Комплексное использование и охрана водных ресурсов - Юшманов О.Л.
Скачать (прямая ссылка):
рархии и как результат производственную функцию сельскохозяйственного компонента ВХС.
Рыбное хозяйство использует воду для получения продукции во внутренних морях, реках, искусственных водоемах. Водохранилище комплексного гидроузла используют для разведения рыбы самостоятельно, и как компонент сложного прудового хозяйства, специализирующегося на выпуске рыбной продукции. Необходим также попуск воды из водохранилища для затопления речных нерестилищ и поддержания благоприятного гидробиологического режима морей. Во всех случаях к уровням воды в водохранилище предъявляют определенные требования, регламентирующие условия обитания рыб в водохранилище и объемы необходимых попусков. Характерным и существенно осложняющим расчеты обстоятельством является то, что дефицит водопотребле-ния сказывается в течение ряда лет и может проявиться не сразу (например, для осетровых через 12...15 лет).
Это многообразие видов использования воды в рыбном хозяйстве, естественно, ведет и к многообразию производственных функций. Главным методом их построения является статистический метод, основанный на определении зависимости промыслового возврата рыбной продукции от объема воды путем анализа многолетней статистики наблюдений.
Более точны производственные функции, основанные на математических моделях, описывающих основные физические факторы, от которых зависит рыбохозяйственная продуктивность (например, систему пищевых взаимоотношений в водоемах, продуктивность составляющих этой системы и т. п.). В перспективе этот метод построения производственных функций рыбохозяйственного компонента ВХС должен стать основным, хотя и является более сложным.
8.6. Методы решения оптимизационных задач при управлении ВХС
Для решения задач оптимального управления водохозяйственными системами обычно используют различные алгоритмы математического программирования. Выбор метода математического программирования зависит от вида целевой функции и принятых ограничений. Если все уравнения и неравенства задачи записаны в линей-
Рис. 8.5. Схемы распределения воды;
а _ потоковая; б —точечная; №р— сток реки; —сток L-го притока; X — водозабор; Хв — возврат воды.
ном виде, ее решают методом линейного программирования. Во многих случаях к решению задачи удается применить алгоритм квадратичного программирования. Эти алгоритмы применяют, если целевая функция имеет вид полинома второй степени, а ограничения представлены в линейном виде. При нелинейной (неквадратичной) целевой функции и любом виде ограничений для решения оптимизационных задач используют метод динамического программирования.
Существенное значение на выбор метода решения задачи оказывает вид схематизации водохозяйственной системы.
Возможны два приема схематизации водохозяйственной системы региона: точечная и потоковая. Точечная схема региона основана на агроклиматическом и промышленном районировании территории. Основные характеристики района, включаемые в модель (ресурсы, нормативы затрат, продуктивность и т.п.), предписываются одной точке, в которую стягивается район. При потоковой схематизации ВХС учитывают структуру перемещения воды, связь между источниками воды и водо-потребителями, места забора и возврата вод (рис.
8.5, а). Точечная схема распределения воды показана на рисунке 8.5, б. Выбор схематизации определяется задачами, которые предполагается решать на модели.
Рассмотрим пример применения различных методов решения оптимизационных задач. В задаче планирования развития водного хозяйства Терско-Кумского региона принята система из двух оптимизационных и одной имитационной модели.
На первом этапе решают задачу выбора варианта развития водного хозяйства, то есть размещения по рай-
онам основных отраслей народного хозяйства, потребляющих воду. Модель формулируется как задача линейного программирования общего вида, основанная на точечной схематизации водохозяйственной системы региона. В ней используют агрегированные данные о потребностях в продукции сельского хозяйства, промышленности и других отраслей, наличии ресурсов, экономических показателях.
В качестве критерия оптимальности принимают совокупные народнохозяйственные затраты 3. Задача состоит в определении минимальных затрат при выполнении всех ограничительных условий, отражающих потребности в продукции сельского хозяйства, промышленности и других отраслей, ограниченность водных, трудовых, финансовых, земельных ресурсов, экологические ограничения.
Модель служит для анализа альтернатив развития водного хозяйства района. Решение задачи первого этапа позволяет сузить множество допустимых планов развития и выявить ту часть их, которая требует дальнейшего исследования. Результаты решения используют при формировании целевых функций задачи второго этапа.
Модель второго этапа формулируется как потоковая оптимизационная задача. ВХС представляется в виде сети (графа) с перемещающимися по ней потоками воды. Учитывают места забора и возврата вод, динамику наполнения и опорожнения водохранилищ. Каждый элемент S водохозяйственной системы характеризуется целевой функцией fs(qfi), в которую включаются затраты на сооружение и эксплуатацию гидросооружений, а также эффект от использования воды потребителями и ущерб от ее недодачи. Целевая функция системы:
