Оптимизационный алгоритм управления водными ресурсами водохранилищ для обоснования диспетчерских графиков

Правила использования водных ресурсов водохранилищ (ПИВР) нуждаются в постоянном обновлении с учетом значительного числа факторов, влияющих на эффективность управления. Антропогенное изменение морфометрических функций, частичное заиление мертвого объема, изменение основных гидрологических характеристик оказывают существенное влияние на параметры водохранилищ и режим регулирования стока. Обоснование режима регулирования остается актуальной и традиционно сложной инженерной задачей ПИВР, дискутируемой на профессиональных совещаниях и в научных публикациях. В статье обсуждается методический подход, основанный на введении заданного алгоритма управления в процесс назначения интервального запроса к ресурсам водохранилища. Запрос при этом формулируется как двухпараметрическая степенная функция прогнозируемого ресурса за расчетный интервал времени (месяц). Варьируются показатель степени и относительная длина диапазона бесперебойного покрытия требований к водным ресурсам. Построены номограммы, иллюстрирующие влияние показателя степени на очертание зависимости требований к водохранилищу. На наш взгляд, данный подход существенно сокращает область Парето, исключая значительную часть множества формальных оптимумов. Алгоритм предлагаемой модели ориентирован на двухкритериальную оптимизацию, где в качестве критериев рассматриваются относительные величины суммарной годовой водоотдачи и суммы относительных интервальных ординат водопотребления. Единый функционал формируется путем линейной свертки критериев. Модель иллюстрируется на примере ресурсов реки Жиздра для серии из двух маловодных лет. В процессе моделирования баланса и оптимизации используются инструменты Excel включая процедуры «поиска решений» и VBA. Отмечается необходимость привлечения более мощных алгоритмов оптимизации для расчетов по длительным многолетним гидрологическим рядам.

1. Водохозяйственные системы и водопользование: учебник / Под ред. Л.Д. Ратковича и проф. В.М. Маркина. М.: ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 2019. 452 с.

2. Методические указания по разработке правил использования водохранилищ. Приказ Минприроды РФ от 26.01.2011 N17 Об утверждении Методических указаний по разработке правил использования водохранилищ. https://legalacts.ru/doc/prikaz-minprirody-rf-ot-26012011-n17/?ysclid=m1084ejhh0417635829

3. Асарин А.Е., Бестужева К.Н., Христофоров А.В., Чалов С.Р. Водохозяйственные расчеты: учебное пособие. Географический факультет МГУ. М.: МГУ, 2012. 144 с.

4. Чокин Ш.Ч., Баишев Б.Б., Григорьев В.В. Расчеты водохранилищ многоцелевого назначения: Научное издание. Алма-Ата: Наука, 1983. 206 с.

5. Loucks D.P., Van Beek E. Water resources systems planning and management. An introduction to methods, models and applications – Unesco Publishing. Turin, 2005. 680 p.

6. Daniel P. Loucks and John S. Gladwell. Sustainability Criteria for Water Resource Systems: Cambridge University Press, 2008. 156 с.

7. Ratkovich L.D., Bakshtanin A.M., Glazunova I.V., Plokhikh N.E. Aspects of Multi – Year Flow Control. In Relation To Transboundary Rivers // International Journal of Advanced Science and Technology. 2020. Vol. 29, № S4. Pр. 2418-2439. EDN: HNIGCR.

8. Buber A., Bolgov M., Buber V. Statistical and Water Management Assessment of the Impact of Climate Change in the Reservoir Basin of the Volga-Kama Cascade on the Environmental Safety of the Lower Volga Ecosystem // Applied Sciences (Switzerland). 2023. Vol. 13, № 8. P. 4768.

9. Муалла М., Раткович Л.Д. Оценка водообеспеченности в речном бассейне на основе обобщенных критериев покрытия водопотребления // Гидротехническое строительство. 2023. № 10. С. 42-47.

10. Перминов А.В., Ильинич В.В., Наумова А.А. Практикум по регулированию стока. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2021. 153 с. EDN: MXSCEN.

11. Ильинич В.В., Перминов А.В., Гавриловская Н.В. Использование байесовских технологий для оценки вероятностных характеристик функционирования водохранилища // Известия Алтайского государственного университета. 2023. № 1 (129). С. 95-99. DOI: 10.14258/izvasu(2023)1-15. EDN: CEXPHC.