Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Эколого-экономические проблемы управления качеством вод и водных ресурсов в пределах урбанизированных территорий 10
1.1. Характеристика состояния водной среды и использования водных ресурсов в пределах урбанизированных территорий 10
1.2. Характеристика источников загрязнения поверхностных водных» объектов 39
1.3. Экономическая оценка ущерба окружающей среде от загрязнения поверхностных вод 55
Выводы 67
Глава 2. Математический аппарат прогнозирования и выявления доминирующих источников загрязнения поверхностных вод в пределах урбанизированных территорий 69
2.1. Выявление источников и факторов загрязнения поверхностных вод 69
2.2. Ранжирование источников загрязнения с учетом интенсивности воздействия на поверхностные водные объекты 82
2.3. Прогноз загрязнения поверхностных водных объектов 92
Выводы 103
Глава 3 . Эколого-экономическая эффективность водоохранных мероприятий 104
3.1. Экономический анализ ситуаций с целью выявления эффективного направления инвестирования водоохранных мероприятий 104
3.2. Формирование экономически целесообразного набора водоохранных мероприятий в условиях ограниченности инвестиций 127
3.3. Организация инвестирования водоохранных мероприятий 144
Выводы 161
Заключение 163
Библиографический список 167
Приложения 180
- Характеристика источников загрязнения поверхностных водных» объектов
- Ранжирование источников загрязнения с учетом интенсивности воздействия на поверхностные водные объекты
- Прогноз загрязнения поверхностных водных объектов
- Формирование экономически целесообразного набора водоохранных мероприятий в условиях ограниченности инвестиций
Характеристика источников загрязнения поверхностных водных» объектов
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель. улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.
Растет потребления воды населением городов и городских поселков. Еще более стремительно возрастает потребление воды для нужд промышленного и сельскохозяйственного производства, которое сопровождается отбором значительных масс воды из рек, озер, других поверхностных и подземных водных объектов, что оказывает существенное влияние на состояние водоемов и природной среды в целом (рис. 1.20) [5].
Наибольшее количество воды потребляется в городах (300 - 600 л/сут на каждого жителя), значительно меньше - в сельской местности: от 20 - 30 л/сут на человека в развивающихся странах, до 100 - 120 л/сут - в развитых. На промышленные, сельскохозяйственные и бытовые нужды в мире потребляется около 3000 кмЗ пресной воды в год. из них около 1700 кмЗ безвозвратно, а 1300 кмЗ отработанных сточных и дренажных вод сбрасывается в реки, озера и моря. Вместе с возрастанием потребления воды увеличивается сброс сточных вод в водоемы, в результате которого они загрязняются и утрачивают свои полезные свойства. Вода содержит большое число разнообразных микроэлементов, крайне необходимых не только для жизнедеятельности человека, но для всех живых организмов на Земле [1; 59].
Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 кмЗ. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве. Водные ресурсы городов и пригородов Схема использования водных ресурсов системой населенных мест (по B.C. Кожевникову) 5 0CCi tttA 4&ЛМ0Т« J Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.
Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.
На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.
Характеристика и показатели качества водной среды. Говоря о значимости водоемов, согласно "Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" (1976 г.) водные объекты разделяются на водоемы хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоиспользования и рыбохозяйственные водоемы [100; 101]. Водоемы первого вида разделяют на две категории: используемые для централизованного и нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и для водоснабжения пищевых предприятий и используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также водоемы в черте населенных мест. Рыбохозяйственные водоемы разделяют на две категории: используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду и используемые для всех других рыбохозяйственных целей.
Показателями качества водной среды является экологическое нормирование. Нормативом качества водной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК). Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течении всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования. Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб. в первую очередь, промысловых [95; 105].
Ранжирование источников загрязнения с учетом интенсивности воздействия на поверхностные водные объекты
Перечисленные методы применяются, для ранжирования источников загрязнения водоемов по отдельным критериям (деградация компонентов водных объектов по величине загрязнения; степень и виды загрязнения водной среды и др). Но задачей исследования был выбор методов ранжирования, учитывающий систему критериев (факторов загрязнения водной среды). Выше перечисленные методы не отвечают этой задаче. Следовательно, необходимо выбрать метод, позволяющий одновременно учитывать несколько критериев. Такими методами являются методы экспертных оценок, которые позволяют выявить доминирующий источник загрязнения водных объектов в пределах урбанизированной территории.
Существует четыре основных метода экспертной оценки и множество разновидностей этих методов: метод простой ранжировки, метод задания весовых коэффициентов, метод последовательных сравнений, метод парных сравнений. 3)Метод простого ранжирования заключается в том. что каждый эксперт располагает признаки в порядке предпочтения. Цифрой 1 обозначается наиболее важный признак, цифрой 2 - следующий по важности и т.д. Полученные результаты сводятся в таблицу 2.5.
Коэффициент конкордации может принимать значения от нуля до единицы. При полной согласованности экспертов К -1. при полном разногласии К - О. Достоинства метода простой ранжировки заключается в сравнительной простоте процедуры получения оценок и в меньшем числе экспертов, которое требуется для оценки показателей (по сравнению с другими методами). Недостаток метода состоит в заведомо равномерном распределении оценок и уменьшении важности признаков [131]. 4)
Метод задания весовых коэффициентов состоит в присвоении всем признакам весовых коэффициентов (коэффициентов важности). Присвоение может производиться так, чтобы сумма баллов была равна какому-либо определенному числу, например 100. Иногда наиболее важному признаку предлагается присвоить фиксированное число, например, 100, а остальным признакам - задать коэффициенты, равные долям этого числа. Обобщенное мнение экспертов рассчитывается как среднее арифметическое. Очевидно, что чем больше величина коэффициента, тем больше важность этого признака. 5)Метод последовательных сравнений можно изложить в виде последовательности действий по пунктам. 1.Эксперт і упорядочивает все признаки в соответствии с уменьшением их значимости Х, Х2 Хъ ...Хт. (2.15) 2.Эксперт присваивает первому признаку значение, равное единице (а,,. =1), а остальным признакам назначает весовые коэффициенты в долях единицы. 3.Проводится сравнение первого признака с суммой коэффициентов всех последующих. При этом можно получить один их трех вариантов: аи агі+аіі+... + аті au=aZi+a3i+... + ani (2.16) аи а2,+а , L- + « 4.Эксперт выбирает наиболее приемлемый, по его мнению, вариант и приводит в соответствие с ним оценку первого признака. 5.
Процедура повторяется с отбраковкой последних признаков по одному до сравнения признака Хх с признаками хг и Хъ. 6.Эксперт переходит к сравнению Х2 с последующими признаками. 7.Процедура заканчивается, когда возможности сравнения будут исчерпаны. Преимущество данного метода состоит в том, что эксперт анализирует оценки по совокупности признаков.
Однако метод последовательных сравнений сложен и громоздок. Его не рекомендуют использовать при количестве признаков более семи. 6)Ранжирование источников загрязнения также, можно произвести по методу попарных сравнений, так как он позволяет учитывать несколько критериев (факторов) и который состоит в виде последовательных шагов. 1. По каждому критерию (фактору) проводят оценку приоритетности признаков. При этом по каждому критерию заполняется матрица \ = {elkj) .элементы которой в зависимости от выбора критерия определяются из условия:
Прогноз загрязнения поверхностных водных объектов
Методы экспертных оценок (анализ этих методов в главе 2), используются в том случае, если [131]: -нет достаточной статистической информации об изменении анализируемого показателя и влияющих на него факторов; -показатель не измеряется численно, а выражается качественными признаками: -анализируемый показатель не может быть описан на основе эволюционного развития, поскольку изменяется скачкообразно и природа этих изменений не известна. Экспертные методы позволят решить проблему, связанную с пространственным размещением производственных объектов вдоль рек. которые могут оказывать в перспективе воздействие на водную среду и объекты водопользования. При этом, осуществить прогноз перспективного загрязнения водоемов, помогут факторы загрязнения водной среды.
Пример (рис. 2.4). Планируется строительство производственного объекта (источник 1). на одном берегу реки, вверх по течению от объекта водопользования. Относительно водозабора вниз по течению, расположен другой источник загрязнения 4 (расстояние от производственного объекта 1 до объекта водопользования равно расстоянию от объекта 4 до объекта водопользования); на противоположном берегу, напротив водозабора и вверх по течению (напротив планируемого объекта 1), находятся еще два источника 2 и 3. Направление течения стабильно, с севера на юг. Необходимо определить, будет ли планируемый к строительству объект оказывать воздействие на объект водопользования? При этом необходимо произвести анализ всех факторов загрязнения. В данном случае, мы пренебрегаем некоторыми факторами: временем воздействия, т.к. воздействие планируемый объект будет оказывать наравне со всеми источниками загрязнения; отсутствие ветра (южного); все эти источники сбрасывают в реку один и тот же объем и состав загрязняющих веществ, в том числе и планируемый объект. В данном случае присутствуют факторы: расположение источников в пределах их загрязнения; направление течения.
Для определения доминирующего источника загрязнения оказывающего потенциальное воздействие на объекты водопользования, имеет смысл ранжировать источники загрязнения, учитывая при этом все названные факторы. методом попарных сравнений, по степени их воздействия на объекты водопользования. В результате, источники загрязнения были проранжированы и для каждого дано обоснование (см. главу 2 параграф 2). Относительно планируемого промышленного объекта 1, то он в перспективе окажет сильное воздействие на объект водопользования и поэтому стоит выбрать другое место для размещения данного объекта.
Статистические методы прогнозирования, базируются на использовании накопленной статистической информации об изменении показателей, характеризующих анализируемый объект или процесс. Статистические модели прогнозирования можно разделить на трендовые и многофакторные. В трендовых моделях прогнозирования выводиться зависимость анализируемого показателя от времени: у = /(Г) [131].
Рассмотрим более подробно некоторые простейшие способы построения трендовых моделей и их особенности. Для формирования трендовой модели подбирается функциональная зависимость, выражающая значение показателя от годов, месяцев и т.д. В качестве функциональных зависимостей могут быть использованы линейные. квадратичные, гиперболические и другие зависимости. Список и вид наиболее употребляемых зависимостей приведен в таблице приведенных выше зависимостях. Для подбора этих коэффициентов можно воспользоваться методом наименьших квадратов [82]. При этом отыскиваются такие значения коэффициентов, при которых будет достигнуто, минимальное отклонение кривой в моменты времени, для которых имеется статистическая информация от реальных значений анализируемого показателя.
Для экспресс - прогноза на базе трендовых моделей можно рекомендовать метод векторного прогнозирования. Этот метод отличается простотой расчетов, его можно использовать для расчетов в ручную с помощью калькулятора. Однако его результаты годятся на ближайшую перспективу. Метод заключается в последовательном усреднении данных путем расчета средних арифметических по соседним значениям. Эта процедура позволяет сократить число рассматриваемых точек на одну путем одноразового усреднения значений статистического ряда.
Повторение усреднений позволяет получить в итоге две точки, через которые можно, однозначно, провести прямую (вектор) в направлении прогноза. Полученный вектор покажет будущее значение рассматриваемого показателя. Для осуществления прогноза, на базе трендовых моделей, так же можно воспользоваться методом случайного баланса, который предусматривает строго определенную процедуру реализации статистического материала, собранного за ретроспективный период. Но он в основном используется при прогнозе повышения эколого-экономической эффективности природоохранных мероприятий на выбранном уровне доверительной вероятности в региональной системе [82]. Многофакторные модели позволяют получить зависимость изучаемого показателя от набора факторов, которые определяют его изменение: у = р(хгх2......хт). При решении проблемы управления снижением загрязнения водных объектов в пределах урбанизированных территорий, осуществлять прогноз загрязнения доминирующих источников, в будущие моменты времени на базе трендовых моделей не эффективно, так как нельзя основываться только лишь на статистической информации. Кроме того, эколого-экономическая система связанна со многими факторами: например, предприятия с увеличением или уменьшением выпуска объема продукции, могут изменять объем и состав загрязняющих веществ, в сточных водах. А это приводит к тому, что целесообразней всего использовать многофакторные модели, которые позволят осуществить прогноз с учетом нескольких факторов (прогноз перспективного загрязнения водных объектов, с учетом планового, скажем на пять и/или более лет. объема выпускаемой продукции на предприятиях).
Формирование экономически целесообразного набора водоохранных мероприятий в условиях ограниченности инвестиций
В условиях ограниченности инвестиций разрабатывается набор программных мероприятий, классифицирующиеся по следующим признакам: отраслевому; территориальному (если это возможно для рассматриваемой региональной); по уровню важности (федеральный, региональный и т.д.). В процессе выполнения программы объем выделяемых финансовых средств из различных источников может отклоняться от запланированной величины. В этом случае возникает необходимость изменения финансирования мероприятий программы, изменение состава мероприятий. Эти мероприятия можно формировать по локальным целям структурно-целевой модели [3; 29; 131;].
Подготовка программы развития регионального природопользования состоит в формировании набора мероприятий программы, реализация которых позволяет достичь поставленной цели по стабилизации или улучшению экологического состояния в рассматриваемом регионе [135]. Анализ существующей практики формирования Федеральных и региональных программ природопользования показывает, что мероприятия отбираются без специальной методики. В конечном счете, набор мероприятий не удовлетворяет всему множеству подцелей и. соответственно, их реализация не дает возможности достичь поставленной цели. Кроме того, в процессе формирования набора мероприятий, не обращается внимание, на объемы инвестиций для их реализации и результат, который ожидается от реализации мероприятий, указывается в натуральном выражении: сокращение сброса загрязненных сточных вод. Такие результаты не обеспечивают соизмеримость для различных мероприятий, их нельзя сопоставить с затратами.
При разработке программ компенсационных мероприятий в качестве исходного момента выступает выбор мероприятий и оценка их параметров: время реализации, затраты на реализацию и результат от реализации. К сожалению, возможности получения достоверных данных ограничены по следующим причинам: детальное планирование невозможно из-за гигантского возрастания размеров задачи; предоставление недостоверной информации с мест; отсутствие инструмента анализа эффективности мероприятий в программе. Первая из приведенных причин объясняется невозможностью, нецелесообразностью сбора детальной информации с мест для детального планирования, поскольку такой подход будет возвращением к методам управления Госплана. Отсюда следует необходимость работы с достаточно укрупненной информацией. Вторая причина кроется в привычных отношениях местных органов с центральной властью: просить больше в надежде получить дополнительные инвестиции из государственного бюджета. В результате получения исходной информации (завышенные объемы потребностей в ресурсах, избыточное число мероприятий) разрабатывается программа, далекая от оптимальной.
Третья причина обусловлена тем, что хотя в настоящее время для анализа эффективности мероприятий используются различные критерии (рентабельность инвестиций, чистая дисконтированная стоимость, срок окупаемости, приведенные затраты и др.), тем не менее нельзя провести анализ мероприятий в совокупности, внутри набора. До сих пор эти мероприятия рассматривались и оценивались локально. Однако из них создается единое целое - программа, которая позволяет достичь заданной цели. Следовательно, необходимо рассматривать программу как объект, состоящий из элементов - мероприятий. В данном случае надо проводить комплексное системное исследование программы в разрезе ее мероприятий, что позволит обеспечить достижение требуемой цели (требуемых целей) при минимальных затратах.
Все перечисленные недостатки приводят к тому, что сформированный набор мероприятий оказывается недостаточным (или убыточным) с точки зрения удовлетворения поставленной цели или ее подцелей, а также экономически неэффективным [86]. Отсюда возникает необходимость создания определенной логики и инструментария подготовки программ развития природопользования. Исследуя достижения в области долгосрочного и программно-целевого планирования, следует выделить способы формирования направлений развития больших технических систем [129; 131: 132]: целевой; операционно-целевой; операционно-функциональный; операционно-технический; научно-технический прогнозный. Перечисленные способы дают возможность сформулировать целевые требования к будущей системе: цели и задачи, технические характеристики, функции и характеристики основных подсистем, формализуемые и неформализуемые требования-ограничения. Последние два способа позволяют также выявить технические решения. способные удовлетворить сформулированным целевым требованиям. Перечисленные способы предполагают последовательное выполнение, в ходе которого проводится уточнение целевых требований и выбор технических решений. При этом основой принятия решений выступают экспертные оценки. Немаловажное значение при выборе альтернативных решений играют характеристики затрат и результатов. Непосредственное использование приведенных способов невозможно в силу того, что они разрабатывались применительно к техническим объектам. Однако необходимо учесть важнейшие составляющие данных способов: разделение целей на подцели, т.е. иерархическая детализация; выявление причинно-следственных связей в большой технической системе; учет затрат и результатов от применяемых технических решений; увязка и качественное согласование целей, задач и функций; оценка функциональной ценности (эффективности) решений; оценка перспективности решений; выбор решений на базе ряда показателей (функциональной ценности, перспективности, затрат на реализацию). Эти ценные составляющие приведенных способов необходимо использовать при формировании наборов природоохранных мероприятий.
