- •А.В. Мельников, в.Н. Мельников Управление запасами промысловых рыб и охрана природы
- •Управление запасами промысловых рыб и охрана природы
- •Оглавление
- •Раздел 1. Основные проблемы, понятия и показатели теории запасов и управления рыболовством 15
- •Глава 1. Общие проблемы оценки запасов и управления запасами промысловых рыб 15
- •Глава 2. Оценка воспроизводства, роста, естественной и промысловой смертности рыб 69
- •Глава 3.Управление селективностью рыболовства 102
- •Глава 4. Промысловое усилие. Интненсивность промысла 141
- •Раздел II. Методы и математические модели теории рыболовства 175
- •Глава 5. Эмпирические методы теории рыболовства 175
- •Глава 6. Методы биопромысловой статистики 191
- •Глава 7. Статические модели и методы теории рыболовства 217
- •Глава 8. Динамические модели и методы теории рыболовства 241
- •Глава 9. Методы и модели теории рыболовства с учетом неопределенности 256
- •Глава 10. Промыслово-экономические методы и модели теории рыболовства 284
- •Глава 11. Применение контрольных карт и метода последовательного анализа в теории рыболовства 298
- •Глава 12. Контроль и прогнозирование запасов и рыболовства 321
- •Глава 13. Методы предосторожного подхода 344
- •Глава 14. Экосистемные методы теории рыболовства 365
- •Глава 15. Методы и модели управления рыболовством с применением показателей надежности систем 390
- •Глава 16. Методы и модели управления рыболовством с применение теории управления сложными системами и исследования операций 448
- •Раздел IV. Охрана природы 525
- •Глава 17. Основы охраны природы 525
- •Введение
- •Раздел 1. Основные проблемы, понятия и показатели теории запасов и управления рыболовством глава 1. Общие проблемы оценки запасов и управления запасами промысловых рыб
- •1.1. Состояние исследований запасов и управления запасами промысловых рыб
- •1.2. Основные проблемы и функции управления запасами и промышленным рыболовством
- •1.3. Основные факторы, влияющие на запасы промысловых рыб
- •1.4. Основные причины и закономерности колебаний запасов промысловых рыб
- •1.5. Основные пути сохранения и увеличения запасов промысловых рыб
- •1.6. Популяция рыб как динамическая система с элементами саморегулирования
- •1.7. Общая характеристика и классификация методов, способов и моделей теории рыболовства
- •1.8. Показатели и критерии рыболовства
- •1.9. Общая характеристика основных видов математических моделей теории рыболовства
- •1.10. Общая характеристика методов математического моделирования процесса лова рыбы
- •1.11. Оценка качества математического моделирования лова и рыболовства
- •1.12. Контрольные вопросы к главе 1
- •Глава 2. Оценка воспроизводства, роста, естественной и промысловой смертности рыб
- •2.1. Общие особенности количественной оценки воспроизводства запасов и пополнения промыслового стада
- •2.2. Общая характеристика кривых пополнения промыслового стада
- •2.3. Статистические методы оценки пополнения промыслового стада
- •2.4. Оценка доли пополнения в улове методом Аллена
- •2.5. Оценка роста рыб
- •2.6. Способы количественной оценки смертности рыб
- •2.7. Определение естественной смертности рыб
- •2.8. Оценка общей смертности рыб
- •2.9. Определение промысловой смертности рыб
- •2.10. Применение показателей промысловой смертности для оценки общего допустимого улова
- •2.11. Контрольные вопросы к гл. 2
- •Глава 3.Управление селективностью рыболовства
- •3.1. Общая характеристика селективности лова, промысла и рыболовства
- •3.2. Селективность лова при отцеживании рыбы сетным полотном
- •3.3. Селективность лова при объячеивании рыбы сетным полотном
- •3.4. Биомеханическая и биофизическая селективность лова
- •3.5. Селективность промысла и рыболовства
- •3.6. Основные проблемы и особенности управления селективностью рыболовства
