Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська академія аграрних наук

ІНСТИТУТ ГІДРОТЕХНІКИ І МЕЛІОРАЦІЇ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

06.01.02 - Сільськогосподарські меліорації

(технічні науки)

Наукове обґрунтування системи прийняття рішень в платному водокористуванні при зрошенні

Матяш Тетяна Віталіївна

Київ - 2009

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. За останні роки відбулися суттєві зміни в системі водокористування при зрошенні, де на законодавчій основі передбачено надання платних послуг водогосподарськими організаціями. Для цього потрібна розробка та вдосконалення системи прийняття технолого-економічних рішень в платному водокористуванні, зокрема науково обґрунтоване встановлення ціни на послуги з подачі води, оптимізацію зрошувальних норм за системою еколого-економічних критеріїв, аналізу і контролю стану платного водокористування при зрошенні, для забезпечення стабільного функціонування суб'єктів господарювання.

Загальнодержавна програма розвитку водного господарства вказує на „пріоритетність економічних важелів регулювання водних відносин, оптимальне їхнє поєднання з організаційними та правовими заходами” та „удосконалення економічного механізму регулювання водних відносин”. Водночас здійснення водогосподарської діяльності необхідно проводити із „запровадженням водозберігаючих та енергозберігаючих технологій у галузях економіки” та „розробкою і впровадженням більш раціональних нормативів водокористування”.

Закон України „Про меліорацію земель” передбачає „забезпечення раціонального використання меліорованих земель”, розв'язання проблем еколого-економічної регламентації „створення умов для високоефективного та екологічно-безпечного використання меліорованих земель”. Прийнята постанова Кабінету Міністрів України про затвердження переліку платних послуг (№ 1379 від 29 липня 1999 р.) націлює на розробку рекомендацій стосовно заходів, спрямованих на зменшення шкідливого впливу на водні ресурси та погодження лімітів на водокористування, а згідно з Водним Кодексом України спеціальне водокористування є платним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано згідно з тематичним планом Інституту гідротехніки і меліорації УААН по завданнях: 01.03. “Розробка методології прийняття економічних рішень при взаємодії водогосподарських організацій і водоспоживачів”, номер держреєстрації 0103U008660 (2003-2005 рр.); 03.03.01-032 „Дослідити особливості функціонування типових меліорованих територій у зоні зрошення, розробити і впровадити на пілотних об'єктах технології інтегрованого управління водними, земельними та енергетичними ресурсами”, номер держреєстрації 0106U006573; 03.02.02 - 049 „Дослідити процеси трансформації меліорованих територій, розробити наукові засади організації та ведення моніторингу довкілля та модернізації систем захисту сільгоспугідь і сільських населених пунктів від руйнівної дії вод”, номер держреєстрації 0106U005759; госпдоговірної тематики Інституту гідротехніки і меліорації Т-625 „Методика формування ціни на подачу води на зрошення, водовідведення та комунальні потреби”, номер держреєстрації 0105U007824.

Мета досліджень полягає у розробці наукових методів системи прийняття рішень при платному водокористуванні у зрошуваному землеробстві.

Основні завдання досліджень:

- виконати аналіз сучасного стану платного водокористування при зрошенні, вибрати найбільш ефективні в сучасних умовах економічні моделі формування ціни на послуги з подачі води, методичні підходи до оптимізації річного планування ресурсів та аналізу динаміки платного водокористування;

- розробити методичні підходи та модель розрахунку ціни на послуги з подачі води, які надаються водогосподарськими організаціями, управліннями магістральних каналів на полив зрошуваних земель або зволоження осушених земель, для поливу городів, садів;

- розробити метод оптимізації розрахункової водозабезпеченості зрошувальних норм за системою економічних критеріїв для визначення ціни за послуги з подачі води в умовах нестійкого зволоження;

- розробити методи визначення зрошувальних норм для річного планування водокористування в бездефіцитних умовах та в умовах дефіциту ресурсів (води, добрив, обмеженого фінансування) з використанням сучасних економічних методів системної оптимізації, методів множників Лагранжа та багатокритеріальної оптимізації;

- розробити модельний комплекс для оцінок, аналізу та контролю ефективного водо- і землекористування на меліорованих територіях у задачах прийняття рішень.

Об'єктом досліджень є механізм відносин водопостачальників та водоспоживачів в платному водокористуванні в умовах ведення зрошуваного землеробства.

Предметом досліджень є оцінка, аналіз та прийняття рішень із застосуванням економічних методів та моделей ресурсної оптимізації при платному водокористуванні в зрошуваному землеробстві.

