KJH,+H2) - насосных станций первого, второго, /'-того подъемов, К<. - водораспределительной сети и узла внесения удобрений.

1э = Эс +3 + 2X0*, +A) + n-Y!L-SBpi + «p-n-N,SMil +ХХ, (6)

с

где У^Э - суммарные эксплуатационные затраты по системе;

Эс - эксплуатационные затраты на выращивание культуры (закупка удобрений, семян, посадочного материала, средств защиты растений) и уход, обслуживание системы водоснабжения принимаемые по аналогам в действующих тепличных хозяйствах;

3 - заработная плата в год из расчета численности обслуживающего персонала;

]ГК,(а,+/?,)- суммарные по сооружениям и техническим

средствам значения отчислений на амортизацию и текущий ремонт;

Т

~'<5пР»* эксплуатационные затраты на восстановительную

промывку поливной сети, необходимую для поддержания работоспособности водовыпусков в заданном режиме;

Т„- продолжительность полива за период вегетации, час.;

^ - продолжительность стабильной работы водовыпусков, при которой соблюдается условие (7), час.;

8Пр, - затраты на одну восстановительную промывку в руб.;

(с^.Зми - затраты на замену пришедших в негодность капельных водовыпусков в количестве руб.;

(р - коэффициент в долях единицы, учитывающий число пришедших в негодность и заменяемых водовыпусков (Ымм);

^ Э,н - затраты на электроэнергию, расходуемую сооружениями и устройствами системы.

Основными критериями при выборе типа водовыпусков, способных осуществлять надежную подачу воды в зону питания растений, являются: продолжительность стабильной работы водовыпусков данного типа и равномерность водораздачи по поливной площади. За расчетный период их стабильной службы ^ принимаем такой, при котором величина их среднего расхода будет находиться в следующих границах:

1.3я.„,Ч. >0,7рвн (7)

где qBн. Р» - осредненные значения начальных и эксплуатационных (после I часов работы) расходов водовыпусков при определенных значениях напоров воды в поливном трубопроводе в процессе эксплуатации сети.

Прогноз продолжительности стабильной работы водовыпусков в условиях их эксплуатации является основным критерием для оценки экономической эффективности СЛВТ. Для расчета режима водопотребленип автором были получены регрессионные уравнения для водовыпусков типа "Водполимер-3", используемых в ТОО "Овощное":

( 0.454"! ( 0.346"! ,

Ч, =0.5S6•[5.777+-|--J|0.0093 + -^J•(бб.б28H + 94.195)> (8)

I =417,558-0,65.~|---1. (9)

I Ч„„/ ^0,997 - 0.000244С/ 4 '

Здесь I и В - параметры, характеризующие местоположение водовыпуска на поливном модуле, м; Н - напор, МПа; С - комплексный показатель содержания взвешенных веществ, мг/л; -Зи -

а*

отношение начального и конечного расходов водовыпусков, л/ч, удовлетворяющее условию (7).

Для водовыпусков типов "Молдавия-1 Б", "Молдавия-1А", "Молдавия-4АМ", "КП-4,6" использованы аналогичные формулы, полученные Журбой М.Г., Олексичем В.Н., Грамэ И.Г. и др. Для водовыпусков, не имеющих регрессионных зависимостей для определения расхода и продолжительности их стабильной работы, моделью используются приводимые в литературе графики напор-но-расходных характеристик и осре дне иные величины Ц.

Окончательно модель может быть представлена системой уравнений, включающей в себя функцию цели, граничные условия и ограничения (10):

R шах, П min, У —► шах,

П«Е(К, + Кос+К,<+К,)+Эе + 3 + (0" + /Г)£ К +

Здесь Д - доход, руб./га;

7, - КПД электродвигателя;

7, - КПД насоса;

ав - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды;

а - стоимость 1 кВт-ч;

Сдол - допустимое содержание взвешенных веществ в поливной воде, мг/л;

Спок,« - фактическое содержание взвешенных веществ в поливной воде,~мг/л.

Поскольку СЛВТ должна иметь некоторый коэффициент надежности, то окончательный выбор типа водовыпусков проводится по максимальному уровню рентабельности Я с учетом коэффициентов вариации расходов (V, %}. При моделировании использовав,

fiM.a.)

gt(q.N,nT,)XH

1027,4,

(10)

У - -6,1 + 0,113-М - 0,000141 • М 1, q..*0-7-q„.., СВ01„ SC>M

лись коэффициенты вариации расходов, определенные Рома-щенко М.И., Калениковым А.Т. для конкретных типов водовыпус-ков.

Выбор сооружений для подготовки поливной воды производится в соответствии с определенными ранее категорией воды в водоисточнике, типами водовыпусков с учетом существующих требований к воде для СЛВТ закрытого грунта.

При определении элементов технологии полива использована существующая методика для расчета нормы подачи воды с учетом расположения водовыпусков и корректировки результата расчета по рекомендациям Ромащенко М.Й. и Каленикова А.Т.

