ГЛАВА 6.ОБЩАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

    6.1. Структурная схема системы управления

Технологическая безопасность эксплуатации гидроминеральных источников обеспечивается комплексом мер, включая и проектирование соответствующих систем управления.  На рис. 6.1 приведена структурная схема системы управления рассматриваемым месторождением минеральных вод. Методика синтеза распределенных регуляторов и выбор оптимального числа добывающих скважин показаны выше.

Рис. 6.1. Структурная схема системы управления Кисловодским месторождением минеральных вод

 При проектировании таких систем следует учесть следующие аспекты [16]:

- строение геологических объектов, как правило, до конца неизвестно. Изучение требует значительных затрат и сопровождает весь процесс эксплуатации месторождения, даже после завершения разработки. Эффективность работы водоносной системы определяется большим количеством различных геологических, экологических, технических и экономических факторов.  Математические модели рассматриваемых объектов управления, как правило, подвержены существенным параметрическим возмущениям. Эти возмущения влияют на динамические характеристики объекта, следовательно, и на динамические характеристики переходных процессов в замкнутой системе управления. При этом параметры математических моделей объектов с течением времени меняются, а следовательно необходима и коррекция параметров регулятора в процессе длительной эксплуатации месторождений;

-целевая функция должна учитывать оптимальные нагрузки на водоносные горизонты исходя из требований ГКЗ РФ, экологии, сан. Гигиены, рельеф местности. Требуется разработать систему управления режимами эксплуатационных скважин, обеспечивающих требуемые гидродинамические параметры в точках расположения наблюдательных скважин (например, управляя дебитом скважин, обеспечим заданные уровни понижения уровня в точках расположения наблюдательных).

Формально рассматриваемая задача описывается следующим образом. Имеется объект управления, у которого определены вектор входных воздействий и вектор функций выхода. Требуется синтезировать регулятор, обеспечивающий перевод вектора функции выхода в наперед заданное состояние, путем управления вектором входных воздействий. Конечно, это самый распространенный случай, но далеко не единственный [2]. Рациональный режим, исходя из природных условий объекта, может быть и иным, и в качестве целевой функции рассматриваться разные функции. Например, при подсосе в процессе эксплуатации, минеральных вод из более глубоких, гидравлически связанных водоносных горизонтов, в качестве целевой функции может рассматриваться предельно возможная разница в напорах смежных горизонтов, обеспечивающая минимальное количество поступающих солей, или же вообще ставиться задача о сохранении кондиционного состава подземных вод. Однако в любом случае, речь будет идти об управлении гидродинамическими процессами, поскольку они первичны. Изменение минерального состава или микробиологических свойств – вопрос вторичный, вызванный техногенной нагрузкой на объект [17,18], и решение подобных задач в любом случае будет связано с обоснованием гидродинамических режимов эксплуатации объекта  и долгосрочных планов эксплуатации гидроминеральной базы региона.

    6.2. Формирование целевых функций для систем управления  

                                  гидролитосферными процессами

  Целевая функция для систем управления гидролитосферными процессами рассматриваемых пластов формируется с учетом целевой функции эксплуатации Кисловодского месторождения минеральных вод. Обоснование рациональных режимов эксплуатации гидролитосферных объектов, а так же формирование целевых функций приведено в [2,4,19] . Общая оптимизационная задача может быть сформулирована следующим образом [2]. Положим, что состояние системы зависит от n параметров х₁, х₂, …, х_n, на которые накладываются некоторые ограничения a_i £ х_i £ β_i. Рассматривается некоторая функция F (целевая функция), зависящая от этих параметров F = f(х₁, х₂, …, х_n).                                                                                                                                                                                                 

Требуется найти точку (х₀⁰,) = {х₁⁰, х₂⁰… х_n⁰}в n – мерном пространстве, принадлежащую области V_d , в которой значение целевой функции экстремально:

    .

     Положим, что известно предельное положение уровня в любом водозаборном сооружении никак не привязанное к нормативным срокам эксплуатации объекта.

                                            ,

где: H_i(t) – текущее положение динамического уровня; k₀ – некоторый коэффициент пропорциональности;  H_0i – начальное (статическое) положение уровня в рассматриваемом i-ом водозаборе; Q_i; Сi – дебит скважины (водозабора) и удельное понижение соответственно; Q_j; С_j –дебит j-ого взаимодействующего водозабора (скважины) с i-тыми коэффициент гидравлического взаимодействия водозаборов (скважин) соответственно; Н_id – предельно возможное понижение уровня в рассматриваемом каптаже; t_к – расчетный срок эксплуатации водозабора; m_min, m_max – соответственно минимальное и максимально допустимое значение минерализации подземных вод; m_c – среднее значение минерализации смеси общего потока

   Известна заявленная потребность в воде, а, следовательно, и суммарный водоотбор. Независимо от конечных сроков эксплуатации, обеспечим такое распределение общего водоотбора между каптажными сооружениями, чтобы на любой текущий момент времени (t) выполнялось условие:

При F = 0:               

.

Фактически последнее условие означает, что рациональным режимом эксплуатации является такой, который обеспечивает одинаковое соотношение динамического уровня к предельно допустимому во всех каптажах на любой момент времени. То есть, предельное положение уровня во всех точках будет достигнуто одновременно.