Определение параметров ПТК

 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МСХА ИМЕНИ К.А. ТИМИРЯЗЕВА

 

Институт природообустройства имени А.Н. Костякова

Факультет: Техносферной безопасности и экологии и природопользования

 

Кафедра: «Защита в чрезвычайных ситуациях»

 

Дисциплина: «Управление природно-техногенными комплексами»

 

 

   Курсовая  работа

  на тему:

  «Определение параметров ПТК»

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 413 гр.

Костина Е.В.

Проверила: Романова Ю.А.

 

 

 

 

 

 

Москва, 2014

 

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………………….... 3

1. Исходные данные…………………………………………………………………….4-6

1.1 Гидрологические данные…………………………………………………………….4

1.2. Топографические данные………………………………………………………  . 5-6

2. Данные о потребителях  воды…………………………………………………….6-8

2.1. Охрана природы………………………………………………………………………6

2.2. Рекреация………………………………………………………………………………7

2.3. Судоходство…………………………………………………………………………..7

2.4. Гидроэнергетика……………………………………………………………………..7

2.5. Орошаемое земледелие……………………………………………………………...8

3. Исходные данные для  многокритериального проектирования вхс……....8-17

3.1. Зависимость количества  отдыхающих от объема водохранилища………8

3.2. Зависимость чистоты  от объема водохранилища…………………………..9

3.3. Зависимость дохода  от объема водохранилища……………………….…9-10

3.3.1. Расчет дохода от  реализации продукта с орошаемых земель….…10-12

3.3.2. Расчет дохода от  реализации продуктов энергетики………………13-14

3.3.3. Затраты на строительство и компенсацию ущерба от                                                                         строительства водохранилища…………………………………………………..14-16

3.3.4. Зависимость дохода от объема водохранилища...............................16-17

4.Выбор объема водохранилища  на основе многокритериального  анализа..............................................................................................................17-30

4.1. Зависимость критериев  от объема водохранилища…………………....17-18

4.2. Экспертный метод  выделения главного критерия…………………............18

4.3. Метод выделения главного критерия…………………………………………..19

4.4. Метод  Домбровского……………………………………………………….…….20

4.5. Метод Домбровского  при неравнозначных критериях……………….…….21

4.6.Метод равной эффективности………………………………………………22-23

4.7. Метод определения  эффективности для неравнозначных  критериев………………………………………………………………………….…..23-24

4.8.Метод линейной сверки…………………………………………………..……24-25

4.9. Метод Ныковского……………………………………………………………..25-26

4.10. Метод Паретто……………………………………………………………….….27

4.11. Метод треугольника  Фуллера……………………………………………...27-28

4.12. Выбор окончательного  варианта объема водохранилища……………….29

4.13. Метод циклограмм……………………………………………………………29-30

Заключение…………………………………………………………………………...……31

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Целью курсовой работы является определение параметров природно- техногенной системы с учетом трех параметров :

1. Экологический критерий - чистота воды
2. Экономический критерий – доход от использования водных ресурсов
3. Социальный критерий - количество отдыхающих на рассматриваемом водоеме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные.

1. Гидрологические данные

Рассматриваемая природно-техногенная система включает в себя водохозяйственный комплекс бассейна реки Кура. Средний расход составляет 30 м3/с. По распределению внутригодового стока рек найдем распределительный расход реки Кура по месяцам по следующей формуле:

 Qi = Qср*Кi, м3/с.

Qi  - бытовой расход реки в i-месяце м3/с

Qср  - средний расход реки

Кi – коэффициент распределения речного стока.

Расчёт распределения расходов реки Кура по месяцам сводим в таблицу № 1.

 

Таблица № 1

Расчёт распределения расходов реки Кура по месяцам

 

Месяц	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Кi	0,35	0,31	0,30	0,55	1,32	2,05	2,52	1,76	1,12	0,90	0,41	0,41
Qi, м3/с	9,4	8,3	8	14,7	35,4	54,9	67,5	47,2	30	24,1	11	11

 

По данным таблицы строим график внутригодового распределения.

 

График № 1. Внутригодовое распределение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Топографические данные

Дана топографическая карта, на которую необходимо нанести предполагаемый створ строительства плотины. Таким образом, мы можем определить максимальную первоначальную отметку верхнего бьефа водохранилища и отметку нижнего бьефа, а также отметку дна реки соответственно.

