С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (2.31)

Найдём из последней зависимости константу D.

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (2.32)

Подставляя найденное выражение для D, имеем окончательный вид зависимости для нахождения оптимального режима эксплуатации водозабора в принятых условиях и предположениях

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (2.33)

С учётом принятого начала отсчёта С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru и, следовательно, можно заключить, что числитель у дроби (2.33) меньше знаменателя для любого С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . Из этого вытекает выполнение условий (2.22) и (2.23).

Таким образом, функция (2.33) оптимизирует забор воды из источника водоснабжения, максимизируя суммарный эффект от водопотребления и сохранности молоди рыб. Как видно, оптимальный режим водозабора существенно зависит от функций неравномерности получения эффекта от водоснабжения С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru и неравномерности ската молоди рыб С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru .

В случае применения формулы (2.33) для нахождения оптимального режима эксплуатации водозабора в течение суток при С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , данная зависимость упрощается. Этот упрощённый вид также может использоваться для определения оптимального режима притока при расчёте ёмкости бассейна суточного регулирования.

Так как эффект от водоснабжения в течение суток может быть принят равномерным, т.е. С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , тогда оптимальный суточный режим забора воды из реки будет определяться по следующей зависимости

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (2.34)

В течение рассматриваемого периода времени, для которого определяется режим водозабора, расход водоисточника может считаться постоянным, т.е. С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru .

Таким образом, имеем, что оптимальный расход водозабора в течение суток будет определяться только функциями неравномерности ската молоди рыб С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , где С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − число учитываемых видоразмеров.

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ СКАТА МОЛОДИ РЫБ
В ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СИСТЕМЕ

3.1 Системные принципы моделирования
водохозяйственных систем для рыбоохранных целей

Водохозяйственные системы (ВХС), с одной стороны, содержат ряд отраслевых (сельское хозяйство, энергетика, рыбное хозяйство, коммунальное хозяйство и др.) систем, а с другой − сами являются элементами социально-экономической и природной систем.

По своей внутренней структуре водохозяйственные системы можно отнести к разновидности природно-технических систем, т.к. они представляют собой совокупность источников водных ресурсов, средств их транспортировки и регулирования в интересах водопользователей, средств защиты водных ресурсов от загрязнения и истощения, сооружений рыбохозяйственной гидротехники, средств защиты населения и окружающей среды от вредного воздействия вод (А.Е. Косолапов, 1999).

В соответствии с классификацией, природно-технические системы относятся к категории сложных систем. Принято выделять следующие основные черты таких систем:

· общая задача и единая цель функционирования всей системы;

· большое количество взаимодействующих элементов;

· возможность расчленения системы на группы наиболее тесно взаимодействующих элементов, имеющих специфическое назначение и цели функционирования;

· многообразие форм связи между элементами;

· наличие большого числа параметров, определяющих поведение системы;

· нетривиальность поведения системы, связанная со случайным характером внешних воздействий.

Основные черты водохозяйственных систем соответствуют перечисленным признакам сложных систем:

ü во-первых, ВХС являются составной частью более общей системы (ВХС более высокого иерархического уровня, социально-экономической, природной систем);

ü во-вторых, для водохозяйственных систем всех уровней основная цель функционирования совпадает и заключается в "обеспечении подачи водопользователям в нужное время, в нужном месте и в нужном количестве воды допустимого качества с тем, чтобы обеспечить эффективное протекание их технологических процессов, и, кроме того, обеспечение воспроизводства водных ресурсов, включая и их охрану";

ü в-третьих, элементы ВХС могут объединяться в однородные группы по территориальному, отраслевому, функциональному признакам;

ü в-четвёртых, водохозяйственные системы даже самого нижнего уровня (локальные) содержат значительное количество взаимодействующих элементов: водные объекты, элементы технической схемы (водохранилища, гидроузлы, каналы, водозаборы и т.д.), водопользователи, причём связи между ними отличаются исключительной сложностью;

ü в-пятых, функционирование водохозяйственных систем происходит под воздействием факторов внешней среды, многие из которых носят случайный характер: речной сток, потребность в водных ресурсах, участие человека в процессе принятия решений и т.д.

Наиболее конструктивный путь исследования и управления сложными системами − применение методов системного анализа.

