Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема управления ликвидацией нефтяного разлива и концепция ее решения 11
1.1. Нефтяные и солевые загрязнения — неизбежные техногенные загрязнения земель при добыче нефти 11
1.2. Современные способы (технологии) рекультивации земель 17
1.3. Использование системного подхода в управлении рекультиваци ей земель 29
2. Сценарный подход к управлению рекультивацией 44
2.1. Стадии и этапы рекультивации как сценарий эффективного восстановления почв 44
2.2. Информационное обеспечение управления с использованием сценарного подхода 56
3. Экспериментальное обеспечение и формирование базы данных принятия решений для управления рекультивационными работами 74
3.1. Экспериментальное обеспечение рекультивационных мероприятий по биоремедиации нефтезагрязненных земель 75
3.2. Экспериментальное обеспечение рекультивационных мероприятий по фитомелиорации земель при влиянии нефти и отходов бурения 87
3.3. Алгоритм и результаты применения типовых сценариев рекультивации земель ХМАО. 108
Основные результаты работы 116
Литература 118
Приложение 128
- Нефтяные и солевые загрязнения — неизбежные техногенные загрязнения земель при добыче нефти
- Использование системного подхода в управлении рекультиваци ей земель
- Стадии и этапы рекультивации как сценарий эффективного восстановления почв
- Экспериментальное обеспечение рекультивационных мероприятий по биоремедиации нефтезагрязненных земель
Введение к работе
Начало XXI века характеризуется нарастанием техногенного прессинга на компоненты окружающей среды. Критические последствия совершившихся и возможных экологических катастроф вызвали интенсивную экологизацию всех отраслей знаний. Управление как способ организации природоохранной деятельности должно обеспечивать достижение целей (восстановление загрязненного почвенного покрова) при рациональном использовании ресурсов. Результаты поиска наиболее удобных способов, форм и средств достижения поставленных целей привели к созданию сценарного подхода для управления рекульти-вационными работами на нефтезагрязненных участках почвы.
При этом, как показал опыт, эта проблема не является чисто технико-биологической. Дело в том, что внедрение новых технологий, если оно не приносит прибыли внедряющей организации, не дает материального поощрения исполнителям работ, не будет эффективным. Поэтому возникает задача разработки целостной системы управления рекультивационными работами в нефтяных компаниях. Развитие методов управления этими видами систем с природными компонентами выступает, как актуальная научная проблема, имеющая важное эколого-экономическое значение, отличающаяся принципиальной новизной и повышенной практической значимостью,
Цель и задачи исследования. Цель диссертационного исследования заключается в обосновании и разработке (с использованием полученных экспериментальных данных, элементов системного анализа, статистического анализа) методологических и организационно-методических подходов к формирования проблемно ориентированной системы управления ликвидацией последствий нефтеразливов, как целостной большой системой с особыми системными свойствами, создающими объективные предпосылки принятия технических решений для оптимизации управления рекультивацией биологическим объектом (нефтезагрязненным участком почвы). Указанная цель обусловила необходимость постановки и решения следующих задач: - применить методы системного анализа для изучении имеющихся способов рекультивации нефтезагрязненных земель с целью совершенство вания управления и принятия решений;
- обработать информацию о воздействии нефти и буровых растворов на почву с позиций решения задачи целенаправленного воздействия человека на объект исследования - поиска оптимальных путей снижения сроков и затраченных средств на ликвидацию последствий разливов;
- на основе поставленных и проведенных экспериментов исследовать системные связи и закономерности биологического развития и происходящих процессов с учетом отраслевых особенностей с целью повышения эффективности методов управления сложными техническими системами с природными компонентами, с использованием современных технологий обработки информации;
- провести сравнительный анализ воздействия существующих биопрепаратов для оптимизации их комплексного использования на различных видах ландшафта;
- провести сравнительный анализ обработки информации полученный в результате эксперимента - оценку всхожести различных видов растений для проведения фитомелиоративных работ, с целью минимизации потерь семенного фонда.
Предмет исследования составляет интегрированная система управления фитомелиорационными работами.
