Реферат Курсовая Конспект
Лекция 5 Оптимизация развития водохозяйственной системы - Лекция, раздел Образование, Лекция 1 Цели и задачи водохозяйственного проектирования 1.Введение в водохозяйственное планирование к проектирование Вопросы: 1. Общие Положения Оптимизации Развития Вхс. 2. Те...
|
Вопросы:
1. Общие положения оптимизации развития ВХС.
2. Технология использования моделирования для программно - целевого планирования.
3. Математическая модель планирования развития бассейновой ВХС на примере модели орошаемого земледелия.
1. Общие положения оптимизации развития ВХС
В формировании вод, которое происходит по бассейнам рек, участвуют все элементы гидросферы. Бассейн представляет собой единое геоэкосистемное пространство, включая водосбор, речную сеть, водоносные горизонты и геокомплексы зоны активного водообмена.
В речных бассейнах исторически формировались административно-экономические системы, основой существования которых всегда были водные объекты. Поэтому состояние водных объектов может служить одним из интегральных показателей состояния социально-экологоэкономической системы бассейна в целом. Достаточная обособленность речных бассейнов, с одной стороны, и глубокая взаимозависимость их структурных элементов - с другой, обусловливают необходимость рассматривать бассейн реки как единый объект управления.
На базе использования поверхностных и подземных водных ресурсов бассейнов функционируют бассейновые водохозяйственные комплексы (ВХК). Управляющей основой в ВХК выступает единая водохозяйственная система. Она включает в себя природно-антропогенный комплекс взаимосвязанных естественно-природных объектов и техногенно-инженерных сооружений (по регулированию поверхностного стока, добыче подземных вод, транспортировке, очистке, воспроизводству воды), совместно функционирующих для удовлетворения различных водных социально-эколого-экономических потребностей общества. Водохозяйственные системы имеют значительные территориальные границы и характеризуются сложными связями со всеми другими отраслями экономики страны.
С точки зрения планирования водохозяйственной деятельности в бассейне разумно создание оптимальной бассейновой ВХС, которая имеет целью максимальное снижение уровня загрязнения водных объектов при обязательном удовлетворении потребностей населения и объектов экономики в водных ресурсах в условиях ограниченных финансовых средств за счет использования внутренних возможностей системы.
Эта цель может быть достигнута только в том случае, когда каждая водохозяйственная система более низкого уровня (промышленный узел, предприятие) будет функционировать в рамках нормативов, установленных оптимальной деятельностью системы более высокого уровня.
2. Технология использования моделирования для программно-целевого планирования
В современных экономических условиях, в которых осуществляется управление водохозяйственной деятельностью в промышленном узле и у конкретного водопользователя, как правило, отсутствует централизованное финансирование. Водопользование строится на основе ограничений лицензирования и соответствующих платежей. В этих условиях экономическая оптимизация водопользования значительно усложняется.
Для конкретного водопользователя процесс моделирования его водохозяйственной системы призван обеспечить информацией о возможных вариантах развития внутренней структуры ВХС в соответствии с установленными лицензией лимитами на забор и сброс, допустимыми к сбросу массами загрязняющих веществ. При этом последние ограничения определяются при решении задач оптимизации ВХС бассейна или промузла.
В процессе разработки экономико-математической модели управления ВХС большое внимание уделяется информационному обеспечению. От состава, степени детальности, трудоемкости получения исходной информации зависит не только эффективность модели, но и реальная возможность ее внедрения в практику управления и в процесс поддержки принятия решений.
В настоящее время имеются разработки информационных систем, обеспечивающих эффективность принятия управленческих решений по конкретным бассейнам рек. Однако, несмотря на достаточную оптимальность предлагаемых моделей, их практическое использование для других бассейнов требует значительной корректировки информационной базы под специфические задачи (управление режимом работы водохранилищ, управление обеспеченностью и режимом использования водных ресурсов, управление качеством водных ресурсов и др.).
Информационные ресурсы организуются в базы данных. Возможности ПЭВМ, значительный объем памяти, использование модемов, коммуникационных программ, электронной почты позволяют организовать взаимодействие между внутренними и внешними базами данных реализуемой модели.
Воздействие хозяйственной деятельности проявляется в изменении количественных и качественных показателей бассейновой ВХС. Поэтому возникает необходимость в разработке и реализации водоохранных и водохозяйственных мероприятий для поддержания стабильного состояния бассейна, а также в прогнозировании последствий реализации намеченных мероприятий.
В соответствии с Водным кодексом Российской Федерации и другими нормативными документами, принятыми в его развитие, в основе государственного планирования и управления лежит программно-целевой метод. Целевая программа должна определить мероприятия по реализации одной или нескольких целей, четко установить их иерархию для формирования системы взаимодействия органов управления по реализации этой программы.
