В работе представлен курс лекций и учебное пособие для выполнения практического задания. В учебном пособии рассматриваются вопросы обоснования принятия решений по выбору полезного объема водохранилища и водораспределения между ГЭС и орошением на основе оптимизационных расчетов. Материал изложен в теоретическом формате и дан пример расчетов. Состав работы определяется необходимостью постановки и решения одно и многокритериальных оптимизационных задач. Учебное пособие построено таким образом, чтобы иметь возможность выполнять курсовые и выпускные квалификационные работы, а так же проводить промежуточную проверку знаний студентов. Учебное пособие позволяет решать оптимизационные вопросы на основе исходных данных конкретного объекта и задания их по вариантам.

• ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КУРС УПРАВЛЕНИЕ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ СИСТЕМАМИ
• Теоретический курс предназначен для обучения бакалавров по направлению «Природообустройство и водопользования» и магистров по направлению «Управление водохозяйственными системами в условиях многоцелевого водопользования».
• ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
• 7. Моделирование - это создание образа реального объекта, заменяющего его для получения информации, путем проведения экспериментов.
  • 13. Стратегия управления - долговременное и качественно определенное направление деятельности в соответствии с поставленной целью.
• 1.ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И СТРАТЕГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ
  • Установление целей управления предполагает прохождение следующих этапов:
  • 1) определение частных задач (например, в бассейне реки отмечаются: перебои с подачей воды для целей промышленности; весной с высокой вероятностью происходит затопление земель; качество воды в реке неудовлетворительное);
  • 2) выявление приоритетности частных задач (например, перебои водоснабжения промышленности незначительные и не приводят к существенному снижению экономических показателей. Затопление земель происходит на площадях где нет групповых поселений. Таким обра...
  • 3) выявление общих задач, которые и представляют собой общие цели (в рассматриваемом примере общая задача – улучшение качества речной воды);
  • 4) разработка частных задач для достижения поставленных целей (например, для улучшения качества воды водных объектов определяются источники загрязнения, их вклад в загрязнение реки и разрабатываются водоохранные мероприятия).
  • На рассмотренных этапах используются разные методы и способы, которые позволяют определить стратегию управления.
  • Стратегия управления - долговременное и качественно определенное направление деятельности в соответствии с поставленной целью. Стратегия позволяет сконцентрировать усилия на тех вариантах решения, которые лучшем образом отвечают принятой цели. Выделяю...
• 2.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТОДОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ
• 3.ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В УПРАВЛЕНИИ ВХС
• Рис.3.1 Прогноз изменения уровней воды во время половодья и его корректировка на основе накапливаемых данных.
• 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ В УПРАВЛЕНИИ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ
• Моделирование - это создание образа реального объекта, заменяющего его для получения информации, путем проведения экспериментов. Таким образом, модель создается с целью получения информации о специфическом объекте (например, в виде физического макета,...
• К моделям предъявляется ряд требований.
• 1. Максимальное соответствие реальному объекту, с точки зрения выбранных для изучения свойств (например, рассматривается водохозяйственная система и требуется оценка эффективности водоохранных мероприятий по снижению загрязненности сточных вод. Для эт...
• 2. Модель должна быть полной, т.е. давать возможность исследовать объект, в отношении его свойств, принципов работы, поведения в заданных условиях. Например, на основе водохозяйственного баланса создается модель водохозяйственного комплекса, которая о...
• целевая функция ВХБ=Wр+Wпв+Wвв(W(Wущ(Wпоп.
• ограничения Wр(Wрр% W(WпланWпв(W ВХБ+Wпоп(Wэкол ВХБ(0.
• Учитывая, что Wпв полностью включено в объемах W и по арифметическим законам может сократиться, перепишем уравнение баланса в виде: ВХБ=Wр+Wвв(W((Wущ(Wпоп.
• W(=W(Wпв
• В таком виде модель не может считаться полной, так как не отражает, в полной мере, все используемые источники воды.
