Эффективность и надежность проектируемых систем водоснабжения тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: доктора экономических наук, Демин, Владимир Ильич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ РОССИИ

ВОДОЙ ПИТЬЕВОГО КАЧЕСТВА.

1.1. Водные ресурсы и анализ их использования.

1.2. Проблемы питьевого водоснабжения в России.

1.3. Групповые системы водоснабжения в условиях во до дефицитных районов.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ГРУППОВЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ.

2.1. Пути повышения экономической эффективности и надежности проектируемых систем водоснабжения.

2.2. Проблема учета сезонной неравномерности водопотребления при проектировании групповых водопроводных систем.

2.3. Методы проектирования трубопроводных систем с аккумулирующими емкостями.

ГЛАВА 3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ИНВЕСТИЦИОННЫХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ.

3.1. Ретроспективный анализ оценки вариантов инвестиций и инноваций в системах водоснабжения.

3.2. Критерии эффективности инвестиционных проектных решений в рыночных условиях.

3.3. Отечественный и зарубежный опыт экономического обоснования инвестиций в проектах водоснабжения.

ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ ВОДЫ В АККУМУЛИРУЮЩИХ ЕМКОСТЯХ.

4.1. Экономико-математическая постановка задачи оптимального резервирования воды в системе водоснабжения и ее анализ.

4.2. Математическая модель выбора эффективной схемы размещения аккумулирующих резервуаров на сети разветвленных водоводов

4.3. Метод расчета модели резервирования воды и опыт его эффективной реализации.

ГЛАВА 5. ПРОБЛЕМА ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ВОДОПРОВОДНЫХ

СЕТЕЙ ПРИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ.

5.1. Анализ проблемы надежности транспортировки воды трубопроводами.

5.2. Экономико-математическое моделирование резервирования воды в системе водоснабжения с учетом надежности ее транспортировки

Диссертация: введение по экономике, на тему "Эффективность и надежность проектируемых систем водоснабжения"

