1. оценка деятельно техно природных систем
| Вид материала | Документы |
- Кционировании техно-природных систем и другой антропогенной деятельности для последующего, 582.73kb.
- За курс 9 класса билет, 42.57kb.
- Организационный план 28 Оценка риска 32 Перечень рисков 34 Оценка рисков, 435kb.
- Проектирование логистических систем, 93.42kb.
- Виды природных ресурсов. Ресурсообеспеченность. Оценка ресурсообеспеченности страны, 42.68kb.
- Лекция № Методы количественного оценивания систем (продолжение) Оценка сложных систем, 156.28kb.
- Emergency Medicine Scott H. Plantz and J. N. Adler 1998. 780 p учебник, 44.15kb.
- План проспект новой книги, 114.81kb.
- Рабочей программы дисциплины «Основы цифровой схемотехники» по направлению подготовки, 23.13kb.
- Экономическая оценка природных ресурсов как фактор повышения инвестиционной привлекательности, 359.56kb.
1. ОЦЕНКА ДЕЯТЕЛЬНО – ТЕХНО – ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ. ПРОБЛЕМА И ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Эколого-хозяйственное состояние земель как объект оценки и управления территориальными ресурсами
В современной России земля становится основным объектом оценки и управления территорией. Цена земельных ресурсов зависит от комплекса природных и социально-экономических условий (физико-химических свойств почв, расположения земельных участков, наличия коммуникаций и т.д.). При этом главную роль в оценке качества земель играет их эколого-хозяйственное состояние [В.П. Антонова и П.Ф. Лойко. 1999. - 364 с.].
По официальным данным государственного учета земельный фонд России на 1 января 1998 года составлял 1 708.2 млн.га, в том числе с.-х. угодья -
220.5 млн.га, из них пашня - 127.5 млн.га, сенокосы -23.2 млн.га и пастбища - 65.3 млн.га. Преобладающая часть земель с.-х. назначения находится в пределах основной земледельчески освоенной территории страны. На севере эта территория простирается до тех мест, где сумма активных температур (свыше 10С0) за период вегетации растений составляет 1400-1600С0. Этот рубеж проходит на стыке подзон южной тайги с дерново-подзолистыми почвами и средней тайги - с подзолистыми. Южная граница распространения неорошаемого земледелия обусловлена острой засушливостью климата. Здесь выпадает около 250 мм осадков при испаряемости до 750 мм в год. Эта граница соответствует переходу от зоны сухих степей к полупустынной зоне. Она должна корректироваться в связи с глобальным изменением климата [Хомяков П.М., Кузнецов В.И., Алферов А.М. и др. 2001. - 380 с. 113].
Агроклиматические условия и плодородие почв, в пределах основной сельскохозяйственной территории Российской Федерации, существенно изменяются в разных природных зонах с севера на юг. Заметные изменения условий тепло- и влагообеспеченности происходят и при переходе от западных к восточным частям основных природных зон. В этом направлении усиливается континентальность климата, сокращается вегетационный период при общем уменьшении запасов тепла и влаги.
1.2. Методологические особенности проблемы интегральной оценки качества деятельно – техно – природная система при комплексном мониторинге, контроле и управлении земельными ресурсами
Земля, как незаменимый и ограниченный по качеству природный ресурс, является важнейшим элементом биосферы, с которым связана любая хозяйственная деятельность человека. Ухудшение качества почв в результате деградации и загрязнения земель, с одной стороны, и необходимость экономического роста страны, с другой, образуют основное противоречие устойчивого (допустимого по Н.Н. Моисееву [Моисеев Н.Н. , 1995. - 69 с.]) развития регионов с интенсивным использованием земель. Данная ситуация требует решения проблемы интегральной оценки и улучшения деятельно – техно – природная система в процессе комплексного мониторинга, контроля и управления земельными ресурсами.
Геосистемная концепция мониторинга окружающей среды обоснована академиками И.П.Герасимовым [Герасимов И.П., 1977. – С. 41-52] и Ю.А.Израэлем [Израэль Ю.А., 1979. - 376 с.]. Она характеризуется целеустремленностью, взаимосвязанностью и эффективностью наблюдения, оценки, контроля, прогноза и управления состоянием природных ресурсов и является основой создания ЕГСЭМ. В работе И.П.Герасимова [Герасимов И.П., 1976. - 208 с.] мониторинг определяется комплексно как "... система наблюдения, контроля и управления состоянием окружающей среды, осуществляемая в различных масштабах, в том числе и в глобальном. При этом "наблюдение", "контроль" и "управление" должны быть целеустремленны, взаимосвязаны и эффективны (полноценны) и, как указывает Ю.А.Израэль, необходима оценка, прогноз и управление состоянием природных ресурсов.