Методи досліджень. Для прийняття рішень при визначенні планових показників водокористування та оптимізації зрошувальних норм в умовах платного водокористування застосовано методи системного аналізу, однокритеріальної оптимізації (метод множників Лагранжа) та багатокритеріальної оптимізації за Парето. Залежності „урожайність - вологозабезпеченість”, які входять до економічних критеріїв ідентифіковано методом квадратичної сплайн-апроксимації. Для аналізу і контролю стану платного водокористування використовують графічні методи побудови діаграм.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в обґрунтуванні методів та моделей в вирішенні технолого-економічних задач визначення ціни на послуги з подачі води та річного планування ресурсів при зрошенні, а саме:

- розроблено та адаптовано до сучасних умов ведення платного водокористування метод визначення ціни на послуги з подачі води на зрошення та зволоження земель;

- вдосконалено модель оптимізації розрахункової водозабезпеченості зрошувальних норм за системою економічних критеріїв для визначення ціни за послуги з подачі води в умовах нестійкого зволоження;

- для річного планування в бездефіцитних умовах та в умовах дефіциту водних ресурсів запропоновано методи однокритеріальної та багатокритеріальної оптимізації зрошувальних норм за економічними та ресурсними критеріями відносної урожайності, чистого прибутку від зрошення, валової продукції;

- вперше запропоновано метод багатокритеріальної ресурсної оптимізації при програмуванні урожаю в моделі „вода-добрива” при платному водокористуванні, що дає змогу кожному рівню добрив ставити у відповідність забезпечення водними ресурсами і навпаки.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розроблено методологію, алгоритми та модельний комплекс в задачах водокористування, які дозволяють:

- розраховувати науково обґрунтовану ціну на послуги з подачі води на основі аналізу витрат водогосподарських організацій та об'ємів водоподачі;

- визначати величину зрошувальних норм для річного планування водокористування в бездефіцитних умовах, проводити річне планування водокористування в умовах дефіциту ресурсів (води, добрив, обмеженого фінансування), будувати залежності для визначення відповідності рівня води і добрив з використанням сучасних економічних методів системної оптимізації;

- проводити аналіз стану платного водокористування для визначення зрошувальних норм відповідно до еколого-меліоративного стану територій, розроблений модельний комплекс для оцінок, аналізу та контролю ефективного водо- і землекористування на меліорованих територіях в задачах водогосподарського моніторингу.

Результати досліджень увійшли складовою частиною в “Методику формування ціни на подачу води на зрошення, промислові та комунальні потреби” (затверджена Вченою радою ІГіМ УААН та наказом Держводгоспу України № 233 від 29.11.2006 р.) і впроваджуються в даний час в системі Держводгоспу України, в „Методику розрахунку зрошувальних норм при платному водокористуванні”, “Методику визначення розрахункової водозабезпеченості за системою економічних критеріїв”, затверджені Вченою радою ІГіМ УААН.

Результати дисертаційної роботи впроваджені у навчальний процес і використовуються при викладанні нормативних курсів “Моделювання складних систем”, „Моделювання ризиків в складних системах”, “Моделювання економічних, екологічних та соціальних процесів” на кафедрі прикладної математики Національного університету водного господарства та природокористування (м. Рівне).

Особистий внесок дисертанта полягає в:

- розробці та адаптації до сучасних методу визначення ціни на послуги з подачі води на зрошення та зволоження земель;

- науковому обґрунтуванні методу однокритеріальної оптимізації в бездефіцитних умовах і в умовах дефіциту ресурсів;

- науковому обґрунтуванні методу багатокритеріальної оптимізації ресурсів води та добрив;

- розробці модельного комплексу, алгоритмів, програмного забезпечення, проведенні комп'ютерних розрахунків та аналізі внутрішньогосподарського водокористування при вирощуванні сільськогосподарських культур при зрошенні за економічними та ресурсними критеріями.

Аналіз літературних джерел, розробка та наукове обґрунтування основних положень дисертації, висновки розроблені і сформульовані особисто автором.

Результати дисертаційної роботи пройшли апробацію на науково-практичній конференції „Наукові засади сталого розвитку водного господарства та меліорації земель в Україні”, 26-27 квітня 2005 року, ІГіМ (м. Київ); на міжнародній науково-практичній конференції „Нормирование водопользования в орошаемом земледелии” 15-17 вересня 2005 року (м. Херсон); на науково-практичній конференції „Наукові засади сталого розвитку водного господарства і меліорації земель в сучасних умовах”, 21-22 грудня 2005 року (м. Київ); на міжнародній науково-методичній конференції „Географічні інформаційні системи в аграрних університетах” (GISAU) 14-15 вересня 2006 р. (м.Херсон); на 2-гій міжнародній науково-методичній конференції „Географічні інформаційні системи в аграрних університетах” (GISAU) 21-22 травня 2007 року (м. Херсон); на міжнародній конференції International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2007)”, 21--25 травня 2007 року (м. Чернівці); на міжнародній науковій конференції „Стан, проблеми та перспективи адаптивного землеробства в геоінформаційному просторі”, 14-16 червня 2007 року (м. Херсон); на міжнародній конференції International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2007)”, 17-22 вересня 2007 року (м. Новий Світ); на науково-практичній конференції молодих учених „Роль меліорації в забезпеченні сталого розвитку землеробства”, 4-5 грудня 2007 р. ІГіМ (м.Київ); на міжнародній конференції International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2008)”, 12-17 травня 2008 року (м. Рівне); на щорічній викладацько-студентській конференції кафедри прикладної математики ФПМ і КІС, 25 травня 2006 р., Національного Університету водного господарства та природокористування НУВГП (м. Рівне).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 16 робіт, у тому числі в брошурі - 1, у фахових збірниках - 10, у тезах і матеріалах наукових конференцій - 5.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Роботу написано на 234 сторінках загального тексту, в тому числі містить 156 сторінок основного тексту, 8 таблиць, 37 рисунків, додатки на 63 сторінках та список використаних літературних джерел вітчизняних і зарубіжних авторів зі 134 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито суть наукової проблеми, обґрунтовано необхідність і актуальність виконання дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання досліджень, показано зв'язок роботи з науковими програмами і темами, зазначено новизну одержаних результатів, їхнє практичне значення, наведено обсяг публікацій та відображено особистий внесок автора.