Планирование строится на системе экологических нормативов, правил, стандартов и тем самым направлено на достижение требуемого состояния водных ресурсов и решение проблем экологической безопасности водных объектов, промышленного производства и всей водохозяйственной деятельности. Однако прежде чем разрабатывать и осуществлять планы водоохранной деятельности в бассейне реки, необходимо определить конечную, промежуточные цели, основные принципы, критерии целесообразности выполнения водоохранных и водохозяйственных мероприятий, главные направления работ, их региональную специфику и выработать механизмы, позволяющие достичь намеченные цели в реальные сроки.
Процесс разработки целевой программы водоохранной и водохозяйственной деятельности основывается на анализе сложившейся ситуации в бассейне реки.
1. Определяются основные источники загрязнения, к которым относятся промышленные объекты, селитебные территории, животноводческие комплексы, сельскохозяйственные угодья.
Источником информации служат данные учета использования вод ГУИВ), представленные в формах 2-ТП (водхоз); данные государственного водного кадастра; лицензии на водопользование и сопровождающие их материалы, хранящиеся в базе данных территориальных органов управления использованием и охраной водного фонда; отраслевые базы данных при Депар-1 [енте сельского хозяйства и продовольствия субъекта Российской Федерации, при отделах архитектуры администраций муниципального образования или субъекта федерации. От того, насколько корректно скомпонована исходная информация, в значительной степени зависит достоверность сделанных выводов.
2.По имеющимся сведениям о каждом водопользователе оценивается среднегодовой сброс загрязняющих веществ в водные объекты.
3. На основании собранной информации о гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателях по всем характерным участкам водных объектов или по створам Росгидромета и МПР России определяется состояние водных объектов. При этом обязательно изучается надежность (достаточность, репрезентативность, однородность) гидрометрической информации. Кроме того, анализируются данные о влиянии хозяйственной деятельности на формирование водных ресурсов в бассейне (водозабор из поверхностных источников, количество возвращаемой в поверхностные объекты воды, режим водопотребления). а также данные о регулировании стока водохранилищами и прудами, о дополнительных потерях воды на испарение и о перебросках стока.
4. Сравнивается состояние водного объекта со стандартами качества воды для различных видов использования.
5. Анализируется состояние гидротехнических сооружений, возможность безаварийного пропуска паводка расчетной обеспеченности, состояние дамб, накопителей, шламо- и хвостохранилищ. свалок промышленных и бытовых отходов, расположенных на водосборной территории.
6. Оцениваются состояние, схемы и эффективность работы водоподготовительных сооружений для забора воды из водных объектов, соответствие качества воды в разводящей сети санитарно-гигиеническим требованиям СанПиН 2.1.4.559-96.
Результатом оценки состояния водных объектов становится обоснование и признание экологических проблем бассейна реки. При этом необходимо, чтобы проблемы были осознаны всеми участниками водохозяйственной деятельности - от водопользователей до общественных экологических организаций.
На следующем этапе формулируются цели программы водоохранной и водохозяйственной деятельности. Этот этап, требующий синтеза самой различной информации, прогнозных проработок, а при необходимости и проведения дополнительных исследований на территории бассейна, является наиболее наукоемким.
Основная сложность этапа заключается в определении приоритетов проблем - какая из проблем является наиболее важной для конкретного водного объекта:
— наводнения и соответственно защита от них (восстановление плотин, строительство защитных дамб, вынос жилых и производственных зданий из зоны затопления, укрепление мостов, перенос автодорог и пр.);
— ухудшение качественного состояния водных объектов (севтрофикация водохранилищ, невозможность использования водных объектов в целях рекреации и в качестве источника питьевого водоснабжения, снижение рыбопродуктивности, биологического разнообразия флоры и фауны и пр.);
— дефицит водных ресурсов для осуществления основных видов хозяйственной деятельности на территории (основание для строительства новых водохранилищ, переброски части стока из других бассейнов и т.д.);
— ухудшение состояния здоровья населения вследствие использования питьевой воды, не отвечающей требованиям нормативных документов (строительство и расширение мощности станций водоподготовки, внедрение современных схем очистки и обеззараживания воды, проектирование зон санитарной охраны источников питьевого водоснабжения, поиск альтернативных источников).
На этом этапе разрабатывается концепция программы действий, где формулируются принципы водохозяйственной политики, конечные и промежуточные цели, основные направления и мероприятия, их региональная специфика, сроки и методы реализации.
