Отчёт о научно-исследовательской работе за 2009 год

Вид материала

Содержание

Iii. отчёт о деятельности проблемной лаборатории
1.Состав научно-педагогических работников
2. Основные направления исследований
3. Основные результаты научных исследований 3.1. Итогом работы по первой теме являются

Подобный материал:

1 2 3 4 5

III. ОТЧЁТ О ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОБЛЕМНОЙ ЛАБОРАТОРИИ

по разработке теоретических основ управления водным,

солевым и тепловым режимами на мелиорируемых землях

(Лаборатория комплексных мелиораций) в 2009 г.

1.Состав научно-педагогических работников

Проблемная лаборатория МГУП с 1995 по 2007 год финансировалась за счет средств университета, в 2008 началось финансирование из специализированных средств МСХ РФ. Финансирование открыто с 01.04.08 г на основании приказа №96-О от 23.04.08.

В 2009 г. штат Лаборатории комплексных мелиораций составлял шесть человек, в том числе: научный руководитель лаборатории, главный научный сотрудник - проф., д.т.н. Шабанов В.В. (0,5 ставки); главный научный сотрудник - Голованов А.И. (0,5 ставки), заведующий лабораторией - Деко И.А. (1,5 ставки), ведущий научный сотрудник - к.т.н. Бунина Н.П. (1,5 ставки), инженер - Сергованцева Т.В. (0,5 ставки), инженер - Логачева Н.М (0,5 ставки).

2. Основные направления исследований

В отчётном 2009 г. лаборатория комплексных мелиораций продолжала исследования по следующим темам:

Эколого-экономическое обоснование комплексного обустройства территорий (теоретические аспекты);
Эколого-экономическое обоснование рационального режима орошения картофеля на примере предгорной части котловины озера Иссык-Куль Кыргызской республики (практические аспекты).

3. Основные результаты научных исследований

3.1. Итогом работы по первой теме являются:

- Промежуточный отчет «Эколого-экономическое обоснование комплексного обустройства территорий», 2009 год. Научный руководитель д.т.н., профессор Шабанов В.В.

- Заключительный отчет «Эколого-экономическая оценка эффективности мелиорации земель сельскохозяйственного назначения», 2009 год. Научный руководитель д.т.н., профессор Шабанов В.В. Исполнители: Бунина Н.П., ведущий научный сотрудник; Голованов А.И., главный научный сотрудник, д.т.н., профессор; Краснощеков В.Н., главный научный сотрудник, д.э.н., профессор; Сергованцева Т.В., инженер; Шершеев Э.С., аспирант. Заказчик Министерство сельского хозяйства РФ.

В заключительном отчете «Эколого-экономическая оценка эффективности мелиорации земель сельскохозяйственного назначения» рассмотрены современные методы эколого-экономического обоснования комплексной эффективности проектов мелиорации земель. Проанализированы и выбраны моделирующие системы, проведена их стыковка и показаны процедуры верификации математических моделей. Разработанная комплексная вычислительная система дает возможность оптимизировать водораспределение на орошаемых землях. В качестве примера в отчете рассмотрено эколого-экономическое обоснование процесса управления водным режимом и плодородием почв. Практическим результатом исследований является возможность научно – обоснованного сокращения затрат воды на получение единицы продукции.

Реализация разработки в производство позволит уменьшить оросительные нормы не менее чем на 30-40 %, затраты электроэнергии на 30-40% и сбросы загрязняющих веществ в водные объекты на 20% при получении стабильно устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур и сохранении почвенного плодородия.

Основные выводы по теоретической части отчета:

В рамках исследований проведена стыковка математических моделей различных авторов, позволившая создать единую вычислительную систему. Работоспособность этой системы моделей была опробована на примере достаточно сложного природного объекта и сложного вида антропогенной деятельности. Таким объектом был выбран район со сложными природными условиями – восточная часть Иссык-Кульской долины, а в качестве вида антропогенной деятельности – оптимальное распределения ограниченных водных ресурсов для орошения.

Полученные результаты исследований позволили получить некоторые новые знания и сделать ряд новых выводов.

Практически все входные величины, используемые при моделировании (осадки, температуры воздуха, влажности воздуха), могут быть описаны нормальным законом распределении вероятностей. Это существенно облегчает расчеты и повышает достоверность полученных результатов.

В результате специальных исследований была разработана методика оценки достаточной продолжительности наблюдений за основными входными величинами. Было установлено, что для всех параметров достаточно 30-и летнего ряда, а для температуры и влажности воздуха ряды наблюдений могут быть еще короче. Этот вывод актуален в связи с высокой стоимостью получения исходных данных.

Группы моделей, характеризующие взаимодействие биологических объектов с внешней средой, показали достаточную гибкость и могут быть использованы не только для сельскохозяйственных культур, но и для диких и декоративных растений, что важно при мелиорации земель различного назначения, например природоохранных.

Модели, описывающие влагообмен в системе атмосфера – растение – почва чувствительны к изменениям показателей влагопроводности. Исследования дали возможность наметить методику обоснованного выбора этих показателей.

Одной из основных выходных характеристик блока моделей характеризующих влагообмен являются влагозапасы в почве, которые однозначно связаны с продуктивностью биотического сообщества и, следовательно, являются основой для экономической оценки деятельности. Проведенные исследования показали, что многолетние влагозапасы в каждую декаду вегетации подчиняются нормальному закону распределения вероятностей. Это дает возможность использовать для их анализа математический аппарат, разработанный для такого класса случайных величин, что существенно сокращает необходимую длительность ряда при соблюдении достаточной точности. В результате исследований показана квазидиагональность матриц переходных вероятностей влагозапасов почвы (влажность в предыдущую декаду с большой вероятностью остается в том же значении или сдвигается на одну градацию меньшей абсолютной величины), что дает возможность построить процедуру прогноза влагозапасов, которую можно использовать для оперативного управления поливами.

Другой основной выходной характеристикой являются величины влагообмена между расчетным слоем и более глубокими слоями грунтов. Эта величина дает возможность характеризовать изменения плодородия (изменение количества гумуса) в процессе поливов и корректировать оросительные нормы для поддержания плодородия на высоком уровне.

В процессе исследований были получены новые или подтверждены ранее полученные закономерности, связывающие основные параметры процесса управления. Так, были получены следующие зависимости:

1. зависимость продуктивности от оросительной нормы;

2. зависимость водообмена от оросительной нормы;

3. зависимость оросительной нормы от влажности почвы при орошении;

4. зависимость продуктивности от влажности почвы;

5. зависимость продуктивности от водообмена и ряд других.

Все это позволяет связать экологические показатели с экономическими и сделать процесс эколого-экономического обоснования научно обоснованным.

В результате исследований удалось построить вычислительную систему, позволяющую не только проводить эколого-экономическую оценку мелиоративной деятельности, но и планировать экономию водных ресурсов при орошении. При правильном управлении, сокращение оросительных норм в 1.5-2 раза приводит к снижению продуктивности не более чем на 15-20%.

В процессе многовариантного моделирования было установлено, что при существующих ценах на воду сельхозпроизводителю экономически «не выгодно», рациональное использование ресурсов воды и земли.

Новым вкладом в науку является совместное использование двух вычислительных систем - моделей влагообмена и моделей оптимального распределения водных ресурсов при орошении в качестве единой вычислительной системы, позволяющей для конкретного района описывать комплекс природных условий с учетом их стохастической природы и оценивать урожайность в зависимости от параметров гидротермического и пищевого режимов.

С помощью разработанной вычислительной системы можно оценить влияние изменения климата (осадки и температуры) на основные выходные параметры (влажность почвы, продуктивность посева, интенсивность вымыва питательных веществ).

Сказанное выше позволяет полагать, что предлагаемая вычислительно-моделирующая система позволяет научно обоснованно осуществлять эколого-экономическое обоснование орошения на уровне поля и разрабатывать оптимальную систему орошения, позволяющую не только экономить водные ресурсы, но и сохранять плодородие.

Авторы отчета считают целесообразным продолжить данную работу в 2010 году для построения системы с более современным интерфейсом, что позволило бы использовать ее в качестве проектного и прогностического инструмента не только в проектных и инжиниринговых организациях, но и непосредственно у производителя – фермера или организации планирующей распределение оросительной воды.

3.2. Вторая тема «Эколого-экономическое обоснование рационального режима орошения картофеля на примере предгорной части котловины озера Иссык-Куль Кыргызской республики (практические аспекты ) ».

Эта тема выполнялась аспирантом кафедры Мелиорации и рекультивации земель Шаршеевым Э.С. в период 2005–2009 г.г. Научный руководитель д.т.н., проф. Шабанов В.В. Работа выполнялась с использованием программ, разработанных в Проблемной лаборатории при консультации и оказании методической помощи сотрудниками лаборатории (Деко И.А., Бунина Н.П.)

Целью исследований является - разработка рациональных режимов орошения картофеля для эффективного использования водных и земельных ресурсов на примере орошаемых участков предгорной части котловины озера Иссык-Куль в крестьянском хозяйстве Узун-Калпак.

Основные задачи исследований:

- проверка моделей для рационализации режима орошения на полевых материалах;

-экспериментальные исследования режимов орошения картофеля;

- оптимизация режима поливов с учетом баланса гумуса;

- оценка эффективности использования водных ресурсов.

Основные результаты исследований:

- получены закономерности изменения параметров природодной среды в течение года;

- результаты моделирования процессов влагообмена;

- результаты моделирования процессов оптимального водораспреде- ления оросительной нормы по декадам вегетации;

- результаты сопоставления полевых исследований с теорией;

- определены оптимальные значения влажности для картофеля.

Практическое значение и реализация работы:

- результаты исследований позволяют принимать научно-обоснованные решения при оценке рациональности и продуктивности орошения;

- получать устойчивые урожаи на орошаемых землях при экономии ресурсов поливных вод и сохранении почвенного плодородия;

- экономить оросительную воду фермерами Иссык-Кульской области;

- получен инструмент, позволяющий рационально планировать водораспределение от головного распределительного узла.

Результаты практических исследований были использованы при написании заключительного отчета на тему «Эколого-экономическая оценка эффективности мелиорации земель сельскохозяйственного назначения», выполняемой по заказу МСХ РФ.