Основные методы управления в охране ос.

Существует три основных группы:

1. Административное регулирование;

2. Система экономических стимулов;

3. Формирование рыночных отношений в сфере природопользования.

Административное регулирование предполагает внедрение соответствующих нормативных стандартов и ограничений, а также прямой контроль и лицензирование процессов природопользования, указывающих производственные рамки, которые он должен соблюдать. Предполагается введение платежей за загрязнение, экологических налогов, субсидий, а также использование других экономических стимулов. Чтобы заинтересовать пользователя в рациональном природопользовании предполагается создание рынка в сфере природопользования через распределение прав за загрязнение. Все рассмотренных подхода могут применяться на различных этапах производственного процесса, как правило, рассматривается в контексте его возможного воздействия на ОС. Это воздействие зависит от состава первичных ресурсов, специфики применяемых природоохранных технологий, выбросов и сбросов в ОС. Рассмотрим эти подходы более подробно.

Административные методы управления природоохранной деятельностью.

В этом регулировании главное место занимают нормы или стандарты. Стандарты качества ОС регламентируют допустимое состояние воздушного и водного пространства, почв и других его составляющих. Для каждого из загрязнителей предусмотрено ПДК. Считается, что наличие загрязняющих веществ в количествах не превышающих его концентрации не оказывает влияния на здоровье человека и экосистемы в целом. Стандарты воздействия на ОС определяемого производственного процесса устанавливают уровень сбросов или выбросов от данного источника после применения очистного оборудования. Стандарты воздействия на ОС определяются на основе ПДК и региональных нормативов. Для любого предприятия выбросы не должны превышать таких величин, при которых по всей территории, подверженной воздействию, соблюдаются нормативы ПДК. Расчеты таких стандартов называются ПДВ, НДС, с учетом наложения выбросов на фоновое загрязнение. Особое значение имеет учет источников загрязнения. Существуют ситуации, когда предприятие, чьи выбросы превышают ПДВ и НДС ни при каких условиях не может сократить выбросы до уровня ПДС(НДС), для них установлен временно согласованный выброс ВСВ. Установление ВСВ предполагает разработку программы снижения выбросов или сбросов на данном предприятии с учетом взаимного влияния других предприятий. В настоящее время нормы, разработанные на уровне бассейна, и нормы допустимого воздействия НДВ.

Технологические стандарты, устанавливающие определенные требования для процессов производства (основные технологии). На основании технологического стандарта определяют степень соответствия технологии данного производства. Используются различные подходы:

• Прямые запреты- применяются, если определенное производство или первичная инструкция оказывает столь нежелательное воздействие, что эффективным становится только их полное запрещение,

• Если ограничиваются масштабы (вылов рыбы, вырубка леса), то вводят лимит или квоты. Сертификаты на использование земель или воды дают для ранжирования потенциально конфликтующих пользователей с целью обеспечения максимального природопользования.

Они вместе с системой стандартов служат для защиты от запланированных выбросов или сбросов. Сертификаты выдаются природопользовтелям, когда для них определены лимиты воздействия. ОВОЗ служит для организации сбора и предоставления информации о потенциальных издержках проекта. Обычно процедура ОВОЗ включает в себя информацию о масштабах антропогенного воздействия вследствие реализации проекта, о возможностях и издержках на очистные технологии, об альтернативах. ОВОЗ основано на принципе: легче выявить и предотвратить последствия деятельности на стадии планирования, чем обнаружить и исправлять их на стадии осуществления деятельности. Разрешения и лицензии для фирм, желающих активизироваться в схеме, подлежащей лицензированию, они выдаются на определенный период и возобновляются через определенное время. Для каждого предприятия устанавливаются нормативы воздействия на ОС, а затем на их основе определяются лимиты выбросов или сбросов. Эти лимиты кладутся в основу разрешения на комплексное природопользование и заключаются между природопользователем и природоохранными органами. Устанавливаются размеры платы за выбросы и сбросы загрязняющих веществ и за размещение отходов.

Экономические модели управления.

Среди экономических рычагов и стимулов основное место занимают платежи и налоги за загрязнение. Они представляют собой косвенные рычаги воздействия и выражаются в установлении платы на выбросы или сбросы. В соответствии с новым законом об охране ОС уровень платежа должен соответствовать социально-экономическому ущербу от загрязнения или какому-нибудь другому показателю. Платежи пользователя на покрытие расходов могут включать плату за получение разрешение или лицензии, а также другие номинальные, соответствующие величине выбросов или сбросов, покрывающие издержки. На ряду с лицензиями и разрешеними этот платеж рассматривается как лицензионный сбор, который сопровождается выдачей лицензии.

Субсидии− специальные выплаты фирмам-природопользователям за сокращение выбросов природопользователя.