▼ВБ = 500

▼НБ = 460

▼дна = ▼НБ – 5 м = 460-5=455

Определяем максимальный объем водохранилища, согласно гидрологическим и топографическим данным.

Wmax = 0,5 * Qср * Т , млн. м3

Где Qср – средний расход;

       Т – количество  секунд в году;

       Т=31,54 млн. сек.

Wmax = 0,5 * 26,8 * 31,54 = 422,6 млн. м3

Строим график зависимости объема водохранилища от верхнего бьефа:

 

График 2. Зависимость объема водохранилища от верхнего бъефа.

 

 

 

 

 

Строим график зависимости расхода воды от нижнего бьефа:

 

 

 

 

 

 

График 3. Зависимость расхода воды от нижнего бъефа.

 

2. Данные о потребителях воды.
1. Охрана природы.

В расчетах необходимо предусмотреть санитарный попуск для нормального существования реки в нижнем бьефе, а главное развитие флоры и фауны реки. Найдем санитарный попуск.

Wсан = Qсан * Т, млн. м3

Где Qсан – санитарный расход в реке, который принимается равным минимальному расходу в реке (Qмин = 6,6);

       Т – количество  секунд в году

Wсан = 8 * 31,54 = 252,32 млн. м3

 

Строим график распределения санитарного попуска по месяцам:

График 4. Распределения санитарного попуска по месяцам

2. Рекреация.

Рекреация характеризуется количеством отдыхающих N = 1500÷2000 человек с чистотой воды Р = 0,6÷1,0.

3. Судоходство.

Для прохождения по реке судоходного транспорта необходимо предусмотреть глубину и расход воды. Принимаем необходимый расход для судоходства минимальному расходу, т.е.:

Qсуд. = Qсан = Qмин => Wсуд. = Wсан = Wмин.

4. Гидроэнергетика.

Гидроэнергетика заключается  в объеме водных ресурсов, которые необходимы для получения электроэнергии в пиковой части графика нагрузки энергосистемы. Для построения суточной нагрузки энергосистемы необходимо найти базовую мощность, которая определяется по формуле:

Nбаз. = 9,81 * Qсан * Н * η * 10-3, МВт,

Где  Qсан - санитарный расход в реке;

        Н – максимальный  напор на гидроузле ( Н = ▼ВБ - ▼дна = 500 – 455 = 45 м);

        η – коэффициент  полезного действия (η=0,9)

Nбаз. = 9,81 * 8 * 45 * 0,9 * 10-3 = 3,18 МВт

Основными мощностями на суточном графике энергосистемы являются мощности 3 * Nбаз и 7 * Nбаз, МВт.

Строим суточный график энергосистемы:

3 Nбаз – 2400 -1000;

4 Nбаз – 1000 – 1600;

7 Nбаз – 1600 – 2100;

4 Nбаз – 2100 - 2300;

3 Nбаз –2300-2400

График 5. Суточный график энергосистемы

 

 

 

5. Орошаемое земледелие.

Для орошаемого земледелия требуется объем ресурсов с учетом оросительной нормы М = 4500 м3/га, месячная оросительная норма определяется по формуле:

m= M * K, м3/га,

Где К – коэффициент, учитывающий месячное распределение оросительной нормы.

Распределение оросительной нормы представлено в таблице № 2.

Таблица № 2.

Распределение оросительной нормы

Месяц	IV	V	VI	VII	VIII	IX
К	0,05	0,15	0,20	0,25	0,2	0,15
m, м3/га	225	675	900	1125	900	675

 

 

3. Исходные данные для многокритериального проектирования ВХС.

3.1.Зависимость количества отдыхающих от объема водохранилища .

График зависимости количества отдыхающих от объёма водохранилища строится по  исходным точкам:

А (0*Wmax; ¼*Nmax)

B (1/2*Wmax; 1*Nmax)

C (3/4*Wmax; ½*Nmax)

D (1*Wmax; ¾*Nmax)

А(0; 1500);

В(211,3; 1500);

С(316,95; 750);

D(422,6; 1125).

График 6. График зависимости количества отдыхающих от объёма водохранилища

 

 

 

3.2.Зависимость чистоты воды от объема водохранилища.

График зависимости чистоты воды от объема водохранилища строится по исходным точкам:

А (0*Wmax; 1*Pmax),

B (1/2*Wmax; 1/3*Pmax)

C (3/4*Wmax; 3/4*Pmax)

D (1*Wmax; 1/2*Pmax)

А(0; 0,7);

В(211,3; 0,21);

С(316,95; 0,525);

D(422,6; 0,35)

Строим график зависимости частоты от объема водохранилища по исходным точкам:

 

График 7. График зависимости частоты от объема водохранилища по исходным точкам

 

 

3.3.Зависимость дохода от объема водохранилища.

