The Improving the efficiency of water distribution using digital technologies in the context of variable water resources in the Almaty region

Improving the efficiency of water distribution using digital technologies in the context of variable water resources in the Almaty region

Abstract

Предпосылки и цель. Изменение климата, дефицит водных ресурсов, рост потребности сельского хозяйства в оросительной воде и износ гидротехнической инфраструктуры требуют совершенствования управления водораспределением. Для Алматинской области проблема особенно актуальна вследствие зависимости региона от трансграничного стока реки Или и межгодовой изменчивости водообеспеченности. Традиционные схемы распределения воды не обеспечивают необходимой гибкости в условиях гидрологической неопределенности. Цель исследования заключается в оценке эффективности водораспределения и разработке подхода к адаптивному управлению оросительными системами на основе цифровых технологий и экономико-математического моделирования.

Материалы и методы. Исследование выполнено на основе статистических данных о водопользовании и сельскохозяйственном производстве Алматинской области за 2010–2024 гг., а также материалов Министерства водных ресурсов и ирригации Республики Казахстан. Использованы методы системного, сравнительного и статистического анализа, корреляционно-регрессионного анализа. Рассчитаны темпы роста, коэффициенты вариации, корреляции и детерминации. Разработана экономико-математическая модель адаптивного водораспределения, учитывающая стохастическую изменчивость доступных водных ресурсов, транспортные потери и потребности водопользователей.

Результаты. Установлено снижение удельных затрат воды на регулярное орошение на 22,0 %, сокращение транспортных потерь с 38 до 25 % и повышение коэффициента эффективности водораспределения с 0,62 до 0,77. Выявлена сильная обратная связь между потерями воды и эффективностью водораспределения (r = –0,89; R² = 0,79). Коэффициент вариации речного стока составил 11,8 %, подтверждая необходимость учета гидрологической неопределенности. Предложенная модель предусматривает маловодный, средний и многоводный сценарии и обеспечивает адаптивный перерасчет объемов водоподачи с учетом эффективности доставки, экономических потерь и риска дефицита воды.

Заключение. Результаты подтверждают необходимость перехода от фиксированного нормативного распределения воды к адаптивному управлению. Интеграция экономико-математической модели с GIS, IoT, SCADA и цифровым двойником формирует основу для мониторинга, оптимизации и корректировки режимов водоподачи в условиях изменчивости водных ресурсов.