Объектом исследования являются почвы Западной Сибири, загрязненные
буровым раствором и нефтью, кдк большая территориальная эколого-экономическая система со специфическими свойствами, которые обусловливают исследуемые в диссертации управленческие проблемы. Методологическая основа работы и методы исследования. Методологическую основу работы образуют общенаучные методы познания. В исследовании использовались принципы и методы предметно-логического и структурно-функционального анализа, экспертных оценок, статистическая обработка полученных экспериментально материалов и результатов. Базой фактических данных послужили официальная отечественная нормативная база, материалы конференций, отечественные и зарубежные публикации, а также результаты поставленных автором научно-исследовательских экспериментов. Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
- поставлена и комплексно исследована для условий Сибири проблема управления сложной биологической системой восстановления растительности в местах нефтедобычи;
- проведено обоснование структуры и параметров процесса биологической рекультивации нефтезагрязненных территорий и обоснованна оптимальная схема для различных участков почвы;
- проведено прогнозирование процесса рекультивации и оценка эффективности принятых управленческих решений.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертационном исследовании, обеспечивается использованием теории, современных методов и подтверждается практикой их применения в нефтегазодобывающем управлении НГДУ «Правдинск-нефть» компании ЮКОС в Ханты-Мансийском автономном округе.
Практическая значимость результатов научных «исследований заключается в их направленности на решение важнейшей задачи совершенствования существующих методов управлением рекультивацией нефтезагрязненных земель на основе средств анализа обработки информации, создание и внедрение методики в данной предметной области.
Результаты исследований могут служить основой для изучения проблем управления природоохранными работами студентами и аспирантами географических, биологических, экономических и экологических факультетов, специализирующихся в области природопользования.
Работа выполнялась в соответствии с темой заказ-нарядом ЗН-20-91 «Разработка инструментальных средств и формирование базы данных для натурных экспериментов в области физхимии, экологии, микробиологии,
генетики» Министерства образования РФ, согласно НИОКР выполняемых Международной кафедрой ЮНЕСКО при НГУ и СО РАН с НГДУ «Прав-динскнефть» ОАО «Юганскнефтегаз». Результаты исследований включены в ежегодные аналитические материалы Международной кафедры ЮНЕСКО при НГУ и СО РАН «Устойчивое развитие, науки об окружающей среде и социальные проблемы», и используются в организации научной и учебной работы вышеназванной кафедры. Основные защищаемые положения
1. Создание системы принятия управленческих решений по организации рекультивации почв, загрязненных нефтью и солями на основе методов охватывающих все сценарные подходы.
2. Результаты оптимизации параметров, как сложной технической системы с природными компонентами, основаны на многофакторных экспериментах с применением статистических методов.
3. Проведена система мониторинга эффективного принятия управленческих решений и модели и алгоритмы прогнозирования и принятия решений и внесение корректировки в сценарии.
Апробация работы. По теме диссертационного исследования автором сделаны доклады и сообщения на IV Международной конференции «Химия нефти и газа» посвященная 275-летию РАН и 30-летию Института химии нефти СО РАН. (Томск, 2000г.)., Юбилейная конференция посвященная 70-летию ХМАО Исследование эколого-географических проблем природопользования для обеспечения территориальной организации и устойчивости развития нефтегазовых регионов России: Теория, методы и практика, (Нижневартовск, 2000г.)., Второе совещания «Экология пойм Сибирских рек и Арктики» (Томск, 2000г.)., Международная конференция «Экология как составляющая устойчивого развития» (Иркутск, 2001г.)., III Уральская научно-практическая конференция «Математические методы в медицине и биологии» (Екатеринбург, 2001.)., International Field Symposium and Excursion:West Siberian Peatlands and Carbon Cycle: past and present г
WSPCC 2001 (Ноябрьск, 2001г.)., Международной конференции "Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики - 2001" (ESFEA-2001),(TOMCK, 2001г.)., Международная научно-практическая конференция «Энергосберегающие и природоохранные технологии на Байкале» (Улан-Уде, 2001г.)., VI Международная экологическая конференция «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2001г.)., Всероссийская научная конференция «Наука и образование» (Белово, 2003г.)., V Международная научная конференция «Наука и образование» (Белово, 2004г.).
