<<
>>

12.5. Управление водной системой

Рассмотрим теперь более сложный пример управления водной системой [50], в которой учтено 12 переменных: емкость трех водохранилищ, мощности двух электростанций, распределение рабочей емкости и мертвого объема в водохранилище, питающем одну из электростанций, распределение резервной системы для регулирования паводков в трех других водохранилищах и ежегодная требуемая отдача воды для ирригации и энергетики.

Структура этой системы представлена на рис. 12.5.

Введем следующие обозначения:

– валовая прибыль в t-м году, получаемая при определенной стратегии управления ресурсами как функция от вектор-функции , компонентами которой являются различные факторы, влияющие на величину прибыли: запроектированные параметры в системе дамб, турбогенераторов и оросительных каналов и т.д.;

– затраты, связанные с эксплуатацией, ремонтом или заменой оборудования в t-м году, как функция от вектор-функции ;

K – первоначальные капиталовложения на создание системы водных сооружений и подготовку оборудования.

Вкладывая деньги в какое-либо предприятие, следует сравнить доход, получаемый при различных вариантах политики, с доходом, получаемым от вложения той же суммы денег в банк под ежегодный процент. Учитывая формулу сложного процента, т. е. используя дисконтный множитель , получим следующие выражения для экономической эффективности многоцелевой системы водных ресурсов, эксплуатируемой в течение T лет:

                            (12.10)

где = уt,  = х.

Анализируя формулу (12.10), заметим, что поскольку в знаменателе стоит величина , вклад  Еt(уt) - Мt(х) в R оказывается тем меньшим, чем позже получена прибыль. Отсюда следует, что нет никакого смысла сохранять ресурсы для будущего и что оптимальной всегда будет политика наиболее интенсивной эксплуатации ресурсов без чрезмерного увеличения величины Мt(х). Другими словами, уравнение (12.10) оправдывает уничтожение всех естественных ресурсов в максимально короткий срок, ограниченный лишь экономическими и технологическими возможностями. Естественный путь – ввести наряду с уравнением (12.10) ограничения (граничные условия), чтобы исключить случаи, когда ежегодно изымаемое количество ресурсов данного типа превышает величину их максимальной величины, сохраняющей устойчивость всей системы. Заметим, что эти ограничения – постоянный источник конфликтов всех заинтересованных групп пользователей.

Одновременно можно учесть и экономические, и биологические факторы, если ввести первые непосредственно в показатель R, а вторые – в граничные условия.

Рассмотрим сначала метод оценки функции Еt(уt). Во многих случаях прибыль можно рассчитать непосредственно в денежных единицах. Ежегодный доход от орошения земель, постройки электростанций или плотин можно определить, найдя такие элементы вектора уt, как:

y1 – урожай, собранный с орошаемой площади;

y2 – количество электроэнергии;

y3 – ущерб, причиняемый паводками, которого удалось избежать в результате постройки плотин, и т.д.

Дальше можно вычислить посредством моделирования на ЭВМ доходность различных членов в течение T лет с использованием показателя R. Затем выбрать проект, который соответствует максимальному значению R и совместим с граничными условиями (ограничениями); последние диктуются необходимостью сохранения естественных ресурсов и желанием использовать их не только для получения электроэнергии или орошения, но и для организации отдыха населения.

Различные способы математического анализа и моделирования рассматриваемой водной системы описаны в работе Мааса [50], в которой перечислены основные этапы исследования. В результате исследования была создана программа для моделирования этой сложной системы. Это следующие этапы:

1. Вначале была схематически описана структура системы в целом (рис. 12.5) и найдены аналогичные случаю одного водохранилища математические уравнения, устанавливающие внутренние функциональные связи между отдельными ее частями. Эти взаимосвязи таковы:

Зависимые переменные

Прибыль, получаемая от ирригации

Капитальные затраты на строительство ирригационных сооружений, распределительных систем и насосных станций

Капитальные затраты на строительство гидроэлектростанций

Ущерб, причиняемый паводками

Капитальные затраты

Независимые переменные

Обеспеченная годовая отдача воды для ирригации

Установленная мощность электростанций

Емкость водохранилища

Расходы воды

Данные о стоках воды во всех частях системы, полученные осреднением наблюдений за 60 лет

