Оптимізація проектних технічних і технологічних рішень з водорегулювання осушуваних земель

РОЗДІЛ 2
ПРИНЦИПИ ОПТИМІЗАЦІЇ ПРОЕКТНИХ ТЕХНІЧНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ РІШЕНЬ З ВОДОРЕГУЛЮВАННЯ ОСУШУВАНИХ ЗЕМЕЛЬ
НА ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНИХ ЗАСАДАХ
2.1. Підходи і методи розв'язування оптимізаційних задач в
складних природно-технічних системах
Сучасний етап розвитку меліоративного виробництва на осушуваних землях характеризується комплексом невирішених завдань, що пов'язані, перш за все, з практичною відсутністю достатніх методів обгрунтування загальної еколого-економічної доцільності реалізації гідромеліоративних заходів на різних рівнях прийняття рішень в часі (див.розд.1.4).
Це викликає необхідність підвищення вимог до якості оцінки, прогнозу та оптимізації управління водним і загальним природно-меліоративним режимами осушуваних земель, як обов'язкової умови вирішення розглянутого кола питань, а також визначає актуальність формалізації цих процесів на всіх стадіях побудови схем прийняття рішень в часі, що враховують головні особливості реального виробничого об'єкта.
Розглянемо наявні підходи, методи і моделі оптимізації рішень, що розроблялись у споріднених галузях меліорації, водного і сільського господарства до цієї пори.
За [251] традиційним, можна сказати класичним шляхом призначення управління та вибору рішень (що теоретично має універсальне значення незалежно від специфіки об'єкта) є оптимiзацiйний пiдхiд. Він передбачає чітку (кількісно виражену у скалярному вигляді) формалізацію задачі управління, розробку моделей процесів, що протікають в об'єкті, і моделей впливу на об'єкт.
Формально модель для вибору рішень складається з цільової функції і набору обмежень, одним з яких є власне модель об'єкта. Знаючи критерій оптимізації і моделі впливу управлінських дій на критерій , можна визначити оптимальне рішення як таке, що екстремізує відповідний критерій якості [37, 117, 211, 251 та ін.]
(2.1)
де -область, в якій виконуються обмеження, що мають місце при реалізації моделі.
При цьому мається на увазі, що численність рішень може бути порівняна за їх перевагою, тобто можливо вказати, яке з них має перевагу і наскільки. В принципі така постановка оптимізаційної задачі не залежить від виду і характеру об'єкта, а тому може бути застосована для будь-якого рівня управління або прийняття рішень.
Загальна структура вирішення такого питання включає в себе вибір критерію, формування умови й прийняття функції оптимізації, вибір структури розрахунків відповідно до рівня сформульованого завдання і, зрештою, побудову економіко-математичної моделі та її реалізацію.
Сьогодні маємо численні приклади застосування оптимізаційного підходу для визначення параметрів меліоративних систем і раціональних схем використання водних ресурсів при розробці методів прийняття й обгрунтування технічних розв'язань в проектах будівництва й реконструкції водогосподарських і меліоративних об'єктів, що досить інтенсивно розроблялись в 70-80-ті роки як для зони зрошувальних меліорацій (А.Є.Агрест, К.П.Арент, В.Н.Кардаш, О.П.Кисаров, К.А.Папелішвілі, В.Г.Пряжинська, Л.М.Рекс, О.Г.Соломонія, Н.С.Фелінгер, К.І.Шавва, Б.Б.Шумаков та ін.) [18,19,117,211,270,271,282,283,396], так і зони осушення перезволожених земель (Г.І.Афанасик, П.І.Закржевський, Ю.О.Канцибер, О.І.Климко, М.О.Лазарчук, І.В.Минаєв, І.С.Рабочев, Л.М.Рекс, В.О.Розин, П.Б.Свикліс, В.Ф.Шебеко та ін.) [24, 25, 103, 127, 164, 214, 273, 284, 290, 327, 401, 404].
Крім того, оптимізаційний підхід досить успішно застосовувався також для спроб розв'язування ряду окремих задач управління окремими меліоративними (оптимальний режим зрошення вирощуваних сільськогосподарських культур) (Г.І.Афанасик, Є.П.Галямин, П.І.Ковальчук, М.ОЛазарчук, А.П.Ліхацевич, Ю.М.Никольський, В.П.Остапчик, В.А.Платонов та ін.) [24, 25, 66, 114, 164, 179, 233, 250, 251, 266] і агротехнічними заходами (оптимальні структури посівів, дози внесення добрив й ін.) (Є.Є.Жуковський, В.А.Платонов, О.П.Федосєєв та ін.) [96, 98, 250, 251, 370].
Однак, на жаль, більшість цих розробок не вийшли за рамки постановочного характеру і не були доведені до широкого впровадження на виробництві через вищерозглянуті причини, хоча в них були закладені найсучасніші теоретичні принципи вирішення оптимізаційних завдань, які не втратили своєї актуальності і сьогодні. Зупинимось на цих моментах більш детально.
Аналізуючи умови застосування оптимізаційного підходу В.А.Платонов [251] приходить до висновку, що він виявився мало придатним для розв'язування дійсно складних задач при функціонуванні складних природно-технічних систем через відсутність теорії і методів формалізації таких задач.
Оптимізаційний підхід може бути реалізований тільки при чіткому формулюванні цілісної системної методології, глибокого знання поведінки системи, що оптимізується - її динаміки, критеріїв, що діють в системі в цілому та її підсистемах на кожному з етапів прийняття рішень.
Труднощі такої формалізації надзвичайні, однак потенційно цей метод може дати більш якісні рішення хоча б тому, що його реалізація неможлива без побудови кількісних схем впливу зовнішніх діянь і управлінь на об'єкт.
Тому завжди, коли для цього є реальні передумови, застосування оптимізаційного підходу до управління є доцільним і, в першу чергу, для реалізації задач оптимізації на довготерміновій основі.
Стосовно до об'єкта управління, що розглядається нами (водорегулювання осушуваних земель з виходом на конструктивні рішення), то тут мають місце усі головні проблеми застосування оптимізаційного підходу в класичному вигляді.
Фундаментальним питанням при постановці екстремальних задач є вибір критерію оптимальності, який повинен дозволяти якісно підходити до прогнозування й аналізу дієвості всіх елементів досліджуваної системи та можливих альтернатив рішень, що розглядаються [250]. Відомі загальні рекомендації, які доцільно враховувати при виборі критерію оптимальності [19, 48, 69, 87, 250 та ін.].
До них, зокрема, відносяться:
1) вимога відповідності критерію головному призначенню об'єкта у