Схема принятия решений в водном хозяйстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема принятия решений в водном хозяйстве

Введение

В данном докладе представлена основная схема принятия решений в водном хозяйстве на территории РФ.

Водное хозяйство это отрасль экономики, занимающаяся разработкой вопросов водообеспечения, водоотведения, охраны водных ресурсов и борьбы с негативным воздействием вод.

Целью водного хозяйства является обеспечение водой отраслей экономики для планомерного их развития, на основе рационального использования, охраны и восстановления водных ресурсов.

Цель данного доклада рассказать о том как принимаются решения в водном хозяйстве, показать структуру, функции, методологию и принципы принятия решений в водном хозяйстве.

1.Функции водного хозяйства

водный хозяйство ресурс

Функциями водного хозяйства являются: водообеспечение и водоотведение, охрана водных ресурсов и борьба с негативным воздействием вод. Выполнение отмеченных функций возможно на основе решения следующих задач:

· создание системы мониторинга,

· изучение водных объектов,

· определение потребностей в воде и рациональных способов ее использования,

· определение состава и количества сточных вод,

· разработка мероприятия по охране водных ресурсов,

· создание и эксплуатация водохозяйственных систем.

Функция «водообеспечения» осуществляется за счет располагаемых ресурсов воды и требований разных отраслей экономики к объемам и режиму подачи воды для производства ими запланированной продукции, с учетом экологических требований, направленных на сохранение устойчивости природных водных экосистем.

Функция «борьба с негативным воздействием вод» осуществляется, чтобы предотвратить или снизить ущербы, вызываемые селями, оползневыми явлениями, затоплением и подтоплением земель, водной эрозией и т.д. В этом случае выявляются территорий подверженные воздействию, проводится их районирование по степени опасности проявления сил природы, разрабатываются мероприятия по снижению ущербов.

Функция «охраны вод» необходима для снижения антропогенного воздействия на водные объекты и восстановления нарушенных водных экосистем, например в результате поступления в них неочищенных стоков. Сточные воды, отраслей экономики и коммунального сектора, необходимо сделать безопасными перед сбросом в водные объекты и создать условия для их отвода в водоприемник.

2.Структура управления

Управление водным хозяйством осуществляет федеральное агентство водных ресурсов (государственная водная служба) Министерства природных ресурсов российской федерации, в ведении которого находятся территориальные органы, в том числе бассейновые водохозяйственные управления (БВУ), федеральные государственные управления (ФГУ), научно-исследовательские и проектно-изыскательские институты (рис.1).

Основными задачами Государственной водной службы РФ являются:

разработка и осуществление государственной политики в сфере изучения, воспроизводства, использования и охраны водных ресурсов, восстановление водных объектов;

разработка и реализация мероприятий, направленных на:

1) охрану и восстановление водных объектов, и рациональное использование их водных ресурсов;

2) удовлетворение потребностей экономики России в водных ресурсах;

3) сохранение природных комплексов и объектов, имеющих особое природоохранное, научное и культурное значение

прогнозирование состояния водных объектов для обеспечения соответствующей информацией.

Рисунок 1.Структура управления водным хозяйством Российской Федерации

разработка территориальных целевых программ предупреждения и ликвидации вредного воздействия вод;

разработка схем комплексного использования и охраны водных объектов;

подготовка, заключение и реализация бассейновых соглашений о восстановлении и охране водных объектов;

выдача, регистрация, приостановление действий и аннулирование лицензий на водопользование, регистрация договоров на пользование водными объектами, согласование мест размещения хозяйственных и иных объектов, а также осуществления всех видов работ на водных объектах и в водоохранных зонах;

проведение государственной экспертизы предпроектной и проектной документации на строительство, реконструкцию водохозяйственных и других объектов, влияющих на состояние водных объектов и водоохранных зон;

ведение государственного водного кадастра и регистра гидротехнических сооружений;

эксплуатация водохранилищ и водохозяйственных систем комплексного назначения, защитных и других гидротехнических сооружений;

осуществление государственного надзора и контроля над соблюдением правил эксплуатации ГТС. Бассейновые водохозяйственные управления осуществляют: o управление и контроль водопользования на основе бассейнового принципа, o заключение бассейновых соглашений, o разработка программ по восстановлению и охране водных объектов, o разработка региональных и территориальных программ развития.

В настоящее время в России действуют 14 бассейновых водохозяйственных управлений: Амурское, Верхне-Волжское, Донское, Западно-Каспийское, Кубанское, Московско-Окское, Нижне-Обское, Нижне-Волжское, Невско-Ладожское, Верхне-Обское, Двинско-Печорское, Енисейское, Камское, Ленское

Федеральные управления осуществляют:

· строительство и эксплуатация водохозяйственных систем,

· обеспечение населения и народного хозяйства водой,

· ведение мониторинга и ГВК,

· учет использования воды и выдачу лицензий на водопользование,

· предотвращение и ликвидация вредного воздействия вод.

3.Методология системных исследований

Водохозяйственные объекты относятся к природно-техногенным системам, которые включают природные и технические компоненты. Как и все системы, они рассматриваются с позиций системных исследований.

Цель системных исследований - получение новой меры для объекта, с точки зрения его целостности (на что способен каждый компонент системы и какие функции может выполнять вся система как единое целое, с какой эффективностью).

Например, наблюдается дефицит воды при водоснабжении города, промышленности и орошения. Для решения проблемы сооружено водохранилище. Располагаемый объем воды в источнике остается прежним, водохранилище рассчитано для аккумуляции части объема речного стока, но задействованные в системе эти элементы, работая как единый механизм, способны выполнять функции перераспределения стока во времени и тем самым обеспечивать гарантированное бесперебойное водоснабжение. Кроме того появляются дополнительные возможности для рыборазведения, судоходства и развития рекреации. Таким образом, объединенные в систему элементы позволяют создать качественно новый объект с уникальными свойствами, которых не было у составных частей, что и необходимо исследовать

Схема принятия решений в водном хозяйстве после государственной экспертизы проект защищается перед «Лицом принимающим решение» (ЛПР), который представляет собой:

Государственную комиссию или отдельного заказчика. Схема может быть пересмотрена на любом ее этапе (что отражено обратными связями) перед тем как вынести решение: принять разработку, отправить на доработку или отклонить ее.

4.Принципы исследования систем

Системные исследования проводятся в соответствии с определенными принципами, которые позволяют сформировать правила управления системой. Задача управления, это до некоторой степени задача ограничения разнообразия, путем выбора оптимального варианта, т.к. управление осуществляется с целью приведения системы в некоторое заданное состояние и поддержание этого состояния. «Закон необходимого разнообразия» говорит, что ограничение разнообразия в поведении управляемого объекта достигается только за счет увеличения разнообразия органов управления (только разнообразие может снизить разнообразие). Этот закон, в частности, устанавливает, что эффективное управление в сложных системах не осуществимо с помощью «простых» средств.

Рассмотрим некоторые принципы управления системами. 1. Принцип обратной связи - необходима коррекция управляющих воздействий на основе анализа выходной информации. Принцип подразумевает наличие прямых (например, управляющие воздействия) и обратных связей (например,проверка эффективности управляющих воздействий). Выделяют положительные и отрицательные обратные связи.

· Отрицательная обратная связь - предназначена для поддержания системы в заданном состоянии при неизменном значении описывающих ее параметров. Это направлено на достижение, так называемой, долговечной цели. Отрицательная обратная связь позволяет осуществлять жесткое программное управление (рис.2). Например, ГЭС должна вырабатывать постоянный объем энергии. Это обеспечивается за счет изменения: напора воды на ГЭС (Н) и подаваемого расхода (Q) (входные данные). Отклонение в получаемом объеме энергии (на выходе) говорит о необходимости изменения входных параметров, например Q, как более мобильного. При этом параметры гидростанции не меняются.

Рисунок 2. Схема работы системы по принципу «отрицательной обратной связи »

Положительная обратная связь - предназначенная для перевода системы в новое состояние, которое зависит от сложившейся конкретной ситуации, т.е. для достижения текущей цели. Положительная обратная связь осуществляет мягкое управление системой (рис.3). Например, работа гидроузла в меженный период, характеризуется работой водозаборных сооружений (для обеспечения потребности в воде водопотребителей) и водовыпускных, направленных на осуществления попусков в нижний бьеф.. В период половодья состояние системы изменяется в связи с изменяющимися условиями (резко отличающимися от меженного периода) к работе подключается водосбросное сооружение. Входные параметры системы, такие как расход реки, объемы водопотребления, не изменяются.

Рисунок 3.Схема работы системы по принципу «положительной обратной связи».

Принцип обратно связи говорит о необходимости учета и контроля работы системы и реакции на изменяющиеся условия.

2. Принцип «черного ящика» - система, о внутренней организации, которой нет сведений, но существует возможность воздействия на ее входы, и воспринимать воздействия ее выходов (рис.4). Метод «черного ящика» заключается в том, что система изучается не как совокупность взаимодействующих элементов, а как нечто целое, взаимодействующее со средой на своих входах и выходах. Метод «черного ящика» включает:

· предварительное наблюдение взаимодействий системы со средой, для установления списка входных и выходных воздействий и выявления из них наиболее существенных воздействий;

· воздействие на входы системы и регистрация ее выходов;

· установление зависимости между входом и выходом системы, что возможно в случае, если система в своем поведении обнаруживает ограничение разнообразия.

Например, рассматривается вопрос наполнения водохранилища V располагаемыми объемами речного стока W, которые изменяются во времени . V=W1+W2+W3+…+W. На основе замеров определяется сток в начальный момент времени W0 и,зная зависимость объемов стока на момент времени +1от объемов на предыдущий момент :W+1=F(W), определяется значение W1. Далее по W1 и зависимости F(W), параметры которой и даже вид могут меняться, определяется W2 и т.д.

Рисунок 4.Схема работы системы по принципу«черного ящика».

5.Системный подход

Системный подход рассматривает методологию научного познания, в основе которого лежит рассмотрение объектов как системы и ориентирует исследователей на раскрытие целостности объекта, выявление многообразных связей и сведение их в единую теоретическую картину.

Системный подход можно представить в виде последовательности следующих этапов.

Выделение объекта исследования.

Установление цели исследования: определение функции системы (зачем она нужна) и ее структуры (из чего она состоит), механизмов управления (посредством чего можно системой управлять) и функционирования (как работает).

Рисунок 5.Схема принятия решений в водном хозяйстве

Определение основных критериев, характеризующих целенаправленное действие системы, ограничения и условия функционирования. Например, для очистных сооружений основными критериями (показателями) являются:

Эффективность очистки, пропускная способность, себестоимость очистки. Основными ограничениями являются, например: расход сточных вод, поступающий на очистные сооружения не должен превышать их производительность; эффективность очистки должна быть не меньше нормативной. Условия функционирования определяются, например, составом сточных вод, который должен соответствовать типу очистных сооружений; климатическими условиями (особенно при устройстве сооружений биологической очистки).

Определение альтернативных вариантов при выборе структур или элементов для достижения заданной цели. Достижение цели возможно разными путям и с помощью разных систем.

Например: регулирование водного режима почв при выращивании растений возможно: дождевания, капельного орошения, применение гидропоники. В свою очередь, дождевание возможно:

Дождевальными машинами, установками и аппаратами.

Составление модели системы, с учетом всех существенных факторов. Значимость факторов определяется по их влиянию на определяющие критерии цели. Рассмотрим примеры. 1. При построении модели продукционного процесса растений учитывается, что урожайность (Y) зависит от: влажности почв (w), температуры (t), содержания в почве питательных веществ (G), пространственную неоднородность данных факторов (p).

Y=f(w, t, G,p). Однако влияние последней составляющей на Y, находится в пределах допустимой ошибки учета урожая. Потому данный фактор не существенный. Модель, с учетом сказанного, рассматривается в виде: Y=f(w, t, G).

2. При рассмотрении вопросов водообеспечения в качестве основной функции используется уравнение водохозяйственного баланса.

ВХБ= Wр + Wп.в. + Wввi - Wi - *Wп.в.