Для решения основных проблем комплексного мониторинга, контроля и управления земельными ресурсами в регионе (районирования территории региона, оценки качества и оптимизации природно-антропогенных ландшафтов) целесообразно использовать бассейновую концепцию. Ее родоначальником принято считать Р.Е.Хортона, который одним из первых обратил внимание на общегеографическую роль речных водосборов [Хортон Р.Е., 1948. - 158 с.]. Позднее были установлены главные преимущества такого подхода: наличие иерархии в структуре и процессах, четкая выраженность границ и зон взаимодействия природных факторов, возможность использования геофизических, геохимических и математических методов, применение балансовых соотношений, что является ключом к оптимальному управлению земельными ресурсами. Корытным Л.М. [Корытный Л.М., 2001. с. 110-117] речной бассейн рассматривается как особый объект биосферы, как геоэкологическая система, перспективная "для различных видов природопользования в качестве основной пространственной ячейки, в том числе в сфере управления; он подлежит многоаспектному изучению". При этом выделяются гидрологические, геоморфологические, геологические, эколого-биосферные, геосистемные, историко-этнические, социально - экономические, водохозяйственные и геополитические основы бассейновой концепции. С гидрологической точки зрения "под бассейном реки понимается ограниченная водораздельная часть земной поверхности с учетом толщи почвогрунтов, откуда происходит сток вод в отдельную реку, речную систему, озеро, водохранилище или море" [Корытный Л.М., 2001, с.110]. Которая рассматривается как сложная, иерархически устроенная, в определенном смысле саморегулирующаяся, динамическая водно-балансовая система, имеющая два функциональных уровня: склоны и гидрографическую сеть. При геологическом обосновании бассейновой концепции подчеркивается, что структура речных водосборов неразрывно связана с гидрогеологическими структурами.
Безусловно, очень важными являются геосистемные основы бассейнового подхода к рациональному использованию и охране земель при комплексном мониторинге, контроле и управлении земельными ресурсами. Особый интерес представляют системные исследования природно-антропогенных ландшафтов речных бассейнов. Мильков Ф.Н. [1981, с.13] рассматривает речной бассейн как парагенетическую систему, включающую две подсистемы - долинно-речную и водораздельную, природные компоненты которых взаимосвязаны общностью происхождения - заложением реки, формированием ее долины и бассейна. Таким образом, под парагенетической системой понимается русло реки и прилегающая к нему территория, с которой русло собирает поверхностный и подземный сток, и в ландшафтном плане они образуют сложный природный комплекс. Ее элементы имеют иерархическую организацию (упорядоченность). Именно это свойство парагенетической ландшафтной системы лежит в основе трактовки Р.Е.Хортоном [Хортон Р.Е., 1948. - 158 с ] и А.А.Вирским [Вирский А.А., 1960. с. 473-481.] речного бассейна как единого эрозионного комплекса.
Актуальность и важность исследования проблемы эколого-хозяйственной оценки качества земельных ресурсов возрастает в соответствии с ростом негативных экологических последствий антропогенной деятельности в системе "общество-природа". По своему методологическому статусу эта проблема относится к числу слабоструктуризованных проблем системного анализа, в которых качественные стороны и неопределенность играют решающую роль [Моисеев Н.Н., 1979. - 64с.]. Ужесточение экологических требований к состоянию природно-хозяйственных геосистем, а точней ДТПС заложены в новую редакцию закона "Об охране окружающей среды" (ФЗ РФ №7ФЗ от 12 января 2002 г.). В нем в качестве основных принципов указаны "презумпция экологической опасности и обязательность оценки воздействия на окружающую среду при принятии решений об осуществлении хозяйственной и иной деятельности". Поэтому, необходима разработка соответствующего инструктивно-методического обеспечения для интегральной оценки экологической опасности ДТПС и экологического риска планируемой антропогенной деятельности, связанной с интенсивным воздействием на земельные ресурсы.
Для более полной характеристики определения "риск" целесообразно рассматривать понятие "ситуация риска", которая характеризуется: 1) наличием неопределенности; 2) необходимостью выбора из нескольких альтернатив (отказ от выбора также является выбором); 3) возможностью оценить вероятность реализации выбираемых альтернатив. Таким образом, ситуацию экологического риска можно рассматривать как разновидность неопределенной, когда наступление событий (изменение состояния земельных ресурсов в результате антропогенной деятельности) вероятно и может быть определено.
Учитывая сложность анализируемых в ДТПС, для их описания в соответствии с принципом дополнительности Бора необходимо использовать детерминированный, стохастический (вероятностный) и нечеткий (размытый) метаязыки моделирования проблем ДТПС районирования территории, интегральной оценки качества и оптимального управления земельными ресурсами в регионе. Методология системного анализа этих проблем требует учета факторов неполноты и неопределенности как объективных условий принятия обоснованных управленческих решений по рациональному использованию и охране земель. Реализация такого подхода требует придать проблеме эколого-хозяйственной оценки земельных ресурсов количественно - качественное содержание и обеспечить ее интерпретацию на языке теории нечетких множеств [Орловский С.А., 1981. - 206 с., Zadeh L.A, 1965.. - p.338-353] и теории вероятности.
