Усов Анатолий Борисович. Модели иерархического управления качеством водных ресурсов

Краткое описание

Усов Анатолий Борисович. Модели иерархического управления качеством водных ресурсов : диссертация ... доктора физико-математических наук : 03.00.16 / Усов Анатолий Борисович; [Место защиты: ГОУВПО "Кубанский государственный университет"].- Краснодар, 2005.- 256 с.: ил.

ГОУ ВПО "Ростовский государственный университет"
На правах рукописи
0520.0 503769 "
УСОВ АНАТОЛИИ БОРИСОВИЧ
^<>■4
МОДЕЛИ ИЕРАРХИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
03.0. 16 - экология
Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Научный консультант доктор физико-математических наук, профессор Г. А. Угольницкий
Краснодар - 2005

2
Оглавление
Введение 5
Глава 1. Двухуровневые системы управления качеством речной воды 13
1.1. Модель контроля качества речной воды 14
1.2. Подходы к управлению 22
1.2.1. Бескорыстный центр 23
1.2.2. Безразличный центр 23
1.2.3. Подход устойчивого развития 24
1.2.4. Синергетический подход 30
1.2.5. Нормативный подход 32
1.2.5.1. Алгоритм построения равновесия 33
1.2.5.2. Примеры 40
1.3. Методы управления иерархическими системами 49
1.3.1. Принуждение 52
1.3.2. Побуждение 62
1.3.3. Принуждение-побуждение 66
1.3.4. Побуждение-принуждение 69
1.3.5. Убеждение 71
1.3.6. Манипулирование информацией 72
1.3.7. Контригра предприятий 75
Выводы к главе 1 80
Глава 2. Трехуровневые системы управления качеством речной воды .... 85
2.1. Постановка задачи 87
2.2. Методы иерархического управления 88
2.2.1. Принуждение 89
2.2.2. Побуждение 97
2.2.3. Убеждение 101
Выводы к главе 2 102

Г лава 3. Коррупция в иерархических системах управления 104
3.1. Математическая модель коррупции 107
3.2. Метод побуждения в условиях коррупции 111
Выводы к главе 3 119
Глава 4. Определение скорости движения вязкой сжимаемой жидкости . .121
4.1. Постановка задачи о движении вязкой жидкости 121
4.2. Асимптотика решения задачи о движении тела, полностью погруженного в жидкость 125
4.2.1. Построение функций первого итерационного процесса . . 125
4.2.2. Построение функций пограничного слоя 127
4.2.3. Пограничный слой на теле с растяжением времени
прямо пропорционально квадрату числа Рейнольдса .... 131
4.2.4. Пограничный слой на теле с растяжением времени
прямо пропорционально числу Рейнольдса 132
4.2.5. Пограничный слой на теле без растяжения времени .... 133
4.2.6. Доказательство эквивалентности различных представлений асимптотики 135
4.3. Пограничный слой на свободной поверхности вязкой жидкости 137
4.3.1. Выбор параметров растяжения пограничного слоя 138
4.3.2. Растяжение временной координаты прямо пропорционально квадрату числа Рейнольдса 139
4.3.3. Пример пограничного слоя на свободной поверхности жидкости 141
4.4. Пограничный слой в жидкости при разрывных начальных данных 143
4.4.1. Построение функций первого итерационного процесса 146
4.4.2. Построение функций пограничного слоя 147
4.5. Асимптотика решения задачи о движении тела с угловыми
точками, полностью погруженного в жидкость 155
4.5.1. Постановка задачи 155

