Table | Card | RUSMARC | |
Allowed Actions: Read Download (2.5 Mb) Group: Anonymous Network: Internet |
Annotation
В работе представлен курс лекций и учебное пособие для выполнения практического задания. Материал лекционного курса изложен в соответствии с рабочими программами дисциплин, снабжен словарем используемых терминов, иллюстрирован таблицами, рисунками и расчетными примерами. В учебном пособии для выполнения практического задания рассматриваются вопросы обоснования решений по выбору параметров водохозяйственной системы комплексного назначения и водораспределения между ГЭС и орошением на основе оптимизационных 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 также проводить промежуточную проверку знаний студентов. Предусмотрена возможность использования пособия для выполнения расчетно-графических работ. Учебное пособие позволяет решать оптимизационные вопросы на основе исходных данных конкретного объекта и задания их по вариантам.
Table of Contents
- ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КУРС УПРАВЛЕНИЕ
- ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ СИСТЕМАМИ
- Термины и определения
- 5. Моделирование − это создание образа реального объекта, заменяющего его для получения информации, путем проведения экспериментов.
- 11. 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 обр...
- 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
- Рисунок 3.1 − Прогноз изменения уровней воды во время половодья
- и его корректировка на основе накапливаемых данных 4. КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
- МОДЕЛЕЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ 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 ...
- целевая функция
- ВХБ = Wр + Wпв + Wвв( W ( Wущ ( Wпоп (4.1)
- ограничения Wр ( Wрр% W ( Wплан Wпв ( 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. (4.2)
- W( = W ( Wпв (4.3)
- В таком виде модель не может считаться полной, так как не отражает, в полной мере, все используемые источники воды.
- Модели классифицируются по способу, характеру и масштабам моделирования.
- По способу моделирования различают модели:
- детерминированные, в которых все элементы объекта моделирования четко определены. Например, модель изменения концентрации (С) загрязняющего вещества в воде на участке реки (рисунок 4.1) под влиянием сосредоточенного сброса сточных вод объемом Wвв с ...
- Рисунок 4.1 − Расчетная схема для моделирования изменения
- загрязненности участка реки
- (4.6)
- (4.7)
- k ( [0…0,25км(1] − коэффициент самоочищения воды;
- вероятностные, которые включают в элементы имеющие вероятностный характер. Например, изменение во времени объемов речного стока описывается вероятностной зависимостью трехпараметрического гамма распределения, которая позволяет определять объемы сток...
- По характеру модели делятся:
- имитационные;
- прогнозные.
- Имитационные модели отвечают на вопрос: «Что будет, если ...?» и позволяют выявлять поведение системы (изменение ее состава, структуры и свойств) под действием внешних и внутренних факторов. Поэтому имитационные моделирование широко используется в упр...
- (W(() = Wр(() + Wвв(() ( W((,У) ( Wп((,У) (4.8)
- V(() = ( (W(() + Vн Vмо ( 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...
- (4.9)
- Прогнозные модели отвечают на вопрос: «Что будет, если система не изменяется?», и позволяют определять параметры системы при неизменном составе и свойств системы. Например, для условий предыдущей задачи исключается возможность управления попусками и в...
- (W(() = Wр(()+Wвв(()( W(()( Wп(() (4.10)
- V(()= ( (W(()+Vн Vмо ( V(() ( Vпол. Wп(() ( Wдоп.
- Модель должна учитывать свойства системы:
- 1. Делимость − система состоит из отдельных компонентов, каждая из которых имеет свои цели и функции. Наглядным примером является воднобалансовая модель. Уравнение ВХБ содержит приходную и расходную части (деление на два компонента). Каждая часть сост...
- 2. Связанность компонентов – все компоненты системы связаны между собой и влияют друг на друга. Например, модель трансформации половодья связана с использованием полезной емкости водохранилища, из которого осуществляется водообеспечение отраслей и осу...
- 3. Эмерджентность – система обладает свойствами, отличающимися от свойств входящих в нее компонентов. Наглядным примером может служить эффективность водоохранных мероприятий. Целевая функция – зависимость концентрации загрязняющего вещества в речной в...
- (4.11)
- (4.12)
- Управляющее воздействие направляется на снижение загрязненности сточных вод, путем проведения водоохранных мероприятий (ВОМ) с эффективностью, например: Эвом1 = 0,4 и Эвом2 = 0,5 (данные эффективности отражают свойства входящих в систему компонентов –...
