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.

1. Кирейчева Л. В. Основные направления водосбережения в орошаемом земледелии России. Мелиорация и водное хозяйство. 2024;(4):79–82. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=75084289 EDN LJTZCL

2. Ольгаренко В. И., Ольгаренко И. В., Коржов И. В., Ольгаренко В. И. Принципы применения информационных технологий при организации и проведении планирования водопользования на оросительных системах. Мелиорация и гидротехника. 2024;14(3):100–115. DOI: https://doi.org/10.31774/2712-9357-2024-14-3-100-115 EDN: URAPHZ

3. Исаева С. Д., Дедова Э. Б., Матвеев А. В., Бубер А. Л., Щербаков А. О., Жезмери В. Б. и др. Интеллектуальная система поддержки принятия решений для управления мелиоративно-водохозяйственным комплексом: к 100-летию Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова. М.: ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова, 2024. 204 с. DOI: https://doi.org/10.37738/VNIIGIM.2024.19.62.001 EDN: ZTXNHM

4. Sharma S., Pathak B. K., Kumar R. Multi-objective Service Composition Optimization Smart Agriculture Using Fuzzy-Evolutionary Algorithm. Operations Research Forum. 2024;5:43. DOI: https://doi.org/10.1007/s43069-024-00319-7

5. Salotagi S., Mallapur J. D. Multi-objective modified emperor penguin optimization for resource allocation in internet of things agriculture applications. Multimedia Tools and Applications. 2024;83:61139–61164. DOI: https://doi.org/10.1007/s11042-023-18064-0

6. Аlaimo L. S., Maggino F. Sustainable development goals indicators at territorial level: Conceptual and methodological issues – the Italian perspective. Social Indicators Research. 2020;147:383–419. DOI: https://doi.org/10.1007/s11205- 019-02162-4

7. Щедрин В. Н., Бабичев А. Н., Домашенко Ю. Е., Косиченко Ю. М., Гостищев В. Д., Монастырский В. А. и др. Ресурсы агромелиоративных систем: научно-практическое издание. М.: Российский НИИ информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса, 2021. 312 с.

8. Рогачев Д. А., Юрченко И. Ф., Рогачев А. Ф. Управление системным водораспределением на основе экономико-математического моделирования и методов искусственного интеллекта. Мелиорация и гидротехника. 2023;13(3):87–106. DOI: https://doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-3-87-106 EDN: YPTZVK

9. Волкова Е. А., Кудравец Д. А., Коржов В. И., Коржов И. В. Использование мобильных IT-приложений для решения задач водопользования на внутрихозяйственной оросительной сети. Мелиорация и гидротехника. 2023;13(3):30–47. DOI: https://doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-3-30-47 EDN: WCHPQE

10. Мелихова Е. В., Белоусов И. С. Реализация методов искусственного интеллекта и глубоких нейронных сетей в задачах сельскохозяйственных мелиораций. Научное обоснование стратегии цифрового развития АПК и сельских территорий: мат-лы Национальной научн.-практ. конф., Волгоград, 09 ноября 2022 года. Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2023. Т. I. С. 302–307.

11. Щедрин В. Н., Васильев С. М., Слабунов В. В., Слабунова А. В., Завалин А. А. Подходы к формированию информационной системы «Цифровая мелиорация». Информационные технологии и вычислительные системы. 2020;(1):53–64. DOI: https://doi.org/10.14357/20718632200106 EDN: FAWTUT

12. Рогачев Д. А. Оптимизация мероприятий технической эксплуатации оросительных систем методами искусственного интеллекта. Природообустройство. 2024;(4):12–19. DOI: https://doi.org/10.26897/1997-6011-2024-4-12-19 EDN: TJFYZF