МОДЕЛІ ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ СИСТЕМ ПИТНОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ ТА ВОДОВІДВЕДЕННЯ

Автор(и)

  • Світлана Потапенко Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна http://orcid.org/0009-0000-4221-4048

DOI:

https://doi.org/10.32347/2077-3455.2025.74.482-498

Ключові слова:

оптимізація, метод, модель, ризики, стійкість, системи питного водопостачання та водовідведення, управління, формула

Анотація

У статті розроблено концептуальну багатокритеріальну модель підвищення стійкості систем питного водопостачання та водовідведення, що є критично важливим в умовах зростаючих техногенних, екологічних, соціальних та військових загроз для інфраструктури України. Запропоновано комплексну методологічну основу для прийняття управлінських рішень, яка враховує повний життєвий цикл об’єктів, системний вплив внутрішніх і зовнішніх факторів, а також імовірні ризики та сценарії втрат. Методологія дослідження поєднує системний аналіз для виявлення вразливостей, логіко - математичне моделювання для формалізації завдань, ризик - орієнтоване планування для ідентифікації загроз та математичну оптимізацію для пошуку найкращих рішень. Для визначення пріоритетності критеріїв застосовано метод аналізу ієрархій, а для структурування причинно - наслідкових зв’язків - діаграму Ісікави. Стійкість формалізована через інтегральний показник R(S), який максимізується за допомогою цільової функції, що агрегує зважені критерії, такі як мінімізація втрат води, енерговитрат та експлуатаційних витрат. Створена ієрархічна структура управління дозволяє адаптувати рішення на державному, регіональному та муніципальному рівнях, що продемонстровано на конкретних прикладах для України. Модель трансформує стратегічні цілі у практичні плани дій для реагування на надзвичайні ситуації, зокрема на руйнування інфраструктури чи хімічне забруднення джерел водопостачання. Практична реалізація моделі, що підтверджується розрахунковим зростанням інтегрального показника стійкості, слугує науково обґрунтованою основою для розробки схем оптимізації. Застосування цього підходу дозволяє зменшити вразливість систем, підвищити ефективність використання ресурсів та забезпечити безперервність надання послуг населенню.

Біографія автора

Світлана Потапенко, Київський національний університет будівництва і архітектури

Аспірантка кафедри водопостачання та водовідведення Київського національного університету будівництва і архітектури

Посилання

Список літератури

Ait-Kadi M. Water for development and development for water: realizing the sustainable development goals (SDGs) vision. Aquatic Procedia. 2016. Vol. 6. P. 106–110. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aqpro.2016.06.013

Балтовський О. О., Форос Г. В., Сіфоров О. І. Основи математичного моделювання / за заг. ред. д.т.н., доц. О. А. Балтовського. Одеса: Одеський державний університет внутрішніх справ, 2023. 125 с. URL: https://files.znu.edu.ua/files/Bibliobooks/Inshi78/0058302.pdf

Гусев А. В., Гусев С. В. Математичне моделювання в техніці. Київ: Юрайт, 2023. 352 с.

ДСТУ ISO 31000:2018. Менеджмент ризиків. Принципи та настанови (ISO 31000:2018, IDT). Чинний від 01.01.2019. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2018. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=80322 (дата звернення: 08.08.2025).

ДСТУ IEC/ISO 31010:2013. Керування ризиком. Методи загального оцінювання ризику (IEC/ISO 31010:2009, IDT). Чинний від 01.07.2014. Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2013. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=66723 (дата звернення: 08.08.2025).

Plakas K. V., Georgiadis A. A., Karabelas A. J. Sustainability assessment of tertiary wastewater treatment technologies: a multi-criteria analysis. Water Science & Technology. 2016. Vol.73, No.7. P.1532–1540. DOI: https://doi.org/10.2166/wst.2015.630

Лебедєв О. М. Моделювання у науково-технічних дослідженнях. Київ : Вища школа, 2019. 224 с.

Молодід О. К. Математичні методи оптимізації: навч. посіб. Київ: НТУУ «КПІ», 2012. 204 с.

Метод аналізу ієрархій // Вікіпедія: вільна енциклопедія. URL: https://uk.wikipedia.org/wiki/Метод_аналізу_ієрархій (дата звернення: 08.08.2025).

Гайна Г. А. Методи оптимізації: алгоритми, приклади, задачі: навч. посіб. для студ. усіх спец. напряму підгот. «Комп’ютерні науки». Київ: КНУБА, 2005. 144 с.

Ногін В. Ю., Протодьяконів І. О., Євлампієв І. І. Основи теорії оптимізації. Київ: Вища школа, 2018. 384 с.

Shin S., Lee S., Judi D. R., Parvania M., Goharian E., McPherson T., Burian S. J. A systematic review of quantitative resilience measures for water infrastructure systems // Water. 2018. Vol. 10, no. 2. Art. 164. DOI: https://doi.org/10.3390/w10020164

Катренко А. В. Системний аналіз: підручник. Львів: Новий Світ - 2000, 2011. 396 с.

Dweedar S. K., Mobasher A., Al-Ashry O., Hamed M. Framework for integrated sustainability, reliability and resilience risk assessment in water supply systems // Journal of Engineering Research. 2023. Vol. 7, no. 2. Art. 42. P. 153–160. URL: https://digitalcommons.aaru.edu.jo/erjeng/vol7/iss2/42

Ткачова О. К. Метод Сааті при прийнятті управлінських рішень // Держава та регіони. Серія: Економіка та підприємництво. 2015. № 4 (85). С. 92–96. URL: http://www.econom.stateandregions.zp.ua/journal/2015/4_2015/17.pdf

Franco L. A., Montibeller G. Problem structuring for multicriteria decision analysis interventions // Wiley Encyclopedia of Operations Research and Management Science. 2011. DOI: https://doi.org/10.1002/9780470400531.eorms0683

Ismail S., Dawoud D. W., Ismail N., Marsh R., Alshami A. S. IoT-based water management systems: Survey and future research direction // IEEE Access. 2022. Vol. 10. P. 35942–35952. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3163742

Loucks D. P., van Beek E. Water resource systems planning and management: An introduction to methods, models, and applications. Cham: Springer, 2017. 624 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-44234-1

Makropoulos C., Butler D. Framework for the assessment of resilience in urban water systems: report. Report No. 06/RG/05/1. London: UK Water Industry Research, 2006.

Rousso B. Z., Lambert M., Gong J. Smart water networks: A systematic review of applications using high-frequency pressure and acoustic sensors in real water distribution systems // Journal of Cleaner Production. 2023. Vol. 410. Art. 137193. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137193

References

Ait-Kadi, M. (2016). Water for development and development for water: Realizing the sustainable development goals (SDGs) vision. Aquatic Procedia, 6, 106–110. https://doi.org/10.1016/j.aqpro.2016.06.013 (in English).

Baltovskyi, O. O., Foros, H. V., & Siforov, O. I. (2023). Fundamentals of mathematical modeling (edited by O. A. Baltovskyi) [Textbook]. Odesa State University of Internal Affairs. https://files.znu.edu.ua/files/Bibliobooks/Inshi78/0058302.pdf (in Ukrainian).

Husev, A. V., & Husev, S. V. (2023). Mathematical modeling in engineering. Yurait. (in Ukrainian).

State Enterprise “Ukrainian Research and Training Center for Standardization, Certification and Quality”. (2018). Risk management — Principles and guidelines (DSTU ISO 31000:2018, IDT). https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=80322 (in Ukrainian).

State Enterprise “Ukrainian Research and Training Center for Standardization, Certification and Quality”. (2013). Risk management — Risk assessment techniques (DSTU IEC/ISO 31010:2013, IDT). https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=66723 (in Ukrainian).

Plakas, K. V., Georgiadis, A. A., & Karabelas, A. J. (2016). Sustainability assessment of tertiary wastewater treatment technologies: A multi-criteria analysis. Water Science & Technology, 73(7), 1532–1540. https://doi.org/10.2166/wst.2015.630 (in English).

Lebediev, O. M. (2019). Modeling in scientific and technical research. Vyshcha Shkola. (in Ukrainian).

Molodid, O. K. (2012). Mathematical methods of optimization (Textbook). National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”. (in Ukrainian).

Wikipedia. (2025, August 2). Analytic hierarchy process. In Wikipedia. https://uk.wikipedia.org/wiki/Метод_аналізу_ієрархій (in Ukrainian).

Haina, H. A. (2005). Optimization methods: Algorithms, examples, problems. Kyiv: Kyiv National University of Construction and Architecture. (in Ukrainian).

Nogin, V. Y., Protodiakonov, I. O., & Yevlampiev, I. I. (2018). Fundamentals of optimization theory. Kyiv: Vyshcha Shkola. (in Ukrainian).

Shin, S., Lee, S., Judi, D. R., Parvania, M., Goharian, E., McPherson, T., & Burian, S. J. (2018). A systematic review of quantitative resilience measures for water infrastructure systems. Water, 10(2), 164. https://doi.org/10.3390/w10020164

Katrenko, A. V. (2011). System analysis [Textbook]. Lviv: Novyi Svit–2000. (in Ukrainian).

Dweedar, S. K., Mobasher, A., Al-Ashry, O., & Hamed, M. (2023). Framework for integrated sustainability, reliability and resilience risk assessment in water supply systems. Journal of Engineering Research, 7(2), Article 42, 153–160. https://digitalcommons.aaru.edu.jo/erjeng/vol7/iss2/42 (in English).

Tkachova, O. K. (2015). The Saaty method in managerial decision-making. State and Regions. Series: Economics and Entrepreneurship, (4), 92–96. http://www.econom.stateandregions.zp.ua/journal/2015/4_2015/17.pdf (in Ukrainian).

Franco, L. A., & Montibeller, G. (2011). Problem structuring for multicriteria decision analysis interventions. In Wiley Encyclopedia of Operations Research and Management Science. https://doi.org/10.1002/9780470400531.eorms0683 (in English).

Ismail, S., Dawoud, D. W., Ismail, N., Marsh, R., & Alshami, A. S. (2022). IoT-based water management systems: Survey and future research direction. IEEE Access, 10, 35942–35952. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3163742 (in English).

Loucks, D. P., & van Beek, E. (2017). Water resource systems planning and management: An introduction to methods, models, and applications. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-44234-1 (in English).

Makropoulos, C., & Butler, D. (2006). Framework for the assessment of resilience in urban water systems (Report No. 06/RG/05/1). UK Water Industry Research. (in English).

Rousso B. Z., Lambert M., Gong J. Smart water networks: A systematic review of applications using high-frequency pressure and acoustic sensors in real water distribution systems // Journal of Cleaner Production. 2023. Vol. 410. Art. 137193. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137193 (in English).

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-09-24

Як цитувати

Потапенко, С. (2025). МОДЕЛІ ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ СИСТЕМ ПИТНОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ ТА ВОДОВІДВЕДЕННЯ. Сучасні проблеми Архітектури та Містобудування, (74), 482–498. https://doi.org/10.32347/2077-3455.2025.74.482-498

Номер

Розділ

БУДІВНИЦТВО ТА ЦИВІЛЬНА ІНЖЕНЕРІЯ