В настоящее время системный подход не представляет собой единой законченной теории с единой системой фундаментальных принципов, методологии и аппарата, скорее ― это определённый понятийный аппарат, совокупность идей, в рамках которых целенаправленно используются имеющиеся формальные и неформальные методы анализа. Тем не менее, эвристические процедуры аппарата системного анализа существенно облегчают анализ сложных систем за счёт "детализации и формализации процесса принятия решений реальной проблемы на основе всестороннего анализа проблемы, сочетания знаний и опыта различных специалистов при нахождении решений, отделения существенных факторов, действительно характеризующих проблему, от тривиальных мелочей, её окружающих, при осознанном анализе сопутствующих трудностей".

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. Таким образом, будем рассматривать локальную водохозяйственную систему для рыбоохранных целей (ЛВХС РО). При моделировании ЛВХС РО в каждом конкретном случае необходимо придерживаться разумного компромисса между сложностью и правдоподобностью используемых моделей − с одной стороны, и возможностью их практического применения в реальном процессе управления − с другой.

При разработке системы моделей необходимо учитывать общие методологические принципы, к числу которых можно отнести следующие:

Ø принцип развития системы моделей, предполагающий постоянное расширение и совершенствование существующих моделей по мере изменения знаний о моделируемых процессах, информационной изученности, совершенствовании методологии моделирования;

Ø принцип единства системы моделей, предполагающий методологическое единство при построении однотипных моделей, возможность объединения моделей в единую структуру взаимосвязанных блоков;

Ø принцип относительной автономности, предполагающий возможность выделения отдельных моделей из общей системы в виде самостоятельных частей;

Ø принцип адаптации и соответствия, обеспечивающий реализацию сложившихся режимов управления системой и возможность приспособления к изменяющимся условиям функционирования;

Ø принцип увязки системы моделей, определяющий взаимосвязь моделей и возможность их совместного функционирования.

В процессе эквивалентирования сложных ВХС, прежде всего, эквивалентно описываются: пространственное размещение водотоков и водопользователей; природные, технические и информационные связи между элементами, исходная информация, внешние связи водохозяйственной системы.

Таблица 3.1 − Инженерно-экологические мероприятия по охране и
воспроизводству молоди рыб в водохозяйственной системе

Уровень Мероприятия Показатели эффективности
Высший – водохозяйственная система 1. Охрана и пропуск производителей к местам нереста и нагула (орудия и объёмы лова, сроки ограничения лова, рыбопропускные сооружения и пр.). 2. Создание условий для естественного воспроизводства рыб (естественные и искусственные нерестилища, обеспечение необходимых уровней и скоростей на нерестилищах, качество воды и пр.). 3. Строительство и эксплуатация предприятий искусственного рыбовоспроизводства (рыбоводные заводы, нерестово-выростные хозяйства и пр.). 4. Сохранение молоди при её покатных миграциях (рыбоспускные устройства, качество воды, орудия лова, не допускающие прилов молоди и пр.). 5. Комплексное оборудование водозаборов ВХС рыбозащитными устройствами требуемой эффективности рыбозащиты. 1. Объёмы и динамика выпуска молоди воспроизводственными предприятиями. 2. Интенсивности и динамика ската молоди по створам ВХС. 3. Ущерб (прямой и от потери потомства) от гибели молоди в целом по ВХС.
Низший – конкретный водозабор 1. Рыбохозяйственное обоснование местоположения водозабора (в т.ч. его водоприёмной части, всасывающих труб и т.п.). 2. Оснащение водозабора рыбозащитным устройством или многосекционным РЗУ, обеспечивающим требуемую рыбозащитную эффективность. 3. Сезонное и суточное регулирование водопотребления в зависимости от интенсивности ската молоди рыб. 1. Динамика ската молоди рыб в районе водозабора. 2. Динамика попадания молоди рыб в водозабор. 3. Ущерб от гибели молоди в водозаборе.

Охрану молоди рыб нами предлагается рассматривать на двух иерархических уровнях. Соответствующий каждому уровню перечень инженерно-экологических мероприятий приведён в таблице 3.1.

На высшем уровне – в ЛВХС защиту молоди рыб от попадания в водозаборы рекомендуется рассматривать в комплексе по всем водозаборным сооружениям.

