Агрофизический НИИ, Санкт-Петербург (Россия) Использование системы поливариантного расчета динамической модели агроэкосистемы для поиска оптимальной стратегии автоматического орошения Р.А. Полуэктов, А.Г. Топаж, С.А. Медведев

Проблемы, требующие поливариантного расчёта Задача Источник поливариантности Анализ чувствительности и идентификация параметров Поливариантность исследуемого параметра Статистический анализ и определение средних характеристик продуктивности Фактические реализации погодных условий в разные годы Точное земледелие Пространственная неоднородность с/х поля Реакция агроэкосистемы на антропогенные изменения климата Сгенерированные реализации погоды для климата будущего Оптимизации агротехнологий Варианты (нормы и сроки) технологических воздействий

Понятие об экономически оптимальной стратегии автоматического орошения Функционал цели: Простейший вид функции управления с обратной связью:

- модельный урожай хозяйственного продукта для варианта расчета с технологией TECH i, определяемой парой Схема вычислительного эксперимента, и погодной реализацией WEA j - получившееся в том же варианте расчета общее число поливов - общее количество воды, потраченной на полив Тогда, согласно заданному экономическому критерию оптимизации, наилучшая в статистическом смысле технология автоматического орошения по данным поливариантного вычислительного эксперимента определяется как

Компьютерный многофакторный эксперимент с повторностями Параметры стратегии применения агротехнологий Фактические или сгенерированные реализации погодных сценариев Показатель экономической эффективности (Прибыль от урожая - затраты)

Проект поливариантного расчета 11 погодных сценариев 81 вариант технологии 891 сценарий расчета ВСЕГО Общее время расчета 5,5 часов

Примеры расчета АБ Полив Динамика влажности метрового слоя почвы при различных вариантах автоматического орошения для сухого (А) и влажного (Б) года

Примеры расчета Результа т Техн. [u min ;u max ] 1972 год1973 год Урожай (ц/га) Воды на полив (м 3 /га) Число поливо в Прибыл ь (руб/га) Урожай (ц/га) Воды на полив (м 3 /га) Число поливо в Прибыл ь (руб/га) Без поливов 15, , [0.45 ; 0.7] 20,9806, , [0.6 ; 0.8] 29,01970, ,81294, [0.75 ; 1.0] 29,83320, ,02540, Экономические параметры: Цена урожая руб./т, Цена воды руб./м3, Цена полива руб./га.

Результаты Технология орошения Средний урожай (ц/га) Средний расход воды (м3/га) Средне е число поливо в Относительная экономическая эффективность (руб/га) Без поливов21, ,2 Ирригация 0,45-0,728,37406,90, Ирригация 0,45-0,828,65552,40, ,5... Ирригация 0,55-0,935,391531,21, ,93 Ирригация 0,55-1,035,881797,21, ,29 Ирригация 0,55-1,136,232015,21, ,54 Ирригация 0,55-1,236, ,46 Ирригация 0,6-0,835,911950,22, ,02... Ирригация 0,8-1,237,393788,22, ,72 Ирригация 0,85-0,937,393192,816,649529,75 Ирригация 0,85-0,9537,393487, ,55 Ирригация 0,85-1,037,393725,17, ,98... Ирригация 0,95-1,1537,394732,37, ,72 Ирригация 0,95-1,237,394987, ,38

Параметрическая чувствительность оптимального решения Увеличение цены полива приводит к тому, что оптимальная стратегия начинает характеризоваться большей разностью значений определяющих параметров umin, umax по сравнению с опорным вариантом (поливать следует реже, но интенсивнее). Уменьшение цены полива приводит к тому, что разброс значений umin, umax для оптимальной стратегии резко сужается. (поливать следует чаще, но меньше).. Варьирование цены на воду оказывает основное влияние не на ширину, а на «местоположение» определяющего оптимальную стратегию интервала [umin, umax]. Уменьшение цены воды сдвигает этот интервал вправо по оси значений u, при этом критический уровень влажности почвы увеличивается, то есть мы начинаем поливать при менее критических значениях почвенного влагозапаса. При увеличении цены воды оптимальная стратегия характеризуется более низкими значениями обоих определяющих параметров управления. Наконец, одновременное увеличение цены воды и накладных расходов на единичный полив приводит к тому, что оптимальное управление падает в область физически недостижимых значений umin, при этом получается, что формально необходимость поливать никогда не наступает, и оптимальной оказывается бесполивная стратегия.

Перспективы Нестационарный характер оптимального управления (учет критических периодов в жизни растения) Учет краткосрочного прогноза в формировании оптимальной стратегии орошения (определение эффективной ценности метеорологического прогноза) Спасибо за внимание!