- 4. Адекватность – модель должна с заданной точностью отражать происходящие в системе и ее внешней среде изменения. Например, модель загрязнения реки сосредоточенными стоками, с учетом самоочищения воды (k − коэффициент самоочищения воды):
- Целевая функция
- С = Сф ( (Сф ( Со)(exp((kх) (4.13)
- Со = (Свв ( Wвв + Сф ( Wф)/(Wвв + Wф) (4.14)
- Из формул видно, что любое изменение концентраций или объемов воды отразится на загрязненности речной воды
- 5. ПЕРЕЧЕНЬ ЗАДАЧ, РЕШАЕМЫХ
- ПРИ УПРАВЛЕНИИ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ
- КОМПЛЕКСАМИ
- 6. ОПТИМИЗАЦИОННЫЙ МЕТОД
- ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
- 7. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ФУНКЦИИ
- ВОДОПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ
- ЧД((мах (7.10)
- 8. ПЛАНИРОВАНИЕ − КАК ФУНКЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ
- 8.1. Управленческое решение
- 8.2. Эффективность управленческого решения
- 9. УПРАВЛЕНИЕ СТАТЬЯМИ
- ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО БАЛАНСА
- 9.1. Увеличение объема приходной части ВХБ
- 9.2. Методы сокращения объемов расходной части ВХБ
- 10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЩЕРБОВ ОТ ОГРАНИЧЕНИЯ ВОДОПОДАЧИ ПРИ ОПЕРАТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ РЕЖИМАМИ КОМПЛЕКСНЫХ ГИДРОУЗЛОВ
- 11. 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:
- 12. ОПТИМИЗАЦИЯ В УПРАВЛЕНИИ
- 12.1. Методы оптимизации для решения задач
- водораспределения
- 12.2. Критериальная оптимизация
- Рисунок 12.2 − Определение области эффективных решений
- по двум критериям, выраженным в денежных эквивалентах
- Нашли применение следующие методы многокритериальной оптимизации.
- Метод Домбровского. Данный метод заключается в поиске максимума новой функции (f) которая получается путем суммирования значений всех i-х частных критериев (КРi). Для этого используемые критерии нормируются по их максимальному значению. Учитывая, что ...
- Метод «Равной эффективности». Данный метод основан на выборе компромиссного варианта, для которого эффективности рассматриваемых критериев наилучшим образом соответствуют друг другу:
- ГЛАВА 2. РАСЧЕТЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
- УПРАВЛЕНИЯ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ
- СИСТЕМАМИ
- ТЕМАТИКА: УПРАВЛЕНИЕ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ
- ИРРИГАЦИОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
- ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ
- ВВЕДЕНИЕ
- 1. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
- 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ
- ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТОКА
- 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
- 3.1. Объемы водопотребления и водоотведения
- 3.1.1. Объемы водопотребления
- Таблица 3.4 − Внутригодовое распределение объемов
- водопотребления для орошения, %
- 3.1.2. Объемы водоотведения
- 3.2. Объемы водопользования
- 3.1. Объемы водопотребления и водоотведения
- 4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ
- СТОЧНЫХ ВОД
- 5. ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ БАЛАНС
- Таблица 5.2 − Определение максимальной полезной емкости
- водохранилища для полного годичного регулирования стока, млн м3
- 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА ВОДОХРАНИЛИЩА
- 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 (таблица 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...
- 6.3. Система ограничений
- Полезный объем водохранилища определен на основе оптимизации одного критерия, который учитывает 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
- 7.1.1. Экономический 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
- 7.1. Формирование критериев оптимизации
- ВЫВОДЫ
- 3. Оптимальные объемы воды на орошение и ГЭС.
- ГЛАВА 3. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
- Введение
- 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
- III.1 Объемы водопотребления и водоотведения
- 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 об...
- VI.3 Система ограничений
- VII. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА
- ВОДОХРАНИЛИЩА С ПОМОЩЬЮ МНОГОЦЕЛЕВОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
- Многокритериальная оптимизация проводиться с учетом распределения воды между ГЭС и орошением. В целях сокращения расчетов, принимается найденное по однокритериальной оптимизации распределение полезного объема водохранилища (см. гл.VI): Wор = 21 млн м3...
- 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 = 48 млн 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 = 20 млн м3
- VII.6 Метод циклограмм
- VIII.1 Выполнение расчетно-графической работы
- по примеру РГР-1 ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
- В БАССЕЙНЕ РЕКИ
- 4. 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:
- Варианты заданий
- IX. Выполнение расчетно-графической работы по примеру РГР-2 ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖДУ ГЭС И ОРОШЕНИЕМ
- Все оптимизационные расчеты проводятся в табличной форме, в которой имеющийся ресурс воды делится на 5 вариантов (Vi=0…Vmax, i = 1…5).
- X. Выполнение расчетно-графической работы по примеру РГР-3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА
- ВОДОХРАНИЛИЩА С ПОМОЩЬЮ
- ОДНОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
- В работе рассматривается ирригационное водохранилище. Располагаемый ресурс воды (Vресурс, млн м3) обеспечивает оросительную способность F:
- F = Vресурс ( (ор ( 1000/М, т га
- Полезный объем водохранилища определяется с помощью экономического критерия, который учитывает получение чистого дохода для всего водохозяйственного комплекса (ВХК).
- Система ограничений включает условия РГР-2, которые дополняются ограничениями на величину используемого объема стока реки:
- XI. Выполнение расчетно-графической работы по примеру РГР-4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА
- ВОДОХРАНИЛИЩА С ПОМОЩЬЮ
- МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
- Многокритериальная оптимизация полезного объема водохранилища проводиться для ирригационных целей его использования. Полезный объем водохранилища определяется с учетом критериев:
- Определение полезного объема водохранилища методом Домбровского (равнозначные критерии)
- Определение полезного объема водохранилища методом «Равной эффективности»
- Рисунок XI.3 − Зависимость суммарного критерия метода оптимизации равной эффективности от объема воды в водохранилище
- В качестве компромиссного принимается вариант (ЭФ = 0,63, которому соответствует значение полезного объема водохранилища Vплз = 5 млн м3. Это фактически говорит, что создание водохранилища в данных условиях практически не выгодно.
- ПРИЛОЖЕНИЕ
Usage statistics
Access count: 638
Last 30 days: 45 Detailed usage statistics |