У першому розділі „Аналіз систем прийняття рішень при платному водокористуванні в зрошуваному землеробстві” на основі літературних джерел за темою дисертаційної роботи проаналізовано функціонування в Україні зрошуваного землеробства, визначено основні технолого-економічні проблеми його розвитку та шляхи їх розв'язання.

Як відомо, різними аспектами водокористування займалися: П.І. Коваленко, Ю.О. Михайлов, В.М. Попов, О.І. Жовтоног, П.І. Ковальчук та інші вчені. Внутрішньогосподарським і системним планам водокористування присвячено дослідження О.М. Костякова, С.А. Алпатьєва, Н.О. Орлової, Н.Ф. Натальчука та ін. В більш вузькому аспекті водокористуванням, тобто визначенням ефективних зрошувальних норм і режимів зрошення займались В.П. Остапчик, В.П. Писаренко, Л.А. Філіпенко, О.І. Жовтоног, М.І. Ромащенко, П.І. Ковальчук, А.В. Штаковський та ін.

У сучасних умовах при введенні плати за воду актуальними є екологічні та технолого-економічні підходи до водокористування, зокрема покращення водокористування в умовах плати за воду. Розробкою існуючих на той час методик ведення плати за послуги з подачі води та розробкою тарифів займались Ю.І. Івашкевич, В.Н. Краснощоков, В.І. Благодатний, П.І. Ковальчук. Але методологічну базу для розрахунку вартості послуг з подачі води, що відповідали б сучасним умовам, не було створено. Аналіз сучасного стану водокористування при зрошенні показує, що для забезпечення сталого розвитку одними з основних аспектів є підвищення еколого-економічної ефективності водокористування в контексті сталого розвитку; вдосконалення та розробка нових технологій нормованого водокористування та програмування урожайності; створення нового механізму платного водокористування та прийняття рішень.

Таким чином, на основі аналізу літературних джерел та проведення зрошення в сучасних умовах доведено необхідність наукового обґрунтування системи прийняття технолого-економічних рішень в платному водокористуванні. Визначено її основні завдання: оптимізація прийняття рішень при обґрунтуванні тарифів плати за воду, багатокритеріальна оптимізація зрошувальних норм при річному плануванні ресурсів, контроль і прогнозування стану платного водокористування. Обґрунтовано мету та завдання досліджень.

У другому розділі „Методологія прийняття рішень в задачах платного водокористування” розроблено та адаптовано до сучасних умов методологію визначення ціни на послуги з подачі води на зрошення та зволоження земель, яка дає змогу встановити науково обґрунтовані тарифи при взаємодії водопостачальників і водокористувачів на основі визначення сумарних витрат та необхідної (планової) водоподачі. Вирішення задач прийняття рішень в платному водокористуванні може бути реалізоване на основі інформаційно-аналітичної системи, що включає в себе методи прийняття рішень для визначення оптимальних зрошувальних норм на основі однокритеріальної та багатокритеріальної оптимізації, практичні рекомендації для реалізації платного водокористування (рис1.):



Рис.1. Основні задачі системи прийняття рішень при зрошенні

Складовою частиною критеріїв оцінки оптимальних значень зрошувальних норм запропоновано використовувати залежності “урожайність - вологозабезпеченість” на основі сплайн - апроксимації, що дають можливість формалізувати поставлені задачі, розробити базу знань та проводити стохастичне моделювання економічних функцій для визначення оптимальних варіантів водокористування:

, (1)

де Y - фактичний урожай, ц/га; Y^max - максимальна урожайність, ц/га; K - коефіцієнт вологозабезпеченості (); u,щ - відповідні зрошувальні норми: фактично подана та необхідна максимальна, м³/га; о,p - опади за період вегетації, a₀, а₁, а₂, b₀, b₁, b₂ - коефіцієнти, що визначають для кожної культури окремо.

Під час проектування та експлуатації водогосподарських комплексів і зрошувальних систем виникає задача наукового, комплексного визначення найважливішого параметра - економічно обґрунтованої зрошувальної норми або її розрахункової водозабезпеченості.

Автором удосконалено метод оптимізації варіантів зрошувальних норм за системою критеріїв при вирощуванні різних сільськогосподарських культур. Для цього визначено основні умови проведення оптимізації (бездефіцитні та дефіцитні) та розглянуто методологічні підходи до господарювання в цих умовах з позицій однокритеріальної та багатокритеріальної оптимізації.

