Многоцелевая эффективность водохозяйственных объектов
В проектной практике выбор водохозяйственного объекта н определение его параметров осуществляются по минимуму приведенных затрат [см. (4.8) и (4.10) ], но применение этого критерия требует обеспечения тождества эффектов н ущербов по всем рассматриваемым вариантам. Во многих случаях такое тождество не удается обеспечить, особенно по социальным и природоохранным факторам.
Например, условия работы эксплуатационного персонала гидроэлектростанций намного лучше, чем шахтеров в угледобывающей промышленности. Производительность труда на ГЭС в 4—5 раз выше, чем на ТЭС, включая добычу топлива и его транспортировку. В отношении природоохранных мероприятий также имеются большие расхождения. При создании водохранилищ происходит затопление ценных сельскохозяйственных угодий, промышленных предприятий, жилых зданий, дорог и т. п., затраты по компенсации которых включаются в смету ГЭС, но не доучитывая их социального значения. С другой стороны, строительство водохранилищ в южных засушливых районах страны и переброска части стока северных рек на юг позволяют освоить для сельского хозяйства значительные земельные массивы в южных районах с благоприятными климатическими условиями.
При строительстве тепловых электростанций на органическом топливе предусматривается очистка дымовых газов согласно существующим нормативам. Соответствующие затраты включаются в смету на строительство и эксплуатацию электростанции. Однако нормы не предусматривают очистку газов на 100 %, и поэтому частичное загрязнение воздушного бассейна остается.
Особо важным является вопрос о расходе и экономии практически невозобновляемых запасов органического топлива. В этом отношении имеется принципиальное различие между ГЭС и КЭС, которое в расчетах по методу сравнительной экономической эффективности капитальных вложений недоучитывается.
Таким образом, имеется значительное число факторов, по которым не удается обеспечить тождества в сравниваемых вариантах или сравниваемых объектах. Поэтому появилась необходимость применения более общего метода, который можно было бы принять для оценки достижения совокупности целей: экономической, социальной, охраны и улучшения природы и т. п. Такой метод назван методом многоцелевой (многокритериальной) оптимизации и позволяет учесть качественные факторы.
Главная цель водохозяйственной системы — обеспечение потребностей в воде, электроэнергетической — в электроэнергии. Эти цели должны достигаться во всех вариантах, но, кроме того, каждый из них должен удовлетворять и целому ряду других требований, например иметь наименьшие затраты, обеспечивать лучшие социальные условия, меньше загрязнять атмосферу и т. д.
Состав целей определяется конкретными условиями строительства и эксплуатации данной системы. Одной из целей, которая в ряде случаев может быть главной, является минимизация приведенных затрат. Кроме того, перед водохозяйственными системами ставятся цели обеспечения надежности и бесперебойности водоснабжения, качества воды, санитарных и рекреационных условий, охраны и улучшения природы и т. п. Для электроэнергетических систем ставятся аналогичные цели, соответствующие генерированию и распределению электрической энергии.
Получить одновременно максимальный эффект по всем целям невозможно вследствие противоречивого характера разных целей. Например, повышение бесперебойности электроснабжения требует увеличения резервов электроэнергетической системы, а это связано с ростом затрат. Надо стремиться получить наибольший народнохозяйственный, в данном случае комплексный, эффект, т. е. наилучшее сочетание показателей эффективности по всей совокупности целей. Это условие является основой метода многоцелевой (многокритериальной) оптимизации. Показатель многоцелевой эффективности можно, представить в следующем виде:
Обычно величина весового коэффициента щ определяется в долях единицы, тогда
Для идеального варианта, в котором полностью удовлетворяются все цели. Для реальных вариантов Е< 1. Наибольшая величина Ек определяет оптимальный вариант использования водных ресурсов, в котором наиболее полно удовлетворяется совокупность поставленных целей. Критерий многоцелевой (многокритериальной) оптимальности может быть записан в виде
На область определения функции накладываются ог-раничения по условиям заданного водо- или электропотребления, допустимым параметрам отдельных водохозяйственных или энергетических объектов и т. п. Для варианта k величина ей определяется сравнением степени достижения цели i с максимальным и минимальным его значениями.
В простейшем случае для минимизируемых показателей, например для расчетных затрат, определяют
При большом числе вариантов для повышения точности расчетов величиныопределяют по разности предельных значений соответствующих показателей, например:
Имеются и другие более сложные способы определения Ski или совместного определения щ вы. Определение весовых коэффициентов щ, т. е. оценка значимости целей, проводится экспертами. Существует несколько способов организации экспертных оценок.
Рассмотрим простейший пример выбора схемы питьевого водо-снабжения. Допустим, имеются три варианта: в I и III водоснабжение обеспечивается из специально создаваемого водохранилища; во II — из подземных источников с исключительно высоким качеством воды, какого не удается достигнуть в других вариантах.
Поставлены цели: 1) минимизация приведенных затрат; 2) обеспечение наивысшего качества воды; 3) создание наиболее благоприятных условий для занятий спортом и отдыха населения.
Экспертным путем определены весовые коэффициенты; щ = 0,65;. оп = 0,25; пш = 0,1. Варианты характеризуются приведенными затратами, тыс. руб/год: 3i = 100; Зц=110; Зш= 125. В I и III вариантах учтены затраты на водоочистку. Относительное качество воды после водоочистки. Площадь водной поверхности для рекреационных целей.
Определим комплексную (многокритериальную) эффективность для одного, например, I варианта простейшим способом подсчета eki — отношением соответствующих величин. Тогда получим для достижения : первой цели
По методу многоцелевой оптимизации наилучшим оказался II вариант водоснабжения из подземных источников, для которого показатель эффективности П=0,84 наибольший. Если бы все три варианта при указанных выше приведенных затратах обеспечивали одинаковое качество воды и одинаковые рекреационные условия, то- наилучшим считался бы I вариант, имеющий минимальные приведенные затраты.