Оптимальное управление режимом грунтовых вод на основе инвариантной нестационарной математической модели польдерных систем - Автореферат

Работа выполнена в ГОУВПО "Калининградском государственном техническом университете" (КГТУ) Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор, Латышев К.С. Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор Холодов А.С. доктор физико-математических наук, профессор Дикусар В.В., (Вычислительный центр РАН, г. доктор физико-математических наук, профессор Альес М.Ю.Выполненный анализ современного состояния теории и практики актуальной задачи - повышения плодородия мелиорированных земель сделал возможным сформулировать цели и задачи научных исследований создания научно-обоснованной интегральной трехмерной нестационарной математической модели ПС, обеспечивающей моделирование уровневого режима грунтовых вод и на основе управления им рассчитывать оптимальный режим увлажнения корнеобитаемого слоя почвы по схеме - УГВ > Нор - U > Umax, при t > min в области допустимых значений технологических параметров. Впервые поставлена и разработана научно-обоснованная интегральная трехмерная нестационарная математическая модель ПС управления режимом увлажнения корнеобитаемого слоя почвы мелиорированных земель, основанная на применении единой методологии моделирования ПС и оптимального управления режимом грунтовых вод, учитывающая взаимодействие между сетью проводящих открытых каналов и осушаемых массивах, позволяющая сократить время на решение конкретных задач максимально возможного увеличения плодородия переувлажненных земель для каждого вида сельскохозяйственных культур. Созданы алгоритмы и программное обеспечение численного решения разрешающей системы дифференциальных уравнений Сен-Венана, описывающих динамику воды в СПОК, для которого автоматически выполняются законы сохранения потоков воды в точках ветвления проводящих каналов; реализация алгоритмов расчета СПОК и реальных польдерных систем, в том числе с учетом рельефа местности. Впервые поставлены и решены задачи моделирования: динамики УГВ и управления РУКС почвы ПС, основанные на двухмерном уравнении Буссинеска, дифференциальном уравнении переноса воды в дренажных трубах и трехмерном уравнении переноса капиллярного потенциала влаги, при задании естественных граничных условий: а) взаимодействия СПОК с ОМ; б) влагообмена между УГВ и корнеобитаемым слоем почвы; потоков влаги от грунтовых вод с учетом поверхностного испарения, транспирации растений и выпадающих атмосферных осадков, основанных на численном решении дифференциальных уравнений капиллярного потенциала и теплового баланса почвогрунтовой системы; сезонных потоков влаги от грунтовых вод с учетом поверхностного испарения и транспирации влаги. Впервые создан алгоритм расчета оптимальной вегетации сельскохозяйственных культур; формирование целевой функции для потока влаги U(Н, h) и функциональных ограничения параметров, дестабилизирующих вегетацию растений; построена стратегия управления РУКС; алгоритм расчета реальных польдерных систем, основанного на преобразовании параметров ПС, вычисленных в локальных системах координат, связанных с проводящими каналами, в общую систему координат ПС.