Камерная модель локальной водохозяйственной системы для рыбоохранных целей

В настоящее время имеются разработки математических моделей отдельных рыбохозяйственных задач, изложенных в работах Н.К. Лукьянова и Е.М. Столяровой (1982), С.Р. Гордеева и П.А. Михеева (1989), J. Orsborn, J. Anderson (1986).

Н.К. Лукьянов и Е.М. Столярова разработали модели нерестового хода рыб, нереста и ската молоди, учитывающие такие факторы как температурный и гидрологический режимы, геометрические параметры водотока и др. J. Orsborn, J. Anderson предложили модель оценки воздействия «рыбоводных мелиораций» на рыбные запасы бассейна. Под «рыбоводными мелиорациями» авторы понимают мероприятия по улучшению среды обитания рыб, включающие создание искусственных нерестилищ, строительство рыбопропускных и рыбозащитных сооружений, комплексное изменение водотоков и др. Гарантированное увеличение рыбных запасов должно основываться на комплексном биоинженерном подходе к проектированию сооружений и оценке предполагаемых мероприятий на различных стадиях проектирования (J. Orsborn, 1986).

Основным элементом системы принятия управляющих решений по водопотреблению является модель водохозяйственной системы. Для целей охраны молоди рыб от попадания в водозабор моделированию подлежит водохозяйственный участок реки, расположенный выше интересующего створа.

В рассматриваемой локальной водохозяйственной системе для рыбоохранных целей (ЛВХС РО) будем выделять на реке опорные и расчётные створы. Опорным рыбохозяйственным створом будем называть створ, данные о скате молоди через который являются объективными и достоверными. В качестве опорных могут приниматься створы, в которых проводятся наблюдения службами бассейновых управлений по охране и воспроизводству рыбных запасов. Это могут быть створы отбора рыб с исследовательских судов бассейнового управления рыбоохраны или створы гидроузлов, отдельных водозаборных сооружений и др. Расположенные на реках опорные рыбохозяйственные створы должны являться типичными для данного региона (участка реки) по условиям ската молоди рыб.

Расчётные рыбохозяйственные створы назначаются в створах значительного изменения ската молоди рыб вследствие впадения притоков, имеющих рыбохозяйственное значение, водоотбора на орошение и хозяйственные нужды, выпуска молоди рыбоводными заводами, а также в местах расположения искусственных и естественных нерестилищ и т.п.

Таким образом, моделируемая ЛВХС РО оказывается разделённой расчётными створами на отдельные камеры. В качестве начального (нулевого) створа принимается опорный створ. Границы камер устанавливаются на основе физико-географических карт и схем расположения оросительных систем и гидротехнических объектов.

Учитывая, что взаимодействие между выделенными камерами может быть сведено к водообмену через замыкающие створы, камерная структура представляется в виде ориентированного графа связей. Вершинами графа являются камеры, а рёбрами − информационные потоки, т.е. результат работы моделей соответствующих камер. Направления рёбер соответствуют направлениям водных потоков и, следовательно, направлениям ската молоди рыб. Базисом информационного потока для любой камеры являются характеристики рыбного потока на выходе камеры. Согласно графу связей устанавливается строгая последовательность работы моделей отдельных камер, а именно − вначале должна работать модель камеры, находящейся выше по течению.

Представление камерной структуры бассейна в виде ориентированного графа связей предполагает использование некоторых принципов формализации. В частности, камеры рассматриваются как отдельные точки с сосредоточенными параметрами.

Построение модели ЛВХС РО включает следующие этапы:

1. Выявление опорных (или опорного) рыбохозяйственных створов. В случае наличия нескольких опорных створов возможно построение более правдоподобной модели.

2. Определение границ исследуемой ЛВХС РО и её выделение из более общей водохозяйственной системы.

3. Определение состава элементов (камер) системы и расчётных створов.

4. Описание связей между элементами системы (моделей взаимодействия камер).

5. Формализация модели в виде графа связей ЛВХС РО.

6. Реализация модели на ЭВМ.

Структурно можно выделить два иерархических уровня. К первому относится взаимодействие между камерами (в соответствии с графом связей), а ко второму − процессы внутри камер. Соответственно, структурными элементами первого уровня являются модели взаимодействия камер, а второго − модели процессов, объединение которых образует модель камеры конкретного типа.

Участок Нижнего Дона от г. Константиновска до г. Ростова-на-Дону содержит такие крупные притоки, как Северский Донец, Маныч, Сал и Аксай с Тузловом. Здесь расположены выпуски молоди из Семикаракорского осетрового завода, Сусатско-Донского нерестово-вырастного хозяйства, рыбколхоза "Дон", Аксайско-Донского рыбцово-шемайного завода, а также крупные водозаборы коммунального и мелиоративного назначения. Основная часть этого участка от 200 км до 50 км приведена на рисунке 3.1.

Линейная схема Нижнего Дона, построенная для целей рыбоохраны и содержащая основные объекты (притоки, рыбоводные заводы, водозаборы), влияющие на процесс ската молоди рыб, приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Линейная схема ВХС Нижнего Дона для рыбоохранных целей