Максимальный доход находится по формуле:

Дki = Дkiор + Дkiэн – Зkстр – Зkущ, тыс. руб.,

Где Дki – доход при k-том варианте объема водохранилища и i-том варианте распределения этого объема между орошением и энергетикой;

      Дkiор – доход от реализации продукции, полученной с орошаемых земель, при k-том варианте объема водохранилища и i-том варианте распределения по орошению;

      Дkiэн – доход от реализации продуктов энергетики при k-том варианте объема водохранилища и i-том варианте распределения этого объема между энергетикой;

      Зkстр – затраты на строительство при k-том варианте объема водохранилища;

      Зkущ – затраты на компенсацию ущерба окружающей среде при k-том варианте объема водохранилища.

Распределение объемов водохранилища по вариантам  между орошением и энергетикой представлено в таблице № 3.

Таблица № 3

Распределение объемов водохранилища по вариантам  между орошением и энергетикой

№	ki i	W1 (84,52)	W2 (169,04)	W3 (253,56)	W4 (338,08)	W5 (422,6)
1	1*Wi (эн)	84,52	169,04	253,56	338,08	422,6
	0* Wi (ор)	0	0	0	0	0
2	¼* W(эн)	21,13	42,26	63,39	84,52	105,65
	¾* W(ор)	63,39	126,78	190,17	253,56	316,95
3	½* W(эн)	42,26	84,52	126,78	169,04	211,3
	½* W(ор)	42,26	84,52	126,78	169,04	211,3
4	¾* W(эн)	63,39	126,78	190,17	253,56	316,95
	¼* W(ор)	21,13	42,26	63,39	84,52	105,65
5	0*W(эн)	0	0	0	0	0
	1*W(ор)	84,52	169,04	253,56	338,08	422,6

 

 

 

3.3.1.Расчет дохода от реализации продукта с орошаемых земель.

Доход от реализации продукта с орошаемых земель рассчитывается по формуле:

Дkiор = dki ор * Fki ор, тыс. руб. Дmax, тыс. руб.

dki ор – удельный доход орошения при i-том варианте распределения объема водохранилища, руб./га;

Fki ор – площадь орошаемых земель при i-том варианте распределения объема водохранилища, тыс. га.

Fki ор = * η, тыс. га.,

Где Wор – объем воды на орошение;

       М – оросительная  норма; М = 4500 м3/га;

       η – КПД = 0,9.

Fki ор = η, тыс. га.,

Wор ʹ - количество воды для урожайности.

Wор = Wор ʹ + Wразб.;

Wразб. = Kвв * Kразб. * Wор ʹ;

Wор = 1,3 * Wор ʹ => Wор ʹ = ;

Wразб. – объем воды, необходимый для разбавления;

Kвв – коэффициент возвратных вод;

Kразб. – коэффициент разбавления.

Найдем максимально возможную площадь орошения:

Fmaxор = 0,065 тыс. га;

Wор. max – максимальный объем водохранилища (W max = 422,6)

Для определения удельного дохода от реализации продуктов необходимо построить график зависимости удельного дохода от площади орошения. График строится по трем точкам:

А(0; 0);

В(0,01625; 1);

С(0,065; 0,2)

 

 

График 8. Зависимость удельного дохода от площади орошения.

 

 

 

Расчёт максимального дохода от реализации продуктов с орошением земель при i-ом варианте распределения объема водохранилища сводим в таблицу № 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица № 4

Расчёт максимального дохода от реализации продуктов с орошением земель

 

