Институт водных проблем и мелиорации ... · 2018-06-19 ·...

Институт водных проблем и мелиорацииНациональная академия аграрных наук Украины

ВНЕДРЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МЕЛИОРАЦИИ В УКРАИНЕ

Ромащенко М.И. - директор Института водных проблем и мелиорации, д.т.н., профессор, академик Национальной академии аграрных наук Украины

1

International Baltic Regional Conference

"Digitization for land improvement activities and opportunities of the future“, 23-25 May, Estonia

Институт водных проблем и

мелиорации

Сарны

Брилевка

Камянка-Днепровская

Великие Клины

Лаборатория качества воды и

почв

Проектно-технологи-

ческое бюро

Институт водных проблем и мелиорации и сеть его

исследовательских станций

International Baltic Regional Conference "Digitization for land improvement activities and opportunities of the future“, 23-25 May, Estonia

Основные направления научной деятельности

Института водных проблем и мелиорации

Водные ресурсы: состояние, управление,

рациональное использование и восполнение,

мониторинг качества воды

Сельскохозяйственные мелиорации

Сельскохозяйственное использование

мелиорированных земель

Проектирование, строительство и эксплуатация

мелиоративных и водохозяйственных сооружений

Сельскохозяйственное водоснабжение и

водоотведение

Защита сельских территорий и населенных пунктов от

вредного воздействия вод

Экология водных ресурсов и мелиорированных

земель


Картосхемы районирования территории Украины по годовому климатическому водному балансу

ЗОНАВсего,

млн га

Площади пашни по зонам увлажнения

> 50 0 -(50-150) -(150-300) -(300-450) < - 450

млн

га%

млн

га%

млн

га%

млн

га%

млн

га%

млн

га%

Степь 14,940 - - - - 0,049 0,3 3,336 22,3 8,697 58,2 2,858 19,1

Лесостепь 11,258 0,097 0,9 3,392 30,1 4,014 35,7 3,755 33,4 - - - -

Полессье 4,869 0,565 11,6 3,571 73,3 0,733 15,1 - - - - - -

УКРАИНА 31,067 0,66 2,1 6,963 22,4 4,8 15,4 7,1 22,8 8,7 28,0 2,858 9,2

18,65 млн га (60%)

Площадь сухой и очень сухой зон увеличилась на 7%, а переувлажненной и влажной уменьшилась на 10%

Распределение площади пашни по дефициту влагообеспеченности

ПЛОЩАДИ ФАКТИЧЕСКОГО ПОЛИВА (1990-2016 рр.)

887.1

2016

477,2

70,0

*

*

407,2

Поливная площадь всего, тыс. га

в т.ч. капельное орошение, тыс. га

в т.ч. дождевание, тыс. га

*без учета временно оккупированной территории АР Крым


Общая площадь

осушаемых

земель, тыс.га

Количество

мелиоративных

систем, шт.

Удельный вес

осушеных земель в

общей площади с/г

угодий, %

Площадь систем

двухстороннего

действия, тыс.га

3184,21 1534 26,4 1059,0

Площадь осушаемых земель и техническое состояние мелиоративных систем гумидной

зоны Украины

Сеть

Протяжность

каналов, км


насосных

станций,

шт.


гидротехничес-

ких

сооружений,

шт.

Нуждаются в ремонте

каналы, км

(%)

Насосные

станции, шт

(%)

Гидротехни-

ческие

сооружения,

шт (%)

Межхозяйственная 39225,94 221 27304 14877,95

(38%)

100

(45,2%)

10710

(39,2%)

Внутрихозяйствен-

ная

56713,3 42 53200 36689,58

(65%)

12

(28,6%)

33099

(62,2%)

Основные адаптационные мероприятия• Разработка и внедрение Водной стратегии Украины

• Разработка и принятие «Концепции реформирования

сферы управления водными ресурсами Украины»

