Transcript Wprowadzenie_do_SWG 1192KB Oct 13 2009 09:57:00 PM

SYSTEMY WODNOGOSPODARCZE
Wprowadzenie
Definicja
System wodno-gospodarczy można zdefiniować jako
układ funkcjonalno-przestrzenny, obejmujący naturalne
zasoby wód powierzchniowych i podziemnych,
środowisko przyrodnicze, w którym one występują,
obiekty hydrotechniczne umożliwiające kształtowanie
tych zasobów, obiekty użytkowników wody oraz
powiązania występujące pomiędzy tymi elementami.
Celem działania tak rozumianego systemu wodnogospodarczego jest:
zaspokojenie potrzeb wodnych różnego typu
użytkowników wód obejmujące:




zaopatrzenie w wodę ludności, przemysłu, rolnictwa i
leśnictwa,
energetykę wodną,
żeglugę śródlądową,
turystykę i rekreację wodną;
ochrona zasobów wodnych przed: zanieczyszczeniem
i nadmiernym wykorzystaniem oraz utratą walorów
przyrodniczych – samych wód jak i obszarów z nimi
związanych;
zabezpieczenie przed powodzią określonych
obszarów.
System wodnogospodarczy Zlewni Górnej Narwi
Z b . S o k o łd a
N
er
eś

g o s p o d a r k a k o m u n a ln a

p rz e m ys ł
l
n a w o d n ie n ia u ż y t k ó w z ie lo n y c h
So
Su
p
ś
ra
ko
łd
a
l

o c z y s z c z a ln ia ś c ie k ó w

u ję c ie w ó d p o d z ie m n y c h


s ta w y ry b n e
c h r o n io n a d o lin a r z e c z n a


k a n a ł p rz e rz u to w y
N a r w ia ń s k i P a r k N a r o d o w y

Z b io rn ik
S ie m ia n ó w k a

N a rew
N

ar
ew
ka
O
r la
nk
a
Sterowanie pracą systemu wodnogospodarczego
Sterowanie obiegiem wody w systemie wodnogospodarczym umożliwiają obiekty hydrotechniczne
(zbiorniki retencyjne, kanały przerzutowe, oczyszczalnie
ścieków) realizujące takie funkcje, jak transformacja
zasobów wodnych w czasie i przestrzeni oraz
kształtowanie jakości tych zasobów.
Sterowanie rozrządem wody w systemie wodnogospodarczym oraz utrzymywanie odpowiedniej jakości
wód wymaga podejmowania różnorodnych działań
(decyzji):
decyzje prawne i administracyjne,
decyzje eksploatacyjne związane z rozrządem zasobów wodnych i
ochroną jakości wód.
Sterowanie pracą systemu wodnogospodarczego
Decyzje prawne i administracyjne:



standardy związane z ochroną wód (np. przepływy nienaruszalne,
wymagania jakościowe dla wody do picia, dla ścieków
odprowadzanych do wód i ziemi, klasy czystości wód),
ustalenia związane ochroną przed skutkami powodzi (np.
przepływy nieszkodliwe, strefy zagrożenia powodziowego, zakazy i
ograniczenia związane z zagospodarowaniem terenów zalewowych,
wielkości rezerw powodziowych w zbiornikach retencyjnych),
plany gospodarowania wodną na obszarach dorzeczy, warunki
korzystania z wód regionów wodnych i zlewni rzecznych,
Sterowanie pracą systemu wodnogospodarczego
Decyzje prawne i administracyjne (c.d.):

zasady eksploatacji obiektów hydrotechnicznych (np. instrukcje
gospodarowania wodą dla zbiorników retencyjnych),

pozwolenia wodno-prawne na korzystanie z wód,

opłaty za pobór wody i odprowadzanie ścieków,

opłaty za korzystanie z urządzeń wodnych,

kary za naruszanie warunków, jakim powinny odpowiadać
odprowadzane ścieki.
Decyzje prawne i administracyjne podejmowane są z
niewielką częstotliwością (raz na kilka lat) w oparciu o dane
historyczne.
Sterowanie pracą systemu wodnogospodarczego
Decyzje eksploatacyjne związane z rozrządem zasobów wodnych i
ochroną jakości wód:
 odpływy ze zbiorników retencyjnych,
 przepływy wody w kanałach przerzutowych,
 pobory wody przez użytkowników;
Decyzje eksploatacyjne podejmowane są ze znacznie większą
częstotliwością (raz na dobę lub kilka dni) z wykorzystaniem
informacji o aktualnym stanie systemu (np. napełnienia zbiorników
retencyjnych) oraz prognozy dopływów wody do systemu, potrzeb
wodnych użytkowników.
Mechanizmy decyzyjne służące wyznaczaniu tych decyzji określa się
mianem sterowania operacyjnego alokacją zasobów wodnych.
Własności systemów wodnogospodarczych
wysoki stopień złożoności,
przestrzenne rozmieszczenie obiektów na dużych
obszarach,
występowanie obiektów o bardzo zróżnicowanej
dynamice,
jakościowo różny charakter zadań systemu i zasad pracy
obiektów hydrotechnicznych w warunkach normalnych i
warunkach awaryjnych,
wielość i różnorodność celów działania (zaopatrzenie w
wodę, rekreacja, ochrona jakości wód, produkcja energii
elektrycznej itp.),
losowy charakter procesu zasilania systemu w wodę oraz
potrzeb wodnych niektórych typów użytkowników wody.
Własności systemów wodnogospodarczych
Rzeka Wieprz z Systemem Kanału Wieprz - Krzna