- •3.7. Организация работ по управлению селективностью рыболовства
- •3.8. Особенности применения показателей селективности в теории рыболовства
- •3.9. Контрольные вопросы к главе 3
- •Глава 4. Промысловое усилие. Интненсивность промысла
- •4.1 Общие требования к промысловому усилию. Классификация показателей промыслового усилия
- •4.2. Область применения промыслового усилия в промышленном рыболовстве
- •4.3. Количественная оценка показателей промыслового усилия
- •4.4. Определение показателей промыслового усилия для орудий лова различных видов
- •4.5. Рекомендуемые показатели промыслового усилия для решения различных задач промышленного рыболовства
- •4.6. Контрольные вопросы к главе 4
- •Разделii. Методы и математические модели теории рыболовства глава 5. Эмпирические методы теории рыболовства
- •5.1. Оценка относительной величины запасов по уловам и уловам и на промысловое усилие
- •5.2. Оценка запасов методом учетных и промысловых съемок
- •5.3. Оценка запасов методом гидроакустических и промыслово-акустических съемок
- •5.4. Оценка запасов с применением съемок и математических моделей лова
- •5.5. Оценка запасов на основе анализа миграций проходных и полупроходных рыб в реках и в прибрежных районах моря
- •5.6. Оценка запасов с учетом улова и предельного возраста рыбы
- •5.7. Оценка запасов методом мечения
- •5.8. Оценка запасов по результатам наблюдений
- •5.9. Контрольные вопросы к главе 5
- •Глава 6. Методы биопромысловой статистики
- •6.1. Биостатистические методы оценки и анализа запасов
- •6.2. Методы контрольных карт и последовательного анализа
- •6.3. Методы оценки запасов по уловам на промысловое усилие
- •6.4. Оценка допустимой интенсивности вылова с учетом предельного возраста рыбы и интенсивности промысла (метод ф.И. Баранова)
- •6.5. Оценка допустимой интенсивности вылова и допустимого улова с учетом распределения величины запаса и предельного возраста рыбы
- •6.6. Определение допустимой интенсивности вылова с учетом общей убыли поколения промыслового стада
- •6.7. Определение допустимой интенсивности вылова с учетом допустимого прилова рыб непромысловых размеров
- •6.9. Контрольные вопросы к главе 6
- •Глава 7. Статические модели и методы теории рыболовства
- •7.1. Модели улова на единицу пополнения промыслового стада в непрерывной форме
- •7.2. Модели улова на единицу пополнения промыслового стада в дискретной форме
- •7.3. Модели для оценки использования биомассы поколения промысловых рыб
- •7.4. Продукционные модели
- •7.5. Модели запас-пополнение
- •7.6. Комбинированные модели на основе аналитических и продукционных моделей, моделей запас-промысел
- •7.7. Комбинированные модели на основе взаимосвязи интенсивности и селективности рыболовства
- •7.8. Контрольные вопросы к главе 7
- •Глава 8. Динамические модели и методы теории рыболовства
- •8.1. Дискретные модели с переменным пополнением
- •8.2. Методы когортного анализа
- •8.3. Динамические продукционные модели
- •8.4. Комбинированные динамические модели
- •8.5. Методы интерполирования и экстраполяции временных рядов
- •8.6. Применение контрольных карт для анализа динамики и регулирования рыболовства
- •8.7. Контрольные вопросы к главе 8.
- •Глава 9. Методы и модели теории рыболовства с учетом неопределенности
- •9.1. Общая характеристика задач теории рыболовства с учетом неопределенности
- •9.2. Особенности сбора и обработки экспериментального и статистического материала
- •9.3. Определение расчетного периода времени и расчетных размеров промыслового участка
- •9.4. Особенности применения дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализа, методов планирования экспериментов
- •9.5. Оценка точности экспериментальных значений показателей, объема экспериментального и статистического материала
- •9.6. Особенности объединения экспериментального и статистического материала.
- •9.7. Вероятностная оценка допустимого улова при стационарном и квазистационарном состоянии запаса и промысла
- •9.8. Возможная точность оценки запасов и других показателей теории рыболовства
- •9.9. Замена случайных величин детерминированными величинами
- •9.10. Оценка вероятности расположения показателя рыболовства в допустимых пределах
- •9.11. Сравнение средних значений показателей рыболовства с нормативными показателями
- •9.12. Особенности методов и моделей динамических процессов рыболовства в условиях стохастической неопределенности
- •9. 13. Особенности решения задач в условиях нестохастической неопределенности
- •9.14. Контрольные вопросы к главе 9
- •Глава 10. Промыслово-экономические методы и модели теории рыболовства
- •10.1 Общая характеристика экономических показателей промышленного рыболовства
- •10.2. Оценка экономической эффективности с учетом производительности и селективности лова
- •10.3. Особенности оценки экономической эффективности рыболовства с учетом рационального использования запасов рыб
- •10.4. Учет экономических показателей при оценке допустимого улова
- •10.5. Контрольные вопросы к главе 10
- •Глава 11. Применение контрольных карт и метода последовательного анализа в теории рыболовства
- •11.1. Общая характеристика применения контрольных карт и последовательного анализа для управления рыболовством
- •11.2. Общая характеристика метода контрольных карт
- •11.3. Общие особенности применения контрольных карт
- •11.4. Общая характеристика метода последовательного анализа
- •11.5. Последовательный анализ при исследовании среднего значения показателя рыболовства
- •11.6. Последовательный анализ при исследовании показателя рыболовства по альтернативному признаку
- •11.7. Последовательный анализ при исследовании колебаний показателя рыболовства
- •11.8. Регулирование времени наблюдений при последовательном анализе
- •11.9. Последовательный анализ при управлении селективностью рыболовства
- •11.9. Контрольные вопросы к главе 11.
- •Глава 12. Контроль и прогнозирование запасов и рыболовства
- •12.1. Общая характеристика контроля
- •12.2. Общая характеристика прогнозирования
- •12.3. Характеристика прогнозирования с применением метода группового учета аргументов (мгуа)
- •12.4. Прогнозирование с применением временных рядов
- •12.5. Прогнозирование с применением когортных моделей
- •12.6. Прогнозирование с применением продукционных моделей.
- •12.7. Прогнозирование с применением уравнений запас-пополнение
- •12.8. Контрольные вопросы к главе 12
- •Глава 13. Методы предосторожного подхода
- •13.1. Общая характеристика методов
- •13.2. Ориентиры управления
- •13.3. Правила регулирования рыболовства при предосторожном подходе
- •13.4 Обоснование оду при предосторожном подходе
- •13.5. Влияние информационного обеспечения на выбор процедуры оценки и прогнозирования оду
- •13.6. Математическое обеспечение предосторожного подхода
- •13.7. Контрольные вопросы к главе 13
- •Глава 14. Экосистемные методы теории рыболовства
- •14.1. Общая характеристика экосистемных методов
- •14.2. Общие особенности моделирования экологических систем
- •14.3. Обобщенная математическая модель биологических систем в водоемах
- •14.4. Моделирование водных сообществ
- •14.5 Общая характеристика промысловых экологических систем
- •14.6. Квотирование уловов при совместном использовании запасов
- •14.7. Контрольные вопросы к гл. 14
- •Глава 15. Методы и модели управления рыболовством с применением показателей надежности систем
- •15.1.Предпосылки применения теории надежности для анализа и совершенствования систем управления рыболовством
- •15.2. Общая характеристика сложных систем
- •15.3.Особенности расчета параметрической надежности систем управления рыболовством
- •15.4. Прогнозирование надежности систем управления рыболовством
- •15.5. Источники информации о надежности систем управления рыболовством
- •15.6. Классификация отказов систем управления рыболовством