1регья_шава посвящена анализу эффективности работы СЛВТ, послужившей базой для проведения опытов. Эксперимент проводился в ТОО "Овощное" Череповецкого района Вологодской области на системе, существующей с 1992 г. на культуре томата.

Источником для водоснабжения теплиц служит р.Ягорба, вода которой характеризуется высокой цветностью и повышенным содержанием сульфатов кальция.

Практика эксплуатации СЛВТ в ТОО "Овощное" показала, что эффективность технологии выращивания овощей в закрытом грунте в значительной степени зависит от эффективности водо-подготоаки. Эта ситуация характерна для Севера России, где природными особенностями источников поливной воды - естественных водоемов и водотоков - являются продолжительные периоды высокой цветности воды из-за значительного содержания растворенных органических соединений.

Удаление минеральной взвеси при водоподготовке не гарантирует бесперебойную работу водовыпусков, т.к. в воде сохраняется большое количество растворенной органики. Перед подачей в систему воды в нее добавляется питательный раствор, в состав которого входят соединения, способные коагулировать растворенную органику. Об этом свидетельствуют результаты обследования, полученные на СЛВТ ТОО "Овощное". Средний расход и коэффициент вариации расходов в начальный период эксплуатации системы составили соответственно 19,4 л/ч и 5,5%. Однако уже через месяц они составили 10,56 л/ч и 13%. В дальнейшем положение продолжало ухудшаться, о чем говорит снижение урожайности томата, полученной за 1992...1995 гг., на -2 кг/м2 (с 18,56 до 16,62 кг/м2). Таким образом, по тракту движения поливной воды происходила забивка водовыпусков взвешенными веществами, содержащимися в питательной смеси, и химическое и биохимическое

зарастание элементов водораспределительной сети. Поэтому было рекомендовано проведение мероприятий по повышению эффективности СЛВТ: замена металлических трубопроводов на полиэтиленовые и дополнительная очистка воды после узла внесения удобрений перед ее подачей в распределительную сеть. Даже внедрение перечисленных рекомендаций привело к улучшению работы системы, о чем свидетельствует такой факт: урожайность увеличилась и составила 17,35 кг/м2 на 1 ноября 1996 г. Однако из-за несовершенства водовыпусков средний расход и коэффициент вариации расходов в 1996 г. составили соответственно 7,6 л/ч и 39%, что говорит о том, что в среднем происходит полив »30% растений томата с отклонениями от нормы. Следовательно, для улучшения работы системы необходимо применение дополнительных мер.

Проведенные анализы взятых проб воды на различных стадиях ее движения от источника до подачи к растениям свидетельствуют о низкой эффективности водоподготовки по взвешенным веществам при очистке ее на медленных фильтрах из-за нарушений в эксплуатации сооружений (эффект составил -20%).

В результате проведенных нами опытов были полумены новые экспериментальные данные в условиях эксплуатации СЛВТ в закрытом грунте. На их базе составлены регрессионные уравнения для определения расхода водовыпусков "Водполимер-3" и продолжительности их стабильной работы для условий закрытого грунта.

Анализ существующего положения в подготовке и распределении поливной воды послужил основным материалом при разработке рекомендаций по проектированию и эксплуатации СЛВТ тепличных хозяйств и, в частности, рекомендаций по повышению эффективности работы СЛВТ ТОО "Овощное".

В^натаертой-главе приведены и проанализированы данные, полученные в результате проведения численных экспериментов на разработанной модели для условий ТОО ' Овощное" и предлагаются рекомендации для повышения эффективности системы локального водоснабжения.

При проведении компьютерных экспериментов анализировалось 4 варианта компоновки сооружений водоподготовки, 7 вариантов конструкций водовыпусков при 2 схемах расположения элементов поливной сети в теплицах.

На первом этапе моделирования подбирались расходы и |родолжительность стабильной работы водовыпусков, коэффициенты вариации расходов капельниц.

На втором этапе выполнялся анализ динамики изменения ачественных показателей водоисточника и их соответствие требо-аниям к качеству воды выбранных конструкций водовыпусков. >существлялся подбор типа водозабора, насосных станций, конст-укций водоподготовительных средств, удовлетворяющих услови-м водораспределения. Рассчитывались приведенные затраты зуб./га) на систему водоснабжения и проводилось технико-кономическое сравнение вариантов - поиск оптимальной системы эдообеспечения теплиц. В качестве показателей, на основании эторых проводился выбор наиболее рациональной конструкции лстемы водоснабжения тепличного комплекса, рассматривались инимапьное значение приведенных затрат и максимальный уро-знь рентабельности. На рис. 1 представлены фрагменты выпол-зния сравнительного анализа рентабельности для СЛВТ с исполь-)ванием различных типов водовыпусков и средств водоподготов-1. На рис. 2 представлены фрагменты сравнительного анализа ювня рентабельности и коэффициента вариации расходов водо->1 пусков при оптимизации конструкций системы водоснабжения •матов в закрытом грунте.