Система целевого резервирования средств на утилизацию отходов используется для создания стимулов у потребителя на совершение издержек в момент покупки товара. Предотвращение загрязнения осуществляется вклад, который возвращается с процентами после утилизации отходов. Информационные системы, в виде обеспечения полноты информации свободы ознакомления с ней, играют роль подобную экономическим стимулам. Информативность ведет к изменению спроса на продукцию, обеспечивает сокращение загрязнения, использование первичных ресурсов или нового типа технологий.

Рыночные методы природоохранной деятельности.

Создание экономических отношений в экологической среде предполагает формирование рынком для единиц загрязнения, разрешая отдельным промышленным предприятиям или фирмам, покупать, торговать или перераспределять права на загрязнение. Этот подход базируется на первичном распределении разрешений на загрязнение, которое обеспечивается промышленным предприятием или фирмой. Создание основных элементов рыночной инфраструктуры обуславливает и обеспечивает сделки по торговле, право на выбросы или сбросы. В то время как под воздействием стандартов (экономических, экологических, технологических) предприятие определяет удовлетворяющие их с наименьшими затратами первичные ресурсы, технологию и очистное оборудование. Рынок прав на загрязнение дает дополнительные возможности варьировать затратами. Промышленные предприятия могут сильно снизить загрязнение, за что они получают компенсации, обеспечив соблюдение экологических и технологических стандартов частичным использованием очистного оборудования, а частично покупая у других промышленных предприятий данного региона (бассейна) право на выбросы или сбросы. В рамках бассейна как правило имеют место множество источников загрязнения, которые могут быть представлены в виде единой регулирующей системы. Объем выбросов и сбросов устанавливается для целого региона, а находящиеся на его территории предприятия могут быть могут найти наиболее выгодный для них способ обеспечить данный объем. Этот принцип создает внешние рамки для торговли на загрязнение на уровне региона. Разрешения на выброс распределяются между отдельными промышленными предприятиями. От каждого из которых требуется выполнение экологических и технологических стандартов либо через очистные технологии, либо с помощью приобретения прав у тех промышленных предприятий, которые достигли большого сокращения выброса или сброса, чем это было предусмотрено после предварительного распределения разрешений. Рассмотренный подход имеет следующие стимулы:

1. промышленному предприятию предоставляется право на загрязнение на продажу, становится выгодно использовать экономию от масштаба осуществляемых природных инвестиций и достигать установленного стандарта наиболее эффективным способом, фактически получая компенсацию у другого промышленного предприятия за сэкономленные права.

2. Промышленное предприятие, у которого велики издержки на утилизацию, могут достигнуть стандарта, покупая права на выбросы, а не делая инвестиции в природоохранное оборудование, также минимизируя издержки на требуемое сокращение выбросов и сбросов.

Будущие рынки прав на загрязнение будут представлять собой развитие рассмотренного подхода. Предприятие, чрезмерно сокращающее выбросы, сэкономит права на загрязнение.

Составные части управления качеством окружающей среды включают:

1. Экологическую информацию;

2. Правовые основы управления качеством окружающей среды;

3. Формализацию методов управления качества окружающей среды;

4. Планирование и прогнозирование взаимодействия общества и окружающей среды;

5. Особенности управления качеством окружающей среды в мегаполисах;

6. Особенности управления (роль общественности в управлении качеством ОС) и снижение риска здоровья населения от загрязнения и опасного воздействия ОС.

Рассмотрим в качестве основного направления управление качеством водного бассейна.

Управление качеством водного бассейна или отдельного его участка относится в общем случае к задаче управления сложной эколого-экономической системы «водное хозяйство». Процесс принятия решений в такой системе связан с комплексностью и многокритериальностью рассматриваемых задач. Прежде всего вызывает затруднение выделить единый оптимизационный критерий, которым могло бы руководствоваться лицо, принимающее решение. Особо следует подчеркнуть, что на эколого-экономические системы действует большое число как стахотических так и детерминирующих факторов. Сложность системы определяется не только свойствами отдельных элементов, но и характером их взаимодействия между ними. Поэтому система систему водного хозяйства можно рассматривать в виде трех подсистем:

• Водные объекты (водоресурсная часть);

• Сооружения, устройства, мероприятия, обеспечивающие процесс водопроизводства и охраны водных ресурсов от загрязнения (водохозяйственное производство);

• Отраслевое использование вод (водопользование).

Комплексное управление водными ресурсами (КУВР)− это процесс, способствующий скоординированному развитию и управлению водными, земельными и другими природными ресурсами в целях обеспечения максимального экономического и социального благосостояния на равноправной основе, не ставя под угрозу устойчивость водных экосистем.