 




 


 



 
























 
















 

 


 












 

 














 




Ujęcia wód powierzchniowych na potrzeby
przemysłu
Stawy rybne




Obiekty nawadniane
Własności systemów
wodnogospodarczych
Rzeka Wieprz
0
10
20 km
Schemat lokalizacyjny obiektów hydrotechnicznych i użytkowników wód powierzchniowych
Sterowanie pracą systemu wodnogospodarczego
Sterowanie tak wysoce złożonym i zróżnicowanym
systemem powinno odbywać się w tzw. strukturach
hierarchicznych z uwzględnieniem wielokryterialnego
charakteru oceny podejmowanych decyzji
Ze względu na losowość procesu zasilania systemu w
wodę sterowanie powinno wykorzystywać prognozy i
mieć charakter repetycyjny.
Sterowanie pracą systemu wodnogospodarczego
Sterowanie pracą systemu powinno zapewniać:


najlepszą realizacją celów bieżących,
właściwą pracę systemu w przyszłości.
Długi (kilka miesięcy) horyzont sterowania wynika
z dynamiki dużych zbiorników retencyjnych,
Krok czasowy (doba, dekada) wynika ze
zmienności potrzeb wodnych użytkowników i
dynamiki małych zbiorników retencyjnych.
Sterowanie hierarchiczne
Sterowanie wielowarstwowe, układ sterujący
podzielony jest na kilka wzajemnie
podporządkowanych warstw działających z
różną częstotliwością i wykonujących różne
zadania;
Sterowanie wielopoziomowe, cel sterowania
systemem jako całością podzielony jest na
lokalne cele cząstkowe, przy czym działalność
lokalnych jednostek decyzyjnych jest
odpowiednio koordynowana.
Sterowanie wielowarstwowe
Warstwa najwyższa (planowania retencji) określa sposób
działania systemu wodnego dla długiego horyzontu
czasowego (rzędu kilku miesięcy) wykorzystując
uproszczony opis dynamiki systemu.




Podstawowym zadaniem warstwy planowania retencji jest
wyznaczenie długoterminowych sterowań pracą zbiorników
retencyjnych w taki sposób, aby w pełni wykorzystać ich
możliwości transformacji zasobów dyspozycyjnych w czasie.
Krok czasowy rzędu 1 miesiąca, tylko duże zbiorniki retencyjne,
zagregowani użytkownicy wody, prognozy długoterminowe
(statystyczne).
Decyzje te mają postać trajektorii napełnień zbiorników
wyznaczonych dla długiego horyzontu czasowego (punkty
odpowiadające przyjętemu krokowi dyskretyzacji czasu).
Wyznaczone w warstwie planowania retencji sterowania pracą
kluczowych obiektów systemu stanowią wielkości wejściowe dla
układu sterowania w warstwie niższej, nazywanej warstwą
dystrybucji zasobów wodnych.
Sterowanie
wielowarstwowe
Warstwa planowania retencji - Trajektoria napełnienień
zbiornika – krok 1 miesiąc
Stan końcowy: zadany lub swobodny
Sterowanie wielowarstwowe
Warstwa dystrybucji określa sposób działania systemu
wodnego dla znacznie krótszego horyzontu czasowego
(rzędu dekady lub miesiąca) wykorzystując krótko- lub
średnio-terminowe prognozy procesu zasilania systemu
w wodę i prognozy potrzeb wodnych użytkowników.

Model matematyczny opisujący funkcjonowanie systemu
wodno-gospodarczego charakteryzuje się znacznie większym
stopniem dokładności odwzorowania struktury systemu niż
miało to miejsce w warstwie planowania retencji (małe
zbiorniki retencyjne, pojedynczy użytkownicy wody, krok
czasowy: doba lub dekada).
Sterowanie
wielowarstwowe
Warstwa dystrybucji zasobów wodnych - Trajektoria napełnienień
zbiornika – krok 1 dekada
Stan końcowy zadany.
Sterowanie
wielowarstwowe
Warstwa sterowania - Trajektoria napełnienień zbiornika
– krok 1 doba
Stan końcowy zadany.
Sterowanie
wielowarstwowe
Schemat procedury
wyznaczania sterowań
pracą systemu
Podsumowanie – sterowanie wielowarstwowe
W każdej warstwie rozwiązywany jest problem
sterowania dla innego horyzontu czasowego.
Im wyższa warstwa tym dłuższy horyzont czasowy.
Różny stopień szczegółowości modelu i ilości
wykorzystywanej informacji w poszczególnych
warstwach.
Im niższa warstwa tym wyższy stopień dokładności
opisu.
Rozwiązanie zadania w danej warstwie dostarcza
informacji w postaci trajektorii stanów końcowych
niezbędnej dla wyznaczenia sterowań w warstwie
niższej.