Достижение сформулированных целей предполагает такую организацию хозяйственной деятельности, при которой экологический и экономический факторы интегрируются в процессе планирования и реализации целевой программы. При этом должна обеспечиваться природно-ресурсная база экокомического развития территории, высокое качество водных ресурсов и охрана здоровья населения.
Важное значение при постановке целей и их последующей реализации имеет существующее правовое пространство, возможность обоснованного юридического обеспечения осуществляемых водохозяйственных и водоохранных мероприятий, реализация функций управления водными ресурсами и правовая оценка каждого из предлагаемых методов достижения целей.
3. Математическая модель планирования развития бассейновой
ВХС на примере модели орошаемого земледелия
Особенности орошаемого земледелия заключаются в том, что водные ресурсы потребляются в течение всего периода вегетации, а доходы поступают только в его конце. Поэтому требует изучения вся пространственно-временная схема распределения воды, а доход выражается как функция от этого неизвестного распределения. Максимизация чистого дохода от орошения может быть одним из возможных критериев оценки планов развития орошаемого земледелия. Однако следует отметить, что план развития орошения, обеспечивающий наибольший чистый доход, не обязательно будет обеспечивать наибольшую занятость рабочей силы или получение максимума сельскохозяйственной продукции, или дохода от экспорта, хотя для развивающихся регионов перечисленные цели могут быть более важными, чем максимизация чистого дохода. Далее будет рассматриваться несколько целевых функций.
Имеются детерминированная и стохастическая модели планирования орошения. Детерминированные модели ориентированы на описание сравнительно однородных природно-климатических условий. В научной литературе освещены постановки и реализации детерминированных задач для разных уровней принятия решений - от оценки развития сельскохозяйственной компоненты производительных сил страны до проекта локальной оросительной системы, включая задачи регионального и бассейнового уровня. Двухэтапная стохастическая модель позволяет оптимизировать как стратегию развития, так и программу реализации решений. Такие модели предпочтительны для решения проблем орошаемого земледелия в зонах неустойчивого увлажнения, а также при анализе устойчивости сельскохозяйственного производства к изменениям климата.
Детерминированная модель планирования орошения. Территория планируемого региона, как правило, неоднородна по составу почв участков, на которых предполагается выращивать различные сельскохозяйственные культуры. Чтобы определить, какие участки следует зводить под ту или иную культуру, необходимо учитывать зависимость урожая от природных условий, вида возделываемой культуры, норм и сроков поливов и внесения удобрений, наличия трудовых ресурсов и сельскохозяйственной техники, эффективности использования природных ресурсов.
Путем районирования на территории региона выделяются подрайоны, однородные по составу почвы, а для орошаемых участков - и по рельефу местности, чтобы обеспечить одинаковые транспортные расходы на водоподачу. В модели можно учесть возможность использования подземных вод в качестве дополнительного источника воды в те периоды, когда поверхностного стока не хватает, рассмотреть в составе водных ресурсов источники разных видов. Как правило, использование подземных вод наряду с поверхностным стоком возможно при условии, что уровень залегания подземных вод находится ниже уровня реки и, следовательно, влияние подземного водозабора на поверхностный сток несущественно.
Модель планирования орошения позволяет получить количественные оценки всех используемых производственных ресурсов (рабочей силы, удобрений, пестицидов, семян, машин и оборудования, капиталовложений или кредитов и т.п.) и соответствующих этим ресурсам издержек, определить площади и виды возделываемых культур, отраслей животноводства. При необходимости в рассмотрение могут быть включены рыночные цены на производимую продукцию. Все это исследуется с точки зрения максимизации чистого дохода. Здесь будут сформулированы ограничения для простой модели планирования орошения, чтобы проиллюстрировать, как могут быть оценены зависимости между всеми используемыми ресурсами и конечным урожаем.
Ограничения задачи подразделяются на несколько групп и служат для описания растениеводства (с выделением ведущих культур, способов их возделывания и учетом способов полива), животноводства (включая балансы производства и потребления кормов для получения основных видов животноводческой продукции), структуры земельных угодий (пашни, многолетних насаждений, сенокосов и пастбищ), структуры водных источников для орошения и водоснабжения, выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий.
В качестве примера рассматривается бассейн Нижнего Дона. При разработке сценария численных расчетов ставилась задача определить потенциальные возможности производства различных видов продукции растениеводства в зависимости от имеющегося ирригационного фонда, свободных водных ресурсов и изменений в структуре производимой продукции.
