Повышение эффективности управления водопользованием оросительных систем: методология и технология

Цель исследования – усовершенствовать управление системным водопользованием для повышения эффективности управляющих воздействий в условиях ограничения природных ресурсов и финансирования эксплуатационных мероприятий. Материалом исследований служили публикации, фондовые материалы; сведения о работе межхозяйственных оросительных систем, технологиях назначения и критериях оценки эффективности управленческих решений; правила распределения воды и другие материалы, необходимые для достижения цели исследования. В ходе работы для оптимизации технологических процессов водопользования применены методы математического моделирования и прогнозирования, основанные на вероятностных подходах, а также методы математического и генетического программирования, нейросетевого моделирования, машинного обучения и обработки большого объема данных. Разработана интеллектуальная информационно-советующая компьютерная система поддержки принятия решений по управлению системным водопользованием, сочетающая многокритериальное оптимизационное моделирование с методами искусственного интеллекта и современными геоинформационными технологиями. Она объединяет несколько ключевых подсистем: Управление водораспределением, Техническая эксплуатация, ГИС-интеграция, Прогнозирование, Цифровой двойник управления водохозяйственной организации, Администрирование. Автоматизированное планирование распределения воды в условиях её дефицита осуществляли на основе экономико-математического моделирования. В процессе использовали многокритериальную функцию и генетический алгоритм оптимизации, что позволяло достичь максимальной эффективности. Для оптимизации процедур планирования мероприятий по технической эксплуатации применяли дискретную математическую модель, представляющую собой частный случай общей транспортной задачи математической оптимизации. Результаты апробирования АСУ на материалах службы эксплуатации мелиоративного водохозяйственного комплекса показали значительное повышение эффективности использования воды и надёжности сооружений оросительных систем. Это стало возможным благодаря развитию информационной и технологической поддержки управленческих решений водохозяйственных организаций. Так, эффективность планирования водораспределения в сложных метеорологических условиях, когда наблюдается дефицит воды, повышается на 10 % по сравнению с традиционным методом, который подразумевает сокращение подачи воды в зависимости от уровня водообеспеченности оросительной системы. Реализация многокритериального экономико-математического моделирования и искусственного интеллекта при выборе первоочередных объектов ремонтно-восстановительных работ снизила возможный ущерб на 10–15 % в сравнении с однокритериальными решениями, которые основываются на максимизации площади орошаемых земель, доходности водохозяйственной организации или сокращении потерь поливной воды.