Ставиться задача розподілу водних ресурсів , недостатніх для біологічно оптимального зрошення площ , по кожній культурі, з метою отримання максимального ефекту за критерієм максимальної валової продукції. Для оптимізації зрошувальних норм в умовах дефіциту ресурсів запропоновано використовувати метод множників Лагранжа.

, (2)

де - закупівельна ціна по кожній культурі; - функція урожайності; -максимальний валовий збір по даній культурі при біологічно оптимальній водозабезпеченості; - об'єм води, що планується подати; - множники Лагранжа

Для багатокритеріальної оптимізації величини зрошувальних норм розроблена система прийняття рішень за допомогою виділення області Парето за обраними критеріями оптимізації (валової продукції, чистого прибутку, ресурсного критерію).

Алгоритм прийняття рішень за трьома критеріями (3) включає економічні критерії - чистий прибуток від зрошення (Ф₁), ресурсний критерій (Ф₂) та валову продукцію (Ф₃) для конкретних років прогнозованої водозабезпеченості:

 (3)

де - критерій сумарного чистого прибутку від зрошення, - критерій обмежених водних ресурсів, - критерій валової продукції.

Нами пропонується для вирішення багатокритеріальної задачі метод попарного узгодження між критеріями - метод попарної згортки, де для кожної пари критеріїв будується лінія узгодженого оптимуму - лінія Парето, а в результаті побудови попарних ліній - область Парето для вибору оптимальних рішень за системою критеріїв.

В сучасних умовах розвитку зрошуваного землеробства особливо важливе значення набуває процес управління водними, земельними та матеріальними ресурсами на внутрішньогосподарській мережі (на водовиділі, в окремому господарстві тощо), що забезпечує оптимальне використання наявних ресурсів. Процес управління передбачає оптимальний розподіл наявних водних і матеріальних ресурсів (добрив) для забезпечення максимально можливого прибутку від продукції рослинництва.

Для оптимізації чистого прибутку використовують відповідним чином формалізовані моделі, які побудовані з використанням комплексних моделей урожайності. Вирішення цієї задачі можливе лише за умови визначення кількісного впливу основних факторів росту на продуктивність культури, встановлення ступеня забезпеченості цими факторами в тих чи інших природно - кліматичних умовах та можливістю їх регулювання, що і є основою програмування врожаїв.

Для процесу формування врожаю з адекватним урахуванням основних законів землеробства запропоновано загальну модель залежності „урожайність - комплекс факторів”, яка представлена складною комплексною моделлю у вигляді добутку потенційно можливого її значення та функцій впливу на неї визначальних факторів:

 (4)

де y - кінцева програмована врожайність сільськогосподарської культури, ц/га;

y^max - кліматично забезпечена потенційно можлива максимальна врожайність сільськогосподарської культури, ц/га;

f_i (K_i) - функція зниження урожайності від нестачі K_i-го фактора;

Необхідно зазначити, що при дефіциті водних ресурсів та добрив неможливо задовольнити всі культури, що вирощуються на заданій площі максимальними (біологічно оптимальними) нормами та максимальними дозами добрив, тобто при обмежених водних ресурсах зрошувальні норми можуть бути меншими за економічно доцільні. Водночас відповідним чином повинні бути зменшені і величини доз добрив. Таке оптимальне співвідношення добрив і води може бути знайдене на основі оптимізації двокритеріальної задачі.

Для комплексного управління ресурсами на внутрішньогосподарській зрошувальній мережі запропоновано модель двокритеріальної оптимізації, що включає критерії чистого прибутку та ресурсний критерій. Модель дає змогу, враховуючи обмежені водні ресурси та добрива, оптимізувати чистий прибуток від зрошення в умовах обмежених ресурсів, а також здійснювати найбільш ефективне використання ресурсів, тобто для кожного рівня добрив знаходиться відповідна величина водних ресурсів і навпаки.

В загальному випадку ефективність сільськогосподарського виробництва на зрошуваних землях описується функцією чистого прибутку від продукції рослинництва:

(5)

де S_i - площа окремого поля, га; C_i - закупівельна ціна вирощуваної продукції, грн/ц; f(U_i, K_2i) - функція програмованого врожаю залежно від водного фактора U та добрив К₂; Ui - зрошувальна норма, м³/га; K_2i - дози добрив; y^П - проектна врожайність, ц/га; B_i - постійні витрати на вирощування певної сільськогосподарської культури на одиницю площі, грн/га; p_1i - вартість поданої води, грн/м³; p_2i - вартість однієї дози добрив, грн/доза; - постійні витрати, грн/га; - змінні витрати, грн/га.

В умовах обмежених ресурсів критерій виражає різницю між максимально потрібними і поточними ресурсами

, (6)

при обмеженнях:

(7)

де - змінні витрати; - максимально потрібні матеріальні ресурси; - матеріальні ресурси витрачені на зрошення вирощуваної культури;- матеріальні ресурси, витрачені на добрива для вирощування культури.