Результаты выбора оптимальной конструкции системы во-юбеспечения теплиц приводятся в диссертации в виде регресси-1ных уравнений, графической и табличной фюрмах. Для условий )0 "Овощное" оптимальными средствами водоподготовки явля-гся сооружения в составе установки "Компакт-2", которые дают овень рентабельности при использовании капельниц "Водпо-мер-3" - 33,65%, нМолдавия-4АМ" - 30%. Альтернативой этому рианту могут служить водоочистные сооружения на базе ФПЗ с овнем рентабельности при использовании водовыпусков "Водпо-мер-3" - 33,55%, "Молдавия-4АМи - 30%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

По результатам диссертационной работы можно сделать 5дующие основные выводы:

1. В настоящее время отсутствие отечественных методов дбора оптимальных конструкций систем водообеспечения сдер-вает интенсивное развитие овощеводства в закрытом грунте, жду тем локальные способы полива, признанные в мировой

М-1А М- К-4АМ 383

—ШЗ—Ком пакт

Ф ПЗ

ОВ

М едя. ф ил ьтры

КП- Т»в- Уз-2 В-3 4,6 рия

Водовы пуски

Рис. 1. Сравнительный анализ рентабельности (Я, %), полученной при использовании различных средств водоподготовки и типов водовыпусков

——о— КОЭф ф ИЦИ-ент вариации расхода, %

—— Рентабельность, %

М- М- К- КП- Тав- Уз-2 В-3 1А 4АМ 383 4,6 рия

Водовыпуски

Рис. 2. Диаграмма потенциальной рентабельности (Я, %) и коэффициентов вариации расходов (у, %) при использовании различных т^пов водовыпусков и установки "Компает-2"

практике перспективным способом увлажнения в теплицах, были апробированы в 80-е годы в России, Украине, Молдове, Узбекистане для открытого грунта. Имеется целый ряд отечественных разработок по конструкциям водовыпусков и средств водоподготовки, которые можно было бы успешно применять для водоснабжения растений закрытого грунта.

2. Установлено, что наиболее чувствительным элементом системы капельного водоснабжения являются водовыпуски. Среди множества факторов, влияющих на бесперебойную работу систем локального водоснабжения в закрытом грунте, к числу основных следует отнести качество поливной воды. Для кондиционирования поливной воды рекомендуется использовать водозаборные сооружения фильтрующего'типа и компактные водоочистные сооружения "Компакт-2", а в системе водораспределения в теплицах применять полив с водовыпусками типа "Молдавия-4АМ", "Водполи-мер-3". Подбор оптимальной для конкретных условий системы водообеспечения, требующей минимума приведенных затрат, целесообразен методом математического моделирования.

3. Предложена математическая модель, выполняющая функции информационно-советующей системы в виде 2 уравнений. Первое уравнение связывает урожайность культуры с нормой водопотребления в период вегетации; второе - представляет собой зависимость приведенных затрат на систему водоснабжения растений от состава элементов системы водозабора, очистки и водораспределения, обеспечивающих заданный режим и равномерность полива. Условия идентификации модели: максимальная урожайность при минимальных приведенных затратах и максимальном уровне рентабельности производства продукции в тепличном хозяйстве.

4. Выполненные эксперименты позволили получить вид регрессионных зависимостей, отражающих процесс формирования урожайности, расходов водовыпусков в зависимости от их местоположения на поливном модуле, напора воды в распределительных трубопроводах и качества поливной воды. Доверительный интервал в расчетах по предлагаемой зависимости составляет 10%.

5. По результатам моделирования разработаны рекомендации по улучшению работы системы водоснабжения в-тепличном' хозяйстве ТОО "Овощное" Вологодской области. Частичная реализация предлагаемых мероприятий позволила повысить эффективность работы СЛВТ на 8%.

6. Численные эксперименты на модели позволяют для конкретных условий любого тепличного комплекса выполнять выбор оптимальных средств водоподготовки и водораспределения. Получены удовлетворительные результаты проверки возможности модели по решению проблемы оптимизации.

7. В дальнейших исследованиях по проблемам водообеспе-чения закрытого грунта следует уделить внимание вопросам подготовки поливной воды из подземных источников, анализу возможностей более широкого средств автоматики управления СЛВТ.

Основные результаты диссертации отражены в следующих опубликованных и принятых в печать работах:

1. Лебедева Е.А., Андронова М.М. Перспективы использования ресурсосберегающих (экологичных) технологий водообеспече-ния в тепличном хозяйстве// Тезисы докладов конф. - Ярославль: ЯрГУ, 1994.

2. Андронова М.М. К вопросу о качестве воды в системах микроорошения тепличных хозяйств// Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов. - Вологда: ВоПИ, 1996. - С. 131-138.

3. Андронова М.М. Моделирование водоподготовки для систем микроорошения тепличных комплексов// Сб. науч.тр. - Вологда: ВоПИ, 1996. - С. 140-143.

4. Андронова М.М. Поиск оптимального варианта системы локального водоснабжения тепличных комплексов. - Вологда: ВоПИ, 1997 (в печати).

5. Журба М.Г., Лебедева Е.А., Андронова М.М. Системы локального водоснабжения тепличных комплексов: Пособие. - Вологда: ВоПИ, 1997 (в печати).