Модель малого водохранилища как объекта проведения оценки целесообразности дальнейшего его использования

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 3(07), 2012 г., [123-136]

МОДЕЛЬ МАЛОГО ВОДОХРАНИЛИЩА КАК ОБЪЕКТА ПРОВЕДЕНИЯ ОЦЕНКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Ю.М. Косиченко (ФГБНУ «РосНИИПМ»)

М.Ю. Косиченко (ФГБОУ ВПО «ЮРГТУ» (НПИ)

Е.А. Савенкова (ФГБНУ «РосНИИПМ»)

Аннотация

малый водохранилище вероятностный экономический

В статье представлена структурная схема вероятностно-экономического анализа выбора оптимального варианта дальнейшего использования или ликвидации малого водохранилища. Представлены пять вариантов для расчета модели. Дана целевая функция, позволяющая определить оптимальный вариант на основе анализа экономических и вероятностных показателей, социальных и природоохранных факторов. В табличной форме представлены сводные результаты расчетов при вероятностно-экономическом анализе вариантов модели водохранилища с использованием исходных данных условного объекта для расчета выбора оптимального варианта дальнейшего использования водохранилища.

Ключевые слова: малое водохранилище, модель водохранилища, риск аварии, целевая функция, вероятностно-экономический анализ, ликвидация.

Annotation

Y. М. Kosichenko (FSBSE “RSRILIP”)

М. Y. Kosichenko (FSBEE HPE “SRSTU” (NPI)

Y. А. Savenkova (FSBSE “RSRILIP”)

SMALL RESERVOIR MODEL AS AN OBJECT OF ASSESSMENT FOR ITS FURTHER USE SUITABILITY

The paper offers the structural scheme for the optimal choice to further use and liquidation of small reservoir by probabilistic economic analysis. Five variants for model calculation are afforded. The target function for determine the optimal variant on the basis of economic and probabilistic indices as well as social and nature conservation factors is given. The summary calculation table for reservoir models by probabilistic economic analysis using initial data for conventional object for calculating the optimum variant to further reservoir use is presented.

Keywords: small reservoir, reservoir model, emergency risk, target function, probabilistic economic analysis, liquidation.

Основная часть

Основными типами малых водохранилищ и прудов на основе анализа сведений, представленных Донским бассейновым водным управлением Федерального агентства водных ресурсов являются пруды и малые водохранилища на непроточных (сухих) балках, ручьях и малых реках протяженностью до 100 км и площадью водосбора до 2000 км².

Значительная часть этих водохранилищ создавалась для целей орошения и сельскохозяйственного водоснабжения. За последние 15 лет орошение из малых водохранилищ и прудов практически прекратилось. При этом изменилось их первоначальное целевое назначение [1-6].

На базе водных ресурсов прудов и малых водохранилищ сформировались новые водопользователи и водопотребители. В связи с этим оценка водохранилищ с точки зрения сохранения или потери первоначального хозяйственного значения должна быть пересмотрена. Обоснование решения о сохранении или ликвидации должно проводиться на основании технической, экономической и экологической оценки [2].

Задачей настоящей работы является разработка модели малого водохранилища как объекта проведения оценки целесообразности дальнейшего его использования.

При описании и разработке модели малого водохранилища следует учесть обстоятельства, которые привели к потере собственника, использование прудов и водохранилищ в настоящее время, системное их окружение, степень их опасности для населенных пунктов и окружающей среды.

На рисунке 1 представлена структурная схема модели малого водохранилища, содержащая основные объекты окружения водохранилища и их влияния на водосборную площадь, примыкающую к сооружению.

1 - водохранилище; 2 - населенный пункт; 3 - подача воды на технические нужды и пожаротушение; 4 - животноводческая ферма; 5 - орошение сельскохозяйственных участков; 6 - водопой скота; 7 - зона отдыха; 8 - граница водосборной площади; 9 - лесные массивы; 10 - пашня; 11 - луга; 12 - тальвег балки; 13 - зона вероятного затопления при разрушении плотины

Рисунок 1 Структурная схема модели малого водохранилища

На рисунке 2 представлена структура модели водохранилища для оценки целесообразности дальнейшего его использования или ликвидации.

Рисунок 2 Структура модели малого водохранилища как объекта проведения оценки целесообразности использования или ликвидации

В расчетах модели водохранилища для принятия решения о выборе оптимального варианта дальнейшей эксплуатации или ликвидации водохранилища целесообразно рассмотреть пять основных вариантов:

- вариант I - современный уровень эксплуатации водоема без ремонта, не отвечающий требованиям безопасности;

- вариант II - частичный или текущий ремонт плотины и водосброса с сохранением эксплуатационных параметров пруда или водохранилища и уменьшением риска аварии;

- вариант III - капитальный ремонт плотины или водосброса с уменьшением риска аварии;

- вариант IV - реконструкция плотины и водосброса с уменьшением риска аварии до нормативного;

- вариант V - ликвидация водохранилища.

При проведении оценки целесообразности дальнейшего использования или ликвидации водохранилища могут быть использованы различные целевые функции, позволяющие определять оптимальный вариант на основе анализа экономических и вероятностных показателей, социальных и природоохранных факторов [7, 8].