Застосування сучасних геоінформаційних технологій при платному водокористуванні дає змогу підвищити якість і ефективність рішень певних управлінських, технічних і технологічних задач при суттєвому зниженні сукупних витрат на вибір раціональних варіантів водокористування з урахуванням екологічного і економічного стану зрошуваних земель. Обов'язковою умовою ефективного прийняття рішень з використанням ГІС-технологій є наявність достовірної інформації щодо стану об'єктів управління, яку отримують в реальному часі, відповідним чином формалізують і обробляють. ГІС - технології у складі системи підтримки прийняття управлінських рішень повинні забезпечувати вирішення таких задач, як представлення інформаційного поля у вигляді електронних карт територій і об'єктів з необхідними базами даних для проведення оперативного ситуаційного аналізу; збір, обробку і необхідну формалізацію інформації про стан меліоративних систем, об'єктів, поливної техніки і технологічного обладнання, ефективність використання меліорованих земель тощо. Дано обґрунтування методичних принципів побудови моніторингу в задачах динаміки платного водокористування, що передбачає застосування сучасних геоінформаційних технологій та діаграм контролю стану, аналізу динаміки платного водокористування. Це дозволяє підвищити якість і ефективність рішень ряду управлінських, технічних і технологічних задач при суттєвому зниженні сукупних витрат на вибір раціональних варіантів водокористування з урахуванням екологічного і економічного стану зрошуваних земель. Застосування ГІС-технологій на етапі прийняття рішень можливе для вирішення задач контролю і аналізу регіонального меліоративного комплексу та визначення пріоритетних напрямків його розвитку.

У третьому розділі „Реалізація задач платного водокористування на основі системи прийняття технолого-економічних рішень” розглядається узагальнений алгоритм реалізації надання послуг при подачі води на зрошення та методичні положення для визначення типових витрат на послуги з подачі води суб'єктам господарювання. За цим алгоритмом середня вартість подачі 1 м³ води за постійними витратами на об'єкті транспортування води по каналу визначається як відношення сумарних по статтях калькуляції витрат до сумарної водоподачі водоспоживачам:

 (8)

В_пост = Вⁿ_i, грн, (9)

де В_пост - сумарні по статтях калькуляції постійні витрати на даному об'єкті, грн; В^п_і - і-та стаття калькуляції сумарних витрат при подачі води на даному об'єкті, грн; Q_план. - сумарна, намічена згідно з планами водокористування, водоподача для всіх водокористувачів на даному об'єкті, м³

При визначенні статей калькуляції витрат використовують розрахунково-нормативні показники, існуючі договірні ціни на матеріали, ціни на електроенергію тощо. На основі витрат за статтями калькуляції формують планові бюджетні витрати на поточний рік та необхідні показники виробничої програми базового року.

Сумарна водоподача споживачам на зрошення визначається на основі порівняння планів водокористування на рік розрахункової водозабезпеченості, фактичних середніх даних та договірних обсягів:

Q _план = Q _{1 план} + Q _{2 план} + …+Q _{n план}, (10)

де Q _{1 план,}…,Q _{n план} - планові показники об'єму водоподачі за договорами з водокористувачами.

Наведено опис і обґрунтування оптимізаційних моделей річного планування водних ресурсів при зрошенні. Задачі, що вирішуються при річному плануванні зрошувальних норм, можна поділити на два класи (рис. 2):

1 - планування ресурсів проводиться в бездефіцитних умовах, тобто для вирощування сільськогосподарських культур забезпечується наявність необхідних водних ресурсів і добрив в повному обсязі. Існує можливість забезпечувати всі культури біологічно-оптимальною величиною водних ресурсів.

2 - річне планування водних ресурсів проводиться в умовах їхнього дефіциту. В цьому разі відповідно до обраних критеріїв та рівня дефіциту ресурсів проводиться їхнє планування з використанням методів однокритеріальної та багатокритеріальної оптимізації.

Використання для річного планування в умовах дефіциту ресурсів моделі однокритеріальної оптимізації на основі методу Лагранжа показало, що при зменшенні запланованих обсягів водопостачання відбувається відповідне зменшення величини зрошувальних норм для вирощуваних культур.

Рис. 2. Задачі та моделі оптимізації річного планування зрошувальних норм

Зниження відбувається не пропорційно між всіма культурами, а забезпечуючи вологою більш продуктивні культури. Так, наприклад, показано, що при значному зменшенні запланованих обсягів водоподачі (50% біологічно оптимального) величина зрошувальної норми для кукурудзи зменшується до 0. В свою чергу сільськогосподарський виробник прийматиме відповідне рішення щодо доцільності зрошення даної культури

Таблиця 1. Значення раціональних розрахованих за методом Лагранжа зрошувальних норм для вирощуваних сільськогосподарських культур при різних запланованих об'ємах водопостачання (в процентах від біологічно оптимального)