Проводимая в России с начала 90-х годов радикальная рыночная реформа всего народного хозяйства сопровождалась глубоким и затяжным экономическим, финансовым и социальным кризисом, главная причина которого - падение объемов производства. Наметившиеся за последние два года в стране признаки экономической стабилизации и роста во многом были обусловлены корректировкой курса реформ в направлении формирования социально ориентированной рыночной экономики.Определенное место в системе мер по оздоровлению российской экономики и выводу ее из кризисного состояния занимает водный фактор, который, являясь обобщенным выражением важности водных ресурсов в рациональном размещении и функционировании производительных сил страны, комплексно характеризует их использование в целях удовлетворения социальноэкономических потребностей общества, включая экологию. В полной мере это относится и к такой важной сфере народного хозяйства как водоснабжение, которое является отраслевой подсистемой социально-производственной инфраструктуры региона и представляет собой совокупность мероприятий по обеспечению водой различных потребителей: населенных пунктов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных объектов и др. Поэтому осуществляемая в России новая водохозяйственная политика, состоящая в разработке ряда крупных федеральных целевых программ, решающих различные задачи в области водного хозяйства на общегосударственном, межрегиональном и региональном уровнях, имеет исключительно важное значение для обеспечения в стране устойчивого экономического роста [141,230], Одной из таких программ является Федеральная целевая программа «Обеспечение населения России питьевой водой», концепция которой была утверждена Правительством РФ в 1998 г. и которая определяет стратегию и приоритет развития хозяйственно-питьевого водоснабжения в нашей стране на перспективу до 2010 г. В настоящее время в Российской Федерации централизованным водоснабжением охвачено около 98% городов и 81% поселков городского типа, источниками для него служат поверхностные воды, доля которых в общем объеме водозабора составляет 68%, и подземные - 32% [65]. В сельской местности централизованное водоснабжение имеют лишь 47% сельских населенных пунктов, в которых проживает 68% сельских жителей. В качестве водоисточника здесь используются преимущественно подземные воды, доля которых в общем объеме водопотребления составляет 90% [50].Кроме того, суммарная протяженность водопроводных сетей в населенных пунктах России достигает 456 тыс. км, в том числе, коммунальных - 156 тыс. км, сельских - 251 тыс. км [65, 50]. При этом износ сетей и сооружений систем водоснабжения в среднем по стране превышает 50%, что увеличивает аварийность водопроводов и стоимость их эксплуатации, а также снижает надежность работы водоснабжающих систем и, как следствие, приводит к росту экономического ущерба потребителей. Наконец, интегральная мощность всех российских водопроводов составляет 102 млн. мЗ/сут [65]. Это позволяет обеспечить достаточно высокий по Российской Федерации средний уровень удельной водоподачи на хозяйственно-питьевые нужды - 343 л/сут на одного жителя. Вместе с тем, в ряде регионов страны этот показатель не превышает 170 л, а в сельской местности, где есть централизованное водоснабжение, его значение достигает 150 л/сут на одного сельского жителя [95]. При этом дефицит мощности водопроводов оценивается не менее чем в 10%, а в городах Тюмень, Архангельск, Астрахань, Челябинск, Кемерово достигает 30%.Очевидно, что реализация вышеуказанной Федеральной целевой программы позволит значительно улз'чшить обеспечение населения России питьевой водой. Исходной базой для ее успешного выполнения является наличие в нашей стране значительного водно-ресурсного потенциала. В Российской Федерации сосредоточено более 20% мировых запасов пресных поверхностных и подземных вод [143, 169]. Основой ее водных ресурсов является ежегодно возобновляемый речной сток, являющийся на 90% источником водоснабжения и составляющий в средние по водности годы 4262 км^ или 10,9% мирового речного стока. По абсолютной величине возобновляемых водных ресурсов России принадлежит второе место в мире после Бразилии. Потенциальные эксплуатационные запасы подземных вод питьевого качества, оцениваются в размере 318 КМ в год. Что же касается общего фактического потребления свежей воды, то, например, 1999 г в стране для различных нужд населения и народного хозяйства было ее использовано около 65, 9 км^, в том числе из поверхностных источников 51,3 км ,^ подземных - 9,3 км ,^ морской воды 5,3 км^ [36]. Если при этом учесть объем оборотной и повторно используемой воды, то суммарный ее расход за указанный период составил примерно 188,3 км [50].Отсюда ясно, что Россия располагает большими ресурсами пресной воды, намного превышающими существующие потребности общества в целом при любом из возможных сценариев его социально-экономического развития в долгосрочной перспективе. Однако, несмотря на кажущееся благополучие в соотношении ресурсов пресных вод с их потребностью, в ряде регионов страны наблюдается острая нехватка воды. Ее крайне недостаточно в республиках Башкортостан, Кабардино-Балкария, Карачаево-Черкессия, в Алтайском, Краснодарском, Ставропольском краях, в Архангельской, Астраханской, Кемеровской, Курганской, Ленинградской, Новосибирской, Ростовской, Рязанской, Саратовской, Тюменской, Челябинской областях и некоторых других регионах.Такое положение можно объяснить следующим.Во-первых, распределение водных ресурсов по территории страны очень неравномерно. Так, на территории европейской части России (бассейны Каспийского и Азовского морей), с развитой промышленностью, где проживает свыше 80% населения страны и размешены орошаемые земли, приходится менее 8% общего годового объема речного стока. В результате населенные пункты, промышленность и сельское хозяйство южных районов Российской Федерации испытывают недостаток в воде [143]. Имеющиеся резервы подземных вод не устраняют сложившуюся диспропорцию, так как они сами, хотя и в меньшей мере, подвержены фактору неравномерности. Так, из общего их количества около 37,8% приходится на территорию европейской части России (включая Урал), 30,5% - на Западную Сибирь и 31,7% на Восточную Сибирь и Дальний Восток [169]. Такое распределение свидетельствует о недостаточной разведанности подземных вод Сибири и Дальнего Востока. В целом, средняя обеспеченность жителей России водными ресурсами достаточно высокая: на одного человека в год приходится около 28 тыс. м^ поверхностных вод и 1,2 тыс. м^ - подземных, а в ее европейской части, соответственно, 11,5 и 1, 1 тыс. м^[49].Во-вторых, временная изменчивость ресурсов речного стока как во внутригодовом, так и многолетнем разрезе, не совпадающая в общем случае с режимами водопользования различных отраслей народного хозяйства, значительно ограничивает возможности их использования в естественном состоянии. Например, годовой сток равнинных рек изменяется в пределах 30-40% от его среднемноголетнего значения [143]. Если при этом учесть территориальную неравномерность распределения водных ресурсов, то решение проблемы водообеспечения регионов с напряженным водохозяйственным балансом резко усложняется.