Кроме того, материалы диссертационного исследования обсуждались на научном семинаре Лаборатории математического моделирования НГУ, науч но-практическом семинаре Международной кафедры ЮНЕСКО при НГУ и СО РАН, научном семинаре ЮганскНИПИнефть ОАО «Юганскнефтегаз» компании ЮКОС, Научно техническом совете Новосибирского института программных систем, семинаре кафедры математики и информатики Новосибирского гуманитарного института.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных трудов, в том числе одно учебное пособие (в соавторстве).
Личный вклад. Автору принадлежит постановка рассматриваемых проблем, разработка и реализация концепции методов управления ликвидацией аварийных разливов нефти, постановки задач исследования и обобщение полученных опытных результатов. Работа по статистической обработке полученных экспериментальных данных выполнялись при не посредственном участии автора.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы в 129 наименований. Работа изложена на 149 листах машинописного текста и содержит 22 рисунка и 12 таблиц.
Во введении диссертации обосновывается актуальность темы исследования, раскрывается общее состояние и степень ее изученности, определяются объект, предмет, цель и задачи исследования, излагаются теоретические и методологические подходы к рассмотрению проблемы, дается научная новизна, выделяются основные результаты, теоретическая и практическая значимость, апробация результатов исследования.
В первой главе «Проблема управления ликвидацией нефтяного разлива и концепция ее решения» нефтяная промышленность в силу специфики своей деятельности рассматривается как один из основных землепользователей. Извлекаемые нефть и пластовые жидкости в процессе эксплуатации нефтяных месторождений являются загрязняющими веществами с точки зрения их воздействия на окружающую среду. В таких условиях может помочь представление изучаемых в работе объектов в виде систем, организация процесса принятия решения с использованием разных методов моделирования. Для того чтобы организовать такой процесс, нужно определить последовательность этапов, рекомендовать методы для выполнения этих этапов, предусмотреть при необходимости возврат к предыдущим этапам. Такая последовательность определенным образом выделенных и упорядоченных этапов с рекомендованными методами или приемами их выполнения представляет собой методику системного анализа. Таким образом, чтобы организовать процесс принятия решения в сложных проблемных ситуациях она должна ориентироваться на необходимость обоснования полноты анализа, формирование модели принятия решения, адекватно отображать рассматриваемый процесс и объект, и основной особенностью применяемых методик является сочетание в них формальных методов и неформализованного (экспертного) знания. Последнее помогает найти новые пути решения проблемы, не содержащиеся в формальной модели, и таким образом непрерывно развивать модель и процесс принятия решения.
Во второй главе «Сценарный подход к управлению рекультивацией» рассмотрены стадии и этапы рекультивации, как сценарии эффективного восстановления почв и рассмотрены ситуации нефтеразлива на рельеф местности и факторы влияющие на выбор сценария по его рекультивации, і Всего исследовано более 16 000 сценариев ликвидации нефтеразливов осуществляемых после сбора нефтепродуктов с поверхности механическим путем или путем откачки, в зависимости от наличия ресурсов. Целью про ведения экспериментов в третьей главе, как раз стало сведение возможных сценариев до одного - двух десятков. В ходе постановки и проведения экспериментов по фитомелиорации земель загрязненных нефтью и буровыми минерализованными водами(были получены следующие результаты: 1. Прогнозирование того, какие хозяйственные результаты наиболее вероятны (а какие практически невозможны) на данном виде почв и с дан ф ным количественным содержанием нефти, а также при условии примене ния имеющихся в распоряжении технологий. Указана мера сходства прогнозируемой ситуации с каждым будущим состоянием.
2. Разработка рекомендаций по управляющим воздействиям, т.е. консультирование по вопросам о том, что на различные типы почв, виды загрязнений должны быть применены разные технологии, чтобы можно было рассчитывать с определенной уверенностью на заданный хозяйственный результат.