№ варианта	Wводохр., млн. м3	№ варианта	W iор, млн. м3	Wор ʹ	Fi ор, тыс.га.	dki ор, руб./га	Дkiор, тыс.га	Дmaxор, тыс.руб.
1	84,52	1	0	0	0	0	0	7,56
		2	63,39	48,76	0,007	0,68	4,76
		3	42,26	32,51	0,005	0,52	2,6
		4	21,13	16,25	0,002	0,08	0,16
		5	84,52	65,02	0,009	0,84	7,56
2	169,04	1	0	0	0	0	0	18,81
		2	126,78	97,52	0,014	0,98	13,72
		3	84,52	65,02	0,009	0,84	7,56
		4	42,26	32,51	0,005	0,52	4,1
		5	169,04	130,03	0,019	0,99	18,81
3	253,56	1	0	0	0	0	0	24,92
		2	190,17	146,28	0,021	0,98	20,58
		3	126,78	97,52	0,014	0,98	13,72
		4	63,39	48,76	0,007	0,68	4,76
		5	253,56	195,05	0,028	0,89	24,92
4	338,08	1	0	0	0	0	0	27,36
		2	253,56	195,05	0,028	0,89	24,92
		3	169,04	130,03	0,019	0,99	18,81
		4	84,52	65,02	0,009	0,84	7,56
		5	338,08	260,06	0,038	0,72	27,36
5	422,6	1	0	0	0	0	0	27,36
		2	316,95	243,81	0,036	0,76	27,36
		3	211,3	162,54	0,024	0,92	22,08
		4	105,65	81,27	0,012	0,96	11,52
		5	422,6	325,08	0,047	0,53	24,91

 

Строим график зависимости максимального дохода от реализации продуктов орошения от объема водохранилища:

График 9. Зависимость максимального дохода от реализации продуктов орошения от объема водохранилища

3.3.2.Расчет дохода от реализации продуктов энергетики.

Доход от реализации продуктов энергетики находится по формуле:

Дkiэн = dэн * Ээн i, тыс. руб.

Где dэн – удельный доход электроэнергии при i-том варианте распределения объема водохранилища, который принимается равным 0,4 тыс. руб./МВт.

       Ээн i – годовая выработка электроэнергии на гидроэлектростанции, кВтч.

Ээн i = , кВтч;

W iэн - объем воды для  гидроэнергетики при i-том варианте объема распределения водохранилища;

Нk. – напор на гидроэлектростанции i-том распределении объема водохранилища;

367 – коэффициент, учитывающий ускорение  свободного падения.

Нk = ▼ВБ - ▼НБ = 500 – 460 = 40 м.

Расчёт напора сводим в таблицу № 5.

 

Таблица № 5.

Расчёт напора

W i варианта	W i водохранилища	Q, м3/с	▼ВБ	▼НБ	Н, м
1	84,52	15	140	130	10
2	169,04	11	260	100	160
3	253,56	16	380	140	240
4	338,08	21	440	180	260
5	422,6	27	500	230	270

 

Расчёт максимального дохода от энергетики при различных объемах водохранилища представлен в таблице № 6.

 

Таблица № 6

Расчёт максимального дохода от энергетики

№ варианта	Wводохр., млн. м3	№ варианта	W iэн, млн. м3	Н, м	Эi эн, кВтч.	Дiэн, тыс.руб.	Дmaxэн, тыс.руб.
1	84,52	1	84,52	10	2,31	0,924	0,924
		2	21,13		0,58	0,232
		3	42,26		1,15	0,46
		4	63,39		1,73	0,692
		5	0		0	0
2	169,04	1	169,04	160	73,70	29,42	29,48
		2	42,26		18,42	7,368
		3	84,52		36,85	14,74
		4	126,78		55,27	22,108
		5	0		0	0
3	253,56	1	253,56	240	165,82	66,328	66,328
		2	63,39		41,45	16,58
		3	126,78		82,91	33,164
		4	190,17		124,36	49,744
		5	0		0	0
4	338,08	1	338,08	260	239,51	95,804	95,804
		2	84,52		59,88	23,952
		3	169,04		119,76	47,904
		4	253,56		179,63	71,852
		5	0		0	0
5	422,6	1	422,6	270	310,90	124,36	124,36
		2	105,65		77,73	31,092
		3	211,3		155,45	62,18
		4	316,95		233,18	93,272
		5	0		0	0

 

 

Строим график зависимости максимального дохода от реализации энергетики от объема водохранилища.

 

График 10. Зависимость максимального дохода от реализации энергетики от объема водохранилища.

 

 

 

 

3.3.3.Затраты на строительство и компенсацию ущерба от строительства водохранилища.

Затраты на строительство водохранилища находятся по формуле:

Зстр. = зстр * Wводохр, тыс. руб.

зстр – удельные затраты на строительство, которые находятся по графику:

A(Wmax ; зстр=0,01),

B(4/5Wmax; зстр =0,012),

C(2/5 Wmax; зстр=0,02),

D(1/5 Wmax; зстр=0,04),

 

А (422,6; 0,01);

В (338,08; 0,012);

С (169,04; 0,02);

D(84,52; 0,04)

График 11. Затраты на строительство водохранилища

Затраты на компенсацию ущерба находятся по формуле:

Зущ = зущ * Wводохр, тыс. руб.