В-третьих, прогрессирующее загрязнение водоисточников (особенно поверхностных) неочищенными сточными водами. Так, например, сброс сточных вод в поверхностные водные объекты в 1999 г. составил 53,7 км ,^ в том числе, загрязненных около 20,1 км или 37%. [36] Основную часть загрязненных вод поставляют промышленность и сельское хозяйство, меньшую часть - коммунальное хозяйство. Однако, в России сбросы последнего нередко оказываются смешанными с промышленными сбросами из-за подключения многих предприятий к системам канализации городов, подобно тому, как они подключаются к системам питьевого водоснабжения, используя питьевую воду для технических нужд. Поэтому в нашей стране основными источниками загрязнений поверхностных водных объектов традиционно являются коммунальное хозяйство и промышленные предприятия, которыми было сброшено в 1999 г соответственно 58 и 31% загрязненных сточных вод от их общего объема [36]. В итоге, около половины россиян вынуждены использовать для питья воду, не отвечающую по раду показателей гигиеническим требованиям.Что касается пресных подземных вод, которые составляют 46% в общем балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения, то в большинстве случаев их месторождение лучше и более надежно защищены от техногенного загрязнения, чем поверхностные водоисточники. Вместе с тем, около 40%, в том числе наиболее крупных, месторождений относится к категории практически незащищенных [43]. Поэтому на 1654 эксплуатируемых в настоящее время месторождений подземных вод приходится порядка 1600 очагов их загрязнения.Причем, примерно 78% этих очагов находится в европейской части России [114]. Основными причинами загрязнения пресных подземных вод являются хозяйственная деятельность предприятий и организаций промышленности (37%), сельского хозяйства (16%) и жилищно-коммунального хозяйства (10%), а также, нерациональная эксплуатация этих вод (13%) [67].Таким образом, несмотря на высокую обеспеченность населения и народного хозяйства России пресной водой проблема водоснабжения в нашей стране всё-таки существует. Однако ее суть состоит не в отсутствии водных ресурсов, когда необходимо изыскивать их дополнительное количество для страны в целом, а в неравномерном распределении этих ресурсов по территории, колебаниях во времени и, что самое главное, в изменении качества, имеющего в последнее десятилетие устойчивую тенденцию к снижению. Именно эти причины порождают ограниченность и дефицит пресной воды во многих российских регионах. Поэтому основными задачами водохозяйственной политики в нашей стране является бережное отношение к воде, ее всемерная экономия и рациональное использование, а также воспроизводство, предотвращение загрязнения и истощения водных ресурсов и, в случае крайней необходимости, их перераспределение в соответствии с потребностями населения, промышленности и сельского хозяйства.На практике задача регионального перераспределения водных запасов часто решается путем прокладки протяженных напорных трубопроводов, от надежности функционирования которых зависит уровень социальноэкономического развития различных водопотребителей. Вместе с тем, создание подобных сооружений требует больших объемов капитальных вложений, значительных затрат материально-технических и трудовых ресурсов. Поэтому проведение научных исследований, имеющих целью совершенствование методов экономического обоснования и проектирования сооружений для магистрального транспортирования воды, повышение их эффективности и надежности является актуальным и своевременным.В качестве объекта исследования в диссертационной работе выступают групповые системы хозяйственно-питьевого водоснабжения (или групповые водопроводы), которые вследствие высокой стоимости транспортировки воды и пространственной разобщенности объектов водопотребления обычно устраивают в виде централизованных систем с единым комплексом инженерных сооружений по добыче, очистке и подаче воды потребителям через разветвленную магистральную сеть напорных тупиковых трубопроводов.Особенно большое распространение групповые системы получили в маловодных и безводных сельских районах страны, где с их помощью осуществляется подача воды к разбросанным в пределах большой территории потребителям - населенным пунктам, объектам агропромышленного производства в фермерских хозяйствах, отдельно стоящим предприятиям и др. Интенсивное их строительство началось в 60-е годы. В этот период были построены крупнейшие в отечественной и мировой практике районные системы водоснабжения: Пресновская, протяженностью 3300 км, Ишимская - 1749 км, Булаевская - 1653 км. В 70-е годы в Омской области был построен Таврический групповой водопровод общей протяженностью 1307 км. В это же время была запроектирована Новосибирская водоснабжающая система производительностью 116 тыс. м воды в сутки и общей протяженностью магистральной сети около 5212 км, а в 80-е годы была построена ее первая очередь — Обская система протяженностью 1240 км. В Алтайском крае действует крупная групповая система водоснабжения протяженностью 1700 км. Большое количество групповых водопроводов находится в Астраханской, Волгоградской и Саратовской областях, в Краснодарском крае, в Калмыкии, Карачаево-Черкесской республике и других районах.Однако наиболее крупные из них расположены на востоке страны. Достаточно упомянуть Казахстано-Сибирскую систему группового водоснабжения протяженностью более 13 тыс. км.В настоящее время в России эксплуатируется 107 групповых водопроводов общей протяженностью 22 тыс. км, в том числе магистральных водоводов 14,8 тыс. км [50]. При этом в федеральной собственности находится 43 групповых водопровода сельскохозяйственного водоснабжения. Из них около 54% было построено до 1980 г., в 1981 - 1989 гг. - примерно 40%, в 1991 - 1999 гг.6% [57]. Вместе с тем имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации групповых водопроводов до сих пор еще не обобщен и до конца не изучен. Прежде всего это касается проблемы, связанной с разработкой высокоэффективных и надежных систем группового водоснабжения.Существующая практика их расчета по максимальным суточным расходам позволяет сбалансировать пропускную способность сети и мощность водопроводных сооружений с пиковыми объемами водопотребления, но обуславливает НИЗК5ПЮ полезную отдачу этих систем в период эксплуатации, так как фактический спрос на воду имеет сезонные колебания. Одним из методов увеличения эффективности и надежности водоснабжения потребителей является временное резервирование воды на водопроводных системах, что означает накопление и сохранение ее про запас, в резерве. Резерв создается в период превышения водоподачи над фактическим водопотреблением и используется в те моменты времени, когда реальный спрос на воду превосходит ее предложение.Как известно, аккумулирование и хранение воды в системах водоснабжения осуществляется с помощью запасно-регулируюпщх резервуаров. Их создание на сети позволяет уменьшить ее пропускную способность и диаметры труб по участкам, снизить мощность основных водопроводных сооружений и стои, мость строительства системы водоснабжения. При этом спрос на воду балансируется с ее предложением в динамике, повышается коэффициент полезного действия водопровода и растет надежность водообеспечения потребителей, так как в случае аварии на сети наличие запаса воды в резервуаре позволяет вести их снабжение водой в период осуществления восстановительных работ. Естественно, что такой режим водоподачи позволяет снизить экономические потери (ущерб) потребителей водопроводных услуг.