• Утверждение и реализация «Стратегии

восстановления и развития орошения и дренажа в

Украине на период до 2030 года»

• Разработка и внедрение «Стратегии ведения сельского хозяйства в условиях изменений климата»

• Углубление научных исследований по вопросам адаптации аграрного сектора экономики к изменениям климата


В Институте водных проблем и мелиорации НААН совместно с группойэкспертов Всемирного Банка и ФАО разработан проект

«Стратегии орошения и дренажа в Украине на период до 2030 г.», которая предусматривает

Восстановление и модернизация оросительных

систем на площади 1 – 1,2 млн га и дренажных

систем на площади 1 млн га, что обеспечит:

oДополнительное валовое производство

зерновых культур ≈ 8 млн. тонн


технических культур ≈ 3,5 млн. тонн


плодоовощных культур ≈ 11,0 млн.тонн

Общий объем валовой продукции ≈ 135,0 млрд.грн

Общая потребность в инвестициях – 4-6 млрд $ США

Срок окупаемости пректов 4-6 лет


Определе-ние

водопотребности

• Планирование орошения и управление поливами

• Определение поливныхнорм

• Уменьшениеинфильтрации

• Оценкаэвапотранспирации

• Формирование режимов орошения

• ГИС- ПОЛИВ

Техноло-гии

выращивания

• Определениеоптимального севооборота

• Подбор удобрений

Эффективность

работыинфрастру

ктуры

• Эффективностьработы каналов и НС

• Отображение данныхв ГИС

Монито-ринг

водных и земельных

ресурсов

• Адаптация базы данныхплодородия почв по агрохимическимпоказателям

• Мониторинг состояния почв

Информационная система поддержки принятия решений

Система информационного обеспечения мелиоративногоземледелия

9

Ромащенко М.И., Ковальчук В.П., МатяшТ.В., Крученюк А. В. , Богаенко В.А.


Концепция, архитектура и функциональнаяструктура системы

Модулисистемной части

ИАС

Подсистема предоставлениядоступа к данным, которые имеют

пространственную привязку

Подсистема предоставлениядоступа к данным, которые не

имеют пространственной привязки

Подсистема редактирования данных

Подсистема взаимодействия междупроблемно-ориентированными

модулями

Подсистема аутентификации и авторизации

Модулипользовательского

интерфейса

Подсистемаинтерактивных карт (в т.ч.мобильная версия)

Подсистема выводагипертекстовой

информации

Подсистема доступа к базезнании (в т.ч.мобильная

версия)

Модулиадминистрирования

Проблемно-ориентированные

модули

Модули уровня «хозяйство»

•Подбор севооборотов

Модули уровня «поле»

•Определение поливных норм

•Подбор удобрений

•Защита растений

•Защита почв

Модули уровня «мелио-ративная инфраструктура»

•Моделирование и оптимизация режимовработы каналов

10International Baltic Regional Conference "Digitization for land improvement activities and opportunities of the future“, 23-25 May, Estonia

Определение потенциальной водопотребности для орошения сельськохозяйственнных культур

11

)100

rt1,0(tE 0c

0

Визначення евапотранспірації за методом Штойка залежно від фаз розвитку рослин

)r

t,(tE c100

110 00

Культура

Метеостанция

Область

Расчетный год

• Оптимизация водного режима в условиях изменения климата

• Задача сезонного планирования орошения в условиях изменения климата

• Задача оперативного планирования сроков и экологически безопасных норм полива

Определение эвапотранспирации по методу Штойко в зависимости от фаз развития растений


Обработка данных с метеостанций с использованием ГИС в онлайн режиме

Оценка наличия данных по метеостанции за выбранныйпериод

Пополнение базы данных в автоматическомили ручном режиме с погодных сайтов и метеостанций ИВПиМ на исследуемыхобъектах

Возможность доступа к данным по стандартным протоколам программирования (SQL)

Сохранение данных с ГИС-привязкой

12

Матяш Т.В., Крученюк А. В.