зущ – удельные затраты на компенсацию ущерба от строительства водохранилища, которые находятся по графику:

A(2/5Wmax ; зущ=0,001)

B(4/5Wmax; зущ =0,002)

C(Wmax; зущ=0,01)

 

А (169,04; 0,001);

В (338,08; 0,002);

С (422,6; 0,01)

График 12. Затраты на компенсацию ущерба

Суммарные затраты на строительство водохранилища определяются по формуле:

∑З = Зстр. + Зущ , тыс. руб.

Расчет сводится в таблицу № 7.

Таблица №7

Суммарные затраты на строительство водохранилища

№ варианта	Wводохр., млн. м3	зстр тыс. руб/млн. м3	зущ тыс. руб/млн. м3	Зстр. тыс. руб.	Зущ. тыс. руб.	∑З
1	84,52	0,04	0,0008	3,38	0,07	3,45
2	169,04	0,02	0,001	3,38	0,17	3,55
3	253,56	0,015	0,0011	3,81	0,28	4,08
4	338,08	0,012	0,002	4,06	1,68	4,73
5	422,6	0,01	0,01	4,23	4,23	8,45

 

 

 

3.3.4.Зависимость дохода от объема водохранилища.

 

Расчёт зависимости дохода от объёма водохранилища  сводится в таблицу № 8.

 

 

Таблица № 8

 

 

Расчёт зависимости дохода от водохранилища

№ варианта	Wводохр., млн. м3	№ варианта	Д iор, млн. м3	Дi эн	Зстр, руб/млн. м3	Зущ, руб/млн. м3	Дki, тыс.га	Дkimax, тыс.руб.
1	84,52	1	0	0,924	3,38	0,07	0	4,11
		2	4,16	0,232			0,942
		3	2,6	0,46			0
		4	0,16	0,692			0
		5	7,56	0			4,11
2	169,04	1	0	29,48	3,38	0,17	25,93	25,93
		2	13,72	7,368			17,538
		3	7,56	14,74			18,75
		4	4,1	22,108			22,658
		5	18,81	0			15,26
3	253,56	1	0	66,328	3,80	0,28	62,248	62,248
		2	20,58	16,58			33,08
		3	13,72	33,164			42,804
		4	4,76	49,744			50,424
		5	24,92	0			20,84
4	338,08	1	0	95,804	4,06	0,68	91,064	91,064
		2	24,92	23,952			44,132
		3	18,81	47,904			61,974
		4	7,56	71,852			74,672
		5	27,36	0			22,62
5	422,6	1	0	124,36	4,23	4,23	115,9	115,9
		2	27,36	31,092			49,992
		3	22,08	62,18			75,8
		4	11,52	93,272			96,332
		5	24,91	0			16,45

 

 

График зависимости дохода от объема водохранилища:

 

График 13. Зависимость дохода от объема водохранилища.

 

 

4. Выбор объема водохранилища на основе многокритериального анализа.
1. Зависимость критериев от объема водохранилища.

Объем водохранилища раскидываем на 21 вариант, так чтобы

W1 = 0, млн. м3

W21 = W max

n = = = 21,13

Все расчёты сводим в таблицу № 9.

 

 

Таблица № 9

Зависимость критериев от объема водохранилища

№ варианта	Wводохр., млн. м3	Р, ед.	N, чел.	Д, тыс. руб.
1	0	0,7	375	0
2	21,13	0,64	481	0
3	42,26	0,58	620	0
4	63,39	0,54	723	0
5	84,52	0,48	880	4,1
6	105,65	0,42	1000	8
7	126,78	0,36	1120	12,5
8	147,91	0,32	1240	19,9
9	169,04	0,26	1360	25,93
10	190,17	0,22	1440	28,2
11	211,3	0,21	1500	43
12	232,43	0,22	1481	52,1
13	253,56	0,26	1321	62,2
14	274,69	0,44	1121	68,2
15	295,82	0,46	880	76,2
16	316,95	0,52	750	84
17	338,08	0,51	758	91,1
18	359,21	0,5	800	96,1
19	380,34	0,42	920	104
20	401,47	0,4	1040	108,1
21	422,6	0,35	1125	115,9