В соответствии с этим целью диссертационного исследования является экономическое обоснование и проектирование систем водоснабжения с сезонным резервированием воды в аккумулирующих ёмкостях.Предмет исследования: методы повышения эффективности и надежности инвестиционных проектных решений систем водоснабжения.Основные задачи исследования: 1. Проведение анализа современных проблем водоснабжения в России, включая вопросы оценки запасов ресурсов пресных вод, их использование в народном хозяйстве и населением, а также водоснабжение вододефицитных районов с помощью грзшповых водопроводов; 2. Изучение опыта и путей повышения экономической эффективности и надежности систем группового водоснабжения, методов учета сезонной неравномерности водопотребления при их проектировании и проведение сравнительного анализа методических разработок по экономическому обоснованию водопроводных систем; 3. Анализ экономических критериев эффективности инвестиций и инноваций в системах водоснабжения, используемых в отечественной и зарубежной практике при экономическом обосновании и оценке водопроводных проектов; 4. Оптимизация систем водоснабжения с резервированием воды в аккумулирующих ёмкостях с применением методов математического моделирования; 5. Проведение анализа проблемы оценки надежности водопроводных сетей при их проектировании и разработка подходов к ее решению с помоиц>ю экономико-математических методов; 6. Использование предложенных методов и экономико-математических моделей в практике проектирования систем водоснабжения в условиях Сибири.Методологической основой выполненного исследования являются положения современной теории экономического обоснования и оценки инвестиционных проектов, принципы и концептуальные основы российской водохозяйственной политики, отраженные в законодательных актах и решениях Правительства РФ, касающиеся комплексного использования водных ресурсов, развития водоснабжения в Российской Федерации, а также в целевой федеральной программе «Обеспечение населения России питьевой водой». Диссертация написана с учетом последних достижений в области экономикоматематического моделирования, теории экономической эффективности и надежности.В своей работе автор опирался на научные труды ученых и ведущих специалистов, прежде всего в области: - оценки эффективности капитальных вложений, новой техники и инвестиционных проектов: Т.С. Хачатуров, В.Н. Богачев, Л.А. Вааг, A.M. Дыбов, К.А. Ефимов, В.Н. Лившиц, Д.С. Львов, А.В. Медведев, У.Э. Микков, В.В. Овсиенко, В.Н. Павлов, А Смоляк, В.Г. Соколов, Ю.В. Сухотин, Е.М. Четыркин, А.Г. Шахназаров, А.И. Щербаков и др.; - оценки запасов водных ресурсов и их использования: А.Б. Авакян, Б.В. Боревский, Г.С. Вартанян, Г.В. Воропаев, В.А Всеволжский, В.Д Гродзенский, А.П. Демин, Н.Н Жуков, И.С. Зекцер, Н.И. Коронкевич, К.С. Лосев, М.И. Львович, Н.Н. Михеев, В.М. Мишон, А.П. Нечаев, А.Ф. Порядин, А.А. Розин, Ю.К. Смоленцев, Е.П. Ушаков, М.А. Хордикайнен, СВ. Храменков, Л.И. Эльпинер, Л.С. Язвин и др.; - проектирования и расчета водопроводных систем: М.М. Андрияшев, Н.П. Белозеров, Н.А. Карамбиров, А.А. Кемелев, Г.Е. Кикачишвили, М.В. Кирсанов, Н.В. Луговской, В.Г. Лобачев, А.П. Меренков, Л.Ф. Мошнин, A.M. Никитин, М.Н. Поспелова, СВ. Сумароков, В.Я. Хасилев, Ф.А. Шевелев и др.; - прогнозирования объемов и режимов водопотребления: А.С. Вербитский, B.C. Животнев, А.Г. Лакмунд, М.П. Майзельс, М.А. Мордясов, П.Д. Хоружий, Л.А. Шопенский и др.; - оценки надежности подачи воды потребителям: Н.Н. Абрамов, B.C.Алексеев, Е.М. Гольперин, Л.Г. Дерющев, Ю.А. Ильин, Л.Д. Климиашвили, Ф.И. Кузьмин, B.C. Макогонов, А.В. Минаев, О.Г. Примин, Н.А. Украинец и др.; - математического моделирования в экономике: Л.В. Канторович, B.C. Немчинов, В.В. Новожилов, А.Г. Аганбегян, А.Г. Гранберг, К.А. Багриновский, А.Е. Бахтин, В.А. Волконский, В.В. Коссов, В.В. Кулешов, В.Л. Макаров, Г.М. Мкртчан, В.Ф. Пугачев, Н.П. Федоренко и др.В диссертации нашли отражение результаты научных исследований, проведенных в период с 1994-1997 гг. при непосредственном участии автора в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (НГАСУ) по теме «Совершенствование проектирования водопроводных сетей с учетом надежности водоснабжения потребителей в условиях Сибири», включенных в межвузовскую научно-техническую программу (МНТП) «Архитектура и строительство», а также материалы зарубежных исследователей.Научная новизна диссертации заключается в разработке метода решения проблемы экономического обоснования и проектирования систем водоснабжения с сезонным резервированием воды на основе экономико-математического моделирования.Практическая значимость результатов исследования заключается в их направленности на решение важнейших народохозяйственных проблем обеспечения населения России питьевой водой и повышения эффективности и надёжности систем водоснабжения, а также актуальных задач, связанных с совершенствованием существующих и созданием новых методов проектирования указанных систем.Полученные в диссертации результаты могут использоваться в практике технико-экономических обоснований проектных инвестиционных решений водоснабжающих систем. Эти результаты реально применялись при практическом проектировании и расчёте первой очереди строительства Новосибирского группового водопровода, а также экономической оценке вариантов реконструкции систем водоснабжения гг. Хабаровска, ХантыМансийска и Тюмени, что позволило повысить эффективность и надёжность реконструируемых водопроводов.Разработанная методика и математическое обеспечение позволяют решать задачи рационального резервирования воды в системе водоснабжения, в которых производится количественная взаимоувязка и оптимизация её основных технико-экономических показателей: мощность водозаборных сооружений, пропускных способностей и диаметров труб по участкам сети, ёмкости запасно-регулирующих резервуаров и схему их размещения в системе водоснабжения.В диссертации разработан экономико-математический инструментарий для оптимизации ёмкостей аккумулирующих резервуаров с учётом надёжности транспортировки воды по сети трубопроводов. Его практическое использование в производственной деятельности Новосибирского водоканала при расчёте водопроводных сетей обеспечило экономический эффект в размере 9-12 % от их стоимости.Обоснованность и достоверность результатов диссертационной работы подтверждается проведенными теоретическими исследованиями и математическими доказательствами, практическими расчетами, выполненными для реальных водопроводных систем, а также прикладным использованием этих результатов в проектных, строительных и эксплуатирующих организациях водоснабжения.Реализация и внедрение результатов исследования осуществлена в проектной работе институтов «Запсибгипроводхоз» (1985 г.) и «Сибгипрокоммунводоканал» (2000 г.), в производственной деятельности Управления строительства «Новосибирскводстрой» (1985 г.) и Новосибирского муниципального унитарного предприятия «Горводоканал» (2000 г.), а также в учебном процессе студентов и магистрантов НГАСУ по специальности 06.08.11 «Экономика и управление в строительстве» и 29.08 «Водоснабжение и водоотведение».