Понятие "географическая система (геосистема)" впервые предложено Сочавой В.Б. [Сочава В.Б., 1963, с.50-59] в 1963 году как "совокупность элементов земной коры, находящихся в отношениях и связях и образующих определенную целостность, единство". В словаре [Охрана природы. 1982, c.35] геосистема определяется как "безразмерная единица географической структуры; геосистема наивысшего ранга -географическая оболочка". Неоднозначность термина "геосистема" и терминов-синонимов "ландшафт", "геокомплекс" обусловлена множественностью подходов к геоэкологическим системным проблемам.
Эколого-хозяйственная оценка состояния ДТПС становится возможной только после введения категории "цель". Априори (вне цели системного исследования) состояние ДТПС не является хорошим или плохим, предпочтительным или непредпочтительным и "становится относящимся к одной из этих категорий лишь будучи вовлеченным в категориальные схемы ценностей, построенные исследователем ("субъектом")" [Пегов С.А., Ростопшин Ю.А.,1981. с.30]. Следовательно, оценка состояния геосистемы должна отражать понятия "объект оценки" и "субъект оценки", которые существенным образом связаны с общей целью эколого-географического исследования. Объектом оценки является эколого-хозяйственное состояние важнейшего природного компонента геосистемы (точней ДТПС) - земельных ресурсов. Это состояние является следствием результата целенаправленной социально-экономической деятельности - результата антропогенного воздействия на ландшафт. Субъект оценки формирует категориальную систему ценностей (отсюда следует, что на детерминированном языке интегральная эколого-хозяйственная оценка земель должна быть функцией ценности (ординальной полезности) [Кини Р.П., Райфа Х., 1981,с.36]), задает требования к качеству результата антропогенной деятельности (включающие нормативные природоохранные требования) и осуществляет функцию экологической экспертизы.
1.3. Обоснование требований к интегральной оценке земельных ресурсов в ДТПС.
Одним из первых на необходимость построения сводной (интегральной) "формулы сравнительной оценки" проектных решений сложных систем указал в 1908 году русский ученый А.Н.Крылов [Крылов А.Н., 1951 – Т.1, с.246]. Данная оценка предназначалась для агрегирования (свертывания) информации о значениях большого числа разнотипных частных (отдельных) показателей качества и информации об относительной значимости этих показателей с целью ранжирования (упорядочения) всех рассматриваемых решений по степени их общей предпочтительности. Разработка А.Н.Крыловым концепции построения "формулы сравнительной оценки" позволила создать пионерный метод агрегирования многих частных (локальных, дифференциальных, маргинальных и т.п.) оценок в одну интегральную (сводную, глобальную, обобщенную, синтетическую и т.п.) оценку качества (эффективности, надежности, полезности, ценности, предпочтительности и т.п.), сложных систем.
Для получения обобщенной "формулы сравнительной оценки" А.Н.Крылов считал необходимым решение следующих четырех вопросов:
0) какие качества... подлежат рассмотрению в смысле влияния на оценку сравнительного достоинства решений;
1) каким числом каждое из этих качеств в отдельности измеряется;
2) какой способ группировки этих чисел принимается;
3) какие относительные множители приписываются тем качествам, коим дается предпочтение» [Крылов А.Н., 1951 – Т.1, с.247].
Эти принципы построения интегральных оценок качества сложных систем различной природы являются основными и сегодня. Анализ работ по данной проблематике [Кини Р.П., Райфа Х., 1981. с.,36; Николаев В.И., Брук В.М., 1985. - 199 с.; Подиновский В.В., 1975, с. 330 – 344; Прангишвили И.В., Абрамова Н.А., Спиридонов В.Ф. и др., 1999. - 284 с.; Руссман И.Б., 1978, - с.201-204; Хованов Н.В., 1996. - 196 с.] показывает, что конструирование комплексных критериев качества осуществляется в три основных этапа:
1) формирование набора (вектора) y=(y1,y2,...,yM) из M исходных частных показателей качества;
2) выбор синтезирующей функции F=F(y1,y2,...,yM) - сводной "формулы сравнительной оценки", характеризующей интегративное свойство системы;
3) определение вектора весовых коэффициентов =(1,2,...,M), отражающих относительную значимость отдельных показателей качества при построении сводной оценки F.