2. Были заданы правила работы системы. В частности, с февраля по август система работает следующим образом: вода выпускается из водохранилища С до тех пор, пока не будет достигнута заданная отдача, соответствующая предельной пропускной способности станции G, или водохранилище С не опорожнится; та же операция повторяется по отношению к водохранилищу D; если возможно, назначается дополнительный пропуск из водохранилища А до тех пор, пока не будет достигнута заданная отдача, соответствующая предельной пропускной способности станции G, или водохранилище А не опорожнится; если это возможно, отбирают дополнительное количество воды из водохранилища В до тех пор, пока не будет достигнута заданная отдача, соответствующая предельной пропускной способности станций В и G, или в водохранилище В не останется только мертвый объем; специально предусматривается емкость для регулирования паводков в апреле, мае и июне; в течение марта, апреля и мая вода от отработки резервной емкости пропускается через турбины электростанций В и G до их полной пропускной способности, а вода из водохранилища В обеспечивает требуемую отдачу для ирригации.

Рассмотренная функциональная модель – лишь одна из многих, изученных с помощью этой методики. Она показывает, что для создания компьютерной программы, позволяющей изучать различные стратегии управления, необходим огромный объем информации и детальное знание процессов принятия решений.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные этапы системного анализа? Дайте их краткое описание.

2. Как вы понимаете обратную связь? Приведите примеры положительной и отрицательной обратной связи.

Библиографический список к разделам 1–3

Акимова ТА., Хаскин В.В. Экология. – М.: ЮНИТИ, 1998. Ашманое С. А. Линейное программирование.– М.: Наука, 1981. Большаков В.Н., Корытин Н.С., Кряжимский Ф.В, Шишмарев В.М. Новый подход к оценке стоимости биотических компонентов экосистем//Экология. – 1998. – № 5. Брукс P.P. Химия окружающей среды. – М.: Химия, 1982. Варшал Г.М., Папина Т.С. Определение сосуществующих в природных объектах форм ртути. Поведение ртути и других тяжелых металлов в экосистемах. Аналитический обзор. Часть 1. Физико-химические методы определения ртути и других тяжелых металлов в природных объектах. – Новосибирск, 1989. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М., 1962. Виженский В.А., Петрухин В.А. Мониторинг фонового загрязнения природных сред. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. Вып. 6. Вильямс Дж. Д., Совмещенный стратег или букварь по теории стратегических игр: Пер. с англ. – М.: Советское радио, 1960. Вопросы водной токсикологии /Под ред. А.В. Топачевского и Н.С. Строганова. – М.: Наука, 1970. Горстко А.Б. Познакомьтесь с математическим моделированием. – М.: Знание, 1991. Делятицкий С., Зайонц И., Чертков Л., Экзарьян В. Экологический словарь. - М.: КОНКОРД Лтд - ЭКОПРОМ. 1993. Джефферс Дж. Введение в системный анализ; применение к экологии: Пер. с англ. – М.: Мир, 1981. Игнатов В.Г., Кокин А.В. Экологичный менеджмент. – Ростов-на-Дону: АООТ «Ростовское книжное издательство», 1997. Израэль Ю.А. Гидрометеорология и контроль состояния природной среды// Проблемы современной гидрометеорологии.

– Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - С. 230. Израэль Ю.А. Роль всестороннего анализа природной окружающей среды в организации оптимального взаимодействия человека с природой//Всесторонний анализ окружающей природной среды. Труды III советско-американского симпозиума. – Л.: Гидрометеоиздат, 1978. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. -М.: Гидрометеоиздат, 1984. Карлин С. Основы теории случайных процессов: Пер. с англ. – М.: Мир,1971. Кинси Дж. Мак. Введение в теорию игр: Пер. с англ. – М., 1960. Комплексный глобальный мониторинг загрязнений окружающей природной среды. Труды II Международного симпозиума. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. Коста М., Хек Дж. Д. Канцерогенность ионов металлов// Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. – М.: Мир, 1993. Лапин В.Л., Мартинсен А.Г, Попов В.М. Основы экологических знаний инженера. – М.: Экология, 1996. Лисичкин В.А., Шелепин Л. А., Боев Б. В. Закат цивилизации или движение к ноосфере (экология с разных сторон). – М.: ИЦ-Гарант, 1997. Мартин Р. Бионеорганическая химия токсичных ионов металлов// Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. – М.: Мир, 1993. Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах/Под ред. Ц.И. Бобовниковой и С.Г. Малахова. Труды II Всесоюзного Совещания, Обнинск, 1978. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития. – М.: Наука, 1987. Моисеев Н.Н. Быть или не быть человечеству? – М.: Россия молодая, 1999. Одум Ю. Экология. В 2-х т.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1986. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. –Л.: Химия, 1975. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде водоемов санитарно-бытового водопользования и требования к составу и свойствам воды водоемов и пунктов питьевого и культурно-бытового водопользования. – М.: Минздрав СССР. Главное санитарно-эпидемиологическое управление, 1973. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. Книга первая (Народонаселение и пищевые ресурсы): Пер. с англ. – М.: Мир, 1994; Книга вторая (Защита атмосферы и гидросферы).
Реймерс Н.Ф. Природопользование. – М.: Мысль, 1990. Реймерс Н.Ф. Экология. – М.: Россия молодая, 1994. Роева Н.Н., Ровинский Ф.Я., Кононов Э.Я. Специфические особенности поведения тяжелых металлов в различных природных средах // Журнал аналитической химии. – 1996. – Т.51. – № 4. Саноцкий И.В. Концепция пороговости реакции живых систем на внешние воздействия и ее следствия в проблеме противохимической защиты биосферы//Всесторонний анализ окружающей природной среды. Труды I советско-американского симпозиума.– Л.: Гидрометеоиздат, 1975. Синицын Ю.Б., Пятова В.Н. Геологические исследования и охрана недр. (Обзорная информация). Вып. 1. Контроль загрязнения окружающей среды с использованием лазерного спектрографического микроанализа. – М.: МРП Геоинформкомитет РФ по геологии и использованию недр, 1993. Смит Дж. М. Модели в экологии: Пер. с англ. – М.: Мир, 1976. Спозито Г. Распределение потенциально опасных следов металлов//Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. – М.: Мир, 1993. Стоянов А., Андреев Г., Дмитров Д. Проблемы фонового мониторинга состояния природной среды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. Вып.8. Сухарев А. Г., Тимохов А.В., Федоров В. В. Курс методов оптимизации. - М.: Наука, 1986. Уатт К. Экология и управление природными ресурсами. – М.: Мир,1971. Форрестер Дж. Динамика развития города. – М.: Прогресс, 1974. Химия окружающей среды /Под ред. Дж.О.М. Бокриса. – М.: Химия, 1982. Хэммонд П.Б., Фолкс Э.К. Токсичность иона металла в организме человека и животных//Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. – М.: Мир, 1993. Цурков В. И. Динамические задачи большой размерности. – М.: Наука, 1998. Швайкова М.Д. Токсикологическая химия. – М.: Медицина, 1975. Экспериментальная водная токсикология /Под ред. Г. П. Андрушайтиса. – Рига: Зинатне, 1972. Эрроусмит Д., Плейс К. Обыкновенные дифференциальные уравнения (качественная теория с приложениями): Пер. с англ. – Волгоград: Платон, 1997. Chaston I. Mathematics for Ecologists, Butterworths, London, 1971. Lovelock J.E. Gaia: A New Look at Life on Earth, New York, Oxford University Press, 1979. Maass A. (ed.) Design of Water-Resource System; New Techniques for Relating Economic Objectives, Engineering Analysis and Covernmental Planning, Harvard University Press, Cambridge, Mass., 1962. Martin В., Sella F. The development and implementation of the global Environmental monitoring sustem. - Doc. VNEP, Nairobi, 1977. Munn R.E. Global environmental monitoring system. SCOPE, rep.3. Toronto, 1973. Suviki Т. Toxicology of trace elements. Halstead press, 1977. Williamson М. Н. Introducing students to the concepts of population dynamics. In: The Teaching of Ecology, ed. Lambert J. М., Blackwells, Oxford, 169-175, 1967.
<< | >>
Источник: Д.А. Кривошеин, Л.А.Муравей, Н.Н. Роева. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов. 2000

Еще по теме 12.5. Управление водной системой:

  1. § Ї. Изменения в десятичной системе управления
  2. 8.4. Совершенствование системы управления библиотечным делом
  3. § 5.6. РАЗРАБОТКА ОРГПРОЕКТА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ
  4. 2.3. ФОРМИРОВАНИЕ НОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТОМ
  5. Философия политики, права и государственного управления в СИСТЕМЕ СОВРЕМЕННОГО СОЦИАЛЬНО-ГУМАНИТАРНОГО ЗНАНИЯ
  6. § 2. Государственное управление в сфере экономики
  7. Становление системы социального обеспечения военнослужащих в СССР
  8. 2.4.3. Производственные отношения в системе статистического управления процессами
  9. Системы автоматического мониторинга
  10. 12.4. Задача управления водохранилищем
  11. 12.5. Управление водной системой
  12. РАЗДЕЛ IV. УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМИ СИСТЕМАМИ
  13. 2. Управление педагогическими системами как разновидность социального управления