Апробация работы. Основные методические и практические результаты работы обсуждались: — на научно-технической конференции «Технический прогресс в организации, планировании и управлении строительством «Главновосибирскстроя» (Новосибирск, 1976 г.); — на заседании секции научно-технического совета Новосибирского межотраслевого территориального центра научно-технической информации и пропаганды (Новосибирск, 1980 г.), где они были зарегистрированы как научно-техническое достижение (НТД № 38-80); — на семинарах Отдела автоматизированного проектирования Института «Запсибгипроводхоз» и Отдела математических методов в экономике ИЭиОПП СО АН СССР, а также на техническом совете Управления строительства «Новосибирскводострой» (Новосибирск, 1985 г.); — на объединенном заседании кафедр экономико-математических методов и прогнозирования и машинной обработки экономической информации и АСУ Новосибирского института народного хозяйства (Новосибирск, 1986 г.); — на научной конференции по методам математического программирования и программному обеспечению (Свердловск, 1987 г.); — на IV Сибирской научно-практической конференции по надежности научно-технических прогнозов (Новосибирск, 1987 г.); — на XI и XII Международной научно-практической науковедческой конференции (Новосибирск, 1992, 1996 гг.); — на I и II итоговом семинаре-совещании исполнителей темы «Прогнозирование развития регионального строительного комплекса» (раздел). направление 5: «Совершенствование методов организации, управления и экономики строительства», выполненной по межвузовской научнотехнической программе (МНТП) «Строительство-93» (Новосибирск, 1993, 1995 гг.); — на XII Международной очно-заочной научно-технической конференции «Предпринимательство, наука и рынок» (Новосибирск, 1994 г.); — на I и II Международном очно-заочном семинаре-совещании по ценообразованию в строительстве (Новосибирск, 1994, 1997 гг.); — на II Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (Р1МПРИМ - 96), посвященном памяти А.А. Ляпунова (1911 1973), А.П. Ершова (1931 - 1988), И.А. Полетаева (1915 - 1983) - (Новосибирск, Академгородок, 1996 г.); — на ежегодных научно-технических конференциях профессорскопреподавательского состава Новосибирской государственной академии строительства (НГАС), а с 1998 г. Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (НГАСУ), по секциям «Экономика строительства» и «Водоснабжение и водоотведение» (Новосибирск, 1993 — 2001 гг.); — на Международной научно-практической конференции «Эффективность инвестиций в новое строительство и реконструкцию», секция «Инвестиционная строительная политика: формирование и реализация» (Новосибирск, 2000 г.); — на III Международном конгрессе «Ресурсо- и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве», секция 3 «Инженерные системы: теплотехника, вентиляция и водоотведение» (Новосибирск, 2000 г.); — на межкафедральных научных семинарах НГАСУ (2000 г.) и НГАЭиУ (2001 г.).Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 49 научных и учебно-методических работах общим объемом около 50,2 печатных листов, в том числе в одной авторской монографии «Экономические проблемы эффективности систем водоснабжения» (Новосибирск: НГАСУ, 2000. - .15,5 п. л.); в пяти препринтах: «Выбор трасс магистральных трубопроводов групповых водопроводов хозяйственно-питьевого назначения» (Новосибирск: ИЭиОПП СО АН СССР, 1978. - 0,56 п. л.); «Проектирование систем водоснабжения с помощью методов математического программирования» (Новосибирск: ГПНТБ СО АН СССР, 1982, ^ 1,8 п. л. в соавторстве); «Прогнозирование развития регионального строительного комплекса Сибири» (Новосибирск: НГАС, 1994. - 3,6 п.л. в соавторстве); «Оптимальное проектирование водопроводных систем» (Новосибирск: НГАС, 1995. — 2,2 п. л., в соавторстве); «Математическое моделирование и оптимизация проектируемых систем водоснабжения» (Новосибирск: НГАС, 1996. - 5,25 п. л.), и пяти учебно-методических пособиях, а ^ также в статьях и тезисах, изданных в журналах и различных сборниках.Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, а также списка использованной литературы из 255 наименований. Общий объем диссертации - 298 страниц. Основной текст работы изложен на 275 страницах, включая 11 таблиц и 25 рисунков. ,^ В первой главе, посвященной проблеме обеспечения населения России питьевой водой, дается общая характеристика ресурсов пресных вод и их роли в социально-экономическом развитии России. Приводятся данные о запасах воды в мире, РФ и США. Рассматривается удельная обеспеченность речным стоком (в расчете на 1 км^ территории и 1 чел.) России в сравнении с другими странами. Освещаются вопросы использования вод* ных ресурсов. Приводятся данные об объемах мирового потребления воды, а также ее расходах в бывшем СССР, РФ и США. Дается структура водопотребления и показываются тенденции ее изменения. Анализируются основные причины региональной ограниченности и дефицита ресурсов пресных вод в Российской Федерации. Рассматриваются современные аспекты кризисной ситуации в питьевом водоснабжении России и показываются подходы к ее разрешению. Раскрывается роль групповых водопроводов в преодолении водного дефицита и обеспечении пресной водой потребителей водонедостаточных регионов.Вторая глава посвящена проблемам экономического обоснования групповых систем водоснабжения при их проектировании, методам повышения их эффективности и надежности. В ней дается анализ основных путей повышения эффективности и надежности проектируемых систем водоснабжения. Исследуется проблема учета сезонной неравномерности водопотребления при проектировании групповых водопроводных систем. Определена необходимость резервирования воды в системе водоснабжения и анализируются методы проектирования трубопроводных систем с аккумулирующими емкостями.Третья глава посвящена рассмотрению экономических критериев оценки инвестиционных проектных решений систем водоснабжения. В ней дается ретроспективный анализ критериев экономической эффективности капитальных вложений, новой техники и мероприятий НТП, разработанных отечественными и зарубежными учеными-экономистами. Рассматриваются модели и методы оценки эффективности инвестиционных проектов в условиях рынка.В четвертой главе рассматриваются вопросы, связанные с оптимизацией систем водоснабжения с резервированием воды в аккумулирующих емкостях: дается экономико-математическая постановка задачи определения оптимального запаса воды в аккумулирующем резервуаре при его известном размещении на сети, приводятся ее математические модели и осуществляется их экономико-математический анализ; рассматриваются математические модели выбора рациональной схемы размещения резервуаров на сети разветвленных водоводов. Описывается метод расчета этих моделей. Обращается внимание на его вычислительные особенности и эффективность реализации.В пятой главе исследуется проблема оценки надежности проектируемых водопроводных сетей. Дается теоретическое обобщение вероятностным методам оценки показателей надежности транспортировки воды водоводами. Предлагаются варианты экономико-математических моделей задачи оптимального резервирования воды в системе водоснабжения с учетом надежности ее транспортировки. Приводится анализ этих моделей и обозначаются объекты их приложения.Предложенная автором совокупность методологических, методических и прикладных результатов может рассматриваться как решение актуальной и важной народнохозяйственной проблемы — экономического обоснования и выбора эффективных инвестиционных проектных решений систем водоснабжения с помощью методов математического моделирования.

Диссертация: заключение по теме "Экономика и управление народным хозяйством: теория управления экономическими системами; макроэкономика; экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами; управление инновациями; региональная экономика; логистика; экономика труда", Демин, Владимир Ильич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В условиях региональной ограниченности и дефицита ресурсов пресных вод, причинами которого являются их неравномерное распределение по территории, колебание во времени и прогрессирующее ухудшение качества, большое народохозяйственное значение имеет социально-экономическая проблема обеспечения этими ресурсами отраслей экономики и населения нашей страны. Особенно остро указанная проблема касается населения России. Его снабжение чистой питьевой водой является первоочередной крупной государственной задачей, которая нашла своё решение в Федеральной целевой программе "Обеспечение населения России питьевой водой", концепция которой была утверждена Правительством РФ в марте 1998 г.

2. Определенное место среди водохозяйственных мероприятий, предусматриваемых Федеральной программой по обеспечению населения питьевой водой, занимает приоритетное строительство групповых водопроводов, т.е. централизованных систем хозяйственно-питьевого водоснабжения, предназначенных для транспортировки воды на дальние расстояния по сети разветвленных напорных магистральных трубопроводов. Их создание необходимо осуществить в республиках Башкортостан, Кабардино-Балкария, Карачаево-Черкессия, в Алтайском, Краснодарском, Ставропольском краях, в Архангельской, Астраханской, Кемеровской, Курганской, Ленинградской, Новосибирской, Ростовской, Рязанской, Саратовской, Тюменской, Челябинской областях и некоторых других регионах.