  • Основные этапы математического моделирования
• Особым инструментом принятия управляющего решения служит имитационное моделирование. Имитационные модели отвечают на вопрос: «Что будет, если в системе происходят изменения?» и позволяют выявлять поведение системы (изменение ее состава, структуры и св...
• (W(()=Wр(()+Wвв(()(W((,У)(Wп((,У) V(()=((W(()+VнVмо(V(()(Vпол. Wп(()(Wдоп.
• где Vн-объем водохранилища на начало расчетного периода.
• Модель позволяет имитировать управление объемами воды в водохранилище в зависимости от режима водопотребления, осуществления попусков при условии изменения режима стока воды в реке. Если задаться критерием оптимизации, например, минимизация отклонений...
• |(W+Wп)((Wтреб+Wптреб)|(min
• В отличие от имитационных моделей, прогнозные - отвечают на вопрос: «Что будет, при не измен составе и свойстве системы. Например, для условий предыдущей задачи исключается возможность управления попусками и водопотреблением, они задаются в однозначно...
• (W(()=Wр(()+Wвв(()(W(()(Wп(() V(()=((W(()+VнVмо(V(()(Vпол. Wп(()(Wдоп.
• 5. ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ СИСТЕМАМИ
• 6.УЧЕТ ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ПРИЗНАКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ДОЛГОСРОЧНОГО И СРЕДЕНЕСРОЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ
• 7. ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В УПРАВЛЕНИИ
  • Учет приоритетов - делается в случае, если локальные критерии имеют разную степень значимости. Для этого можно воспользоваться весовыми коэффициентами. Например, оптимизация условий выращивания растений, с учетом влияния на урожайность: влажности почв...
  • Оптимизация может проводить по одному или нескольким критериям одновременно. В зависимости от этого применяются одно и многокритериальные методы.
  • Однокритериальная оптимизация
  • Многокритериальная оптимизация
• 9.ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ФУНКЦИИ ВОДОПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ
• ЧД((мах (9.15)
• 10.ПЛАНИРОВАНИЕ КАК ФУНКЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ
  • 10.1.Управленческое решение
  • 10.2 Эффективность управленческого решения
• 11.СЕТЕВОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ В УПРАВЛЕНИИ ВХС
  • 11.1 Сетевое планирование в условиях неопределенности
  • 11.2 Оптимизация сетевых параметров
• 12.УПРАВЛЕНИЕ СТАТЬЯМИ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО БАЛАНСА
  • 12.1 Увеличение объемов приходной части ВХБ
  • 12.2 Методы сокращения объемов расходной части ВХБ
  • 12.3 Имитационное моделирование ВХС
  • 12.4 Целевые показатели при оптимизации водохозяйственных балансов
• 13.ДИСПЕТЧЕРСКИЕ ГРАФИКИ КАК СРЕДСТВО ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВХС
  • 13.1 Диспетчерское управление гидроузлом
  • 13.2 Определение ущербов от ограничения водоподачи при оперативном управлении режимами комплексных гидроузлов
• 14.УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОД
• 2.В матрице, по минимальной эффективности, выделяется столбец (u) и строка (v) (эффективность 0,1). Данные столбец и строка удаляются из матрицы. При этом пересчитываются элементы матрицы (j(2) (i(2)по формуле:
• 15.МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИЯ В УПРАВЛЕНИИ
• 16.УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
• Рис.16.2 Определение области эффективных решений по двум критериям, выраженным в денежных эквивалентах УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ УПРАВЛЕНИЕ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ ИРРИГАЦИОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1.ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
• 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТОКА
• 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
  • 3.1 Объемы водопотребления и водоотведения
    • 3.1.1 Объемы водопотребления
    • Табл. 3.4
    • 3.1.2 Объемы водоотведения
    • 3.2 Объемы водопользования
• 4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ СТОЧНЫХ ВОД
• 5.ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ БАЛАНС
  • Табл.5.2
  • Определение максимальной полезной емкости водохранилища для полного годичного регулирования стока, млн.м3.
