Введение к работе
Актуальность диссертационной работы обусловлена важностью, сложностью и недостаточной изученностью проблемы рационального использования водных ресурсов.
Возрастающие масштабы хозяйственной деятельности, качественные изменения се характера, влияние на природные процессы и вызванный этим рост потребностей в водных ресурсах обусловили необходимость объединения средств получения, перераспределения и доставки воды в водноресурсные системы (ВРС), призванные изменять режим водных ресурсов в соответствии с требованиями жизни человечества и его деятельности. В соответствии с этим назначением ВРС необходимо наилучшим образом управлять водными ресурсами и направленно изменять параметры их элементов, то есть решать проблемы оптимального функционирования и выбора оптимальных параметров ВРС. Теоретические и методологические основы решения этих традиционных водохозяйственных проблем заложены в трудах А.Н. Костякова, С.Н. Крицкого, М.Ф. Менкеля, Я.Ф. Плешкова, А.Д. Саваренскою. Вопросам комплексного изучения ВРС, их физико-географических аспектов и разработке на этой основе методов пропюзироваиия возможных изменений природных условий посвящены фундаментальные исследования таких ученых, как А.Б. Авакян, С.Л. Вендров, М.А. Великанов, М.И. Львович, Д.В. Коренистов, Л.С. Кучмснт, А.Ж. Махов, М.В. Потапов, Д.Я. Раткович и другие.
Современные ВРС характеризуются сложными взаимодействиями с другими хозяйственными и природными системами, а также их подсистем между собой, большим числом элементов и их параметров, стохастичностью и неоііредсленностью процессов поступления и использования водных ресурсов. Выделение стратегий функционирования и выбора параметров этих сложных систем осуществляется из огромного числа возможных альтернатив параметров и режимов ВРС. Поэтому для выработки стргтегий управления ВРС целесообразно использовать математические модели, которые отражают их основные особенности. В разработку, совершенствование и использование таких математических моделей большой вклад внесли Г.А. Агасандян, А.Н. Асарин, И.В. Бусалаев, А.Л. Великанов, Г.В. Воропаев, В.П. Галямнн, А.Б. Горстко, В.И.
Гурман, Ю.А. Домбровский, И.П. Дружинин, СБ. Елоховский, Ф.И. Ерешко, Г.Х. Исмайылов, В.А. Кардаш, О.П. Кисаров, Б.Г. Коваленко, Г.Н. Константинов, Д.Н. Коробова, Н.Н. Моисеев, В.Р. Пись\.енский, В.Г. Пряжинская, А.Ш. Резниковский, Л.М. Реке, Ф.А. Сурков, И.Л. Хранович, Е.В. Цветков, В.В. Шабанов, Д.М. Ярошевский и другие.
В математическом моделировании ВРС выделяется потоковая структуризация, в которой ВРС изображается сетью с потоками водных ресурсов. Такой подход к построению моделей функционирования и развтия ВРС естественым образом связан с описываемой ситуацией, что позволяет наглядно представить проблему и на этой основе ее формализовать. Наглядность потокового формализма и простота структуры допустимого множества задачи помогают анализировать задачу и строить эффективные методы ее решения в виде последовательного преобразования потоков.
Теоретические разработки потоковых моделей рационального использования водных ресурсов значительно опережают их практическое использование. Особенно это относится к моделям, в которых в качестве переменных наряду с объемами используемых водных ресурсов присутствуют их гарантированные величины.
В данной диссертационной работе рассматривается обоснование параметров и режимов водноресурсных систем на примере оросительных систем Терско-Кумского регаона (ТКР) с использованием потоковых моделей, в которых учитываются как объемы реализуемых водных ресурсов, так и их гарантированные значения.
Цель исследования состоит в совершенствовании методологии и аппарата обоснования параметров и режимов водноресурсных систем на основе потокового моделирования.
Научная новизна:
-
Предложены потоковые модели оптимального функционирования и выбора оптимальных параметров ВРС, в которых в качестве переменных, наряду с объемами реализуемых водных ресурсов, присутствуют их гарантированные значения.
-
Представлен метод решения многоэкстрсмальных задач, описывающих предложенные модели. Их решение сводится к решению конечной последовательности оценочных выпуклых потконых задач. Целевыми функциями оценочных задач являются пыпхклые ойпочки нелепых функций исходных задач на
последовательности сужающихся множеств. Оценочные задачи решаются методом групповой координатной оптимизации.
-
Построены производственные функции всех вариантой развития оросительных систем ТКР в виде зависимостей их функционирования от объемов гарантируемых и используемых водных ресурсов.
-
Сформированы и реализованы на примере Терско-Кумского региона задачи, описывающие модели оптимального функционирования и выбора оптимальных параметров ВРС. С использованием предложенных моделей осуществлены вариантные расчеты обоснования параметров, режимов, гарантированной отдачи и надежности ТКР.
-
Проведен анализ зависимостей основных показателей ВРС ТКР от объемов водных ресурсов, изымаемых из региона в Чограй-ское водохранилище, и от числа учитываемых исходов стохастических условий водности. Показано, что использование рассматриваемых в работе моделей повышает обоснованность получаемых решений.
Практическая значимость. Предложенные в диссертации модели являются инструментом совершенствования методологии водохозяйственного планирования. Их использование повышает обоснованность принимаемых решений, которая достигается включением в модели всех сравниваемых вариантов параметров ВРС, а также их гарантированных и реализуемых режимов, учетом стохастического характера поступления и использование водных ресурсов, а также нелинейных зависимостей, описывающих эффективность их использования. Применение рассмотренных моделей также повышает производительность труда проектировщиков.
Направленность диссертации на решение прикладных задач проявилась при использовании предложенных моделей в обосновании параметров и режимов ВРС ТКР. В результате их применения были определены оптимальные параметры, гарантированные и реализуемые значения объемов водных ресурсов, выделяемые элементам ВРС, а также их надежности. Построенные зависимости основных показателей ВРС ТКР от водоподачи в Чограйское водохранилище могут быть использованы в сопоставлении вариантов переброски части стока ТКР, Волги и Дона в Чограйское водохранилище для использования в Калмыкии.
Апробация работы и публикация. Полугенные в диссертащш результаты обсуждались на семинарах в Институте водных проблем Российской академии наук.
Основные научные результаты, представленные в диссертации, опубликованы в двух работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы (125 наименований на русском и иностранных языках), изложенных на 108 страницах, и трех приложений. Работа содержит 14 рисунков и 11 таблиц.