Система позволяет оценивать влияние каждого технологического приема и рекомендации по замене желательных, но очень дорогих или не имеющихся в наличии технологических приемов, другими, более дешевыми и доступными, и, при этом, имеющими сходное влияние на хозяйственные результаты.
Таким образом, данная методика позволяет "просматривать" различные варианты технологии, прогнозировать последствия применения раз 9 личных технологических приемов, и на этой основе вырабатывать научно
обоснованные рекомендации по выбору возделываемой культуры и оптимальной для поставленных целей технологии.
Созданная модель включала: объект управления (рекультивационные мероприятия); классы (будущие состояния объекта управления, т.е. количественные и качественные результаты рекультивации); факторы управляющей системы (биотехнологии и агротехнологии, т.е. нормы высева микробных сообществ и семян, виды и нормы внесения удобрений, методы вспашки, полива и т.п.); факторы окружающей среды (вид почв, нормы выпадающих осадков и др.).
В третьей главе «Экспериментальное обеспечение и формирование базы данных принятия решений для управления рекультивационными работами» исследовались вопросы по применению биопрепаратов и всхожести и росту растений в засоленных и нефтезагрязненных грунтах, построены результирующие таблицы для разработки управления ликвидацией нефтяных разливов с помощью фитомелиорации, как по культурам, так и с видовым и смешанным составом. Для статистической обработки получен Ф ных результатов применялись методы кластерного й дисперсионного ана лиза с использованием программы Statistics 5.0. Данные результаты позволили провести в кратчайшие сроки пробные рекультивационные работы на территории ОАО «Юганскнефтегаз».
В приложении приведен регламент проведения работ предложенный автором и утвержденный НГДУ «Правдинскнефть» ОАО «Юганскнефтегаз» с результатами работы в виде таблиц и рисунков.
Нефтяные и солевые загрязнения — неизбежные техногенные загрязнения земель при добыче нефти
Уязвимые экосистемы Севера после сильного техногенного воздействия, в частности, после нефтяного загрязнения, в результате деятельности нефтегазового комплекса восстанавливаются с трудом.
Среди техногенных факторов, возникающих в процессе эксплуатации нефтегазовых месторождений, наиболее агрессивными и разрушительными для природной среды являются химические загрязнения, связанные с продуктами сгорания газа в факелах, с разливами нефти и минерализованных вод, с захороненными отходами бурения. Среди них наиболее опасными для окружающей среды являются разливы нефти и минерализованных вод.
Поэтому, необходимы меры по активизации восстановительных процессов. Они включают техническую рекультивацию и комплекс агробиоло-гических приемов, цель которых - в короткий срок преобразовать техногенный субстрат, обеспечив быстрое зарастание нарушенных территорий.
В связи с постоянно увеличивающимися объемами используемых человеком территорий, ростом техногенных ландшафтов, отрицательно влияющих на экологическую обстановку окружающих участков, восстановление земель, подвергшихся разрушающему воздействию, является наиболее актуальной проблемой. Широкое распространение получило такое направление ее решения, как рекультивация.
Острота проблемы восстановления природной системы связана с од-новременным разрушением растительности и почвы при сильных механических и техногенных воздействиях. Естественное возобновление растительности занимает длительный период, поэтому необходимо сократить число стадий самовозобновления. Это достигается применением ряда сельскохозяйственных приемов, но в основе работы должны лежать результаты изучения сукцессии на самозарастание.
Также важным принципом биорекультивации является использование индикаторной роли растительных компонентов в экологической сие теме. Это позволяет определить группу видов, которые при зарастании проявляют наибольшую ценотическую активность. В условиях Западной Сибири медленно происходит восстановление исходной растительности на техногенно пораженных участках. Для уско рения их восстановления или замещения их более продуктивными, необ ходимы новые технологии рекультивации. В связи с их отсутствием, на всей территории нефтегазового комплекса повсеместно распространены нефтезагрязненные участки, до сих пор нерекультивированные. В основу рекультивации загрязненных нефтью земель положен ме тод их очистки на месте разлива, основывающийся на способности почв к самовосстановлению за счет испарения, вымывания, атмосферного окис ления нефти под действием солнечной радиации и биодеградации. Суть рекультивационных работ состоит в ускорении процессов самоочищения почв, максимальной мобилизации внутренних ресурсов экосистем на вос становление своих первоначальных функций при помощи таких мероприя тий, как рыхление почвы и создание искусственных микрорельефов, вне сение торфа, раскислителей, минеральных удобрений, нефтеокисляющих микроорганизмов и высев трав-мелиорантов. Углеводородокисляющая микрофлора является постоянным компонентом почвенных биоценозов. Аборигенные нефтеокисляющие микроорганизмы особенно активны на участках периодически подвергавшихся нефтяному загрязнению невысокой активности, и, тем не менее, из-за крайне неблагоприятных почвенно-гидрологических и климатических ус ловий Сибири процессы естественного самоочищения почв тормозятся многими лимитирующими факторами, протекают очень вяло, могут длить ся многие десятки и даже сотни лет. Принудительные методы устранения последствий аварийных разливов нефти подразделяются на: физические, химические, физико-химические и биологические. Применение механических методов сбора нефти, в условиях болотистой, лесистой местности часто практически невозможно. Химические и физико-химические методы дорогостоящи, подчас опасны для природной среды, флоры и фауны. Таким образом, в климатических и почвенно-гидрологических условиях Севера, целесообразно испытывать биотехнологический метод ликвидации нефтяных разливов на почве и воде в качестве дополнения других, традиционных технологий, или даже в качестве основного. Биотехнологический метод основан на способности микроорганиз мов преобразовывать нефть до простых соединений, накапливать органи ческое вещество и включать его в круговорот углерода. Преимуществами биоочистки являются: экологическая безопасность, возможность деградации загрязняющих веществ до безвредных промежуточных продуктов при полностью сохраняющейся структуре почвы и без дополнительного загрязнения природной среды. Разработка эффективных способов рекультивации почв невозможна без понимания физических и биохимических процессов разложения нефти. Нефть - жидкий природный раствор, состоящий из углеводородов, высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ, минерализованных вод и микроэлементов. Их трансформирующая роль - деструкционная активность в значительной степени зависит от состава пластовых флюидов. Нефти различаются по вязкости, газосодержанию, количеству смол, парафина, серы и др. В нефтях обнаружено около 450 индивидуальных со единений (Голъдберг, Газда, 1984). В составе нефти выделяют лёгкие фракции (начало кипения 200 С), где преобладают метановые углеводо роды (алканьт). Содержание лёгких фракций в нефтях разных месторожде ний и даже разных продуктивных горизонтов одного и того же месторож дения сильно изменяются.
Использование системного пЬдхода в управлении рекультиваци ей земель
При освоении нефтегазовых месторождений в Западной Сибири каждый раз приходится сравнивать относительный экологический риск воздействия на лесные и болотные экосистемы. В таблице 1.4. рассмотрены основные варианты воздействия на лесные и болотные экосистемы при освоении нефтяных месторождений и их последствия в общем случае. Болота можно считать более «дешевой» экосистемой в сравнении с «лесной» в сырьевом аспекте. Часто дешевизна болот в сравнении с лесами принимается и с экологической точки зрения. Вместе с тем, анализ суммы последствий, их продолжительности и глубины показывает, что болота в целом более «ранимы», чем лесные экосистемы с экологической точки зрения, а часто и с экономической, если считать затраты на рекультивацию. В общем случае это верно, но в частных - может быть и не так.
Последствия воздействий на болотные экосистемы не всегда могут быть рассмотрены однозначно как отрицательные. При засыпке песком и при прокладке трубопровода болота часто замещаются лесными сообщест-вами, которые могут оказаться более ценными с экологической точки зрения. Тенденция смены лесными сообществами и накопление древесного подроста наблюдается при обсушке болотных экосистем, когда болотный сток перегораживается дорожными дамбами. При слабых солевых загрязнениях на олиготрофных местообитаниях в десятки раз увеличивается прирост сосны, а сфагновые мхи меняются на гипновые. Во всех этих случаях устойчивость болотных экосистем ниже чем лесных, но экологический риск может быть расценен как меньший, в зависимости от конкретной ситуации.
Не всегда экологический рисік ниже в лесных сообществах и при механических нарушениях. Самовосстановление лесных сообществ при удалении верхних горизонтов почвы или на отсыпках на суглинистых фунтах протекает хорошими темпами, однако на песчаных грунтах существенно замедляется вследствие перевевания. Особенно это заметно в северной тайге и в полосе предтундровых лесов, где преобладают открытые местности. На открытых карьерах в долине Пура в 1997 году наблюдались подвижные новообразованные дюны высотой более 10 метров, засыпающие ненарушенные сопредельные лесные сообщества. Перевеванию песка косвенно способствует чрезмерная сухость местообитаний на песках, она же имеет и прямое отрицательное воздействие. Темпы восстановления существенно выше во влажных и сырых местообитаниях понижений, чем на возвышенных и сухих. В том же карьере по днищу вокруг водоемов наблюдалось обильное возобновление ивы возрастом до 7 лет, плотностью до 5-10 тыс.шт./га. Формируются отдельные дернины мха из родов полит-рихум и полия. Травостой образован вейником Лангсдорфа, пушицами, осоками, ситниками и кипреем узколистным. На влажных участках днища формируется возобновление березы и сосны возрастом 3-5 лет, плотностью менее 1 тыс.шт./га. В то время как на поверхности перевеваемого песка и вдоль сухих склонов возобновления не отмечено. Сходная картина возобновления наблюдалась и вдоль трасс магистральных трубопроводов в районе верховьев Казыма.
Другая крайность - плотные третичные глины, вскрытые в моренных отложениях на одном из карьеров Суторминского месторождения (район г. Муравлено). При обследовании в 1:997 году на влажных микроместообитаниях вокруг искусственных водоемов здесь отмечено возобновление ивы возрастом 3-5 лет. Формируется травяной ярус из пушицы, вейника, осок. По пологим песчаным склонам карьера, на отдельных участках не затронутых бульдозерной расчисткой, наблюдается возобновление сосны, березы и ивы самосевом возрастом 3-5 лет с плотностью в отдельных пятнах до 2 тыс.штУга. Разреженный травяной ярус здесь образован вейниками Лангсдорфа и Назменым, ромашкой, кипреем узколистным, лисохвостом, хвощем, пырейником. Формируются отдельные дернинки мха родов политрихум и бриум. Вместе с тем, на большей части карьера возобновление травостоя и древесных пород отсутствуют. Препятствием является или пере- вевание поверхностного слоя песка или плотный корковый слой по по верхности суглинков. Пески слабо удерживают воду, глины практически не промачиваются. Таким образом возобновительный потенциал лесных местообитаний наиболее высок на суглинках в сравнении с песками и глинами, и на влажных и сырых местообитаниях, в сравнении с сухими.
Стадии и этапы рекультивации как сценарий эффективного восстановления почв
Если предметная область стационарна, то новые объемы информации обладают все меньшей и меньшей новизной и вносят все меньший вклад в увеличение точности модели. Иначе говоря уменьшение погрешности модели на одну и ту же величину (например 1%) сначала обходится дешево, а затем все дороже и дороже. Поэтому начиная с момента накопления определенного объема информации в базе данных и достижении требуемой точности модели продолжение процесса накопления информации становится нерациональным и этот процесс останавливают. Таким образом в этом случае можно изучить предметную область один раз перед проектированием АСУ и больше к этому вопросу % не возвращаться. Если же предметная область вдруг неожиданно и существенно измениться, то в такой АСУ произойдет срыв управления, т.к. она станет неадекватной. Если же предметная область динамична, то устаревшая информация может искажать картину и фактически является шумом, а новой информации может быть недостаточно для достижения необходимой точности модели. Соответственно возникает задача определения оптимальной продолжительности учитываемой предистории на основе исследования соотношения "стоимость информации/точность модели". Поэтому, в этом случае, необходимо непрерывно (или периодически в соответствии с определенным регламентом) накапливать информацию и изучать, познавать предметную область, чтобы обеспечить актуальность исходной информации и адекватность модели для принятия решений. Функция интеллектуального анализа и познания предметной области обычно выполняется (реализуется) разработчиками АСУ непосредственно перед ее проектированием (НИР и ОКР) с применением уже имеющихся в арсенале науки знаний, выработанных поколениями ученых. Связь рефлексивного управления и системного анализа: одно из основных требований системного анализа - это требование полноты и всесторонности рассмотрения. Это требование не может быть в полной мере выполнено без учета рефлексии, т.к. нерефлексивные модели активных объектов просто неполны, а значит неадекватны. При управлении детерминистскими системами рефлексивностью часто можно пренебречь без существенного ущерба для качества управления, когда же объект управления представляет собой активную систему, не учет рефлективности приводит к недопустимому уровню неадекватности модели. , Это означает, что необходимо непрерывно изучать, познавать АОУ для обеспечения адекватности его модели. Не вполне адекватным является представление о том, что рефлексия характерна только для достаточно развитых систем, например биологических или даже только обладающих сознанием и самосознанием. Рефлексия представляет универсальное свойство объектов не только живой, но и неживой природы на всех иерархических уровнях организации систем: и в микромире, и на макро- и мега- уровнях, т.е. рефлексия является одним из проявлений всеобщего взаимодействия и взаимного отражения в природе. Необходимо отметить, что на первый взгляд понятие цели имеет чисто субъективный характер и, соответственно, активные системы - это системы, в которых есть какой-то элемент сознания. Однако это не совсем так. В ряде случаев поведение физических и природных систем, которым трудно приписать сознание, проще понять и смоделировать, если предположить, что они как бы стремятся к некоторым объективным целям.
Поведение активных систем прогнозировать сложнее, чем детерминистских, т.к. активность вносит существенный элемент неопределенности. Это сближает активные системы со стохастическими. Отличие состоит в том, что в стохастических системах неопределенность имеет случайный характер, т.е. представляет собой ни что иное, как шум, статистические характеристики которого обычно известны. Это обстоятельство позволяет прогнозировать и учитывать характеристики этого шума при управлении.
Неопределенность в поведении активных систем имеет принципиально иной, гораздо более сложный, целесообразный характер. Активная система может по-разному реагировать на одно и то же управляющее воздействие в зависимости от предистории своего развития, состояния окружающей среды и прогноза их развития. Более того, активная система адаптируется к применяемым методам управления ею, включая в свою модель окружающей среды и саму внешнюю систему управления. Из того, что активная система создает и непрерывно модифицирует модель внешней среды (включая модель внешней системы управления), непрерывно обеспечивая ее адекватность, с необходимостью следует, что управление активной системой предполагает непрерывное ее изучение (познание), на основе которого должна адаптироваться модель активной системы в системе управления.
Системный анализ - это есть не набор каких-то руководств или принципов для управляющих, это способ мышления по отношению к организации и управлению. Системный анализ используется в тех случаях, когда стремятся исследовать объект с разных сторон, комплексно. Наиболее распространенным направлением системных исследований считается системный анализ, под которым понимают методологию решения сложных задач и проблем, основанную на концепциях, разработанных в рамках теории систем. Системный анализ определяется и как "приложение системных концепций к функциям управления, связанным с планированием",
Экспериментальное обеспечение рекультивационных мероприятий по биоремедиации нефтезагрязненных земель
Цель данного эксперимента - оценка возможности использования пяти биологически активных веществ - биопрепаратов Фарейзайм, Бациспецин, Деградойл, Дестройл, Дизойл для биодеградации нефти и рекультивации нефтезагрязненных земель.
Необходимость поиска новых методов рекультивации загрязненных земель вызывается тем, что при современном состоянии промыслового оборудования и технологий избежать аварий на нефтепромыслах и нефтепроводах практически невозможно. Поэтому требуется поиск новых решений в деле восстановления и охраны окружающей среды.
Очистка территорий от нефтяных загрязнений может осуществляться или естественным путем (за счет испарения, диспергирования, эмульгирования и т.д.), или принудительными методами.
Разработка эффективных способов рекультивации почв невозможна без понимания физических и биохимических процессов разложения нефти. Необходим детальный анализ способности нефтезагрязненных почв к самоочищению и закономерностей деградации и восстановления элементов нарушенных экосистем в их взаимосвязи. Главная цель - понять сущность окружающей природной среды как системы и на основе этого, разрабатывать обоснованные технологии ее сохранения.
Теоретические положения формирования и трансформации техногенных потоков, связанных с поступлением нефти и нефтепродуктов в почвенные экосистемы, описаны в работах [1],[4],[10],[33], [52],[69],[77],[92].
Процесс деградации нефти на поверхности и в толще почв проходит в несколько этапов, на каждом из которых задействованы различные природные механизмы и структурные элементы нефти. Интенсивность реакций на каждом этапе зависит от ряда условий (концентрация и качественный состав нефти, почвенно-климатические условия и др.). В Западной Сибири деградация нефти протекает в три этапа.
Первый этап (продолжительностью 1-1.5 года) характеризуется физико-химическими процессами, заключающимися в распределении нефтяных компонентов в толще почв, испарении, вымывании, ультрафиолетовом облучении. Происходит внутрипочвенное фракционирование, как в латеральном, так и в радиальном направлениях. Высокомолекулярные битумозные и асфальтено-смолистые вещества оседают выше по профилю (в верхнем гумусовом горизонте) и ближе к источнику разлива. Легкие низкомолекулярные водорастворимые соединения проникают глубже в почву и дальше от источника, мигрируя по границе минерального и органогенного горизонтов (на суглинках) на значительные расстояния, загрязняют грунтовые воды. Основным механизмом окисления углеводородов в аэробных условиях является внедрение кислорода в молекулу, замена связей с малой энергией разрыва С-С и С-Н, связями с большей энергией разрыва С-О и Н-О. Среди абиотических факторов в окислении нефти ведущая роль, на этом этапе, принадлежит ультрафиолетовому излучению. Наиболее интенсивно подвергаются этому воздействию n-алканы С\2- С16. Фотохимические процессы могут разлагать даже наиболее стойкие полициклические углеводороды. Значительные концентрации нефтепродуктов и высокая токсичность легких фракций являются причинами подавления почвенной микрофлоры и, как следствие, резкого снижения биологической активности почв на этом этапе.
Существенным фактором ускорения процесса взаимодействия углеводородов с кислородом, сопровождающегося снижением уровня свободной энергии и способного протекать самопроизвольно, является активность катализаторов и, в первую очередь, различных ферментов, выделяемых микрофлорой, почвенными беспозвоночными, высшими растениями. Снижение концентраций нефтепродуктов в почве и разложение легких токсичных фракций в течение первого этапа являются причинами резкого увеличения численности микроорганизмов.
С этого времени начинается второй этап самоочищения почв, с преобладанием биохимических процессов окисления углеводородов нефти, с конечными продуктами - водой и углекислым газом.
Компоненты нефти, как дополнительный источник энергии, способствуют формированию специфического биоценоза с характерной структурой трофических связей и энергетического обмена, являясь причиной сукцессионных преобразований. Исследования микробного сообщества загрязненных дерново - подзолистых почв показали, что выделяются четыре качественно отличных уровня загрязнения. При низком уровне (зона гомеостаза) с содержанием нефтепродуктов до 0.7 мл/кг почвы (от 0,06 до 4,3 %) наблюдаются количественные изменения микробиологических показателей, часто слабо отличимые от контроля. При высоком уровне загрязнения (зона резистентности) от 50 до 300 мл/кг (от 4,3 до 25,5 %) происходит смена доминирующих форм. Для очень высокого уровня загрязнения (зона репрессии) - более 300 мл/кг (более 25,5 %), характерно почти полное подавление развития микроорганизмов в почве и ингибирование микробиологических процессов.