3. С переходом водного хозяйства России к рыночным отношениям резко возрастает актуальность проблемы повышения эффективности и надёжности проектируемых водоснабжающих систем. Высокая стоимость транспортировки воды и значительный экономический ущерб потребителей при аварийных отказах водопроводной сети и длительных перерывах в её подаче, требуют разработки путей решения этой проблемы. Исследования показали, что эффективность и надёжность систем водоснабжения во многом зависит от учёта при их проектировании неравномерности водопотребления во времени.

4. Анализ существующих методик расчета систем группового водоснабжения выявил необходимость их совершенствования в направлении учета сезонной неравномерности водопотребления, достигающей на отдельных сельских групповых водопроводах четырёхкратного превышения максимальных суточных расходов над минимальными. Сбалансированность объёмов подачи и потребления воды во времени может быть достигнута либо путём увеличения мощности основных водопроводных сооружений и пропускной способности труб по участкам сети, либо путем резервирования воды в аккумулирующих ёмкостях. В результате повышаются эффективность и надежность систем водоснабжения и уменьшается возможная величина экономических потерь при их практической реализации. Предложенный метод устанавливает компромиссное сочетание этих двух факторов.

5. В работе проведен анализ экономических критериев оценки и выбора эффективных проектных решений систем водоснабжения, изучен отечественный и зарубежный опыт их использования в практике проектирования водопроводов, осуществлена постановка задачи оптимизации групповых систем водоснабжения с сезонным запасом воды в аккумулирующих резервуарах, разработана её экономико-математическая модель, позволяющая определить основные параметры проектируемой водопроводной системы (мощность водозабора, диаметр труб, емкости резервуаров и т.д.) и находить рациональную схему размещения резервуаров.

