Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ НОВОГО ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА

Мусихина Е.А. Дмитриева Л.Ю.
В статье приводится обзор программного продукта, разработанного авторами для оценки риска деградации такого важного компонента природной системы, как водные ресурсы. Обоснована необходимость пересмотра отношения человека к природной среде и применения новых технологий для ее сохранения и восстановления. Для оценки экологического ущерба применена авторская методика.
экологический ущерб
программный продукт
пространственно-временная модель
природная среда
водные ресурсы

С переходом общего сознания на позитивные цели, безопасность человека, общества и природы должна основываться на допустимом технологическом пространстве в рамках долговременного устойчивого развития цивилизации. В таком случае безопасность общества и окружающей природной среды будет определяться степенью защищенности от совокупности всевозможных рисков. Причем уровень безопасности для исследуемой системы определяется комплексным риском, который складывается из экологического, социально-экономического, техногенного и милитаристского рисков, согласно общепринятой классификации. В настоящее время только комплексный анализ риска является эффективным способом экспертирования как отдельных объектов, так и регионов.

По предварительному анализу техногенных и природных рисков, Иркутская область относится к числу регионов повышенного класса опасности. В нашем случае основное внимание уделяется экологическому риску, под которым понимается многоуровневая оценка вероятности появления негативных необратимых изменений в окружающей природной среде, вызванных антропогенным или иным воздействием, а также вероятностной мере опасности причинения вреда природной среде в виде возможных потерь за определенное время. Понятно, что вред природной среде при различных антропогенных и стихийных воздействиях неизбежен, однако он должен быть сведен до минимума и быть экономически оправданным. Любые хозяйственные или иные решения должны приниматься с таким расчетом, чтобы не превышать критические уровни вредного воздействия на природную среду. Установить эти уровни крайне сложно, поскольку критические отметки воздействия многих антропогенных и природных факторов неизвестны. Поэтому расчеты экологического риска должны быть вероятностными и многовариантными, с выделением риска для здоровья человека и природной среды. Такой прогноз развития экологической ситуации под воздействием различных факторов необходим для принятия адекватных локальных, региональных или глобальных управленческих решений. Кроме того, в зависимости от динамики развития экологической ситуации и степени риска, вызванного этим развитием, для природы и общества, прогноз может быть краткосрочным (до 1 года, оперативный), среднесрочным (до 5 лет, тактический) и долгосрочный (до 20 лет, стратегический). Поскольку речь идет о прогнозе изменения состояний природной среды под антропогенным воздействием, его следует разрабатывать в определенных территориальных границах.

Общеизвестно, что в экологии стала стандартной ситуация, когда изучение системы и построение прогнозов ее состояния осуществляется (или может осуществляться) одновременно всеми парадигмами. При этом каждая из них индуцирует разработку достаточно большого числа разнообразнейших и не стыкующихся между собой моделей. Для эффективного функционирования системы экологического прогнозирования необходимо такое алгоритмическое и программное обеспечение, которое бы позволяло:

  • работать с небольшими выборками данных, полученными со значительной погрешностью;
  • учитывать неформальное знание и видение одного и того же феномена с помощью целого множества различных и более-менее равноценных моделей, возможную «разношкальность» предикторов, отсутствие унифицированной и общепризнанной методики оценки их качества;
  • быть гибким по отношению к новой информации.

В последние годы для обеспечения задач прогнозирования разработано достаточно много различных библиотек и пакетов прикладных программ. В настоящее время лидирующее место на рынке программных средств в области охраны окружающей среды занимают программные продукты, разработанные фирмой «Интеграл», объединенные в серию «Эколог». Они решают самый широкий спектр задач в области экологии - это задачи, связанные с охраной воздушного бассейна, безопасным размещением отходов производства и потребления, и многими другими. Среди программ фирмы «Интеграл» имеются уникальные разработки, такие, как унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) Эколог (версия 3.0). Это единственная программа в нашей стране, которая может в полной мере учитывать при расчетах уровней загрязнения атмосферы влияние застройки и высоты, что соответствует последним требованиям территориальных органов. Однако среди разработанного программного обеспечения для прогнозирования изменений окружающей среды не обнаружено комплексов, которые позволяют осуществлять комплексную оценку природной среды под антропогенной нагрузкой. Понятно, что оценка риска напрямую связана с оценкой ущерба, и чем больше предполагаемый ущерб, тем значительнее риск. В данном случае под эколого-экономическим ущербом, прежде всего, понимается время, необходимое для восстановления природной среды как системы со своими качественными признаками, и, как следствие, нанесение вреда здоровью человека вследствие деградации окружающей среды.

Разработка и внедрение компьютерной программы оценки ущерба позволяет значительно упростить и ускорить процессы обработки и анализа данных, повысить достоверность математических расчетов и избежать возможного влияния чьих-либо интересов (в т.ч. ведомственных) на принятие решений. А это очень важно, поскольку, используя методы формального исследования (расчет коэффициента корреляции), выявлена определенная зависимость между младенческой смертностью и степенью загрязнения водоемов - r = 0,51.

В качестве математической основы разработанного программного продукта взята структурно-иерархическая пространственно-временная модель [1] воздействия горных работ, с учетом распространения влияния от антропогенного воздействия на периферию окружающего пространства:

f

где Сk - масштабный коэффициент подобия;

Tmax - время жизни компонента природной среды;

n - количество уровней системы, для которых производится расчет;

Ксв - коэффициент связи компонентов природной среды;

Снар - степень нарушенности земель;

Sнар - площадь загрязненных токсикантами земель;

Sобщ - это площадь территории Иркутской области.

Преобразовав формулу путем замены коэффициента нарушенности на 1/ПДК, заменив площади на объемы, и приняв Tmax = 100 (максимальное время жизни подводных жителей озера Байкал), получим формулу для оценки ущерба водным ресурсам:

f

В качестве примера методики расчета предполагаемого воздействия на водные ресурсы использовано загрязнение сточных вод, принимаемых водоемами, по ртути и хлору. Обусловлено это тем, что ртуть - особо опасный компонент некоторых соединений, характеризующийся значительным периодом распада, а соединения хлора входят во все сточные воды вследствие хлорирования водопроводной воды и обеззараживания сточных вод хлором.

Разработанный программный продукт «Расчет антропогенного воздействия на водные ресурсы по хлору и ртути» [2] имеет следующую функциональную спецификацию:

  • хранение данных о загрязнении некоторых рек и водоемов Иркутской области хлором и ртутью;
  • расчет ущерба по авторской методике;
  • графическое представление воздействия на водную среду по годам либо по водоемам;
  • графическое представление ущерба водной среде по годам и сбросов сточных вод по водоемам;
  • прогнозирование возможного воздействия на водную среду.

Для систематизации и обработки данных по расчету риска загрязнения водных ресурсов выбран язык программирования Visual Basic for Applications для MS Excel, позволяющий быстро и удобно разработать эффективные приложения с использованием пакета MS Office.

Работа с программным продуктом начинается с определения параметров, необходимых для расчета: площади трех уровней и глубины, изменения которых ограничено правом доступа (рис. 1).

1

Рис. 1. Изменение параметров расчета

Для управления работы с программой создано главное меню (рис. 2), которое позволяет работать с отдельными интерфейсными элементами. Меню «График функции - Хлор» позволяет пользователю выбрать варианты построения графика функции загрязнения хлором и сбросов сточных вод по различным параметрам, например по годам и по водоемам (рис. 3) и выбрать вариант формирования графика (рис. 5). Меню «График функции - Ртуть» позволяет пользователю выбрать варианты построения графика функции загрязнения ртутью и сбросов сточных вод по различным параметрам (рис. 4).

2

Рис. 2. Структура меню «Файл»

 3

Рис. 3. Структура меню «График функции ‒ Хлор»

4

Рис. 4. Структура меню «График функции ‒ Ртуть»

Выбор параметров для построения графика функции (рис. 5) производится по заранее рассчитанным данным о загрязнении некоторых рек и водоемов Иркутской области хлором и ртутью (рис. 6) по авторской методике.

5

Рис. 5. Выбор параметров для построения графика функции

 6

Рис. 6. Хранение данных о загрязнении

Результатом работы с программным средством «Расчет антропогенного воздействия на водные ресурсы по ртути и хлору», в котором реализована оригинальная методика автоматического расчета антропогенного воздействия промышленных центров Иркутской области на водные ресурсы в местах непосредственного сброса сточных вод с учетом распространения токсикантов на периферию окружающего пространства, является графическое представление ущерба водной среде по годам и сбросов сточных вод по водоемам (рис. 7).

7

Рис. 7. График функции загрязнения хлором 1993 г.

Стабильное, очень значительное загрязнение хлором рек Вихоревой, Ангары и Ии, представленное визуально, наглядно демонстрирует превышение допустимой нагрузки на водоемы, что не может не сказаться на их качественных характеристиках.

Таким образом, программный продукт ориентирован на прогнозирование рисков воздействия ртути и хлора на водные ресурсы территории Иркутской области с возможностью адаптации на любую другую территорию.

Изучение законов природы и общества, его экономики, основанное на современных достижениях науки и техники, приведет к осмыслению знания и, как следствие, к правильному выбору. Именно неумение человека взвесить реальную ценность своих дел и сопоставить ее с вредной оборотной стороной, которой неизбежно обладает каждое действие, каждое мероприятие привело к нынешнему состоянию природной среды как системы. Существующая определенная непреложность развития как основной закон диалектики предполагает мудрость своевременно осознать высшую для настоящего типа развития ступень и вовремя остановиться, подождать или вовсе изменить свой путь развития.

Список литературы

  1. Мусихина Е.А. Методологический аспект технологии комплексной оценки экологической емкости территорий. - М.: Изд-во «Академия Естествознания», 2009. - 137 с.
  2. Мусихина Е.А. Расчет антропогенного воздействия на водные ресурсы по ртути и хлору. - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010615261 от 13 августа 2010 г. РОСПАТЕНТ.

Библиографическая ссылка

Мусихина Е.А., Дмитриева Л.Ю. ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ НОВОГО ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА // Современные наукоемкие технологии. – 2011. – № 2. – С. 68-74;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=26684 (дата обращения: 15.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074