Расчет инфильтрации, оросительных норм на основе одномерной модели влагопереноса


Ковальчук В.П., Матяш Т.В.

Уравнение Ричардса

влагоперенос в зоне аэрации

Схема работыИС «ГИС-Полив»

Параметрысостояния

посевов

Погодныеусловия

Контрольныеизмерения

База данных

Спутниковыеданные

Контрольно-измерительные полигоны

Метеоданные

Слои ГИС-информации

ИС «ГИС ПОЛИВ» – ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ОРОШЕНИЯ ДЛЯ ХОЗЯЙСТВ

Жовтоног О.И., Полищук В.В., Филипенко Л.А.


ИС «ГИС ПОЛИВ» – ІНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ОРОШЕНИЯ ДЛЯ ХОЗЯЙСТВ

Обеспечивает:•повышение урожаев на орошаемых полях до 10%; •экономию водных и энергетических ресурсов на уровне 5-20%; •минимизацию или исключение негативного влияния орошения на плодородие почв и окружающую среду.Экономическая эффективность от 10 € /гаВнедрено на площади >10000 га

Жовтоног О.И., Полищук В.В., Филипенко Л.А.


Подсистема для подбора удобрений

Вычисление необходимого

количества питательных веществ

по балансовому методу

Подбор экономически

оптимального набора удобрений из

базы данных;

Обычное и мобильное

приложения.

Выбор поля на интерактивной

карте

Получение со слоев карты или

ручной ввод параметров

выращивания культуры

Результат:

тип, количество и цена

удобрений

Удобрения жидкие азотные (КАС) 141.83

Минеральное удобрение растительного происхождения Экоплант

255.23

Нитрат калия 472.68

Селитра аммиачная кристалическая 1.41

Ромащенко М.И, Богаенко В.А., Ковальчук В.П., Матяш Т.В.


Подсистема подбора и оценки севооборотов

Выбор поля на интерактивной карте

Задание приоритетных культур, получение со слоев

карты или ручной ввод параметров выращивания

Результаты:

Севооборот, набор удобрений для каждой культуры

Севооборот, набор удобрений и норм орошения для

каждой культуры

Оценка севооборота и пар “культура - предшественник”

Подбор оптимальных

севооборотов согласно

экспертных оценок пар

“культура-предшественник”

Подбор экономически

оптимальных севооборотов

учитывая расходы на

внесение удобрений

Возможность учёта

расходов на орошение и

прогнозирования цен

Обычное и мобильное

приложения

Оценка севооборота:

Средняя оценка 87.33

Оценки культур:

Кукуруза 92

Картофель 80

Кукуруза 90

Ромащенко М.И, Богаенко В.А., Ковальчук В.П., Матяш Т.В.

Электронный каталог бурьянов и гербицидов

18

Каталог бурьянов

Мобильные приложения для расчета агропоказателей

Веб-страница Информационно аналитической системы находится

по адресу http://ais.agro.ws

Ковальчук В.П., Войтович А.П.


Подсистема оценки эффективности работы инфраструктуры

19

Кзн0.52

Оценка уровней воды в канале

Оценка стоимости электроенергии

на перекачивание воды по каналуОценка загруженности

насосных агрегатов

Оценка суммарной водоподачи по культурам в зоне действия НС

Крученюк А.В.

Оптимизация режимов работы оросительныхканалов

обеспечение обеспечения необходимых пользователямуровней воды и скорости движения , минимизациязатрат на электроэнергию

20

Математическая модель движения воды в канале - одномерная система уравнений Сен-Венана

Программная реализация и пользовательский интерфейс: вибор и визуализация объектов моделиорвания на интерактивной

карте; программная реализация на Javascript, С++, php; тестирование модели на данных работы Северо-Крымского канала

Богаенко В.А., Попов В.Н.


ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Индикаторы оценки:

• водоподача на территорию

• коэффициент полезного использования водных ресурсов

• коэффициент полезного использования вод целевого назначения

• коэффициент водоотведения

• коэффициент влагообеспечения орошаемых сельськохозяйственных культур

Подсистема мониторинга. Информационная технология расчета показателей водопользования при орошении

Михайлов Ю.А, Даниленко Ю.Ю., Шевченко А.Н., Богаенко В.А.

Уровень испольования водных

ресурсов на сельськохозяйственные

потребности в Херсонской области Дефицит местных водных ресурсов


ИНДИКАТОРЫ И КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ХАРАКТЕРА И НАПРАВЛЕНИЯ

ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ВОДОРЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА СЕЛЬСКИХ

ТЕРРИТОРИЙ

y = -0,0008x + 1,19

R2 = 0,93

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

200 300 400 500 600 700 800 900

Сумарне водонадходження, мм

Ко

оеф

іціє

нт к

ор

исн

ого

ви

ко

ри

стан

ня в

од

ни

х

ресу

рсів

Пространственные и временные изменения значений

коэффициента полезного использования водных

ресурсов по территории Херсонской области

Зависимость коэффициента

полезного использования

водных ресурсов от

суммарного водопоступления в

условиях Херсонской области

2010 год,

обеспеченость 5%

2002 год,

обеспеченость 50%

2011 год, обемпеченость 75%

2007 год ,обеспеченость 95%

Индикатор изменений –

величина отклонения

фактических значений

показателей от их критериев

До 10% 11 - 20% Более 20%

Информационная технология оценки показателей водопользования при орошении

Михайлов Ю.А, Даниленко Ю.Ю., Шевченко А.Н., Богаенко В.А.


Оценка состояния водопользования на орошаемых землях по данным дистанционного зондирования Земли

Распознавание орошаемых земель

по нормализированому разностному

вегетационному индексу

по нормализированому разностному

индексу увлажнения

Трехмерная визуализация

Даниленко Ю.Ю., Богаенко В.А.


Определение площадей с разной глубиной залегания грунтовых вод

(на примере Каховского орошаемого массива за 1991 и 2009 годы)

Расчетный индекс-показатель

эффективности защиты от подтопления

составляет

NDWI = 0,47

Расчетный индекс-показатель

эффективности защиты от подтопления

составляет

NDWI = 0,63

Эколого-мелиоративное состояние земель

Уровень

грунтовых вод

Уровень

грунтовых вод

Власова Е.В., Шевченко А.Н.


Идентификация засоленых почв

Эколого-мелиоративное состояние земель

незасолен-

ные

слабозасоле-

нные

незасоленные, с повышенным содержание хлора

среднезасо-

ленные

сильнозасоленные

Власова Е.В.


1991 г.

Почвенный

покров

Карта

солевой съемки

ГГМЕ

NDVI

Почвенный

покров

Карта

солевой съемки

ГГМЕ

2011 г.

SSI

20.07.1991 г. 28.08.2011 г.

Оперативный контроль изменения засоления почв

Карта по степени

засоления NDSI

Результат сравнения классификации засоленных почв

Эколого-мелиоративное состояние земельВласова Е.В., Шевченко А.Н.


“ цветение ”воды(содержание хлрофила)

каламутность воды(содержаниеорганических веществ)

Landsat 8

Landsat 8

2017-07-18

2017-07-18

max

min

max

min

Дельта реки Днепр»

Оперативный мониторинг поверхностных вод за данными ДЗЗ

Водный портал УкраиныГосударственное агентство водных ресурсов Украины


Спасибо за внимание !

29

Контактная информация

Институт водных проблем и мелиорации НААН

37, Васильковская ул.,

г. Киев, Украина, 03022

веб-сайт: iwpim.org.ua

email: [email protected]

Всегда открыты для сотрудничества!

mailto:[email protected]

Институт водных проблем и мелиорации ... · 2018-06-19 ·...

Documents