6. Экономико-математический анализ модели показал, что использование в ней в качестве критерия оптимизации функции затрат, отражающей стоимость создания водопроводной сети и аккумулирующих резервуаров, позволяет определить регулирующий запас воды в системе водоснабжения, а дополнительный учёт в затратах экономического ущерба потребителей, вызванного отказами сети и перерывами в водоподаче, даёт возможность оптимизировать не только регулирующий, но и аварийный запас воды. Практическая реализация модели в такой более полной форме сопряжена с трудностями информационного характера из-за отсутствия представительной статистической базы данных о величине ущерба потребителей. На практике реализована и внедрена модель с критерием строительной стоимости систем водоснабжения.

7. По формальным признакам модель относится к классу задач дискретной оптимизации и может быть реализована с помощью комбинаторных методов. В соответствии с этим в диссертации предложен эвристический комбинаторный метод расчета модели, основанный на декомпозиции сети и осуществлена его программная реализация на ЭВМ. Математическое обеспечение включает необходимые сервис—программы, связывающие входные и выходные параметры модели. Перевод расчетов на ЭВМ позволяет учесть многовариантность проектных решений системы водоснабжения в интерактивном режиме и осуществить окончательный её выбор путем дополнительного неформального анализа.

8. Расчеты, проведенные автором в 1985-1987 гг. для водопроводных магистралей первой очереди строительства Новосибирского группового водопровода (Обская система), полностью подтвердили эффективность разработанного экономико-математического инструментария. Это позволило внедрить в 1985 г. его в институте "Запсибгипроводхоз", где оно использовалось при проектировании водопроводов в автоматизированном режиме. В это же время разработанный инструментарий применялся в управлении строительства "Новосибирскводстрой" для экономического обоснования вариантов строительства первой очереди новосибирского группового водопровода (Обская система).

В 1994-1997 гг. при выполнении НИР на кафедре "Водоснабжение и водоотведение" Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета по теме "Совершенствование проектирования водопроводных сетей с учетом надежности водоснабжения потребителей в условиях Сибири", включенной в межвузовскую научно-техническую программу "Архитектура и строительство", где автор являлся ответственным исполнителем, был осуществлен перевод программного обеспечения с ЕС ЭВМ на ПК, которое использовалось в практических расчетах при проектировании водопроводных систем. Применение обновленного экономико-математического инструментария в институте "Сибгипрокоммунводоканал" (2000 г.) при технико-экономическом обосновании проектов реконструкции систем водоснабжения в условиях Сибири, позволило повысить эффективность и надежность реконструируемых водопроводов. Экономический эффект от внедрения его в производственную деятельность Новосибирского водоканала при расчете водопроводных сетей оценивается в размере 9—12% от их стоимости.

9. Проведенный анализ проблемы оценки надежности водопроводных сетей при их проектировании позволил расширить модельно-программный комплекс путем включения в него экономико-математических моделей с критериями надежности и стоимости. Использование при построении критерия надежности водопровода коэффициента готовности дает возможность определить аварийный запас воды в водопроводной системе, и тем самым повысить эффективность и безотказность водообеспечивания потребителей.