• 6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА ВОДОХРАНИЛИЩА И ЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МЕЖДУ ГЭС И ОРОШЕНИЕМ
  • 6.1 Постановка задачи оптимизации полезного объема водохранилища
  • 6.2 Постановка задачи оптимизации водораспределения между ГЭС и орошением
  • Все оптимизационные расчеты проводятся в табличной форме (табл.6.1, 6.2), в которой имеющийся ресурс воды делится на i вариантов минимум на 5 вариантов (Vi=0…Vmax, i=1…5). Для каждого i-го варианта делается оптимизация водораспределения объемов воды (...
  • 6.3 Система ограничений
• 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА ВОДОХРАНИЛИЩА С ПОМОЩЬЮ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
• Полезный объем водохранилища определен на основе оптимизации одного критерия, который учитывал общие для всего ВХК экономические характеристики. При этом, в явном виде, не учитываются:
• - требования конкретного участника водохозяйственного комплекса (орошения и энергетики);
• - формирование качества воды в водохранилище;
• - затопление и подтопление земель при создании водохранилища.
• Данные факторы влияют на принятие решения по определению полезной емкости и могут быть формализованы в виде критериев оптимизации. Поэтому, полезный объем водохранилища может определяться путем проведения многокритериальной оптимизации. Для этого выде...
  • 7.1 Формирование критериев оптимизации
    • 7.1.1Экономический критерий
    • 7.1.2 Производственный критерий
    • 7.1.3 Экологический критерий
  • 7.2 Применение метода Домбровского для определения полезного объема водохранилища
  • 7.3 Применение метода «Уступок»
  • 7.4 Применение метода «Равной эффективности»
  • 7.5 Применение метода «Линейной свертки критериев»
  • 7.6 Применение метода Фуллера
  • 7.7 Метод циклограмм
• ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
• ВВЕДЕНИЕ (1)
•  подземные воды, гидравлически связанные с рекой (грунтовые воды), используются для сельскохозяйственного водоснабжения.
• I.ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
• II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТОКА
• III.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
  • III.1 Объемы водопотребления и водоотведения
    • III.1.1 Объемы водопотребления
    • III.1.2 Объемы водоотведения
  • III.2 Объемы водопользования
• IV. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ СТОЧНЫХ ВОД
• V.ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ БАЛАНС
• VI. ОПТИМИЗАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ
  • VI.1 Постановка задачи оптимизации полезного объема водохранилища
  • VI.2 Постановка задачи оптимизации водораспределения между ГЭС и орошением
  • Все оптимизационные расчеты проводятся в табличной форме (табл.VI.1, VI.2), в которой имеющийся ресурс воды делится на i вариантов минимум на 5 вариантов (Vi=0…68 млн.м3, i=1…5). Для каждого i-го варианта делается оптимизация водораспределения объемов...
  • VI.3 Система ограничений
• VII. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА ВОДОХРАНИЛИЩА С ПОМОЩЬЮ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
• Многокритериальная оптимизация полезного объема водохранилища проводиться с учетом распределения воды между ГЭС и орошением. В целях сокращения расчетов, принимается найденное по однокритериальной оптимизации распределение полезного объема водохранил...
  • VII.1 Применение метода Домбровского для определения параметров водохранилища
  • VII.2 Применение метода «Уступок»
  • VII.3 Применение метода «Равной эффективности»
  • В качестве компромиссного принимается вариант (ЭФ=1,31, которому соответствует значение полезного объема водохранилища Vплз=48млн.м3.
  • VII.4 Применение метода «Линейной свертки критериев»
  • VII.5 Применение метода Фуллера
  • В качестве компромиссного варианта принимается вариант с наибольшим количеством предпочтений (18), которому соответствует оптимальный объем водохранилища Vплз=20млн.м3.
  • VII.6 Метод циклограмм
• ПРИЛОЖЕНИЕ
• БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК