автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Обоснование рациональных путей формирования и развития единой ВХС в Северной Гвинее

МОСКОВСКИЙ ОРДШ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДР (МЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КОНЦЕ ФОДЕ КЕНТ

УДС 556.18:661.5

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПУ1ЕЙ ФОНДИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЕДИНОЙ ВЖ В СЕВЕРНОЙ ГВИНЕЕ

Специальность 05.23.16 - Гидравлика и инженерная

гидрология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

/у

л

Работа выполнена на кафедре Комплексного использования водных ресурсов Московского ордена Трудового Красного Зйамени гидромелиоративного Института.

Научные руководители: кандидат технических наук, профессор И.Г.ГАЛЯМИНА; кандидат физико-математических наук, доцент Э<,П.К0ЩШШВ

Официальные (йшоненты: доктор технических наук, профессор ЖЖЙЫ10В Г.Х>, кандидат техничес- . ких наук, доцент ЗАЖРОВСМЯ Н.Н.

Ведущая организация - Союзинтервод.

Защита состоится " 09 " 1991 г.

на заседании специализированного ¿овета К 120.16 «СК в Московском гидромелиоративном институте по адресу: 127550, Москва, И-550, ул. Пряншникоаа, 19, М1МИ

С диссертацией молшо ознакомиться в библиотеке Московского гидромелиоративного института«

Автореферат разослан

/соя^я /^Д -

Ученый секрехать специализированного совета К 120.16.01

к.т.н., доцент

КУЗЬМИН СЛ.

Актуальность теш. Уровень развития любсй страны измеря-; егся не только в количественном выражении природных ресурсов, которыми она обладает, но и зависит от того, как данные ресур-" сы рационально используются в интересах различных отраслей народного хозяйства. Такое рассуждение вполне справедливо для условий республики Гвинея, природные ресурсы которой ставят ее среда самых богатых стран мира, в то же время она является одной из самых отсталых стран по уровню жизни населения.

В общей программе социально-экономического развития страны на период до 2005 года указывается, что главная цель, которую ставит перед собой правительство, - это повышение жизненного уровня населения за относительно короткое время. В достижении этой дели большое место уделяется рациональному использованию имеющихся в стране природных ресурсов. В этом документе отмечается, что ввиду наличия больших водных и других ресурсов в Северной Гвинее, этот регион представляет особый интерес для правительства. Решено сконцентрировать большие средства на развитии этого региона для того, -чтобы он стал главной опорой дахя дальнейшего подъема других регионов страны. Создание такой базы возможно лишь на основе интенсивных научных исследований по рациональному использованию природных ресурсов и широкого внедрения ранее полученных результатов в этой области.

Одним из ваянейших природных ресурсов Северной Гвинеи являются ее водные ресурсы, нехватка которых в последние года стала главным препятствием на пути развития этого региона. Причиной дефицита вода является рост численности населения, появление многих новых водопотребителей, экстенсивное использование воды на основе отсталых технологий и систем водоснабжения, загрязнение воды.

Одной из главных причин служит неэффективная организация использования воды.

Кап известно, во многих странах развитие водного хозяйства характеризуется комплексным использованием водных ресурсов, что приводит к созданию крупных водохозяйственных систем (ВХС), которые предназначены для удовлетворения растущих запросов различных водопотребителей.

В Северной Гвинее темпы роста производства снижаются из-за отсутствия такой системы управления водным хозяйством региона. Поэтому исследования, направленные на создание эффективной

системы использования водных ресурсов, приводящей к их рациональному использованию, является весьма актуальными.

Цель работа - определение оптимальной стратегии развития водного хозяйства Северной Гвинеи на основе экономико-математического моделирования водохозяйственных систем и проведения оптимизационных расчетов.

Для достижения этой цели последовательно решались следующие задачи:

1. Сбор и обработка необходимой информации дан проведения исследований по проблеме формирования и развития ВХС на Севере Гвинеи.

2. Районирование территории республики Гвинея, выделение северной части страны как предмета исследования.

3. Анализ современного уровня развития различных отраслей экономики республики Гвинея вообще и Северной Гвинеи в частности. Изучение особенностей экономического развития в бассейне реки Нигер.

4. Формирование процедуры шинирования ВХС речного бассейна с использованием взаимосвязанных математических моделей.

5. Разработка методики оценки комплексного водопотребле-ния.как по речному бассейну, так и по основным створам на основе1 оптимизации размещения водоемких сельскохозяйственных, промышленных, животноводческих, энергетических производств.

6. Расчет водохозяйственных балансов по выделенным створам.

7. Разработка экономико-математических моделей, применение методов линейного и динамического программирования для проведения оптимизационных расчетов, уточнение алгоритмов и разработка программ для ЭВМ с целью решения задач по регулированию стока, определению параметров водохранилищ и потребителей, построения правил управления и выбора оптимального состава ВХС при изменении ее параметров.

Методологическая основа исследований. В основе расчетов леаат труды советских и зарубежных исследователей - специалистов по теории регулировании стока, системного анализа водных проблем, применения оптимизационных и имитационных моделей в водохозяйственном планировании. Также использованы метода планирования ВХС ведущих франзузских фирм в области планирования экономики западной Африки.

Научная новизна работы. Впервые применена методология водохозяйственного планирования на основе разработанных математических моделей для определения оптимальной стратегии развития водного хозяйства региона в условиях Северной Гвинеи.

Применительно к условиям Северной Гвинеи впервые использован подход к построению системы математических моделей планирования водного хозяйства речного бассейна, который позволяет осуществить поэтапное решение оптимизационной задачи (метод декомпозиции), не снижая при этом надежности полученных результатов. Численные эксперименты на модели для условий бассейна реки Нигер позволили определить дефицитные створы системы, оценить параметры водохранилищ сезонного регулирования, построить общую схему осуществления перспективных водохозяйственных систем. Основные результаты диссертационных исследований получены автором в процессе выполнения научно-исследовательских работ по теме: "Варианты формирования и развития ВХС на Севере Гвинеи (на примере ВХС бассейна р.Нигер и притоков)".

Результаты исследований по определению стратегии развития водного хозяйства региона используются в республике Гвинея дан решения ряда проектных задач при создании водохозяйственной системы бассейна р.Нигер.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных ис-" следований докладывались автором на научных конференциях в Московском гидромелиоративном институте в 1987... 1990 гг. По вопросам общей постановки задачи и составления математической модели опубликована одна печатная работа (1989 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературу ( наименований) и приложений. Текстовую часть ( стр.) до-

полняет рисун и таблиц. Приложения содержат страниц машинописного текста, рисунков и таблиц.

Содержание работы. Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи исследований, их научная новизна и практическая значимость.

Первая глава включает анализ существуадей литературы по данной тематике. В этой же главе обоснован выбор путей решения поставленной во введении задачи: сделан обзор математических моделей, направленных на решение задач рационального использо-

вания водных ресурсов. Рассмотрены основные принципы формирования системы математических моделей планирования и управления ВХС речного бассейна.

Как известно, современные ВХС характеризуются многоцелевым использованием водных ресурсов. Очень часто основные участники этих ВХС имеют противоречивые потребности к режиму, качеству, объему водных ресурсов. Выбор решений по комплексному использованию водных ресурсов представляется как многошаговый процесс в условиях неопределенности, поскольку основан на неоднозначной информации о последствиях принятого решения. Данное положение усложняет процесс планирования ВХС и обусловливает необходимость применения различных математических моделей и методов.. В этой области существуют работы различных советских и зарубежных исследователей, направленные на создание математического аппарата для решения оптимизационных задач: В.Холл, Н. Бурас, А.Масс, Т.Д. Зол от ов, Н.С.Калачев, Г.Г.Сванидзе, Л.В.Буса-лаев, А.Б.Авакян, А.Д.Великанов, СД.Вендров, Г.В.Воропаев, А.Б.Горстко, И.П.Дружинин, Г.X .Исмайылов,Н.А.Картеишвшш, О.П. Кисаров, С.Н.Крицкий, М.С.Менкеяь, С.И.Обрезков, В.Г.Пряжинс-кая, Д.Я.Раткович, А.Ш.Рездаховский, Е.В.Цветков и многие другие.

Анализ вышеперечисленных проработок показывает, что применение систем взаимосвязанных математических моделей при решении водохозяйственных проблем имеет большую эффективность. Задачи планирования и управления ВХС решаются параллельно (одновременно).

В настоящей диссертационной работе объектом исследований является бассейн реки Нигер.

В состав рассматриваемого региона входят семь административных центров (Канкан, Киссидугу, Фарана, Курусса, Далола, Сигири, Мандаана), пять речных бассейнов (Мило, Ниандан, Санка-рани, Нигер, Таюшссо). Основными потребителями воды являются: орошение, гидроэнергетика, промышленные объекты, животноводство. Другие потребители (судоходство и рыбное хозяйство) имеют второстепенное значение. Коммунально-бытовое водоснабжение обеспечивается приоритетно.

Водные ресурсы рассматриваемой территории включают речной сток и подземные воды. В данном случае подлежат распределению лишь поверхностные водные ресурсы, поскольку данные о подзем-

ных ресурсах практически отсутствуют. Хорошо развитая гидрологическая сеть данной территории позволяет предусмотреть каскады восьми гидроузлов. Главная характеристика исследуемых речных потоков - их неравномерное распределение по годам и внутри года, а также в пространстве. Основная часть речного стока образуется в дождливый сезон, а летний период совершенно безводный.

В дождливый сезон в нижнем течении реки Нигер (город Си-гири, Канкан) создается опасность наводнений. Нехватка воды в летнем периоде не позволяет иметь два урожая в год. Такое положение заставляет предусматривать мероприятия по регулированию естественного стока исследуемых рек путем, создания системы водохранилищ сезонного регулирования на этих реках.

В работе принимается один из подходов к решению задачи планирования водохозяйственных систем. На основе этого подхода решаются одновременно три взаимосвязанных задачи, включающие оптимизацию размещения водоемких объектов (сельскохозяйственные культуры, промышленные объекты, гидроэлектростанции, животноводческие фермы и необходимые попуски для судоходства), выбор оптимальных параметров ВХС и режима функционирования всей системы, подобный подход позволяет с большой достоверностью обосновать требуемые объемы регулирования стока и, тем самым параметры водохранилищ', а также показатели функционирования системы.

При заданных планах производства продукции и известных ограничениях на воду, на земельные фонды, на промышленное сырье и т.д., в каздом створе плотины производится оценка водопот-ребления в бассейне.

В качестве критерия оптимальности используется йинимум приведенных затрат на водохозяйственное строительство, на производством закупку основных видов продукции (рис, кукуруза, хлопок, арахис, промышленная продукция и т.д.).

Оптимизация размещения водоемких производств позволяла согласовать цели развития бассейна (региона) с народнохозяйственными, сужает множество возможных вариантов развития ВХС, а таете позволяет выделить ту часть, которая требует дальнейшего развития. На основе решения задачи планирования оросительной системы определяется ирригационное водопотребление по створам и по интервалам периода вегетации. Размещение водоемких производств осуществлялось с учетом общего государственного плана

- б -

развития Северной Гвинеи (данные министерства экономики Гвинеи, 1982 г.). Решение задачи оптимизации размещения водоемких производств по территории речного бассейна проведено на основе нескольких линейных экономико-математических моделей с применением методов линейного программирования, которые позволяют определить структуру участников ВХК и объемы воды, выделяемые различным водопотребителям.

Выбор параметров ВХС осуществляется в несколько этапов. Вначале анализируется работа ВХС до осуществления мероприятии по регулированию стока, для чего составляются предварительные водохозяйственные балансы и на основании водохозяйственных расчетов определяется перечень дефицитных (избыточных) створов и анализируются метода увязки ВХБ. Тем самым обосновывается необходимость регулирования стока. Расчеты предварительных ВХБ проводятся на первом этапе при жестком плановом потреблении воды всеми участниками ВХК. При этом распределяется естественный сток реки без регулирования стока. По известной методике, разработанной С.Н.Крицким и М.Ф.Менкелем, определяется отдача нетто в каждом створе. Полученные, объемы отдачи нетто служат дая дальнейших исследований состава каждого ВХК. При исследовании функционирования и расчета параметров ВХС оценивается надежность водообеспечения основных участников ВХК путем решения задачи определения объема воды, выделяемой для каждого участника.

Задача решается многократно при различных значения распределяемого объема водохранилищ. Для формирования математических моделей, а также дая информационного обеспечения использованы две схематизации.

На первом этапе произведено природное и технико-экономическое районирование территории бассейна по однородности соответствующих характеристик - зональная схематизация. При этом на территории бассейна реки Нигер выделено 6 агроэкономических и гидрологических зон (Фарака, Киссидугу, Дабола, Канкан, Сиги-ри, Мандиана) (рис.1).

Потоковая схематизация системы воспроизводит основные водохозяйственные связи с бассейне, этому соответствует линейная схема ВХС.

Во второй главе дана характеристика природы республики Гвинея, территория которой составляет 246 тыс.км2. Отметим,

что в работе описан отдельно каждый из 4-х регионов: Приморская Гвинея, Средняя Гвинея, Верхняя Гвинея (Северная Гвинея) и Лесная Гвинея. Но наибольшее внимание уделено опксашпо главных характеристик природы Северной Гвинеи. Даш гидрологические, топографические и другие характеристики основных рек.

Вторая часть данной главы почвящена анализу современного уровня развития хозяйств, а также перспективам их дальнейшего развития. Отмечено, что перспектива развития водного хозяйства Северной Гвинеи лежит в совершенствовании ведения хозяйств. В третьей части второй главы излагаются общие принципы водохозяйственного районирования территории.

В третьей главе излагается методика составления водохозяйственного баланса, как основной этап формирования ВХС. В данную задачу входит выбор источников воды, объема и места водозаборов из лих, а также выбор целесообразного предела регулирования стока. Определен состав основных частей ВХБ - расходной и приходной. Составлено общее уравнение ВХВ, которое имеет вид:

дЧкГ. (I)

где приходная часть баланса д -го створа, млн.м3;

К™^ + 2 (2)

объемы поверхностного стока, приходящего к д- -ому створу, млн.м3; ЭД^а ^ - объемы возвратных вод в д- -ый створ, млн.м3; \&гасх т -Расходная часть баланса т -го створа,'

3 и

млн.м

Час*} ¥пот.+Е¥1Т0ТГ. ? (3)

где - объем санитарных попусков из д- -го створа, млн.м3;

Ъ/пот^ - суммарный объем потери на испарение, фильтрацию от

-го водохранилища, шгн.м3;Л>/пст^£ - объем воды, потребляемый в -ом створе, шн.м3; - разность приходной и расходной частей баланса, шш.м3.

В итоге расчетов ВХБ выявлены избыточные (+■ ) и дефицитные (- л№) балансы (табл. 1.3 диссертации).

Принят метод увязки баланса - создание водоудерживаицих сооружений (водохранилищ).

ь -

Основные параметры водохранилищ определены в зависимости от топографических, гидрологических и экономических условий (минимум расчетных затрат по всему комплексу).

Как известно, при определении оптимальных параметров объектов ВХК важное значение имеет установленная мощность ГЭС в составе участников. Она определяется, как правило, в зависимости от напора Н , а определение оптимального значения этого напора является очень сложным. Поэтому в целях упрощения расчетов мы исходили из того,-что его средневзвешенное значение (Нйрт Н£эс ^ некотором значении зарегулированного расхода С}ЗЛР , обеспечивает оптимальный объем воды"№^£ на нужды гидроэлектростанции.

При составлении предварительных перспективных водохозяйственных балансов большую роль играет значение норм водопот-ребления участников ВХК. На первом этапе составления ВХБ приняты действующие сейчас нормы на существующих в стране объектах.

Расход воды на нужды ГЭС определяется в зависимости от размера избыточного объема воды (+д№ ) в итога составления ВХБ в каждом створе.

Нормы водопогребления для коммунально-бытового водоснабжения городов определялись исходя из соображений, что в период дождей они составляют половину летней нормы. В период дождей водоснабжение населения, в основном, осуществляется за счет подземных вод (колодцы).

В четвертой главе формируется линейная модель сложной ВХС на основе метода декомпозиции и описывается программное обеспечение, применяемое при решении оптимизационных задач на ЭВМ.

Методологические основы построения соответствующих математических моделей излагаются в грудах И.В.Бусалаева, М.П. Федорова, Н.С.Калачева, В.Г.Пряжинской, ШЛ.Чокина, Е.Х.Исмайы-лова, ИД.Храновлча, В.М.Шнайдшна и других ученых.

Разработанная модель ВХС предназначена для проведения водохозяйственных расчетов. Рассматриваются основные этапы составления экономико-математической модели:

- словесная формулировка общей задачи, изучение технико-экономических характеристик объектов, входящих в систему, выбор экономического показателя в качестве критерия оптимизации;

- а -

- запись целевой функции в соответствии с принятым критерием оптимизации;

- запись ограничений на переменные, описывавших в математической форме природные и экономические условия;

- разработка алгоритма решения задачи;

- подготовка программы для расчетов на ЭВМ;

- проведение расчетов и анализ результатов.

Для представления общей задачи в математической форме введены следующие обозначения:

^ - номер створа, ^ 6 (I, 8); I - номер потребителей (I, 5); 6 - индекс вида компоненты производства; - индекс технологии производства 6 -го вида компоненты производства. Общие затраты на производство требуемой продукции записываются в виде: 56 (4,

где Щц% - общий объем % -ого вида продукции, произведенного по ¿к, - ей технологии г -м потребителем в ^ -ом створе; Е - нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности < Е = 0,12); К^еЛ - капитальные затраты на организацию производства единицы требуемого продукта; -удельные издержки на производство единицы требуемого продукта;

- затраты на приобретение по импорту единицы продукции I -ого вида i -ым потребителем в ^ -ом створе; 3$°* -затраты на строительство водохранилища в ^ -ом створе; -объем I -ой продукции, закупленной г -ым потребителем ъ 2 -ом створе.

Основные ограничения математической модели записываются в следующем виде:

а) по воде

где 0CJjt6.it. - объем водного ресурса, используемый в ^ -ом створе -с -ым потребителем на производство Ь -ого вида продукции по -ой технологии; Ц^ - общий объем водного ресур-

Ч 7-ОБ

са, используемый в $ -ом створе; VI^ - располагаемый объем водного ресурса, который может быть использован в -ом створе; 0 - общий располагаемый объем водного ресурса в системе.

б) Ограничения по капитальным вложениям:

5 »Ц

IIх = К-км. ;

ъ хпыы 3 (6)

где К^хЫк. - капитальные затраты на производство единицы 6 -ого вида продукта по 4 -ой технологии г -ш потребителем в т -ом створе; Ц-т - общие капитальные затраты на

• Т1 об г» о5

производство продукции в $ -ом створе; Ц^ , К. - - верхний предел капитальных вложений и в целом по системе.

в) Ограничения по компонентам производства:

5 N1 ПЛ.

гдеР^СЛь - объем I -ого продукта, реализованного i -ым потребителем в ^ -ом створе по 4 -ой технологии; -

объем I -ого продукта, приобретенного х -ым потребителем в ¡у -ом створе по импорту; - общий объем t -ого ви-

да, реализованный в $ -ом створе; Л-уб - плановый объем продукта.

г) Ограничения по экологии и санитарным попускам

+ Э^Г , (8)

где Тх/ьзь^ - объем возвратных вод в НБ;"\хГ|бР - объем сбрасываемого водного ресурса в НБ.

Кроме того, записываются условия неотрицательности всех переменных. Выражение (5.1) диссертации определяет целевую функцию, а (5.2...5.8) - ограничения, записанные в общей форме.

Для решения общей задачи на уровне всего бассейна она должна быть представлена в виде системы канонических уравнений. Развернутая запись задачи в виде матрицы экономико-мате-

матической модели содержит 400 ограничений и 500 переменных. Такая большая размерность косвенно отражает сложность рассматриваемой задачи, которая не может бить решена проста;: ми на основе одновариантннх расчетов и прикидок. Поэтому наиболее перспективным методом реиония оказался метод декомпозиции.

Применительно к нашей задаче метод декомпозиции позволил представить сложную задачу в видо совокупности более простых подзадач. Тем самым существенно сократился объем информации, обрабатываемой на одном уровне. На уровне каждого створа отдельно сформирована и решена оптимизационная задача.

Решение общей задачи осуществлялось в следующем порядке:

. а). Согласно расчетной схеме (рис.1) выделены восемь расчетных створов плотин, образующих каскада сооружений, питавдих-ся одним стоком (Каскад I - с тв. Лая-Сандо и Диарагела; каскад 2 - ств. Сирия и Фоми, каскад 3 - ств.Фунгия-Банко и Куриниян; створн Морисанако и Франко 1шдугу самостоятельны).

б). Сформирована экономико-математическая родель ВХК на уровне каждого створа, а также записана система канонических уравнений дня определения состалза каждого ВХК (на примере створа Лая-Сандо).

Для составления системы канонических уравнений приняты • следуидие обозначения:

объемы воды, потребляемой г -им объектом в | -ом створе ¿6(1, ...,тп ); ^ 6(1,"П. ); - обратное значение удельной нормы водопотребления "I -ого объекта в ^ -ом створе;

К-^-г - то же для капвложений;

Квгьгр коэффициент возвратных вод t -ого объекта в | -ом створе;

Цху- стоимость г -ого продукта в у -ом створе- (мировая цела);

К-с^ - площадь орошения х '-ой культуры в ^ -ом створе;

\}0 - объем, вода, подлежащей распределению, млн.м3;

кук ~ 0£5щий плановый объем риса, кукурузы, необ-сш ходимый для данного региона Лая-Сандо,тыс.т;

ЭД - санитарный попуск в НБ, млн.м3.

Экономико-математическая модель представлена в линейной форме, определены основные коэффициенты линейных уравнений.

Bamako

Сигири

N26/(KWyHMHj

8

ДА БОЛА/ □

-f

М268(?Унгия-Ьанко}

N 75^ИЛРАГЕЛА)

Баро(Фоми)

*№(ЛАЯ-САНАР)

57[Сирия]

о

[Мдад щ

о>

канкан

I'

№62[fAPAHKOHEfty) +

Рис. I. Расчетная схема системы

Для решения задачи использована программа "SlMST", разработанная на кафедре вычислительной техники и.прикладной математики в ЩШ. Она составлена на алгоритмическом языке-ФОРТРАН-4 и отлажена на ЭВМ EC-I022. Эта программа была приспособлена наш для проведения расчетов на профессиональных персональных ЭВМ, совместимых с IBM -PC .

В результате решения задачи на уровне отдельных створов были построены производственные функции ZS 3 j (Wj), представляющие зависимости общих затрат от потребляемого объема водных ресурсов ("Wj ) в каждом створе (рис.2 а,б). Основные характеристики полученных производственных функций следующие:

- при отсутствии регулирования стока (отсутствие орошения) суммарные затраты достигают максимума;

- при больших вложениях в строительство водохранилищ суммарные затраты также резко возрастают.

Нужно отметить, что такое поведение производственных функций обусловлено тем, что при покупке дополнительной продукции за границей, ввиду высоких мировых цен экономичнее развивать производство на месте. Но при малых объемах воды в водохранилище W это невозможно. Поэтому суммарные затраты на обеспечение гарантированных объемов продукции определяются высокими мировыми ценами и поэтому становятся большими. В то же время видно, что не нужно создавать водохранилище с большой емкостью W , так как при этом затраты на их создание резко возрастают, а это снова приводит к большим суммарным затратам.

Решение задачи можно найти только при выборе оптимальных размеров создаваемого объема водохранилищ.

Одним из многих методов решения подобной задачи является метод неопределенных множителей Лагранна. Решается- задача сле-дувдего содержания: в

найти iritn2

при условии 2 Xj =W3Ap = B ,

где "V/3A? - зарегулированный объем всего бассейна при заданных

диапазонах изменения всех переменных ( 0 Odj^Vj.). В результате решения этой задачи (графическим методом Лагранжа) были получены оптимальные полезные ..объемы, которые может содержать каддое водохранилище (рис.З). При этом численное значение относительного прироста затрат на один кубометр воды постоянно

Зависимости суммарных расчетных затрат от обьемов используемых ресурсов а различных ствоврах

12,

58

56

54

52

Створ Лая-Сандо

млн. РУС,

500

1000 м млн.м3

/г,

100 98 96 94-1 92

Створ Фоми

МЛН.РУБ

I

120 -

50 ; 40 -

£00 1000 Т500 М00 2500 и*0, млн.м* МЛН.РУБ \ Створ Сирия

1000 2000 3000 4000 IV, т,н.м1

Рмг> Ог

//, млн рув

120

801

10

40-

Створ Куринян

Створ Диарагела £2, млн.руб

20

0

1000 2000 зооо 4000

Створ Морисанако ¿1, млн. РУб

т

60

40

1250 Рис. 2 С

2500

_-,-г— 20

3750 5000 %ШН.МЪ

1000

2000 5000 4000 ЩМЛНЖ Створ Фаранконеду

2000 3000 4000 щмжм-

- J-O

X

cC

и оно составляет = 0,02 руб/м3. Это значение существенно меньше по сравнению с действующими в стране тарйфами: Гранд-Шют <Я°С = 0,09 руб/м3, ГЭС Пита Хс = 1,1 руб/м3.

г). Определенные таким образом оптимальные объемы водохранилищ определяют суммарные объемы потребляемых водных ресурсов в каждом ВХК (без учета связи между створами).

д). Для уточнения состава ВХК в целом по речному бассейну р.Нигер составлена линейная оптимизационная балансовая математическая модель следующего содержания

Расчетная схема к составлению балансовой модели для управления водохранилищами ВХС, - приток воды сверху ¡у -ого водохранилища, млн.м3;

- сброс в нижний бьеф из ^ -ого водохранилища, млн.м3;

- сток с водосбора к $ -ому водохранилищу, млн.м3;

ОС^ - суммарная отдача потребителем из ^ -ого водохранилища, млн.м3; - полезный объем д -ого водохранилища, млн.м3.

Если считать, что отбор воды идет только из водохранилища, то можно записать

где Й

В результате решения оптимизационной задачи на уровне всего бассейна получен итоговый состав ВХК (табл.1).

Если рассмотреть полученный оптимальный состав ВХК, то не трудно убедиться в том, что для некоторых ВХК прежний его состав, полученный в результате первичных расчетов существенно не изменился. Изменились лишь объемы используемых ресурсов и выпускаемой продукции. Оптимальный состав ВХК отличается тем, что он разнообразен и экономичен. Отметим, что несмотря на

Таблица I

Оптимальный состав ВИС в речном бассейне р.Нигера и притоков

Оптимальный Оптимальный состав Суммарные

объем водо- ВХК, расчетные

храшшща щш.м3 затраты Хр «Ту , млн. м млн. руб.

Лая-Саддо 990 х2 = хк - 7,404 - 58,24

Х7 = ХСАХ = 800

Х10= ХГЭ{; = 99

Диарагела 5700 Х5 -%ХА = 69,93 - 43,18

Хб =Хзсок = 62,89

Хщ = Хгэс = 2333

Хв=Хх = 181,8

Сирия 2000 Ху-Хгэс = 1000 - 50,6

Х{ =Х р = 100

Х1 =Хр = 149,3

Х3=Хк = 83,33

Фоми 4700 Х7 =ХМАСЛ - 1020 - 95,33

Хв =Хцер.к = 1961

Хю =Хгэс = 1111

Хд "Хтех - 1,724

Х4 = Хр = 62,5

Фунгия-Банко 370 Хб = Хпер^ = III,I - 34,53

Хз = X К = 83,33

Хю= Хгэс = 63

Х2 = Хр2 = 14,3

6000 Х4 = хк = 66,0 - 53,68

Ход = Хгэс = 1000

Х2 = Хр - 88,89

Фаранконеду 4124 Х3 = Хк 69,93 - 32,7

Хд =Хцем ■ 28,6

Хш = Хщсл = 44,44

Х({ = Хгзе = 630

оптимальность состава ВХК, материальных условий (финансовые ограничения) не хватает для введения в строительство всех объектов одновременно. Поэтому нужно выделить те'ВХК, которые имеют лучшие технико-экономические показатели.

В качестве таких показателей приняты следующие:

I м3 потребляемого ре-

- удельные затраты на создание сурса воды, руб/м3; Туд1| ~ Удельные валовые доходы от использования I

м3 вод-

ного ресурса , руб/м ;

удельные прибыли_от_ потребляемого ресурса

га и ? ?

2 2Х«

з •> и

1 т

г

Уду

улг3

где ОЬ^ - затраты для создания 1 -ого объекта в 3 -ом створе; Х^^ - объем потребления 1 -нм объектом в 3 -ом створе; Р^ - чистая прибыли, полученная от реализации 1 -ого продукта в з -ом створе; Я ^ - объем продукции г -ого продукта в ^ -ом створе; Ц^ - цена реализации 1 -ого продукта в з -ом створе.

По размерам этих экономических показателей сделана оценка целесообразности каждого ВХК и очередности его строительства.

В табл.2сведены результаты расчетов. Данные экономические показатели табл.2 показывают определенную трудность оценки .целесообразности введения тех или иных объектов (створов) в строительстве.

Таблица 2

Показатели экономической эффективности

Створ ВХК

Лая-Сандо

Диара-гела

Сирия

Уоми

шунгия Банко

Мори-сана-ко

ч>аран-

коне-

ДУ

'УД

'УЛ

руб/м3 руб/м3

0,064 0,36

0,018 0,14

0,04 0,061 О; 021

0,022 0,11 0,066 0,24 0,044 0,13

0,05 0,04 0,101 0,22 0,051 0,18

Если судить по величинам прямых расчетных удельных затрат, то в виду ограничений финансовых возможностей страны целесообразнее осуществить строительство объектов по мере увеличения удельных затрат, т.е. начать с тех створов, которые требуют меньше затрат (табл.3). "

Таблица 3

Оптимальная очередность введения хозяйств по экономическому показателю ( )

Створ |Д^ра-|фоми

Фаран | Сирия | Мори

Лая- Фунгия Сандо Банко

Ъу

руб/м3 0,018 0,022 0,04 0,04

0,05 0,064 0,11

По величине удельной валовой продукции после реализации строительство ВХК целесообразно начинать с тех ВХК, у которых удельная валовая продукция больше. То есть в следующем порядке;

Таблица 4 По валовой продукции ( Ц""УЛ )

Створ

Лая-Сандо

Фунгия Банко

Фаран

Диара-1 Мори- фо Сирия тела [санако | ими | ^иупи

■^У-.РУб/м3 0,36 0,24 0,22 0,14 0,101 0,066 0,061

Таблица 5 По чистой удельной прибыли ( Руд )

Створ

Лая-Сандо

Фаран

Руд .руб/м3 0,296 0,18 0,13 0,12 0,051 0,044 0,021

Как отмечалось выше, нельзя определить очередность введения объектов по одним экономическим соображениям, нужно рассмотреть также другие условия, такие,как например, техническую возможность введения экономических объектов в строительство. Практика показала, что истина лежит всегда между этими двумя условиями.

Применительно к нашему примеру, на наш взгляд, гидрологические, экологические, а также экономические условия дают предпочтение третьему варианту.

Согласно этому варианту последовательность Лирмпронання ВХС ка севере Гвинеи должна начинаться с тех створов, которые дают больше прибыли (Лая-Сандо, 5араш:онеду, Оунгкя-Гакко, Диа-рагела, г'орисанако, Оош, Сирия). Зто позволит использовать прибыль, получаемую от ВЕС, построенных п освоенных в первую очередь, для финансироваши строительства очередных ВХК.

3 Заключении приводятся основные результаты исследований:

1. Анализ проблемы планирования водохозяйственной системы Северно;'; Гвинеи проведен на основе системного подхода. Рассмотрены основные современные подходы к планированию водохозяйственных систем. Применительно к задаче планирования в Гвинее выявлены особенности этой задачи н этапы ее решения: анализ современного уровня, выбор и размещение водоемких производств, а такие выбор оптимальных параметров ВХС, исследование ее функционирования, определение оптимальной очередности осуществления ВХС для краткосрочных проектов в зоне Северной Гвинеи.

2. На первый, взгляд казалось, что исследование проблемы планирования ВХС в республике преждевременно ввиду больших размеров водных ресурсов страны. Но после составления перспективных балансов очевидной стала необходимость регулирования речных стоков, которые в последнее время становятся все меньше. Создается дефицит водных ресурсов, препятствующий перспективному развитию народного хозяйства.

В результате проведения водохозяйственных расчетов выявлены дефицитные н избыточные створы и проанализированы методы увязки ЗХЕ путем создания водохранилищ. Определены их паоамет-ры.

3. Решена задача размещения водоемких производств на территории Северной Гвинеи. 1.'ля решешш поставленной зада'чи разработана эконоглико-матемагкческая жиеНкая модель.

4. Разработаны оптимизационные модели планирования развития пяти отраслей народного хозяйства при соблюдении экологических норм.

5. Ввиду особого масштаба решаемой задачи ее решение стало возможным лшь на основе применения математических методов программирования. Применен метод декомпозиции к решению задачи, "дя чего разработана соответствующая программа на алгоритмическом языке ФОРТРАН для персональных профессиональных компьютеров, программно совместимых с компьютера».® типа 18Н РС.

6. Разработанная линейная модель дает возможность реиешгя двух взаимосвязанных задач;(а).Сформирование ВХС; б).Развитие (эксплуатация) ВХС).

7. Ввиду большой размерности изучаемой проблемы отмечено, что только применение мет'бда декомпозиции упрощает ее и тем самым позволяет получить конкретные результаты.

Анализ полученных результатов расчетов показывает, что применение системного анализа к решению водохозяйственных проблем позволяет получить более научно обоснованные параметры исследуемых ВХС, чем при ¡градационном подходе. Полученный оптимальный состав БХС Северной Гвинеи соответствует современному уровню развита региона. Поэтапное введение в строй отдельны:: ВХК имеет экономически и экологически обоснованный характер.

8. Проведено исследование показателей функционирования ВХС при изменении ее параметров. Получены зависимости изменения суммарных затрат от потребляемого водного ресурса,. А так-де получены такие важные экономические показатели, как: удельный эффект от использования воды, удельные капвложения и укрупненные коэффициенты дополнительной продукции на I м3 вода.

9. Дальнейшее развитие ВХС на севере страны дает возможность повысить отдачу нетто водохранилищ .для более полного удовлетворения нуди водопотребптелей.

10. Выявлена возможность и необходимость перехода на новый уровень оптимального планирования развития водохозяйственных комплексов Северной Гвинеи на основе создания базы данных, системы оптимизационных математических моделей и комплекса программ для ПП 33!":, обеспечивающего автоматизированное ведение, уточнение и изменение базы данных, автоматизированное формирование матриц экономико-математических моделей, проведение оптимизационных расчетов и необходимого числа кттераций при лрл-менении методов декомпозиции. Гереход на этот уровень прп небольших затратах позволит резко повысить обоснованность принимаемых решений и пх экономическую эффективность.

11. Получена общая схема планирования развития единой ВХС, которую маяно использовать как основу для составления краткосрочных планов развития в бассейне р.Нигер.

Содержание диссертационной работы представлено докладами на научных конференциях факультета Гидротехнического строительства Московского гидромелиоративного института (МШИ) в 19061990 г.г.