В качестве целевой функции в разработанной модели авторами предлагается использовать функцию затрат на ремонт и поддержание сооружения в рабочем состоянии или затрат на его ликвидацию, суммы прибылей (доходов) от использования водных ресурсов всеми водопользователями и вероятный ущерб от аварии ГТС с учетом расчетной величины риска.

Общее выражение целевой функции, основанной на вероятностно-экономическом подходе, имеет следующий вид:

, (1)

где - сумма приведенных затрат по рассматриваемому варианту
использования ГТС;

- сумма прибылей (доходов) от использования воды всеми водопотребителями и водопользователями;

- сумма вероятных ущербов от аварии ГТС;

- риск (вероятность) аварии;

- ущерб, вызванный аварией, от затопления населенных пунктов и сельхозугодий.

Для сравнимости вариантов использования ГТС в целевой функции (1) учитывается коэффициент приведения (дисконтирования):

, (2)

где - коэффициент приведения (дисконтирования), определяемый по формуле:

,

где - годы в течение всего срока службы (жизненного цикла) ГТС;

- нормативное значение коэффициента приведения (0,06-0,10);

- год приведения затрат.

В модели ГТС при расчете целевой функции (2) учитываются следующие составляющие:

- - сумма приведенных затрат по рассматриваемому варианту использования ГТС, в которой:

- нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности капиталовложений, принимаемый равным 0,10-0,15;

- капитальные затраты по рассматриваемому варианту;

- капитальные затраты на плотину и водосброс (капитальный ремонт или реконструкция);

- капитальные затраты на ликвидацию ГТС;

- ежегодные текущие затраты по рассматриваемому варианту;

- ежегодные эксплуатационные затраты;

- затраты на текущий ремонт плотины;

- затраты на текущий ремонт водосброса;

- сумма прибылей (дохода) от использования воды всеми водопотребителями и водопользователями:

,

где - прибыль от орошения;

- прибыль от водоснабжения населения и сельхозпредприятий;

- прибыль от водопоя скота;

- прибыль от рыборазведения;

- прибыль от рекреации;

- сумма вероятных ущербов от аварии ГТС определяемая как сумма ущербов основных рисков аварии грунтовой плотины:

,

где - риск аварии грунтовой плотины при переливе через гребень вследствие волновых и нагонных явлений и недостаточном запасе отметки гребня над нормальным подпорным уровнем (НПУ);

- риск разрушения грунтовой плотины от паводка, превышающего расчетный 1 % обеспеченности;

- риск разрушения плотины вследствие фильтрационных процессов (суффозии грунта тела и основания плотины);

- сумма компенсаций потребителям при опорожнении пруда (водохранилища) при ликвидации ГТС:

,

где - компенсационные выплаты водопользователям вследствие прекращения хозяйственной деятельности.

В предлагаемой авторами экономико-математической модели, основанной на целевой функции (2), принимаются следующие условия (таблица 1).

Таблица 1

Основные условия, применяемые для расчета оптимального варианта модели водохранилища

Для реализации экономико-математической модели используются ограничения, представленные в таблице 2.

Таблица 2

Принятые в модели ограничения

Значения рисков разрушений грунтовой плотины при переливе через гребень плотины вследствие волновых и нагонных явлений , вследствие пропуска паводка с максимальным расходом, превышающем расчетный , и при воздействии фильтрационных процессов рассчитываются по отдельным компьютерным подпрограммам [9].

Ущерб от затопления населенных пунктов и сельхозугодий определяется по формуле:

,

где - стоимость жилья, имущества и земельных участков в расчете на 1 жителя;

- число жителей, попадающих в зону затопления;

- ущерб сельскохозяйственному производству в расчете на площадь в 1 га;

- площадь сельскохозяйственных угодий, попадающих в зону затопления.

Реализация разработанной модели водохранилища как объекта проведения оценки целесообразности использования или ликвидации водохранилища путем выбора оптимального варианта наиболее эффективна при расчете большого количества вариантов, отвечающих определенным условиям и ограничениям.

В связи с этим рассмотрим пример расчета для пяти основных вариантов и более 100 подвариантов с фиксированными значениями задаваемых величин. Согласно структуре вероятностно-экономического анализа на рисунке 3 общая схема компьютерного моделирования включает ввод исходных данных с параметрами водохранилища, плотины, водосброса, данные о водопользователях и экономические показатели объекта - балансовой стоимости всего сооружения, плотины и водосброса.

Для каждого из подвариантов в компьютерной модели определяются составляющие целевой функции (2). Окончательный выбор оптимального варианта производится на основе минимизации целевой функции С_f.

В соответствии с общей структурной схемой вероятностно-экономического анализа выбора оптимального варианта дальнейшего использования водохранилища была составлена компьютерная программа в системе вычислений Mathcad, где все затраты, прибыли и ущербы рассчитывались за весь жизненный цикл пруда (водохранилища) и приводились к одному расчетному году - настоящему моменту эксплуатации водохранилища.

Размещено на http://www.allbest.ru/