<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Archiving and Interchange DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.4 20241031//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/archiving/1.4/JATS-archive-oasis-article1-4-mathml3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" dtd-version="1.4" article-type="research-article" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Математическая физика и компьютерное моделирование</journal-title></journal-title-group><issn publication-format="print">2587-6325</issn><issn publication-format="electronic">2587-6902</issn></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.15688/mpcm.jvolsu.2024.1.4</article-id><article-categories><subj-group><subject>Other</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="ru">Модели управления гидротехническими проектами на пойменных территориях с учетом активности ее хозяйствующих субъектов</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Models for managing hydraulic projects in floodplain areas, considering the activity of economic entities</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Исаева</surname><given-names>Инесса Игоревна</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Isaeva</surname><given-names>Inessa I.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-3045-6757</contrib-id></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Воронин</surname><given-names>Александр Александрович</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Voronin</surname><given-names>Alexander A.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib><aff-alternatives id="aff1"><aff xml:lang="en"><institution>Volgograd State University (Volgograd, Russian Federation)</institution></aff><aff xml:lang="ru"><institution>Волгоградский государственный университет (Волгоград, Российская Федерация)</institution></aff></aff-alternatives></contrib-group><pub-date pub-type="epub" iso-8601-date="2024-04-25"><day>25</day><month>04</month><year>2024</year></pub-date><volume>27</volume><issue>1</issue><fpage>45</fpage><lpage>61</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2024-01-22"><day>22</day><month>01</month><year>2024</year></date><date date-type="accepted" iso-8601-date="2024-02-09"><day>09</day><month>02</month><year>2024</year></date></history><permissions><license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:title="CC BY 4.0"><ali:license_ref>https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ali:license_ref><license-p xml:lang="ru">CC BY 4.0</license-p></license></permissions><abstract xml:lang="ru"><p>В статье проведено исследование проблемы управления гидротехническими мультипроектами установки системы паводковых плотин на пойменных территориях с учетом активности ее хозяйствующих субъектов (модель «Центр — агенты»). Различие в величинах экологического и экономического эффекта для разных вариантов мультипроекта позволило исследовать задачу синтеза оптимального механизма его софинансирования. Для исследования данной проблемы построены и исследованы две математические модели иерархических игр Γ2(Γ0) и Γ1(Γ0). Для численного поиска равновесий Нэша в игре агентов Γ0 предложено два алгоритма, использующие метод «угроз — контругроз». Работа алгоритмов проиллюстрирована на модельных примерах. В случае аддитивности мультипроектного эффекта Центра по эффектам составляющих его простых проектов поиск гарантирующей стратегии Центра сводится к решению задачи целочисленного программирования.Пример неаддитивной зависимости исследован в рамках моделирования мультипроекта установки системы паводковых плотин на территории северной части Волго-Ахтубинской поймы. Реализующая гарантирующую стратегию Центра параметрическая зависимость «затраты — эффект» найдена специально разработанным эвристическим алгоритмом «доноры — акцепторы». Расчет целевой функции Центра проводился по цифровым картам паводковых затоплений, построенным в ходе численного моделирования динамики поверхностных вод с использованием программного комплекса EcoGIS-Simulation. Связь алгоритма оптимизации с цифровой моделью рельефа территории осуществлялась с помощью разработанного программного приложения. Проведенное исследование показывает потенциальную практическую применимость предложенной модели управления и разработанных алгоритмов поиска решений задач оптимизации для реализации гидротехнических проектов на пойменных территориях.