Речной бассейн рассматривается как объект управления для оценки отношений между водопользователями, находящимися ниже и выше по течению и для определения целей водной политики. При этом необходимо учитывать:

1. Экономическую эффективность водопользования;

2. Всеобщую доступность воды;

3. Экологическую устойчивость.

В дальнейшем на этих аспектах остановимся более подробно в контексте эмиссионного и экологического нормирования, а так же в рамках новой системы управления водными ресурсами на основе бассейнового принципа.

Современные принципы и структура управления в водных объектах.

В основе концепции управления речным бассейном положен принцип бассейного межотраслевого нормирования качества воды по технологическим (эмиссионным) стандартам и экологическим (концентрационным) индексам и интегральным характеристикам.

Определяющие критерии:

1. Утвержденный перечень приоритетных компонентов на основе комплексного подхода;

2. Целевые значения качественных и количественных показателей фиксированных створов, граничных участков бассейна;

3. Получение взаимной выгоды отдельными субъектами при совместном использовании водных ресурсов бассейна на основе двусторонних и многосторонних отношений;

4. Нормирование вредных воздействий для отдельного участка бассейна в целом на основе межотраслевого подхода с целью обеспечения экологической безопасного устойчивого развития всех территорий бассейна и региона в целом;

5. Единая информационная справочная база данных бассейна, обеспечивающая оперативный контроль и поддержку принятия управленческих решений.

В настоящее время отсутствует регламентированный перечень номенклатуры контролирующих показателей сточных и природных вод, определяющий взаимодействие в системе “предприятие− водный объект”. Номинальный контроль показателей должен устанавливаться в зависимости от задачи исследования и целей управления:

1. Для мониторинга водного объекта и отслеживания происходящих в нем изменений и их влияние на экосистему;

2. Для углубления знаний о природе и составе сточных вод предприятий различных отраслей хозяйства в данном бассейне;

3. Для разработки водопользователем эффективных мер, направленных на снижение сбросов загрязнителей и улучшения состояния водного объекта;

4. Для установления платежей для природопользования.

Две первые задачи преследуют получение как можно более полной информации в широком спектре показателей, но не имеют рычагов воздействия на водопользователя для принятия конкретных технических решений. Существующая система мониторинга позволяет получать информацию по качеству воды для оценки и прогноза его состояния вследствие воздействия хозяйственной деятельности. Это служит основой для установления нормативов качества ОС и нормативов дополнительного воздействия на нее, что определяет экологическую емкость водного объекта для обеспечения безопасной нагрузки на объект. Система гигиенического нормирования в отечественном законодательстве используется как рычаг экономического регулирования. Механизм взымания платы должен увязываться как с прогнозированием систем водного объекта так и с хозяйственной деятельностью; а так же с учетом условий, которые водопользователь планирует организовать для сокращения негативного воздействия на ОС.

Задачи исследования природных и сточных вод связаны с разработкой норм допустимого сброса.

При этом количество нормированных показателей должно быть ограничено, но достаточно для отслеживания тенденции изменения состояния водного объекта при различных уровнях сброса, в целом должно быть установлено равновесие в системе и отраслевая номенклатура показателей, платежи, улучшение состояний водного объектов следствии реализации технических решений в производственном процессе.

Выбор номенклатуры показателей определяется:

1. Отраслевой спецификой технологического производства;

2. Наличием ПДК загрязняющего вещества;

3. Наличием аттестованных и внесенных в государственный реестр методик определения загрязняющих веществ;

4. Фактически превышение величины ПДК по имеющимся результатам наблюдений за составом сточных вод и природной воды в контрольном створе.

Применяемые методы и средства контроля позволяют оценить качество воды по показателям, дающим как пространственные так и временные обобщения, позволяющие учитывать изменчивость загрязненности воды во времени и пространстве по комплексу физических, химических, бактериологических и гидробиологических показателей синхронно связанных с гидрологическими характеристиками.

Однако в практических значениях часто возникают нестандартные ситуации с превышением фоновых концентраций над ПДК. В этом случае в качестве фоновых можно принимать расчетные значения (по методике ГИДРОМЕТа). Учитывающие потенциально достижимые уровни концентрации за счет комплекса специальных природоохранных мероприятий в рамках бассейновых соглашений. В том случае когда такого рода мероприятия не могут быть осуществимы, возможно в качестве первого приближения принятие расчетной величины допустимой концентрации сточных вод с учетом расчетного фона. При бассейновом подходе целесообразно вести расчет нагрузки сточных вод на водный объект для группы водопользователей с количеством водовыпусков по одному контрольному створу. Так как это позволяет моделировать объект как единую систему с возможностью перераспределения квот нагрузки между водовыпусками всех рассматриваемых водопользователей, а также технически осуществить контроль в замыкающем створе и при необходимости в промежуточных створах.