где Wр - объем стока реки формирующийся на вышележащей территории; Wп.в. - используемые эксплуатационные ресурсы подземных вод; Wввi - объем возвратных (сточных ) вод i-го участника ВХК; Wi - объем водопотребления i-м участником ВХК; *Wп.в. - ущерб речному стоку при использовании подземных вод, гидравлически связанных с рекой.

Расширение уравнения происходит путем введения: модели, определяющей объемы речного стока в зависимости от водности года (Р); зависимости объемов водопотребления от численности населения (N) и нормы водопотребления (g) W=f(N,g); модели определяющей качество воды в реке в зависимости от объема поступающих загрязнений (G) F=f(Wp, W, Wвв, G) и т.п. В качестве ограничений выступают требования к минимальным объемам водопотребления WWмин, экологически допустимому стоку WфWэколог. и др.

Оптимизация функционирования системы. В соответствии с ее предназначением, определяется критерий оптимизации, по которому производится выбор варианта. Например, стоит задача водораспределения между культурами севооборота в условиях дефицита воды. Каждая культура занимает определенную площадь (Fi). Определяются зависимости урожайности культур (Yi) от оросительной нормы (Мi): Yi=f(Мi) и удельная стоимость урожая каждой i-ой культуры (ci). Оптимизация проводится по критерию максимизации чистого дохода, получаемого от ЧД продажи урожая всех культур: макс.

ЧД=ЧД(f(Мi)*ci*Fi)

при ограничении на объем воды для орошения (W): WWi или W(Mi*Fi).

Контроль работы системы, определение ее надежности и работоспособности, путем установления надежной обратной связи по результатам функционирования.

Системный подход в исследовании, проектировании и управлении сложными объектами базируются на ряде универсальных принципов.

1.Принцип системности - любая сложная система, состоит из множества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, которые сами являются системами, состоящими из более мелких взаимосвязанных подсистем. Например, одной из основных водохозяйственных задач Уральского региона является охрана реки Обь от загрязнения. Для решения данной задачи бассейн реки делится на ряд водохозяйственных участков и для каждого участка разрабатываются конкретные водоохранные мероприятия, выполнение которых гарантирует улучшение состояния всей реки. Другим примером может служить ПТС бассейна реки, которая состоит из систем первого порядка: ВХК, ВХС и природные объекты(рис.6). Каждый из этих объектов в свою очередь состоят из ряда подсистем второго порядка. Например ВХК включает водопотребителей (промышленность, орошение) и водопользователей (водный транспорт, гидроэнергетика). В состав гидроузла (ВХС) входит:

водохранилище, плотина, сбросные сооружения. Природными объектами являются: водные объекты - поверхностные (реки, озера, болота) и подземные (почвенная вода, грунтовая, межпластовая); наземные объекты

- леса, луга, овраги.

Рисунок 6. Состав природно-технической водохозяйственной системы

2. Принцип иерархичности - заключается в возможности выделения в сложной системе множества подсистем, на различных организационных уровнях. Все подсистемы подчиненны друг другу по вертикали, имеют собственные цели и функции, выполнение которых направлено на достижение общей цели системы. Выделение подчиненных уровней в системе является важной задачей, необходимой для формирования частных и комплексных критериев оценки эффективности технических решений, которые принимаются на различных этапах проектирования.

Принцип декомпозиции - возможность деления системы по тому или иному признаку на множество элементов и связей между ними.

Например, рассматривается возможность создания гидроузла на реке (рис.7). Для определения его параметров строится расчетная схема, которая представляет собой отдельный компонент целой системы, рассматриваемый отдельно. Связи его с другими компонентами отображаются в виде стрелок.

Рисунок 7.Применение принципа декомпозиции для определения

Принцип композиции (интеграции) - заключается в возможности объединения большого количества элементов (подсистем) с помощью связей в единую систему по единым правилам. В процессе проектирования данный принцип используется в задаче синтеза структуры технологического процесса и его обобщенных параметров из параметров подсистем.