</p></abstract><abstract xml:lang="en" abstract-type="summary"><p>The paper presents the problem of managing hydraulic multiprojects, taking into account the activity of economic entities (the «CenterAgents» model). The multi-project is interpreted as an installation of a flood dams’ system in floodplain areas. The difference in the environmental and economic effect values for different variants of the multi-project made it possible to study the problem of synthesizing the optimal mechanism for its co-financing. For this purpose two mathematical models of hierarchical games Г2(Γ0) and Γ1(Γ0) were constructed and studied. We propose two algorithms using the «threatcounterthreat» method to numerically search for Nash equilibria in the agent game Γ0. The algorithms are illustrated using model examples. In the case of the Center’s multi-project effect additivity to the effects of its constituent simple projects, the search for a Center’s guaranteeing strategy is reduced to solving an integer programming problem. We studied an example of a non-additive dependence modeling a multi-project for installing a flood dams’ system in the northern part of the Volga-Akhtuba floodplain. The parametric dependence «cost-effect» that implements the Center’s guaranteeing strategy was found by a specially developed heuristic algorithm «donors-acceptors». The Center’s objective function was calculated using digital maps of flood inundations, constructed with a help of the EcoGIS-Simulation software package. The connection between the digital terrain model and the optimization algorithm was carried out using the developed software application. The conducted research shows the potential practical applicability of the proposed model and developed algorithms for finding solutions to optimization problems for the hydraulic project implementation in floodplain areas.</p></abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>механизмы софинансирования</kwd><kwd>иерархические игры</kwd><kwd>гидродинамическое и геоинформационное моделирование</kwd><kwd>управление гидротехническими проектами</kwd><kwd>Волго-Ахтубинская пойма</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>nonequilibrium gas</kwd><kwd>vibrational relaxation</kwd><kwd>chemical reactions</kwd><kwd>acoustic and thermal instabilities</kwd><kwd>Kelvin-Helmholtz instability</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">1 Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-21-00176, https://rscf.ru/project/23-21-00176/.</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><ref id="ref1"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Александровский, А. Ю. Влияние русловых деформаций в нижнем бьефе на условия работы энергетического оборудования ГЭС / А. Ю. Александровский, Б. И. Силаев, В. В. Чуканов // Гидротехническое строительство. - 2002. - № 11. - C. 20-23. EDN: MPLFXN</mixed-citation></ref><ref id="ref2"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Анализ экологических последствий эксплуатации Волгоградского водохранилища для сохранения биоразнообразия основных водно-болотных территорий Нижней Волги. Отчет о НИР / И. В. Землянов, О. В. Горелиц, А. Е. Павловский, Е. Ю. Шикунова, М. В. Козлова, А. А. Сапожникова. - М.: ФГУ "ГОИН", 2010. - 675 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref3"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Асарин, А. Е. Русловые деформации в нижнем бьефе волгоградского гидроузла и возможности их ограничения / А. Е. Асарин, К. В. Ткачев // Гидротехническое строительство. - 2014. - № 12. - C. 54-58. EDN: ZEZEJH</mixed-citation></ref><ref id="ref4"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Буланов, Е. П. Понижение кривой расходов в нижнем бьефе Волжской ГЭС, связанное с общими размывами русла / Е. П. Буланов // XV пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозийных, русловых и устьевых процессов. Доклады и краткие сообщения. - Волгоград; М.: Перемена, 2000. - C. 71-73.</mixed-citation></ref><ref id="ref5"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Векслер, А. Б. Переформирование русла в нижних бьефах крупных гидроэлектростанций / А. Б. Векслер, В. М. Доненберг. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 217 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref6"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Водно-экологические проблемы Волго-Ахтубинской поймы / М. В. Болгов, К. Ю. Шаталова, О. В. Горелиц, И. В. Землянов // Экосистемы: экология и динамика. - 2017. - Т. 1, № 3. - C. 15-37. EDN: ZFEATV</mixed-citation></ref><ref id="ref7"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Иванов, В. В. Влияние гидроузлов на деформации пойменных берегов и русловых форм в низовьях реки Волги и Кубани / В. В. Иванов, В. Н. Коротаев // Эрозия почв и русловые процессы. - 2008. - Вып. 16. - C. 224-242.</mixed-citation></ref><ref id="ref8"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Льюс, Р. Д. Игры и решения / Р. Д. Льюс, Х. Райфа. - М.: Иностр. лит., 1961. - 642 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref9"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Мажбиц, Г. Л. Изменение положения кривой связи расходов и уровней воды и русловые процессы в нижнем бьефе Волжской ГЭС / Г. Л. Мажбиц, Е. П. Буланов // Материалы Всесоюзной научно-практической конференции "Водные ресурсы Волги: настоящее и будущее, проблемы управления". - Астрахань, 2007. - C. 232-240.</mixed-citation></ref><ref id="ref10"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Новиков, Д. А. Теория управления организационными системами / Д. А. Новиков. - М.: Изд-во физ.-мат. лит., 2012. - 604 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref11"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Храпов, С. С. Численная схема для моделирования динамики поверхностных вод на основе комбинированного SPH-TVD-подхода / С. С. Храпов, А. В. Хоперсков, Н. М. Кузьмин // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. - 2011. - Т. 12, вып. 1. - C. 282-297. EDN: OJAZAB</mixed-citation></ref><ref id="ref12"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Храпов, С. С. Численное моделирование самосогласованной динамики поверхностных и грунтовых вод / С. С. Храпов // Математическая физика и компьютерное моделирование. - 2021. - Т. 24, вып. 3. - C. 45-62. -. DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2021.3.5 EDN: VLCCLY</mixed-citation></ref><ref id="ref13"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">A Modeling Assessment of Large-Scale Hydrologic Alteration in South American Pantanal Due to Upstream Dam Operation / P. F. Jardim, M. M. M. Melo, L. D. C. Ribeiro, W. Collischonn, A. R. Paz // Frontiers in Environmental Science. - 2020. - Vol. 8. - Article ID: 567450. -. DOI: 10.3389/fenvs.2020.567450 EDN: DGSZST</mixed-citation></ref><ref id="ref14"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Khrapov, S. S. Application of Graphics Processing Units for Self-Consistent Modelling of Shallow Water Dynamics and Sediment Transport / S. S. Khrapov, A. V. Khoperskov // Lobachevskii Journal of Mathematics. - 2020. - Vol. 41, № 8. - P. 1475-1484. EDN: HSCYID</mixed-citation></ref><ref id="ref15"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Long-Term Deposition of Fine Sediments in Vienna's Danube Floodplain Before and After Channelization / S. Hohensinner, S. Grupe, G. Klasz, T. Payer // Geomorphology. - 2022. - Vol. 398. - Article ID: 108038. -. DOI: 10.1016/j.geomorph.2021.108038 EDN: HEGGOI</mixed-citation></ref><ref id="ref16"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Post-Damming Flow Regime Development in a Large Lowland River (Volga, Russian Federation): Implications for Floodplain Inundation and Fisheries / K. Gorski, L. V. van den Bosch, K. E. van de Wolfshaar, H. Middelkoop, L. A. J. Nagelkerke, O. V. Filippov // River Research and Applications. - 2012. - Vol. 28, iss. 16. - P. 1121-1134. EDN: UEHKPN</mixed-citation></ref><ref id="ref17"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Alexanderovskiy A.Yu., Silaev B.I., Chukanov V.V. Vliyanie ruslovykh deformatsiy v nizhnem befe na usloviya raboty energeticheskogo oborudovaniya GES [The Influence of Channel Deformations in the Downstream on the Operating Conditions of Hydroelectric Power Equipment]. Gidrotekhnicheskoe stroitelstvo, 2002, no. 11, pp. 20-23.</mixed-citation></ref><ref id="ref18"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Zemlyanov I.V., Gorelits O.V., Pavlovskiy A.E., Shikunova E.Yu., Kozlova M.V., Sapozhnikova A.A. Analiz ekologicheskikh posledstviy ekspluatatsii Volgogradskogo vodokhranilishcha dlya sokhraneniya bioraznoobraziya osnovnykh vodno-bolotnykh territoriy Nizhney Volgi. Otchet o NIR [Analysis of the Environmental Consequences of the Volgograd Reservoir Operation for the Biodiversity Conservation of the Main Wetland Areas of the Lower Volga. Research Report]. Moscow, FGU «GOIN» Publ., 2010. 675 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref19"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Asarin A.E., Tkachev K.V. Ruslovye deformatsii v nizhnem befe volgogradskogo gidrouzla i vozmozhnosti ikh ogranicheniya [Channel Deformations in the Downstream of the Volgograd Hydroelectric Complex and Their Limiting Possibility]. Gidrotekhnicheskoe stroitelstvo, 2014, no. 12, pp. 54-58.</mixed-citation></ref><ref id="ref20"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Bulanov E.P. Ponizhenie krivoy raskhodov v nizhnem befe Volzhskoy GES, svyazannoe s obshchimi razmyvami rusla [The Flow Curve Decrease in the Downstream of the Volzhskaya HPP, Associated with Riverbed General Erosion]. XV plenarnoe mezhvuzovskoe koordinatsionnoe soveshchanie po probleme eroziynykh, ruslovykh i ustyevykh protsessov. Doklady i kratkie soobshcheniya. Volgograd; Moscow, Peremena Publ., 2000, pp. 71-73.</mixed-citation></ref><ref id="ref21"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Veksler A.B., Donenberg V.M. Pereformirovanie rusla v nizhnikh befakh krupnykh gidroelektrostantsiy [Channel Reformation in the Downstream of Large HPPs]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1983. 217 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref22"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Bolgov M.V., Shatalova K.Yu., Gorelits O.V., Zemlyanov I.V. Vodno-ekologicheskie problemy Volgo-Akhtubinskoy poymy [Water-Ecological Problems of the Volga-Akhtuba Floodplain]. Ekosistemy: ekologiya i dinamika, 2017, vol. 1, no. 3, pp. 15-37.</mixed-citation></ref><ref id="ref23"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Ivanov V.V., Korotaev V.N. Vliyanie gidrouzlov na deformatsii poymennykh beregov i ruslovykh form v nizovyakh reki Volgi i Kubani [Effect of Hydro Strain on the Shores of the Floodplain and Channel Forms in the Lower Reaches of the Volga and Kuban]. Eroziya pochv i ruslovye protsessy, 2008, iss. 16, pp. 224-242.</mixed-citation></ref><ref id="ref24"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Lyus R.D., Rayfa Kh. Igry i resheniya [Games and Solutions]. Moscow, Inostr. lit. Publ., 1961. 642 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref25"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Mazhbits G.L., Bulanov E.P. Izmenenie polozheniya krivoy svyazi raskhodov i urovney vody i ruslovye protsessy v nizhnem befe Volzhskoy GES [Changes in the Position of the Curve for the Relationship Between Flow Rates and Water Levels and Channel Processes in the Volzhskaya HPP Downstream]. Materialy Vsesoyuznoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Vodnye resursy Volgi: nastoyashchee i budushchee, problemy upravleniya».. Astrakhan, 2007, pp. 232-240.</mixed-citation></ref><ref id="ref26"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Novikov D.A. Teoriya upravleniya organizatsionnymi sistemami [The Theory of Organizational Systems' Management]. Moscow, Izd-vo fiz.-mat. lit. Publ., 2012. 604 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref27"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Khrapov S.S., Khoperskov A.V., Kuzmin N.M. Chislennaya skhema dlya modelirovaniya dinamiki poverkhnostnykh vod na osnove kombinirovannogo SPH-TVD-podkhoda [Numerical Scheme for Modeling Surface Water Dynamics Based on a Combined SPH-TVD Approach]. Vychislitelnye metody i programmirovanie: novye vychislitelnye tekhnologii, 2011, vol. 12, iss. 1, pp. 282-297.</mixed-citation></ref><ref id="ref28"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Khrapov S.S. Chislennoe modelirovanie samosoglasovannoy dinamiki poverkhnostnykh i gruntovykh vod [Numerical Modeling of Self-Consistent Dynamics of Surface and Groundwater]. Matematicheskaya fizika i kompyuternoe modelirovanie, 2021, vol. 24, iss. 3, pp. 45-62. DOI:https://doi.org/10.15688/mpcm.jvolsu.2021.3.5</mixed-citation></ref><ref id="ref29"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Jardim P.F., Melo M.M.M., Ribeiro L.D.C., Collischonn W., Paz A.R. A Modeling Assessment of Large-Scale Hydrologic Alteration in South American Pantanal Due to Upstream Dam Operation. Frontiers in Environmental Science, 2020, vol. 8, article ID: 567450. DOI:http://dx.doi.org/10.3389/fenvs.2020.567450</mixed-citation></ref><ref id="ref30"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Khrapov S.S., Khoperskov A.V. Application of Graphics Processing Units for Self-Consistent Modelling of Shallow Water Dynamics and Sediment Transport. Lobachevskii Journal of Mathematics, 2020, vol. 41, no. 8, pp. 1475-1484.</mixed-citation></ref><ref id="ref31"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Hohensinner S., Grupe S., Klasz G., Payer T. Long-Term Deposition of Fine Sediments in Vienna's Danube Floodplain Before and After Channelization. Geomorphology, 2022, vol. 398, article ID: 108038. DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.geomorph.2021.108038</mixed-citation></ref><ref id="ref32"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Gorski K., van den Bosch L.V., van de Wolfshaar K.E., Middelkoop H., Nagelkerke L.A.J., Filippov O.V. Post-Damming Flow Regime Development in a Large Lowland River (Volga, Russian Federation): Implications for Floodplain Inundation and Fisheries. River Research and Applications, 2012, vol. 28, iss. 16, pp. 1121-1134.</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