- •15.7.Понятие о математических моделях надежности систем управления рыболовством
- •15.8. Формирование закона изменения выходного параметра
- •15.9. Модель формирования постепенных отказов
- •15.10. Модели внезапных отказов
- •15.11.Одновременное проявление постепенных и внезапных отказов
- •15.12. Случайный поток отказов в системах управления рыболовством
- •15.13.Общая схема потери системой управления рыболовством работоспособности
- •15.14. Анализ области работоспособности и состояний системы управления рыболовством
- •15.15.Оценка предельного состояния системы управления рыболовством
- •15.16. Относительное влияние на надежность запасов среднего значения и коэффициента вариации величины запаса
- •15.17. Расчеты допустимого вылова с учетом запаса на вылов
- •15.18. Экономические задачи надежности систем управления рыболовством
- •15.19. Контрольные вопросы к главе 15
- •Глава 16. Методы и модели управления рыболовством с применение теории управления сложными системами и исследования операций
- •16.1. Принципы управления рыболовством с применением теории управления сложными системами и исследования операций
- •16.2. Основы теории эффективности управления рыболовством
- •16.3.Показатели и критерии рыболовства
- •16.4. Общая схема и принципы исследования эффективности рыболовства
- •16.5. Формирование эффективности систем управления рыболовством на отдельных этапах жизненного цикла
- •16.6. Общие особенности моделирования управления рыболовством
- •16.7. Теоретические основы оптимизации управления рыболовством
- •16.8. Системы оптимального управленияхорошо определяемыми процессами рыболовства с применением математических моделей
- •16.9. Адаптивные системы оптимального управления рыболовством
- •16.10. Управление рыболовствомоснове принципов экстремальныхсистем управления
- •16.11. Управление рыболовствомпоиском экстремума показателя качества и приближенной математической модели процесса
- •16.12. Общие особенности выработки и принятия решений при управлении рыболовством
- •16.13. Особенности принятия решения в условиях определенности
- •16.14. Особенности принятия решения в условиях стохастической неопределенности
- •16.15. Особенности принятия решения в условиях нестохастической неопределенности
- •16.16. Контрольные вопросы к главе 16
- •Разделiv. Охрана природы глава 17. Основы охраны природы
- •17.1. Основные проблемы охраны природы.
- •17.2. Охрана основных составляющих природных ресурсов
- •17.3. Право и охрана природы
- •17.4 Охрана и регулирование биологических ресурсов Мирового океана
- •17.5 Охрана и регулирование биологических ресурсов внутренних водоемов России
- •17.6. Охрана внутренних рыбохозяйственных водоемов от загрязнения
- •17.7. Охрана морских рыбохозяйственных водоемов от загрязнения
- •17.8. Ответственность за нарушение рыболовного законодательства
- •17.9. Контрольные вопросы к главе 17
- •Список рекомендуемой литературы
2.4. Оценка доли пополнения в улове методом Аллена
2.4.1. Для управления запасами промысловых рыб имеет значение оценка доли пополнения в улове. Наиболее простой способ решения задачи для уравновешенного состояния запаса предложил Аллен, рассматривая постоянное из года в год пополнение порционного типа. Исходными служат данные о возрастном составе проб из улова, по крайней мере, за два года. Введем следующие обозначения: - число рыб всех полностью вступивших в промысел возрастных групп пробы в год 1;- число рыб тех же самых поколений (не возрастов), что и рыб изпробы год 2;- число рыб, не полностью вступивших в промысел, возрастной группыпробы в год 1;- число рыб того же самого поколения, что и рыбы из, попавших в возрастепробы в год 2.
Численность поколений изменяется. Это обстоятельство влияет на и, т.к. эти показатели зависят оти. Однако изменение показателей пропорционально для обеих величин, а, следовательно, отношение
(2.6)
не зависит от абсолютных величин поколения.
Мгновенные коэффициенты естественной и промысловой смертности приняты одинаковыми для рыб, полностью вступивших в промысел и не полностью вступивших в промысел. С учетом этого доля рыб пополнения в возрасте в год 2 приближенно равна
. (2.7)
Практически по пробам из уловов сначала определяют отношение . Затем для каждого возраста определяют,и. После этого несложно найти общую долю пополнения в улове.
На определение пополнения рассмотренным способом влияют ошибки оценки возраста полного пополнения, колебания промысловой и естественной смертности рыб различных возрастных групп и т.д.
2.5. Оценка роста рыб
2.5.1. При моделировании роста рыб, прежде всего, определяют соотношение между их длиной, возрастом и массой.
2.5.2. Зависимость между массой и длиной рыбыобычно описывают выражением вида
, (2.8)
где и- эмпирические коэффициенты.
Считают, что коэффициент зависит в основном от объемной полноты и плотности тела рыбы, а коэффициентотличается от 3 из-за не изометрического, в общем, роста тела рыбы, изменения формы и плотности тела с возрастом.
Биологический и физический смысл зависимости (2.8) более очевиден, если массу выразить через плотность и объем тела рыбы:
, (2.9)
где - ширина тела рыбы;- высота тела рыбы;- коэффициент объемной полноты тела рыбы, равный отношению объема тела рыбы к объему параллелепипеда со сторонами,и ;- плотность тела рыбы.
Можно записать также:
.(2.10)
В выражениях (2.9) и (2.10) все показатели имеют конкретный биологический и физический смысл. В соответствии с выражением (2.10) нарушение изометрии тела и ее изменение с длиной и возрастом рыбы зависит от колебаний коэффициента объемной полноты и отношений и.
Коэффициент объемной полноты и среднюю плотность тела рыбы определяют простыми физическими методами. Сезонные колебания объемной полноты и плотности тела рыбы часто превышают их межгодовые колебания.
2.5.3. Для определения упитанности рыб, кроме жирности, часто используют модификации формулы Фултона, выражая упитанность через массу и длину рыбы:
.(2.11)
Более точно упитанность можно охарактеризовать коэффициентом объемной полноты , а изменение упитанности - отношением этих коэффициентов для рыб определенного вида, но разной длины или возраста. За эталонное значение коэффициента объемной полноты обычно принимают его величину в начале одного из этапов жизненного цикла рыб, например, в начале периода половой зрелости рыб.
2.5.4. Для оценки зависимости между длиной и возрастом рыбы используют экспоненциальную зависимость Берталанфи или степенную зависимость Паркера-Ларкина. Биологически более обоснованным является уравнение Берталанфи. Последнее уравнение, в отличие от зависимости Паркера-Ларкина, учитывает снижение темпа роста старых рыб.
Рассматривают линейный и весовой рост рыбы. В соответствии с уравнениями Берталанфи линейный рост рыбы и увеличение массы рыбы с возрастом tопределяют по формулам:
; (2.12)
, (2.13)
где и- соответственно максимально возможная длина и масса рыбы;- коэффициент темпа роста рыбы;и - гипотетический возраст, (положительный или отрицательный), при котором соответственно длинаили массарыбы равны нулю, если бы рыба всегда росла в соответствии с зависимостями (2.12) и (2.13).
С учетом выражений (2.12) и (2.13) темп роста взрослых рыб постепенно замедляются, а их длина и масса асимптотически приближаются соответственно к и.
Зависимость роста рыбы от возраста не всегда соответствует изометрической зависимости. Поэтому в уравнении Берталанфи (2.13) показатель степени в общем случае равен не 3, а , как в выражении (2.8).
2.5.5. Обычно закономерности роста рыбы распространяют на весь период жизни рыбы. Однако темп роста с возрастом изменяется, особенно в период полового созревания и вступления в промысловое стадо. В общем случае необходимо рассматривать раздельно закономерности роста для неполовозрелых и половозрелых рыб (рис. 2.5).
Вид зависимости (экспоненциальная, степенная и т.д.) в эти периоды можно принять одинаковой или различной. Предпочтение отдают зависимостям одного вида, особенно если они входят в уравнения теории рыболовства непрерывного типа. Желательно также подобные зависимости получать отдельно для рыб разного пола. При их объединении отмеченные закономерности проявляются менее четко.
Установлено также изменение характера зависимости масса-возраст в период полового созревания. Оно связано с увеличением после наступления половой зрелости годовых темпов роста рыб с последующим их замедлением через 2-3 года.
При экспериментальной оценке зависимости длина-возраст и масса-возраст, например, для изучения промыслового стада, кривые можно строить только для половозрелых рыб, а не для всего возрастного диапазона. При этом, естественно, ограничивают область применения полученной кривой.
Рис. 2.5. Обобщенная кривая зависимости длины от возраста рыбы с учетом неодинакового темпа роста в различные периоды жизненного цикла.
Учет изменения темпов роста от возраста рыбы позволяет уточнить оценку ряда параметров и показателей теории рыболовства.
2.5.6. Обычно между возрастом и ростом рыбы устанавливают детерминированное соотношение. Однако зависимость между ними случайна. Об этом свидетельствует, в частности, растянутый возраст поступления рыб одного поколения в промысел. В то же время размер рыбы при вступлении в промысел для рыб одного пола обычно отличается не так значительно.
Вероятностную зависимость между возрастом и длиной рыбы устанавливают с учетом распределения возраста вступления рыбы в промысел по нормальному закону.
Если считать длину рыбы функцией, а ее возраст аргументом, то вероятностную связь между возрастом и длиной рыбы устанавливают как распределение функции по распределению аргумента. С помощью этой функции несложно определить искомую плотность распределения длины рыб одного поколения, вступающих в промысел. Полученное распределение не относится к нормальным распределениям. Используя подобные соотношения, можно построить ряд кривых для различной вероятности соотношения между длиной и возрастом рыбы.
2.5.7. Для решения ряда задач, в т.ч. определения возраста вступления рыбы в селективный промысел, рассматривают зависимость роста биомассы поколения от возраста с учетом естественной смертности.
Если считать рост рыб в соответствии с уравнением Берталанфи (2.13), то зависимость биомассы поколения Bот возрастаtимеет вид:
, (2.14)
где - мгновенный коэффициент естественной смертности;- коэффициент связи массы и длины рыбы ();- начальная численность поколения.
Исследуя выражение (2.14) на экстремум, определяют возраст, в котором биомасса поколения достигает максимума.
Если считать мгновенный коэффициент естественной смертности постоянным, то возраст, в котором биомасса поколения достигает максимума,
. (2.15)
2.5.8. Для оценки роста и развития рыбы необходимо знать многие биометрические характеристики тела рыбы. Они влияют на массу рыб, их плавательную способность, доступность, определяют качество рыбы, селективные свойства орудий лова и т.д.
Обычно в литературе указывают усредненные биометрические показатели для отдельных видов рыб. Иногда такие данные дифференцируют по водоемам. Однако такие характеристики для отдельных видов рыб в пределах одного водоема подвержены внутригодовым и межгодовым колебаниям.
Внутригодовые колебания иногда значительно превышают межгодовые, которые, как правило, нестационарные. Кроме того, внутригодовые колебания обычно менее случайны, чем межгодовые, и закономерности внутригодовых колебаний определить проще. При необходимости, определяют не только численные характеристики биометрических показателей, но и законы их распределения.
2.5.8. Рост рыбы во многом зависит от количества и состава пищи в водоеме, пищевых взаимоотношений. Так Бивертон и Холл предложили зависимость, в соответствии с которой прирост рыбы зависит не только от массы рыбы, но и потребности в пище на обеспечение роста и на поддержание обмена веществ. Андерсен и Урсин получили модель, которая учитывает зависимость скорости роста от сезона и периода жизненного цикла, а также от наличия и состава пищи. Подобные зависимости особенно полезны при экосистемном подходе к управлению рыболовством.