Повышение эффективности водораспределения на основе цифровых технологий в условиях изменчивости водных ресурсов Алматинской области

Аннотация

Аннотация
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. Применены методы описательной статистики, анализа гидрологических временных рядов и корреляционного анализа. Для оценки межгодовой изменчивости речного стока
рассчитан коэффициент вариации, а взаимосвязь между потерями воды и эффективностью
водораспределения оценена с использованием коэффициента корреляции Пирсона и коэффициента детерминации. Разработана экономико-математическая модель стохастической оптимизации водораспределения, учитывающая доступный объем водных ресурсов, потребность водопользователей, эффективность доставки и экономические потери от дефицита воды.
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.
В рамках разработанной модели на основе вариабельности речного стока сформированы
маловодный, средний и многоводный сценарии водообеспеченности. Разработанная модель обеспечивает перерасчет объема водоподачи Qᵢ с учетом доступного ресурса W(ω), потребности Dᵢ, эффективности доставки ηᵢ и экономических потерь при изменении гидрологических условий. Заключение. Полученные результаты обосновывают переход от фиксированного нормативного распределения воды к сценарному адаптивному управлению водораспределением.
Интеграция экономико-математической модели с GIS, IoT, SCADA и цифровым двойником обеспечивает обновление входных параметров и перерасчет режимов водоподачи в зависимости от фактических и гидрологических условий.