Таким образом, принцип системности говорит, что любая система это набор подсистем (составляющих). Согласно принципу иерархичности все составляющие разделяются по уровням решения задач. Принцип декомпозиции позволяет каждую составляющую рассматривать отдельно, при этом необходимо учитывать связи ее с другими составляющими. Принцип интеграции позволяет из отдельных частей собирать целое.

Принцип управляемости заключается в том, что система не должна содержать элементов, не реагирующих на управление. Планируемые мероприятия должны быть управляемыми и обеспечивать прием (передачу) и обработку информации, относящейся к определенным ситуациям, в нужной последовательности с привлечением необходимых программных средств. В любом случае необходимо иметь возможность вмешиваться в процесс принятия решений для корректировки.

Принцип эффективности - состоит в том, что достижение в системе требуемого экологического, экономического и социального уровня эффективности обеспечивается повышением согласованности ее элементов и целенаправленным формированием структуры системы. В этом случае ставится общая цель (например, улучшение качества водных ресурсов), выделяются элементы системы (участок реки, подвергающийся загрязнению, источники и виды загрязнения) и наиболее значимые процессы (самоочищение воды, вторичное загрязнение). Все элементы структуры согласовываются между собой (составляется уравнение гидрохимического баланса). Правильная постановка задачи и выбор необходимого и достаточного количества учитываемых элементов позволяет направить проектную деятельность на поиск наиболее эффективного решения.

Принцип взаимозависимости производственной системы и среды - необходимость рассмотрения системы относительно той среды, в которой осуществляется или предполагается ее функционирование. Технологические процессы должны быть ориентированы на состояние той производственной среды, где предполагается их эксплуатация. Например, объемы использования речной воды, в конкретных условиях, ограничивается допустимыми нагрузками на водный объект.

Принцип эмерджентности - состоит в том, что сумма воздействий разных факторов на систему, не равна их суммарному воздействию.

Принцип конечной цели - абсолютный приоритет отдается достижениюконечной (глобальной) цели.

Принцип эквифинальности - достижение системой требуемого состояния, при различных начальных условиях и путях движения к цели, определяется собственными характеристиками системы.

Например, гидроузел обеспечивает водоснабжение потребителей. Характеристиками системы являются: полезный объем водохранилища и речной сток. Начальные условия определяются остатком воды в водохранилище на начало водохозяйственного года. Однако, возможность накопления воды, а значит и удовлетворения потребности в воде, определяются не режимом поступления воды в водохранилище (так как параметры узла рассчитаны с учетом этого), а его объемом.

Принцип связности - система рассматривается как часть другой системы.

Например, насосная станция (как рассматриваемая система), является частью оросительной системы. Она обеспечивает соответствующий режим подачи воды на поля (выполняет определенные функции), что способствует получению запланированного урожая (достижение общей цели).

Принцип функциональности - приоритетное рассмотрение функций системы, с учетом ее структуры. Придание системе новых функций ведет к пересмотру ее структуру, а не пытке приспособить новую функцию к старой структуре.

Например, для очистки сточных вод города (функция) объемом W, создано очистное сооружение с производительностью Wоч., предназначенное для работы с определенным набором загрязняющих веществ. Выполнение данной функции очистная станция имеет определенный набор сооружений (структура). При попытке отправить на данные сооружения дополнительно стоки промышленности изменяется функциональная направленность системы, что требует пересмотра структурных элементов (необходимо увеличение пропускной способности, добавление новых элементов, например, системы доочистки воды).

Принцип развития - необходим учет изменяемости системы. Т.е. ее способность к развитию, замене частей, расширению, накапливанию информации, адаптации.

Например, система водоснабжения города должна предусматривать возможность совершенствования (например, путем модернизации), замены устаревших элементов (трубопроводов, арматуры, насосных станций), использование коммуникаций для подключения новых домов (расширение), возможности работы в разные сезоны года (адаптация).

Принцип неопределенности - учет неопределенностей и случайностей в системе.

Например, учет рисков: экологических (загрязнения среды залповыми выбросами), экономических (резкое снижение дохода), технологических (возможность появления перебойных лет при водообеспечении, возникновения аварий оборудования).

Размещено на Allbest.ru