Общая эколого-экономическая модель оптимизации параметров водозабора

Предложенный нами системный эколого-экономический подход предполагает комплексное рассмотрение проблемы оптимизации забора воды на основе интегрального критерия, в котором сопоставляются потери и выигрыши во всех отраслях системы от вариаций компоновочно-конструктивных и эксплуатационных параметров. Разработанный общий рыбоохранно-экономический критерий оптимизации функционирования водохозяйственной системы (ВХС) допускает наличие нескольких водопотребляющих отраслей (П.В. Иванов, 1994).

При проектировании иэксплуатации водозаборов из рыбохозяйственно важных водоёмов необходимо учитывать интересы, по крайней мере, двух водохозяйственных отраслей: рыбного хозяйства и отрасли, для которой строится водозабор. При этом интересы этих участников водохозяйственного комплекса (ВХК) являются диаметрально противоположными, тогда как забор воды наносит ущерб рыбному хозяйству водоисточника. Снижение этого ущерба возможно, например, путём установления соответствующего режима забора воды. Однако ясно, что "настройка" режима водозабора только на ну­жды рыбного хозяйства в принципе может ущемлять интересы водопотребляющей отрасли.

Уменьшение негативного влияния водозабора на рыбное хозяйство водоисточника возможно путём строительства рыбозащитного сооружения водозабора или (и) путём реализации рыбоохранных компенсационных мероприятий. Последний вариант предполагает строительство рыбоводных заводов, нерестово-выростных и прудовых хозяйств.

Часто декларируемая комплексность решения вопросов рыбоохраны при проектировании и эксплуатации ВХК с водозаборами находит свою конкретизацию лишь в немногих научных и методических работах (Б.С. Малеванчик, 1978; В.А. Ревич, 1982). Даже в тех работах, которые посвящены непосредственно проблемам создания и эксплуатации рыбозащитных сооружений на водозаборах, эффективность рыбозащиты рассматривается изолированно от вопросов функционирования и эффективности водопотребляющих отраслей (П.А. Михеев, 2000). Между тем, благодаря специфике биологических процессов, определяющих поведение рыб в водотоках, именно комплексная оптимизация структуры и функционирования таких ВХК может дать значительный экономический выигрыш.

Предлагаемый нами подход предполагает оптимизацию системного эффекта по водохозяйственному комплексу в целом (рисунок 2.1).

При этом компонентами экономического критерия помимо эффекта в водопотребляющей отрасли F₀ и ущерба рыбному хозяйству F должны являться инвестиции на строительство и затраты на эксплуатацию водозабора (K_ВДЗ и Э_ВДЗ) и рыбозащитного сооружения (K_РЗС и Э_РЗС).

Критерием качества функционирования водохозяйственного комплекса будет являться показатель суммарного экономического эффекта от водопотребления и сохранности молоди рыб всех представленных видов за весь характерный период работы ВХК, учитывающий полные циклы в динамике ската молоди рыб в водотоке. При этом учитываются также эксплуатационные затраты и приведенные капиталовложения (инвестиции), связанные со строительством водозабора и РЗС. Эффект и затраты по отраслям выражаются функциями как от параметров эксплуатации, так и от проектных характеристик строительных объектов.

Задача сводится к максимизации следующего общего критерия с ог­раничениями на ресурсы (как минимум, водные ресурсы)

, (2.8)

где Е − коэффициент приведения капиталовложений к текущим затратам.

Рисунок 2.1 – Состав водохозяйственного комплекса и
его экономические параметры

Данный критерий должен конкретизироваться исходя из состояния водозабора (водозабор проектируется, реконструируется или является действующим). При этом меняются как количество компонентов общего критерия, так и варьируемые параметры. Вариант конкретизации модели может быть получен, например, с помощью схемы, представленной на рисунке 2.2.

Используя данную схему, можно получить для каждого конкретного случая свой критерий оптимизации: для случая проектирования нового водозабора; для случая оснащения рыбозащитным устройством (РЗУ) существующего водозабора; для случая реконструкции водозабора и (или) РЗУ; для существующего (действующего) водозабора. Возможен вариант оптимизации действующего водозабора и при отсутствии РЗС.

Принимая в качестве характерного периода функционирования ВХК период [0, Т], охватывающий эколого-экономический цикл работы водозабора, задача оптимизации может быть сведена к максимизации нелинейного функционала

,(2.9)

Рисунок 2.2 − Схема конкретизации критерия в зависимости