Экономико-математическая постановка задачи оптимального использования орошаемых земель в бассейне Нижнего Дона предполагает возможность последовательной оптимизации по нескольким критериям:
— на максимум производства отдельных видов сельскохозяйственных культур или их групп (в натуральном и стоимостном выражении);
— на минимум водных ресурсов, используемых на выполнение программы по выпуску заданных объемов производства отдельных видов культур или их групп;
— на максимум валового или чистого дохода от производства продукции растениеводства,
где- номер водохозяйственного участка;у - номер оросительной системы; - переменные модели (площадь орошения под 1-й культурой в r-м севообороте);- оросительная норма 1-й культуры;
оросительной системы;- чистый доход от производства 1-й культу-
ры;- урожайность 1-й культуры.
Система ограничений модели имеет блочную структуру. Состав групп ограничений, включаемых в каждом конкретном случае, определяется ЛПР в зависимости от целей решения задачи. Построение заданной структуры матрицы ограничений осуществляется с использованием специально разработанного интерфейса.
Рассмотрим основные блоки ограничений.
Блок ограничений по водным ресурсам включает;
а) отдельные ограничения на объем оросительной воды, выделяе
мой в целом по бассейну,
где- лимит воды, определенный схемой комплексного использования и охраны водных ресурсов для орошаемого земледелия;
б) ограничения на забор воды по отдельным оросительным системам
где- лимит воды дляу-й оросительной системы, определяемый техническими параметрами ОС;количество оросительных систем научастке.
Правые части этой группы ограничении задаются параметрически на основе предварительного решения водно-балансовых задач в целом по бассейну реки с выделением расчетных водохозяйственных участков. Параметрическое задание свободных членов этой группы ограничений позволяет лицу, принимающему решение, изменяя объем выделенных водных ресурсов, анализировать предельную степень полезности водных ресурсов в орошении при фиксированных значениях других видов ресурсов.
Блок ограничений по ирригационному фонду включает ограничения по «объединенным» и отдельным оросительным системам на размер фактически. чествующих площадей или имеющегося ирригационного потенциала для: нивания сельскохозяйственных культур или их групп, при этом учитывается качество имеющихся земель:
где- наличный ирригационный фондоросительной системы.
Блок продуктовых, ограничений включает задания на выпуск различных видов сельскохозяйственных культур или их групп: зерновых, риса, овощных, кормовых, плодово-ягодных. Задания на выпуск по группам культур определяются на основе предварительного решения задачи регионального продуктового баланса с учетом экспортно-импортных поставок сельскохозяйственной или конечной продукции. Ограничения задаются в целом по бассейну реки, по отдельным участкам и оросительным системам. Параметрически изменяя задания на выпуск абсолютного объема продукции или на выпуск дополнительного объема продукции на орошении по сравнению с богарой, ЛПР имеет возможность исследовать влияние лимитирующих водно-земельных ресурсов на объем производства сельскохозяйственных культур:
где.- задание на выпуск 1-й культуры.
Блок ограничений по трудовым ресурсам включает ограничения в целом по бассейну и по отдельным оросительным системам на суммарный объем трудозатрат на эксплуатацию оросительной сети и непосредственно на сельскохозяйственное производство. Исходные данные для правых частей ограничений определяются из решения задачи по составлению регионального баланса трудовых ресурсов;
где- удельные затраты труда на возделывание 1-й культуры; - «лимиты» трудовых ресурсов в зоне у-й ОС.
Блок ограничений по затратам денежных средств включает ограничения на объем эксплуатационных затрат и инвестиций для освоения свободного ирригационного фонда:
где- удельный норматив затрат на сельскохозяйственное возделывание /-й культуры;- финансовые возможности хозяйств, расположенных в зоне у-й оросительной системы, связанные с сельскохозяйственными издержками.
Блок технологических ограничений содержит группы ограничений по доле севооборотов в составе сельскохозяйственных угодий для отдельных систем и ограничения по доле отдельных культур в севообороте:
где- доля r-го севооборота, принимаемая на основе региональной системы земледелия;,- соответственно максимальная и минимальная доли культур в г-м севообороте.
Дополнительно в модели учитываются ограничения на обеспеченность различными видами сельскохозяйственной и поливной техники и различными видами удобрений.
Контрольные вопросы:
1. В чём заключается основная цель создавши оптимальной ВХС?
2. Перечислите основные составляющие информационной поддержке системы принятия решений при планировании водохозяйственной деятельности.
3. В чём заключается принцип разработки целевой программы водоохранной и водохозяйственной деятельности?
4. Как определяют оптимальные параметры ВХС и необходимые капитальные затраты на реализацию водоохранных мероприятий в бассейне реки
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Лекция Цели и задачи водохозяйственного проектирования... Вопросы Введение в водохозяйственное планирование к проектирование...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Лекция 5 Оптимизация развития водохозяйственной системы
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов