Перспективы моделирования природно-технических систем в целях оценки их состояния (стр. 1 из 2)

В.Н. Жердев, С.Д. Беспалов

Оценка современного состояния природной среды как основы рекомендаций для различных типов хозяйственного использования территории достаточно актуальна во многих регионах. Выбор того или иного способа управления территорией зависит от разнообразия и уровня организации территории, как с точки зрения ее ландшафтной структуры, так степени и характера освоенности в хозяйственно-экономическом плане. Под освоенностью в данном случае понимается глубина вовлечения объектов природы в технологический процесс.

Эти факторы взаимосвязаны, и на практике чаще всего первый из них оказывается доминирующим при выборе типа использования территории. Об этом объективно свидетельствуют исторически сложившиеся формы ведения хозяйства, примером может служить природно-сельскохозяйственное районирование [4]. Однако, это представляется справедливым на макро- и мезоуровне, когда выделяются обширные территории по степени однородности в каком либо одном отношении. Когда же появляется необходимость в изучении более дискретных пространств, характеризующихся комплексными показателями, сочетающими свойства как дискретных, так и фоновых параметров, локализованных на сравнительно небольшой территории, требующей более крупномасштабных исследований, решающее значение начинает приобретать социально-экономический фактор.

Таким образом, для выбора наиболее рационального способа ведения хозяйственной деятельности, необходим учет как природных, так и экономических факторов, причем на локальном уровне эти факторы приобретают равный вес.

Кроме того, необходимо отметить что на современном этапе развития производства, в значительной мере затронувшего структуру и облик природных экосистем, особую важность приобретает задача сохранения комфортности среды обитания человека и природно-ресурсного потенциала ландшафтов. Это положение занимает одно их основных мест в концепции устойчивого развития общества. В этой связи особенно важным является получение объективной информации о состоянии окружающей среды, представленной в комплексной оценке ее состояния в разрезе отдельных видов использования земель.

Понятие о типе использования земель достаточно полно представлено в научной литературе [3,5]. Он характеризует собой территорию, которая по причине природных особенностей, либо по причине своего положения отличается от других территорий, что делает ее объектом, вовлекаемым в материальное производство. Причем характер производства будет являться лишь внешним проявлением “синтеза” природных условий (физико-географические условия), экологического состояния (удовлетворительное состояние сред по физическим, геохимическим и санитарно-гигиеническим показателям) и социально-экономических показателей (наличие трудовых ресурсов, уровень развития техники и технологии, рентабельность производства).

Таким образом, тип использования земель – совокупность физико-географических, экологических и социально-экономических условий характеризующих определенную территорию, и обеспечивающих стабильное и рентабельное функционирование природно-технического комплекса [1].

Критерием эффективности функционирования природно-технического комплекса может выступать обобщенный показатель вида E=1/Y, показывающий величину ущерба от изменения состояния природных систем, вызванного хозяйственной деятельностью, где Y – величина ущерба.

Определение данного критерия представляется возможным путем реализации модельного подхода, учитывающего многообразие взаимодействий в цепи “природный ландшафт – природно-технический комплекс”.

Принимая за основу схему эколого-экономической модели регулирования качества природной среды региона [2], попытаемся создать аналогичную модель, ориентированную на решение задач функционирования природно-технического комплекса.

Модель оптимального функционирования природно-технических систем строится как задача линейного программирования большой размерности с блочной структурой.

В модели примем следующие обозначения: j – индекс технического объекта или системы (j=1,...J); ij – индекс производительности технической системы, определенный показатель “мощности”, (ij =1, ...mj);

рj – индекс вида ресурса, используемого j-м предприятием (рj = 1,…,nj); р – фоновый индекс вида ресурса (р=1, ..., n); kj –индекс вида негативного производственного фактора j-ой технической системы (kj= 1,…,lj ); k – индекс производственного фактора, оказывающего воздействие на экосистемы региона (k =1, ...1);

Xj – вектор производительности j-ой природно-технической системы размерностью mj ´1;

Bj – вектор лимитов ресурсов рj вида, потребляемых j-ой технической системой, размерностью nj´1;

B – вектор лимитов природных ресурсов территории р вида размерностью n´1;

Dj – вектор норм отходов kj вида на j-м предприятии размерностью lj´1;

D – вектор норм производственных выбросов k-гo вида, оказывающих необратимое воздействие на экосистемы, размерностью l´1; Pj – вектор удельной прибыли, рентабельности j-ой технической системы размерностью 1´m;

Cj – вектор удельных затрат, связанных с ликвидацией последствий воздействия производственных факторов j-ой технической системы на экосистемы, размерностью 1´m; Aj– матрица коэффициентов (норм) затрат ресурсов на функционирование j-ого объекта размерностью nj´mj;

Aj – матрица коэффициентов (норм) затрат ресурсов на выпуск продукции на j-ом объекте размерностью n´mj;

Hj – матрица удельных показателей негативных производственных воздействий сопровождающих производство, размерностью n´m; H j – матрица удельных показателей негативных производственных воздействий отмеченных на территории (как прямых, так и косвенных), размерностью k´mj.

В этих обозначениях производственно-экономический блок модели природно-технической системы будет иметь следующий вид. Стабильное функционирование природнотехнических систем должно следовать выражению:

Таким образом, для стабильной природнотехнической системы справедливо:

Функционирование производственно-экономического блока сопровождается поступлением в природную среду определенного количества вещества, энергии и информации. Обобщенный количественный учет этого процесса можно представить уравнением:

Для определенной природно-технической системы, включающей несколько производственно-экономических элементов, указанное выше уравнение имеет вид:

В данном выражении вектор Dj имеет смысл нормированного значения каждого параметра (ПДК, ВСС, ВСВ, ПДУ).

При соблюдении указанных выше условий и при P > Cj, функционирование природно-технической системы будет иметь максимальную производительность.

Решение задачи симплекс-методом или методом графов позволяет определить вектор оценок региональных ресурсов (V ) и вектор оценок производственных выбросов или, так называемый, вектор ущербов (Y ). Используя оптимальные оценки региональных ресурсов, оптимальные оценки ущербов и учитывая условия Aj , Bj , Hj , полученные в результате решения задачи варианты развития каждого j-го предприятия обеспечивают mах(Рj,-VAj-YHj)Xj. Таким образом, формируется оптимальный план развития народнохозяйственного комплекса [2].

Как правило, типы использования земель в сельском хозяйстве приурочены к определенным, достаточно различимым природным комплексам (типам местности).

В условиях городских и сельских поселений, в целях оценки также необходимо выделять аналогичные в таксономическом отношении единицы. В данном случае целесообразно использовать не приуроченность типа использования земель к природным комплексам, а характер и целевое назначение застройки. В этом отношении наиболее интересны земли городов и поселков. Причем под оценкой качественного состояния городских земель подразумевается определение соответствия фактического состояния земель требованиям к их освоению, основывающегося на ряде сведений, включающих градостроительные и иные характеристики степени пригодности земель для использования в интересах города, сведения об инженерно-геологических условиях, экологическом состоянии земель и городской среды, о природно-технологических свойствах земельных участков, об улучшениях земель и др. Главный принципиальный критерий оценки состояния городских земель – соответствие их состояния интересам развития города. Основными требованиями к освоению земельного фонда города являются сохранение нормативного качества окружающей среды обитания человека и устойчивость ландшафтов, а также геологической среды при различных формах освоения и эффективного использования. Соответствие земельного фонда требованиям городского освоения служит исходной оценкой его состояния [4].

При оценке интегрального состояния земель особое место следует отводить нарушенным землям, представляющим собой территории, вовлекаемые в добычу подземных ископаемых, и уже отработанные выработки, подвергнутые рекультивации или брошенные. В каждом из этих случаев на месте ранее существующих природных комплексов в результате их коренной перестройки образуются антропогенные комплексы, совершенно нетипичные для исследуемой природной зоны по структуре и генезису. Эти земли представлены следующими типами современных ландшафтов: карьерно-отвальные, торфяно-карьерные, дражно-отвальные, шахтные просадочно-терриконниковые и экстрактивные комплексы [5].

При оценке их состояния особое значение следует уделять глубине промышленной разработки полезных ископаемых, глубине залегания подземных вод, диаметру диффузионных воронок, виду и стадии рекультивации. Еще один вид использования земель, имеющий много особенностей в изучении и оценке их состояния – группа, так называемых, линейно-транспортных ландшафтов. Их существование связано с отчуждением земель вдоль полос отвода согласно принятым нормативам. Этот тип использования земель в значительной степени подвержен техногенным воздействиям физико-химического характера. Об этом свидетельствуют многочисленные факты неудовлетворительного состояния территории вдоль крупных автомобильных магистралей, железнодорожных линий, аммиакопроводов и т.д., при этом не учитываются различного рода аварийные ситуации на транспортных магистралях, затрагивающие все компоненты природной среды [7].