Преимущественно моделирование единой системы позволяет учесть все особенности и проектные характеристики рассеивающих и береговых выпусков и эффект их взаимного влияния.

В основе рассмотренной концепции экологического нормирования антропогенной нагрузки на водные объекты положен межотраслевой регионально-бассейновый принцип эколого-экономической оптимизации для всех водопользователей.

В этом случае основной центр тяжести переходит на стимулирование платежей по уровню технического состояния производства, а не по степени превышения нормативов водном объекте. В то же время реальное совершенствование производства обеспечивает устойчивую тенденцию к внедрению наилучших достижений, технологий на данном этапе развития техники.

При этом же должно обеспечиваться конкурентоспособность продукции при включении платежей в ее себестоимость. Уровень реальных платежей прямым образом будет стимулироваться совершенствованием технологий и снижением себестоимости.

Структура начисления платежей может быть принципиально иной. Уровень реальных платежей в этом случае прямым образом будет стимулировать технологии и себестоимость.

Определяются не ближайшие результаты, а отдаленные эффекты в плане социального благосостояния всего бассейна, экономического роста, сохранения ресурсов, улучшения качества жизни.

С целью повышения эффективности управления природопользованием в рассмотренной концепции экологического нормирования реально оценивается природные ресурсы потенциального бассейна.

Сосредотачивается внимания на ликвидации отрицательных последствий хоз. деятельности и на предотвращение отрицательного воздействия на ОС.

Подход позволяет учесть реальную спецификацию производств и свести к минимуму несовершенство действия нормативных актов ведомств.

В этом случае решение региональных экологических проблем увязывается в комплексе с экономическими и социальными проблемами.

Эконормирования предопределяет необходимость совместных действий региональном бассейне природопользовании и в хоз. деятельности, на основе реальных предотвращения потенциальных ущербов.

Одним из определяющих моментов нормирования является квотирование нагрузки для каждого водопользователя вне зависимости от географического расположения в бассейне. Реализация наилучшего достигнутой технологии становится основным фактором при обосновании КВОТ. Фактор географического расположения того или иного предприятия ( в нижнем или верхнем течении реки) становится второстепенным и учитывается лишь при моделировании бассейна в целом.

Применение моделей нового поколения позволит перейти от нормирования допустимого сброса к допустимой экологической нагрузке, с учетом региональных особенностей и специфики всех видов нагрузки при следующих условиях:

1. Знание основных закономерностей формирования качества воды с учетом специфики сбрасываемых сточных вод.

2. Наличие пространственно-временных вариаций метеорологического воздействия и антропогенных нагрузок.

3. При компромиссе между простотой и сложностью

4. Отдельные блоки модели должны описывать с одинаковой степенью подброностей и точности

5. Учитываются редкие сочетания определенных факторов

6. Входящие элементы модели должны использовать данные стандартных сетевых наблюдений

Основные понятия и методы прогнозирования для целей управления.

Постановка задачи. Прогнозирование .

Прогнозирование в настоящее время прочно вошло в систему планирования всех промышленных развитых стран мира. Необходимость заниматься прогнозированием вызвана тем, что будущее некоторых процессов нам неизвестно, но имеет большое значение для решения принимаемых задач в настоящее время. Именно поэтому в соответствии с новым законом от сохранении ОС очевидно развитие научной обоснованности рационального использования растительного и животного мира воздушного и водного бассейна, почв и недр.

В настоящее время человеческая деятельность может приводить, а в ряде случаев уже привела как к региональным, так и глобальным изменениям ОС.

При текущем использовании и перспективе планирования хозяйственной деятельности требуется:

• Уметь сопоставить различные варианты хозяйственных планов в соответвии им измерениям состоянии природных рек, вод , воздуха и почв

• Аналогично вышесказанное состояние экосистемы природных комплексов взаимодействия биологических видов рассматривается в единстве со средой обитания

• Уметь оценивать состояние природной среды в целом и ее элементов природной экосистемы, т.е. иметь некоторые критерии позволяющие судить о степени приемлимости, желательности и полезности одного состояния по сравнению с другим.

Будущую неопределенность устранить невозможно. Основной задачей человека является нахождение достаточно хорошего решения из ряда альтернатив. Прогнозирование выступает как один из инструментов в процессе принятия такого решения . Под термином прогнозирования будем понимать некоторые исследования процесс мы получим вероятные данные о будущем состоянии объекта.

Введем понятие - прогнозируемая система, это некоторая система, включающая математические, логические , эвристические элементы на вход которых поступают имеющиеся в данных момент информация, а на выходе получается данные о будущем состоянии объекта.

Прогноз может быть качественным и количественным. При заданном варианте хоз. деятельности необходимо уметь применять прогнозирование состояние ОС и дать оценку этого прогноза. Обеспечение эффективности оценки и прогноза является необходимым элементом как при разработке программ регулирования состояния окружающей среды, так и при выборе наилучшего оптимального плана хоз. развития.

Количественный прогноз связан с вероятностью, с которой происходят события, в будущем, а так же с некоторыми количественными характеристиками, его математическим ожиданием, наиболее вероятным значением.

При прогнозирование наблюдают за процессом на участке наблюдения и вычисляют его будущее значение в участке упреждения. Как правило в точке упреждения оценивается материальное ожидание процесса и прогноз , так и величину интервала в которой с заданной вероятностью попадает будущее значение процесса – интервальный прогноз., т.о. образом прогноз должен содержать указания на прогноз, метод которым был получен результат, так же оценку точности и достоверность результата. вполне законным является требование попадания значения в некоторый обл. прогнозируемого значения.

Рассмотрим несколько понятий относительно процесса разработки прогноза. Остановимся на вопросе поискового нормативного прогнозирования. Основное содержание поискового прогноза является определение состояния объектов в будущем. Это прогноз инерции развитие объекта, который направлен на выявление существующих тенденций процесса и отыскания того уровня (состояния) который будет достигнут к некоторому моменту при сохранении выявлении тенденций , т.о. образом поисковый прогноз имеет направление в разработке от настоящего момента в будущее.

Нормативный прогноз определяет пути достижения состояния в будущем, принимаемые в качестве цели, поэтому и направление разработки прогноза− от будущих целей к настоящему состоянию. Нормативный прогноз заключается в установлении будущих целей развития объекта и рассмотрении возможных вариантов, их достижения. Нормативный прогноз по форме и содержанию приближается к плану, отличаясь от последнего вероятностным характером многоальтернативностью. Окончательная предплановая прогнозная разработка− комплексный прогноз, являющийся результатом совместной разработки и последующей стыковки поисковых и нормативных прогнозов. При разработке прогноза выделяют три основных этапа:

1. ретроспекция− этап прогнозирования, на котором исследуется история развития объекта прогнозирования и прогноз фона с целью получения их структуры расписания.

2. диагностический− этап прогнозирования, на котором анализируется структурированное описание объекта и прогнозного фона с целью выделения тенденции развития и выбора разработки методов прогнозирования.

3. проспекция− этап прогнозирования, на котором по результатам диагноза разрабатывается прогнозы объекта прогнозирования и прогнозного фонда. Производится синтез и верификация прогнозов.

Т. о. как и всякое исследование, разработка прогноза производится путем изучения объекта исследования, его прошлого, построения некоторой модели, описания процессов развития объектов и получения результатов− прогноза.

В соответствии этапами ретроспекции и проспекции определяются временные характеристики прогноза. Время утверждения прогноза− промежуток времени, относительно которого определяются возможные объекты прогнозирования в будущем и альтернативные пути их осуществления. Время основания прогноза− промежуток времени, на базе которого строится первый этап.

По времени упреждения прогнозы делятся на краткосрочные(менее 5 лет), среднесрочные (5-15 лет), долгосрочные (15-30 лет) и долгосрочные (более 30 лет).

Методы прогнозирования.

В настоящее время существует большое количество методик, методов и способов прогнозирования. Однако они все основаны на двух крайних подходах:

• эвристическом, основанном на интуитивном, опирающемся на предшествующие опыты решения родственных задач;

• математическом, основанном на системе математических соотношений, описывающих изучаемый процесс с помощью дифференциальных уравнений, теории множеств, абстрактной алгебры, математической логики, теории вероятности).

Наибольший интерес представляет математическое прогнозирование. Оно заключается в использовании имеющейся информации об объекте прогнозирования, обработки информации математическими методами, получение зависимости, связывающей эти характеристики со временем или с некоторыми другими независимыми переменными и вычисление характеристик объекта в заданный момент времени при заданных значениях других независимых переменных. Нахождение закономерностей в прогнозировании объекта позволяет построить его математическую модель, которая вследствие изоморфизма позволяет исследовать реальные физические процессы путем их математического моделирования. Одинаковые по форме математического выражения при различном внешнем содержании, входящих в них символов получили название «изоморфные». Объективная основа всех научных технологий обуславливается единством пространственно- временных форм движения, законов и других атрибутов действительности. Математический изоморфизм различных физических систем позволяет с помощью одних систем изучать другие.

Р ассмотрим принципиальную схему прогнозирования в следующем виде:

1

5

4

2

6

3

1. методы и средства решения обратных и инверсных задач

2. исходная информация об объекте

3. ранее установленные закономерности об объекте прогнозирования

4. модель объекта прогнозирования

5. цель, задачи прогноза, интервал упреждения

6. прогноз

вычислительные операции

исследовательские операции

На выбор математической модели прогнозируемого объекта оказывает влияние цель и задачи прогнозирования, а также величина интервала прогнозирования с применением методов и средств решения обратной(определения граничных условий по заданному физическому полю) и инверсной(определения физических моделей по заданному физическому полю) задач определяются неизвестные параметры математической модели объекта.

Прогнозируемая система должна быть замкнутой по отношению к результатам прогнозирования, что дает возможность внесения поправок и изменений в элементы прогнозирующей системы. Модель должна строиться для решения конкретной задачи исследования и отражать те стороны и связи изучаемого явления, которые являются важными именно для данного исследования. В инженерных исследованиях выделяют следующие типы моделей:

1. Модели детерминированных процессов при полной априорной (до начала исследования) информации об их параметрах;

2. Модели детерминированных при неполной априорной информации о параметрах модели (неизвестны начальные условия при известных дифференциальных уравнениях; неизвестны некоторые коэффициенты);

3. Процесс является детерминированным и информация о нем не искажена, но вид модели процесса априорно не известен.

4. О процессе априорно ничего не известно, и поступающая информация искажена (является искаженной) различными помехами.

В настоящее время наиболее разработаны методы и средства для первых 2-х типов моделей. Анализ результатов математического прогнозирования позволяет принимать обоснованное решение по комплексу мероприятий, связанных с управлением окружающей среды. Прогнозирование мероприятий по охране вод при сбросе производственных, бытовых и сельскохозяйственных стоков в водоемы связано с необходимостью:

а) определить степень очистки сточных вод;

б) обеспечить стабильность биологических циклов в заданных участках водоемов и водотоков ниже выпуска сточных вод при наименьших затратах, распределенных на очистку между всеми предприятиями, которые сбрасывают сточные воды в пределах заданного участка.

Поэтому при проектировании и строительстве любого природоохранного комплекса (на любой его стадии) необходимы соответствующие его типу и масштабу проектно-изыскательские работы и теоретическое обоснование в виде численного прогноза. В качестве базовых используются экологические стандарты технологического процесса производства и нормативы качества окружающей среды.

Типовая задача экологического прогнозирования – задача, постановка решения поиска, оптимизации задач антропогенных факторов для задач региона приобретает в настоящее время все большее значение. Рассматривая в качестве примера некоторого региона R- определяющего интересующую нас территорию.

На территории этого региона есть предприятие, озеро, лесной массив. В озере обитают К известных нам гидробионтов, водорослей, рачков, рыб т.д.

На территории расположен так же лесной массив Л, видовой состав экосистемы представлен (N-K) известным нам видами, состояние биоты (живой части экосистемы описывается функцией времени t. V(t)=Y­₁(t)… Y­_k (t)… Y­_k+1 (t), Y­_N

_где Y­_i (t) – численность или плотность в момент времени t, соответственного вида гидробионтов при i<к и вида из лесной экосистемы при i>к.

Очень часто сложившихся и находящихся в равновесии экосистемах плотности большинства видов изменяются незначительно. Их видовой изменение незначительно. В этом случае вектор f(v(t)) можно считать постоянной во времени функцией. В общем случае состояние биоты экосистемы характеризуется некоторым колебанием во времени процессом изменения плотности ( численности) каждого из них.

Предположим, что планирующие органы рассматривают проект строительства в пункте А региона R определенной мощности, работа которого будет сопряжена с выбросами в атмосферу вещества i а( т/ч) и в(т/ч). Какое-то количество отходов производства всегда проникает в ОС и там распределяется. В ответ на описанное антропогенное воздействия функционирования в пункте А региона R в природных средах рассмотренного региона произойдет ряд изменений.

Изменение концентрации вещества 1 в атмосфере в результате постоянного его выброса. Из концентрации вещества 2 в озерной воде в зависимости от типа ЗВ возможен переход загрязнителей из одной среды в другую или накопление загрязнителей в какой-либо среде.

В результате сжигания угля и нефти, а так же функционирования химической промышленности в атмосферу попадают соединения ртути, соединяясь с воздухом эти соединения, могут переходить из атмосферы в почву и обратно.

В водной среде ртуть в виде растворенных соединений может распределяться в результат переноса вод потоками и диффузии. Выведение соединений ртути из водной среды происходит гораздо медленнее, поэтому можно считать, что в водной среде соединения ртути накапливаются.

При непрерывной работе предприятия и при постоянный выброс загрязнителей 1 и 2 природной среды, процессы переноса и распространения загрязнителей обусловлены сложными геофизическими и геохимическими, гидрометеорологическими закономерностями придут в некоторое динамическое равновесие.

Это означает, что в рассмотренных природных средах возникают определенные концентрации рассматриваемых загрязнителей С= (С_1В,С_1П, С_1А, С_2В, С_2П,С_2А) – вектор концентрация (1,2 – тип загрязнителя , в,п,а – тип природной среды)

Данное антропогенное воздействие – функционирование нового ПП приводит, прежде всего к изменениям в абиотической среде. Возникшее поле концентраций выбрасываемых предприятием ЗВ в различные природные среды рассматриваемого региона R. Если вещества 1 и 2 в каких-то количествах и раньше присутствовали в природных средах, то деятельность данного предприятия приведет к изменению их концентраций.

Те же соединения ртути могут поступать в атмосферу по естественным причинам , из-за выветривания почвы, разложение минералов горных пород.

Вследствие изменения полей концентраций начинаются процессы изменения живой части экосистемы – биоты. Могут быть количественные или качественного характера изменения.

Количественные изменения – суть изменения численностей, плотностей видов. Если предприятие – SO2 выбрасывает, а в леном массиве присутствует сосна , то увеличения концентраций этого загрязнителя в атмосфере приведет к снижению годового прироста сосны, результатом будет постепенное снижение биомассы на единицу площади . В ответ на изменение концентраций химических веществ в воде кроме количественных могу возникать интенсивные процессы качественных перестроек экосистемы.

Например, эвтрофикация. при изменении состояния абиотической среды к новому равновесному состоянию абиотической среды. Задача экологического прогнозирования связана с проектом строительства предприятия в регионе R.

Эта задача состоит:

• Определение по величине выброса V (a,b) предприятия – соответственное поле концентраций,

• По найденному полю концентраций определить новое, соотносящееся к нему состояние равновесия, состав, плотность видовой новой экосистемы.

Прогноз может быть использован на практике при принятии решений относительно целесообразности (нецелесообразности) строительства проекта.

Предположим для решения есть некоторые критерии Q позволяющий оценивать как полезность деятельности предприятия так и степень приемлемости полезности одного состояния экосистемы по сравнению с другими, пусть Q_п - полезность функции ПП

Планируемый выброс V ( a,b) определяет поле концентрация загрязнений в природной среде, которой будет соответствовать новое состояние экосистемы отличающейся от первоначальной Y_0.

Тогда (Q(Y)- Q(Y_e)) –полезное приращение состояния экосистемы. Правило принятия решения выглядит в этом случае следующим образом. Если суммарная полезность Q=Q_п+(Q(Y)- Q(Y_e)) положительна, то решение строить ПП, если же отрицательно, то не строить.

Эта схема построения на сравнении выгодной функции ПП с затратами воздействия ОС критерия Q определяется не только экономическими соображениями , но и регионами эконормативов.

Принципы систематизации анализа и моделирования при управлении качеством воды

Понятие системного подхода к управлению качеством воды

Наиболее наглядно при решении экозадач в последние годы проявилась роль системного анализа и математических моделей. Системный подход обуславливается новыми принципами исследования, которые ориентированы на случайную спецификацию характеристик сложно-органических объектов. Этот подход позволил построить целостностную картину объекта. системный подход при изучении любого объекта, например экосистем состоит:

1. В определении образующих ее частей и взаимодействия с ней объектов окружающей среды;

2. В установлении структуры экосистемы, т.е. совокупности внутренних связей и отношении, а также связей между экосистемой и окружающей средой;

3. В нахождении функции (закон функционирования) экосистемы и связей между ними под действием внешних объектов;

4. Некоторые объекты применяют системный анализ.

В первую очередь к изучению, проектированию и эксплуатации очистных сооружений как 1 из важных элементов ПТС, обеспечивающих заданные эконормативы. Наглядным примером является система биологической очистки, в которой необходимо определить взаимодействие, например между аэрируемым бассейном и вторичными отстойниками (элементы системы), кроме того на процесс очистки посредством активного ила оказывает влияние температура окружающей среды. Биологические процессы очистки различного типа сточных вод имеют много общих характеристик, т.к. ко всем этим процессам применимы основные принципы микробиологии. Особо следует отметить групповой/междисциплинарные подход к анализу, разработке и управлению системой. Для изучения той или иной системы наиболее часто и эффективно используют следующие методы:

1. Математическое моделирование

2. Машинная имитация

3. Анализ функций отклика

4. Теория управления

5. Методы оптимизации

В настоящее время имеется много видов системного управления качеством воды, для того чтобы изучать, разрабатывать или эксплуатировать такие системы необходимо определить их границы. Сложная система разбивается на отдельные элементы или подсистемы, т.о. чтобы можно было бы достаточно четко определить основные входы и выходы, а также окружение, в котором должна работать подсистема. Каждая подсистема должна иметь четко определенные цели, вносящие вклад в общую цель системы. Вход и выход системы могут подразделяться на управляемые и неуправляемые. Для системного управления качеством воды речного бассейна систем промышленного или коммунального водоснабжения и канализации, систем очистки сточных вод можно указать наиболее типичные входы:

• Перенос воды или вещества, а также стоков в бассейны других рек или из них

• Приток морской воды в истуарий или из него при отливах и приливах

• Увеличение количества содержания кислорода в воде за счет фонового содержания

• Изменение температуры води и т.д….

Выходы системы также должны быть определены, чтобы можно было понять удовлетворяет ли данная система поставленным задачам или нет. Они так же служат входами других систем . обычно в систему управления качеством воды численное значение выходы (содержание взвешенных веществ, величина БПК, РК, различные специфические вредные вещества) регламентируются соответствующими правилами и нормами с учетом категории водного объекта. Выход подсистемы «река» может служить сильным входным воздействием на подсистему «водоотведение». При технико-экономической оптимизации системы необходимо исключить из рассмотрения те входы, которые слабо влияют или вообще не влияют на ее работу. Очень важным моментом является постоянно происходящее изменение на входе и выходе окружающей системы (точно так же как и в характеристиках самой системы) необходимо знать природу этих изменений и скорость с которой они протекают, однако почти все соотношения принятые при проектировании основаны на предположении о стационарности состояния и в них как правило использованы либо средние либо максимальные и минимальные значения. Это естественно снижает качество системы. Рассмотрим некоторые критические оценки качества системы.

1. Функционирование – 1 из факторов наиболее часто используемых при оценке системы, с этой целью м.б. использован как физические так и математические модели, а так же опыт эксплуатации аналогичных систем. В соответствии с требованием водоохраны разрабатываются требования к функционированию проектируемой системы. Например, функционирование системы управления качеством воды речного бассейна должно быть таким, чтобы изменение РК в воде превышало 4 мг/л или чтобы изменение БПК на очистных сооружениях было не меньше 85%. Одним из недостатков таких фиксированных стандартов является то, что они не принимают во внимание присущее как системе, так и окружающей среде изменчивости параметров. Более эффективным является стандарт, который дополнительно определяет вариабельность наблюдаемых результатов.

2. Стоимость – для точной оценки стоимости необходимо разработать экономические модели, включая такие факторы, как конструкцию системы, стоимость строительства и эксплуатации. Необходима оценка рентабельности действующей системы управления качеством воды в рамках конкретной ПТС.

3. Надежность – при проектировании очистных сооружений надежности системы ранее не уделялось достаточного внимания. Следует подчеркнуть, что существует сильная взаимосвязь между надежностью, функционированием и стоимостью. Для того чтобы избежать отказов в систему включают дублирующие блоки. Однако, это сразу повышает стоимость. Для очистных сооружений, сбрасывающих свои стоки в водный объект не обладающих дополнительными ассимилирующими возможностями требуется значительно большая степень надежности, чем для сооружений, стоки которых попадают в водные объекты, способные ассимилировать значительно количество избыточного загрязнения. Эта дополнительная надежность может быть достигнута как в процессе проектирования, так и при улучшении их эксплуатации. В качестве примера можно привести систему при разработке, которой очень большое внимание уделяется надежности – система хлорирования воды для коммунального водоснабжения, где любой срыв может иметь катастрофические последствия.

4. Время – характеристикой функции времени систему служит время обработки сточных вод, отнесенное к единице мощности установки. Имеется понятие времени, необходимое для создания системы, а также времени, требуемого самой системе для осуществления ее целей. Установление расчетных периодов работы сопряжено с большей неопределенностью, т.к. оно может быть связано напрямую с будущими проектами развития бассейна реки или оценками будущего развития ПТС.

5. Требования к обслуживанию – для пользователя системы существенную ценность имеет быстрота и простота обслуживания. Между надежностью и требованием к обслуживанием существует тесная связь. Так более надежные системы могут требовать меньшего ухода. А надежность системы может быть повышена улучшение обслуживания. Стационарные и передвижные станции для дистанционного наблюдения на различных участках водного объекта должны иметь повышенную надежность и легко обслуживаться.

6. Гибкость – система управления должна быть достаточно гибкой для приспособления к изменяющимся со временем условиям.

Приведенные выше факторы при различных их комбинациях по некоторым обобщенному критерию позволяют оптимизировать систему. Результаты оптимизации используются как для уже существующих систем, так и для сравнения альтернативных проектов новых систем.

Система управления является достаточно дешевым средством улучшения функционирования очистных сооружений. Им уделяется повышенное внимание как при проектировании новых, так и при эксплуатации существующих. При разработке новых сооружений можно добиться лучшего соотношения усилий и затрат, отводимых на проектирование самих сооружений с одной стороны, и систем управления этими сооружениями с другой стороны. При системном подходе производится проектирование управляемых сооружений и системы управления как единой системы. Это дополнительная степень свободы, дающая возможность модификаций систем управления.