Вирощувані культури	Соя	Кукурудза	Томати	Пшениця
Площа, га	40	40	40	40
Опади, м3/га	1500	1500	1500	1500
Біологічно оптимальні зрошувальні норми	3500	3600	4200	2000
Закупівельні ціни, грн/ц	120	60	90	95
Проектна урожайність, ц/га	22	75	120	55
Загальний об'єм водоподачі при біологічно оптимальних зрошувальних нормах, м3	532 000
Запланований об'єм водоподачі, м3 (варіант 1, 90% біологічно оптимального)	478 800
Зрошувальні норми (за варіантом 1), м3/га	3308	2874	3975	1813
Запланований об'єм водоподачі, м3 (варіант 2, 80% біолог.опт.)	413 200
Зрошувальні норми (за варіантом 2), м3/га	3142	2245	3763	1650
Запланований об'єм водоподачі, м3 (варіант 3, 70% біолог.опт.)	372 410
Зрошувальні норми (за варіантом 3), м3/га	2930	1444	3492	1444
Запланований об'єм водоподачі, м3 (варіант 4, 60% біолог.опт.)	319 200
Зрошувальні норми (за варіантом 4), м3/га	2741	730	3250	1260
Запланований об'єм водоподачі, м3 (варіант 5, 50% біолог.опт.)	266 000
Зрошувальні норми (за варіантом 5), м3/га	2551	0	3010	1075

При річному плануванні водоспоживач повинен розглянути різні варіанти розподілу наявних водних ресурсів між культурами всередині господарства. Дана задача має практичний сенс тоді, коли на більш продуктивні культури необхідно подати більшу кількість води, на менш продуктивні - дещо зменшити водні ресурси. В цих умовах пропонується розв'язувати задачу перерозподілу наявних водних ресурсів методом багатокритеріальної оптимізації за Парето, враховуючи оціночні критерії (чистого доходу, обмежених водних ресурсів, валової продукції) як рівноправні.

Для комплексного використання ресурсів води і добрив при програмуванні врожаю запропоновано модель багатокритеріальної оптимізації, яка враховує узгоджений за Парето оптимум критеріїв чистого прибутку, ресурсний критерій. Модель дає змогу, за наявних водних ресурсів та рівня добрив оптимізувати чистий прибуток від зрошення. Водночас здійснюється найбільш ефективне використання ресурсів, тобто для кожного рівня добрив визначають відповідну оптимальну величину водних ресурсів і навпаки.

Для більш точного контролю і прогнозу стану платного водокористування, зрошуваних земель з метою отримання прибутків та ведення беззбиткового господарювання проведено аналіз динаміки зрошуваних площ, обсягів водоподачі, вартості послуг та питомої складової вартості електроенергії та водоподачі в загальній вартості наданих платних послуг по районних управліннях та по облводгоспу в цілому. Аналіз вартості наданих платних послуг по Херсонському облводгоспу показав зростання питомої ваги електроенергії в загальній вартості наданих послуг з 77% в 2002 р. до 83% в 2006 р.

На основі аналізу зрошуваних територій, виявлення ділянок з високим рівнем ґрунтових вод, запропонований механізм багатокритеріального вибору рекомендованих зрошувальних норм, який базується на застосуванні ГІС - технологій, економічних та екологічних критеріїв при виборі норм зрошення.

Таблиця 2. Вибір рекомендованої зрошувальної норми із застосуванням ГІС-технологій

№ поля	Культура	Ціна 1 куб. м води, грн	Біологічно-оптимальна зрошувальна норма,м3/га	Зрошувальна норма Uекон, м3/га	Зрошувальна норма Uекол, м3/га	Рекомендована зрошувальна норма, м3/га
1	Кукурудза на зерно	0,12	3600	2500-3300	2500	2500
2	Цибуля	0,12	1300	910-1170	1170	1170
3	Озима пшениця	0,12	2091	1200-1850	1850	1850
4	Цукрові буряки	0,12	4374	3150-4050	3150	3150
5	Помідори	0,12	3100	2480-3100	3100	3100
6	Озима пшениця	0,12	2091	1513-1863	1513	1513
7	Помідори	0,12	3100	2480-3100	2480	2480
8	Соя	0,12	3500	2500-3000	2500	2500
9	Люцерна	0,12	5074	3000-4000	5074	3500
10	Картопля	0,12	2051	1200-1800	1500	1500

Еколого-економічний підхід передбачає вибір норми водокористування - меншої з двох норм U_екон. та U_екол., розрахованих за моделями економічно доцільного підходу та з урахуванням екологічних обмежень на стан зрошуваної території. Такий механізм сприятиме раціональному водо- і землекористуванню на меліорованих територіях, може бути використаний для видачі дозволів на спеціальне водокористування.

У четвертому розділі „Структура програмного комплексу системи прийняття рішень в платному водокористуванні” розглянуто основні етапи реалізації нормованого водокористування.

Практична реалізація системи для оцінки та прийняття рішень в платному водокористуванні при зрошенні показала, що система повинна включати такі послідовні етапи:

- на першому етапі визначається стан платного водокористування, що включає в себе інформацію про зрошувані площі, обсяги водоподачі, вирощувані культури, надані послуги та їхню вартість, вартість електроенергії і комплекс заходів для його покращення;

- на другому етапі проводиться аналіз поточного стану водних ресурсів на наявність або відсутність їхнього дефіциту;

- на третьому етапі приймаються рішення щодо встановлення економічно обґрунтованої норми водокористування в дефіцитних або бездефіцитних умовах, в цьому випадку обмеженням є екологічний критерій

Розроблено алгоритмічне і прикладне програмне забезпечення, яке реалізує поставлені в розділах 2 та 3 наукові основи. Використання системи дасть змогу в імітаційному режимі, завдяки можливості багатоваріантних розрахунків, оптимізувати процес прийняття рішень щодо встановлення норми водокористування в різних умовах господарювання. Так, в умовах дефіциту ресурсів прийняття рішень в задачах однокритеріальної оптимізації зрошувальних норм проводиться на основі методу множників Лагранжа. В задачах багатокритеріальної оптимізації запропоновано визначення зрошувальних норм на основі методу згортки. В бездефіцитних умовах обмежувальним критерієм є вартість води, критерії валового і додаткового чистого прибутку, моделювання проводиться на основі їхнього аналізу.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі оптимізації прийняття рішень в платному водокористуванні для умов зрошення сільськогосподарських культур, що базується на методологічному обґрунтуванні тарифів за послуги з подачі води, багатокритеріальній оптимізації зрошувальних норм при річному плануванні, контролі та прогнозуванні стану платного водокористування.

1. На основі аналізу літературних джерел показано, що введення науково обґрунтованої плати за послуги з подачі води є важливим фактором підвищення еколого-економічної ефективності галузі водного господарства, її сталого розвитку з якісно новими функціями по забезпеченню водою населення і галузей економіки. Для стабільного і ефективного функціонування сільськогосподарського виробництва та водного господарства необхідна розробка та наукове обґрунтування систем прийняття технолого-економічних рішень.

2. Розроблена нами та адаптована до сучасних умов методологія визначення ціни на послуги з подачі води, які надають водогосподарські організації, управління магістральних каналів на полив зрошуваних земель або зволоження осушуваних земель, дає змогу встановити науково обґрунтовані тарифи на основі визначення сумарних витрат та необхідної (планової) водоподачі. Для встановлення раціональних інтервалів величин зрошувальних норм при визначенні планової водоподачі нами вдосконалено метод оптимізації розрахункової водозабезпеченості зрошувальних норм за системою економічних критеріїв, у межах яких забезпечуються високі та стабільні урожаї в умовах нестійкого зволоження.

3. В управліннях водного господарства, на основі зведених заявок від водокористувачів (господарств, власників землі) проводиться річне планування ресурсів, що є невід'ємною частиною бізнес-плану водогосподарських організацій та господарств на поточний рік. Розроблена нами модель системної оптимізації за обраними критеріями для бездефіцитних умов при платі за воду дає можливість багатоваріантного вибору величини зрошувальної норми та режимів зрошення. В умовах дефіциту пропонується для оптимального розподілу водних ресурсів між культурами застосування методу множників Лагранжа при оптимізації квадратичної цільової функції валової продукції та ресурсних обмежень.

4. Запропоновано метод і адекватну модель багатокритеріальної оптимізації за Парето, що враховує взаємодію факторів і є інструментарієм оптимізації критерію чистого прибутку від зрошення в умовах обмежених ресурсів води та добрив. На основі комплексної моделі у вигляді добутку потенційно можливого значення урожайності та функцій впливу на нього визначальних факторів здійснюється найбільш ефективне використання ресурсів, тобто для кожного рівня добрив визначають відповідну оптимальну величину водних ресурсів і навпаки.

5. Аналіз зрошуваних територій, виявлення ділянок з високим рівнем ґрунтових вод, здійснюється на основі застосування ГІС - технологій з наступним багатокритеріальним вибором рекомендованих норм зрошення для видачі дозволів на спеціальне водокористування. Основою для одержання норм зрошення для раціонального водо- і землекористування на меліорованих територіях є еколого-економічний підхід, що передбачає вибір меншої з двох норм U_екон. та U_екол., розрахованих за моделями економічних критеріїв з урахуванням екологічних обмежень.

6. Графічним методом, на основі побудови діаграм, запропоновано проводити аналіз динаміки зрошуваних площ, обсягів водоподачі, вартості послуг та питомої складової вартості електроенергії та водоподачі в загальній вартості наданих платних послуг по районних управліннях та по облводгоспу загалом. Це дозволяє більш точно контролювати і прогнозувати стан платного водокористування зрошуваних земель з метою отримання прибутків та ведення беззбиткового господарювання. Так, при аналізі вартості наданих платних послуг по Херсонському облводгоспу відмічено зростання питомої ваги електроенергії в загальній вартості наданих послуг з 77% в 2002 р. до 83% в 2006 р.

7. Розроблене нами математичне, алгоритмічне і прикладне програмне забезпечення реалізує використання системи прийняття рішень в задачах науково обґрунтованого формування ціни на послуги з подачі води, визначення зрошувальних норм при плануванні ресурсів, аналізу динаміки і контролю стану платного водокористування.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для умов виробництва з метою ефективної реалізації платного водокористування при зрошенні рекомендується міжгалузевий нормативний документ “Методика формування ціни на подачу води на зрошення, промислові та комунальні потреби”. Методика призначена для встановлення механізму розрахунку цін водогосподарськими організаціями, управліннями магістральних каналів, які надають платні послуги з подачі води на полив зрошуваних земель або зволоження осушених земель, для поливу городів, садів і богарних земель, на промислові (в тому числі риборозведення) та комунальні потреби.

платний водокористування сільськогосподарський зрошення

ЛІТЕРАТУРА

Брошури

Методика формування ціни на подачу води на зрошення, промислові та комунальні потреби / М. Ромащенко, П. Ковальчук, Т. Михальська, Т. Матяш, С. Шевчук, М. Волошин, Н. Пендак, А. Задорожний, В. Ковальчук, - К., 2006. - 33 с.

Статті у фахових виданнях

1. Ковальчук П. Оптимізація платного водокористування на основі аналізу додаткового чистого прибутку від зрошення / П. Ковальчук, М.Волошин, Т. Матяш // Водне господарство України. - 2003. -Вип. 1-2. - С. 27-29.

2. Методи і моделі визначення розрахункової водозабезпеченості зрошувальних норм / П. І. Ковальчук, Т.О. Михальська, Т.В. Матяш [та ін.] // Меліорація і водне господарство. - 2004. - Вип. 91. - С. 56-67.

3. Ковальчук П. Структура і моделі САПР платного водокористування / П. Ковальчук, Т. Матяш // Водне господарство України. - 2005. - №5. - С. 18-22.

4. Ковальчук П.І. Автоматизована система для вибору норм при платному водокористуванні / П.І. Ковальчук, Т.В. Матяш // Таврійський науковий вісник: Збірник наукових праць ХДАУ. - Херсон: Айлант, 2006.- Вип.43.- С. 135-138.

5. Ковальчук П.І. Вибір зрошувальних норм в умовах платного водокористування на основі ГІС-технологій / П.І. Ковальчук, Т.В. Матяш // Таврійський науковий вісник: Збірник наукових праць ХДАУ. - Херсон: Айлант, 2006. - Вип. 45. - С. 71-76.

6. Ковальчук П.І. Оптимізація річного планування водокористування в умовах дефіциту ресурсів / П.І. Ковальчук, Т.В. Матяш // Меліорація і водне господарство. - 2006. - Вип. 93-94. - С. 210-218.

7. Ковальчук П.І. Багатокритеріальна оптимізація зрошувальних норм в умовах дефіциту ресурсів / П.І. Ковальчук, Т.В. Матяш, Т.В. Криницька // Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. - 2006.- Вип. 3 (35). - С. 42-49.

8. Інтегроване управління водними, земельними та матеріальними ресурсами у зрошуваному землеробстві / П.І. Ковальчук, П.Н. Лазер, Т.В. Матяш [та ін.] // Таврійський науковий вісник: Збірник наукових праць ХДАУ.- Херсон: Айлант,2007. - Вип. 52. - С. 87-92.

9. Нормоване водокористування з використанням ГІС-технологій / П.І. Ковальчук, Н.В. Пендак, Т.В. Матяш [та ін.] // Таврійський науковий вісник: Збірник наукових праць ХДАУ. - Херсон: Айлант, 2007. - Вип. 52. - С. 248-256.

10. Матяш Т.В. Оптимізація розподілу обмежених водних ресурсів на основі методу множників Лагранжа / Т.В. Матяш // Меліорація і водне господарство. - 2008. - Вип. 96. - С. 51-57.

Тези наукових конференцій

1. Ковальчук П.І., Матяш Т.В. Багатокритеріальна оптимізація в умовах невизначеності при плануванні водокористування // International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2007)”, Мау 21-25 Chernivtsi, Ukraine. - С.147-149.

2. Ковальчук П.І., Пендак Н.В., Матяш Т.В. Двохкритеріальна оптимізація в умовах невизначеності при програмуванні урожайності сільськогосподарських культур // International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2007)”, September 17-22 Kyiv -Novy Svit, Ukraine. - С. 75-76.

3. Матяш Т.В. Наукові основи оптимізації і контролю платного водокористування при зрошенні // Матеріали науково-практичної конференції молодих учених „Роль меліорації в забезпеченні сталого розвитку землеробства”. 4-5 грудня 2007 р. - С. 64-66.

4. Матяш Т.В. Математична модель оптимізації норм водокористування в умовах обмежених ресурсів // International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2008)”, Мау 12-17 Kyiv - Rivne, Ukraine. - С. 160-162.

5. Ковальчук П.І., Ковальчук В.П., Матяш Т.В. Матричні ігри з природою залежні від параметрів для дослідження ефективності технологій зрошення // International Conference “Problems of Decision Making Under Uncertainties (PDMU-2008)”, Мау 12-17 Kyiv - Rivne, Ukraine. - С. 131-132.

Размещено на Allbest.ru