4
4.5.2. Построение функций первого итерационного процесса . 159
4.5.3. Построение функций пограничного слоя 161
Выводы к главе 4 173
Глава 5. Численное исследование уравнений движения вязкой сжимаемой.
жидкости 174
5.1. Полунеявная схема метода конечных разностей 174
5.1.1. Случай пространственной неоднородности по двум направлениям 174
5.1.2. Случай пространственной неоднородности по одному направлению 196
5.2. Модельные примеры 200
5.2.1. Движение поршня бесконечной длины в вязкой жидкости 200
5.2.2. Движение безграничной жидкости со свободной поверхностью 204
5.3. Анализ полученных результатов 207
Выводы к главе 5 209
Глава 6. Методы исследования иерархических моделей управления
качеством воды 210
6.1. Численное исследование уравнений динамики изменения концентраций загрязняющих веществ 211
6.1.1. Случай пространственной неоднородности по двум направлениям 211
6.1.2. Случай пространственной неоднородности по одному направлению 222
6.2. Имитационное моделирование иерархических задач контроля качества речной вод 225
Выводы к главе 6 233
Заключение 234
Литература 237

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненные исследования направлены на разработку моделей контроля качества речной воды. Основные результаты исследований и вытекающие из них выводы таковы:
1. построены концептуальная и математическая модели контроля качества речной воды;
2. разработаны различные подходы и методы управления иерархическими системами контроля качества водных ресурсов (подходы устойчивого развития, синергетический и нормативный, методы побуждения, принуждения, убеждения, принуждения- побуждения и побуждения-принуждения);
3. проведен сравнительный анализ предложенных подходов и методов в двух- и трехуровневых системах управления качеством водных ресурсов, выявлены основные закономерности управления иерархическими водохозяйственными системами.
Оптимальные стратегии центра и предприятий при разных подходах и методах различны, различны и достигаемые в ходе их применения результаты. Выполнение стандартов качества речной и сточных вод может быть гарантировано только при нормативном подходе при наличии соответствующих нормативных актов или путем применения метода принуждения с жестким контролем за процессом очистки сточных вод на предприятиях. Экономически нормативный подход к управлению и метод принуждения часто оказываются невыгодными для общества. Подход устойчивого развития является более гибким, предприятиям предоставляется больше экономической свободы - воздействие на них осуществляется только экономическими мерами. Экономически наиболее выгодными для руководящего органа управления являются методы принуждения-побуждения и побуждения-

235
принуждения и синергетический подход. В случае реализации подхода устойчивого развития прибыль, получаемая центром, будет минимальной, а прибыль предприятий - максимальной по сравнению с таковой в случаях реализации других подходов. Совместная прибыль центра и предприятий, т.е. экономическая польза для общества, будет максимальна при подходе устойчивого развития и минимальна при синергетическом подходе. Наиболее интересен метод убеждения. Он эффективен при охране окружающей среды и наиболее экономически выгоден для обеих (!) сторон, но предполагает высокую культуру, экологичность мышления у предприятий.
Специфика трехуровневых систем управления заключается в том, что промежуточный орган управления (ОУ) часто оказывается лишним, ненужным, экономически необоснованным, что проявляется в оптимальных стратегиях ФЦ. Процесс управления становится медлительным, громоздким, система управления плохо реагирует на происходящие изменения. Примеры показывают, что выбор конкретного метода или подхода к управлению зависит от объективных условий: имеющихся у центра возможностей
воздействия на предприятия, преследуемых им целей, и
субъективных условий: уровня культуры, экологичности мышления, этических норм общества;
4. проведен анализ явления коррупции при побуждении в
трехуровневых системах управления качеством водных ресурсов, исследованы основные закономерности возникновения и развития коррупции;
5. предложена модификация метода пограничного слоя, с
использованием которой впервые в общем случае построены асимптотики решения задач о движении вязкой жидкости со

236
свободной поверхностью, при наличии волн уплотнения и плавающих в жидкости тел с произвольной границей;
6. реализован комплекс численных программ расчета динамики изменения концентраций загрязняющих веществ в водотоке, учитывающих пространственную неоднородность, нелинейность протекающих процессов, сжимаемость и вязкость жидкости; при его помощи на основе методологии имитационного моделирования проведено исследование предложенных моделей качества водных ресурсов.