MATHEMATICAL MODEL OF THE ENGINEERING PROTECTION OF THE SHORE RESERVOIRS WITH THE USE OF DRAINAGE WATER FOR IRRIGATION
Authors: Турлов А.Г. 
Published: July 2024

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 материальнотехнических 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.

The creation of reservoirs on lowland rivers inevitably leads to the flooding of adjacent lowland areas. To reduce the loss of such areas and continue their economic use, engineering protective systems are being built. Such systems include dams that enclose lowlands, a system of regular canals and drains in the protected area, and pumping stations for pumping accumulated water in the canals into the reservoir. This consumes a significant amount of electricity, and the water pumped over by the pumps is not used in any way. At the same time, this water can be used for irrigation purposes or other economic activities. Not on the most protected lowland, but on the adjacent lands located above the water level in the reservoir. At the same time, electricity costs inevitably increase. As the distance of water pumping increases, the geodetic height of the rise, the diameters of the pressure pipelines decrease. For the effective design of water management systems using the resources of water accumulating in the channels of engineering systems and the material and technical resources of pumping stations, a tool for multivariate analysis of possible technical solutions is required. Such a tool is a mathematical model. The paper proposes a mathematical model implemented in the MathCad environment. The mathematical model makes it possible, on the basis of information on the technical parameters of a specific engineering protection system, taking into account surveys in the adjacent territory, to assess possible options for the combined operation of a pumping station with the supply of a part of the water to an artificial reservoir located in this territory. It uses hydrological and hydrometeorological data. The model is based on the interconnected water balance of the main canal of engineering protection and an irrigation reservoir, arranged with the possibility of gravity supply of water to irrigated fields, as well as to the irrigated area. The model makes it possible to determine in real time the pump operation schedule, both for filling the reservoir and for pumping out excess inflow into the reservoir. And also determine the current levels and reserves of water in the containers under consideration. To demonstrate the capabilities of the model, an example is given with the results of hourly modeling during a water management year. The dependences of the main parameters of the system and the results of comparing the energy consumption with the "zero" option, providing for the operation of the pumps only for pumping out into the reservoir, are obtained.