3.2 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.

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

 
  С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

 
  С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

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.

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

Рисунок 3.2 – Линейная схема ВХС Нижнего Дона для рыбоохранных целей

3.3 Типы камер локальной водохозяйственной системы
для рыбоохранных целей

Рекомендуется рассматривать следующие типы камер.

Iтип камеры − участок без притоков и рукавов, где отсутствуют нерестилища, рыбоводные заводы и другие объекты, резко изменяющие интенсивность ската молоди рыб. В тоже время на участке могут быть расположены водозаборы малой производительности, оснащённые рыбозащитными устройствами. Протяжённость моделируемого участка ограничена временем ската на этом участке, которая назначается из условия возможного перехода молоди только в следующую размерную группу.

II тип камеры − впадение притока или выпуск молоди в реку рыбоводным заводом. Данный тип камеры характеризуется значительным изменением интенсивности ската в выходном створе камеры по сравнению с входным створом за счёт дополнительного поступления молоди в реку.

III тип камеры − деление русла реки на рукава. Протяжённость камеры невелика, так как входной и выходной створы камеры расположены непосредственно до и после деления русла реки.

IV тип камеры − крупный водозабор, оборудованный рыбозащитным сооружением или устройством.

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

Рисунок 3.3 − Структурная схема прогнозирования динамики
ската молоди рыб

На основе камерной модели ЛВХС РО и моделей камер I−IV типов и соответствующих программных средств и исходной информации выполняется прогнозирование динамики ската молоди рыб для конкретного участка водохозяйственной системы (рисунок 3.3).

3.4 Моделирование камер локальной водохозяйственной
системы для рыбоохранных целей

Для каждого типа камеры можно предложить зависимости, связывающие интенсивность ската молоди рыб (определённого вида и конкретной размерной группы) во входном и выходном створах камеры.

За характеристику ската молоди в некоторой камере будем принимать интенсивность ската в замыкающем (выходном) створе камеры. Очевидно, что это же значение будет характеризовать интенсивность ската во входном створе следующей (по течению реки) камеры.

Под интенсивностью ската молоди рыб С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru будем понимать количество скатывающейся молоди i-го вида j-ой размерной группы через k-ый створ водотока за единицу времени.

Для I типа камеры (участок реки без притоков и рукавов) характерно незначительное изменение общего количества скатывающейся молоди, которая возможно только за счёт естественной гибели молоди и попадания в малые водозаборы из-за не стопроцентной эффективности их рыбозащитных устройств. В случае необходимости гибель молоди можно учесть с помощью коэффициента выживаемости молоди на данном участке водотока. Схема камеры первого типа и соответствующий граф связи приведены на рисунке 3.4.

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

а − схема k-ой камеры; б − граф связи для k-ой камеры

Рисунок 3.4 − Формализация камеры I типа

Таким образом, k-ая камера ограничена (k-1)-ым и k-ым створами реки. Причём согласно камерной модели, описанной в разделе 3.2, интенсивности ската молоди всех рассматриваемых видов и размерных групп в (k-1)-ом створе являются известными. Если скат молоди в k-ой камере происходит за время С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , то для камеры I типа можно записать следующее общее отношение

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (3.1)

Конкретизация данной зависимости возможна на базе статистических или аналитических моделей.

В первом случае, если протяжённость участка такова, что молодь из
(j-1) размерной группы переходит только в j-ую размерную группу, на основе статистических данных определяется регрессионная зависимость вида

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , (3.2)

где С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − эмпирический коэффициент линейной регрессии.

Такого типа зависимости для некоторых конкретных условий реки Волга определены С.Л. Яцыно (1989).

Для построения аналитических моделей камер I типа возможно использовать следующее предложение С.Р. Гордеева и П.А. Михеева (1989).

Рассмотрим модель ската молоди рыб в самой простой речной системе, т.е. когда в русле нет притоков и рукавов. Разобьём русло на всей протяжённости точками С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru ,…, С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru на участки произвольной длины. Период времени, в течение которого происходит скат молоди, разобьём точками
С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru ,…, С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru на интервалы С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru .

Построение модели осуществляется для каждого вида рыб в отдельности с учётом стадий развития молоди: предличинка, личинка, ранняя молодь и т.д. Всю совокупность молоди данного вида разделим на группы следующим образом. Предположим, например, что личинка на начальной стадии имеет размер 6−7 мм и за время С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru сут. её размер увеличивается до
7−10 мм. За следующий промежуток С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru она увеличивается до 13−15 мм, ещё за С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − до 18−20 мм и т.д. Тогда к группе А1 отнесём молодь размером от 5 до 10 мм, к группе А2 − от 10 до 15 мм, к группе А3 − от 15 до 20 мм и т.д.

Распределение молоди по группам С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , k = 1, 2, ….p обусловлено тем обстоятельством, что при переходе от группы к группе может значительно меняться как характер поведения особи, так и воздействия на неё различных внешних факторов.

Обозначим через С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru концентрацию молоди в точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru и через С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − аналогичную концентрацию молоди k-ой возрастной группы.

Тогда С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru .

Предположим, что нам известны концентрации С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru для всех i и k в некоторый момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . Проанализируем процессы, которые произойдут за время С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru и соответствующие изменения концентрации молоди. Во-первых, за это время представители группы С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru перейдут в группу С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru за счёт своего развития во времени. Во-вторых, за счёт сноса молоди течением реки молодь из точки С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru переместится в какую-то другую точку русла, а её место займёт другая молодь. В-третьих, за счёт влияния неблагоприятных факторов произойдёт гибель её части, и, наконец, в-четвёртых, произойдёт очередной нерест, и появление новой группы молоди.

Будем считать, что концентрация от точки С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru до точки С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru меняется равномерно, кроме того, предполагается, что вся молодь из k-ой возрастной группы скатывается на участке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в промежуток времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru с некоторой постоянной скоростью С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru .

Расстояние между точками С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru и С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru достаточно велико для того, чтобы особь могла преодолеть его за время С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . Поскольку все особи из группы С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru на участке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru скатываются во временном промежутке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru со скоростью С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , то за время С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru они преодолевают расстояние С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . Поэтому, точки С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru достигнут те особи, которые в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru находились на расстоянии С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru вверх по течению. Обозначим эту точку через М (рисунок 3.5).

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

Рисунок 3.5 − Расчётная схема

Выясним, какая концентрация была в точке М в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . Так как в точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru концентрация была равна С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , а в точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ruС учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , при этом, полагая, что между ними она менялась равномерно, то из простых математических соображений, концентрация в точке М равна

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (3.3)

Если бы все особи выжили, то в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru концентрация в точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru представителей из группы С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru совпадала бы с концентрацией в точке М, т.е. равнялась бы (3.3). Из-за воздействия различных факторов (хищники, болезни, техногенные воздействия и др.) происходит гибель части молоди. Поэтому

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , (3.4)

где С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − коэффициент выживаемости представителей k-ой группы на отрезке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в промежутке времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru .

Коэффициент выживаемости равен частному от деления количества выживших особей к исходному количеству особей. Поскольку неблагоприятное воздействие различных факторов может быть неоднородным в пространстве и во времени, то коэффициент выживаемости, вообще говоря, зависит и от пространственной переменной С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru и от временной С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru .

Заметим, что поскольку в формулах (3.3) и (3.4) участвует выражение С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , то они дают значение концентрации только в точках С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru ,…, С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . Для того чтобы прогнозировать концентрацию в точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , необходима информация о концентрации молоди выше точки С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru по течению. Предположим, что такой информации мы не имеем. В таком случае, мы не можем прогнозировать концентрацию молоди в точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в рамках данной модели без применения дополнительных соображений.

С учётом изложенного, получим зависимость для определения концентрации молоди С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в произвольной точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в произвольный момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в виде

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , (3.5)

где С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − концентрация молоди k-ой группы в точке N.

Пусть точка N принадлежит отрезку С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , а С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . За время С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru - С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru особь на отрезке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru скатилась на расстояние С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . Поэтому в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в точку С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru попадают те особи, которые были в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru выше по течению на расстоянии С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , то есть в точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru (рисунок 3.6).

В этой точке в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru концентрация равнялась, как это видно из рисунка 3.6, величине

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (3.6)

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

Рисунок 3.6 – Расчётная схема

Если бы все особи выживали, такая же концентрация была бы и в точке С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru в момент времени С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . Однако не все особи выживают, поэтому необходимо внести поправочный коэффициент. Предположим, что процесс гибели носит равномерный характер. Тогда поправочный коэффициент С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru связан с коэффициентом С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru из формулы (3.4) следующим соотношением

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (3.7)

Окончательно формула (3.5) приобретёт вид

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru . (3.8)

На основе зависимостей (3.4) и (3.8) полученных П.А. Михеевым и С.Р. Гордеевым для концентрации молоди можно записать подобные зависимости для интенсивностей ската молоди в камере С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru типа С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru при принятых нами обозначениях.

Для II типа камеры характерно значительное изменение интенсивности ската в выходном створе камеры по сравнению с входным створом за счёт впадения притока со скатывающейся молодью или выпуска молоди рыбоводным заводом. Створ на впадающем водотоке (обозначен С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru ) располагается в непосредственной близости от принимающего потока (рисунок 3.7).

Протяжённость камеры по основному руслу невелика, поэтому переход молоди в следующую размерную группу в пределах камеры не происходит и, следовательно, уравнение связи для камеры II типа будет выглядеть следующим образом

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , (3.9)

где С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − интенсивность ската молоди С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -го вида С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ой размерной группы через С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ый створ на притоке или на водовыпуске из рыбоводного завода.

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

а − схема С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ой камеры; б − граф связи для С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ой камеры

Рисунок 3.7 − Формализация камеры II типа

III тип камеры имеет место при делении русла реки на два рукава. При этом один из рукавов является основным, т.к. для него продолжается разбиение на камеры и разработка модели. В начале второго рукава, куда поступает доля расхода реки до деления равная С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , располагается створ 0. Предполагаем, что распределение молоди по рукавам пропорционально их расходам (рисунок 3.8).

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

а − схема С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ой камеры; б − граф связи для С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ой камеры

Рисунок 3.8 − Формализация камеры III типа

Протяжённость камеры по основному рукаву ограничена зоной деления потока и поэтому переход молоди в следующую размерную группу не происходит. Для камеры III типа можно записать

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru , (3.10)

где С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − доля молоди (в относительных единицах), поступающая в не основной рукав.

Если где-то ниже по течению в пределах рассматриваемой ЛВХС РО происходит слияние не основного рукава с основным, то не основной рукав также разбивается на камеры и производится его моделирование до створа слияния. В узле слияния основного и не основного рукавов выделяется камера II типа и производится её моделирование в соответствии с зависимостью (3.9).

Камера IV типа предусматривает наличие водозабора, доля расхода которого от расхода реки равна (в относительных единицах) С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru (рисунок 3.9).

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

а − схема С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ой камеры; б − граф связи для С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ой камеры

Рисунок 3.9 − Формализация камеры IV типа

Водозабор оборудован рыбозащитным устройством, рыбозащитная эффективность которого является известной. Конструкция РЗУ принципиального значения не имеет.

Математическая модель камеры IV типа имеет следующий вид

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru (3.11)

где С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − доля расхода водозабора:

С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru − коэффициент эффективности РЗУ по С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -му виду и С учётом (2.30) из зависимости (2.28) можно получить следующее - student2.ru -ой размерной группы.

3.5 Технология и программные средства разработки
камерной модели ЛВХС РО

Технология разработки и реализация на ЭВМ камерной модели ската молоди рыб в ЛВХС состоит в следующем.

1. Выбираются границы ЛВХС РО.

2. Определяется опорный створ ЛВХС РО и динамика ската молоди рыб через него. Уточняется верхняя граница (по течению реки) ЛВХС РО.

3. Определяется местоположение притоков, имеющих рыбохозяйственное значение, и предприятий искусственного воспроизводства молоди рыб (рыбоводных заводов, нерестово-выростных хозяйств и т.п.), а также динамика поступления молоди в реку. Привязка местоположения выполняется в километрах относительно впадения в море или относительно нижней границы ЛВХС РО.

4. Устанавливается местоположение водозаборов, их водопотребление и рыбозащитная эффективность РЗУ. Возможно построение линейной схемы.

Наши рекомендации