Отметим, что понятию "качество продукции" в квалиметрии [Азгальдов Г.Г., Райхман Э.П., 1973. - 172 с.] дается следующее определение: "Качество - совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности". Такая системность характеристик объектов оценки позволяет говорить об их качестве в целом, т.е. о необходимости введения понятия и разработки методологии интегральной оценки качества ДТПС.
Кроме квалиметрических моделей построения агрегированных оценок качества, на практике широко используются методы теории функций полезности [Кини Р.П., Райфа Х., 1981. - 560 с.]. При этом синтезируемые оценки могут иметь как количественный характер ("кардинальная полезность"), так качественный ("ординальная полезность или ценность"). Так, под функцией полезности (по Нейману и Моргенштерну) понимается некоторая числовая функция U такая, что если объект оценки a не менее предпочтителен, чем объект b, то U(a).U(b). Как показано в главе 2, теория ценности играет ведущую роль при построения интегральных оценок качества природно-антропогенных ландшафтов.
Однако, большинство существующих подходы к конструированию интегральных сравнительных оценок не предусматривают непосредственный учет нормативных требований к качеству. В ГОСТ Р ИСО 9000-2001 «Система менеджмента качества. Основные положения и словарь» дается следующее определение: "качество - степень соответствия присущих характеристик... требованиям". При этом под "характеристикой качества понимается присущая (имеющаяся) характеристика продукции (результата процесса), процесса (совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих видов деятельности, преобразующая входы в выходы) или системы (совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих элементов), вытекающая из требования (потребности или ожидания, которое установлено, обычно предполагается или является обязательным).
Актуализация вопроса интегральной оценки качества в многокритериальных задачах принятия эколого-экономических решений по рациональному использованию и охране земель связана с противоречивостью частных показателей y1,y2,...,yM. При этом повышение качества по одной группе показателей качества (ПК) приводит к его снижению по другой. В такой ситуации наибольший интерес представляет группа вариантов реализации ДТПС, в которой невозможно, переходя от одного варианта к другому, улучшать значения одних ПК, не ухудшая при этом значения других. Данная группа вариантов принадлежит множеству Парето-оптимальных (компромиссных) эколого-экономических решений. Это множество содержит варианты, которые лучше остальных сразу по всем частным ПК. Выделение компромиссных вариантов ДТПС обеспечивает возможность принятия обоснованных эколого-экономических решений на основе объективной информации, т.к. дает ответ на вопрос, в какой мере можно совместить противоречивые экологические и социально-экономические требования к качеству ДТПС.
Однако, при необходимости одновременного учета большого числа противоречивых ПК множество Парето-оптимальных вариантов практически совпадает с исходным множеством вариантов. Кроме того, компромиссные варианты ДТПС характеризуются значительным разнообразием оцениваемых свойств. Поэтому для выбора наилучших вариантов необходимо построение интегральной оценки качества ДТПС.
В настоящее время особую важность приобретает проблема интегральной оценки экологической опасности природно-антропогенных ландшафтов и экологического риска намечаемой хозяйственной деятельности в процессе управления устойчивым социально-экономическим развитием регионов. С данной проблемой тесно связана другая важная проблема - проблема экологической оценки, включающей две взаимосвязанные подпроблемы:
1) оценку воздействия намечаемой антропогенной деятельности на окружающую природную среду;
2) экологическую экспертизу обосновывающей документации, т.е. контроль выполнения нормативных природоохранных требований при обосновании инвестиций в регионе.
Так, согласно "Инструкции по экологическому обоснованию хозяйственной и иной деятельности" (утверждена приказом Минприроды России от 29.11.95 г., №539), данное обоснование "осуществляется для оценки экологической опасности намечаемых мероприятий, своевременного учета экологических, социальных и экономических последствий воздействия планируемых объектов на окружающую среду". Поэтому актуальным является создание информационно-аналитического обеспечения управления рациональным использованием и охраной земель в регионе с учетом нормативных правовых актов и инструктивно-методических документов природоресурсного и экологического законодательств.
Проблема обоснованного выбора вида интегральной оценки («сводной формулы») качества ДТПС оказывается обычно очень сложной, а на практике такой выбор часто производится недостаточно корректно. Для нее должна быть выработана некоторая шкала измерения, которая должна отражать содержательный смысл измеряемой величины. Например, для риска - это мера безопасности планируемой антропогенной деятельности.
Как правило, используются (без должного обоснования) два вида интегральных оценок качества, которые отражают общее состояние ДТПС:
линейная аддитивная
и мультипликативная 
.Здесь yj – j-й показатель качества геосистемы, а j - его весовой коэффициент, j = 1, 2,...,M.
Однако, теоретические исследования и практические расчеты по указанным оценкам говорят о том, что они обладают определенными недостатками, а именно:
1) отсутствует возможность содержательной интерпретации - чаще всего линейная свертка частных ПК не имеет никакого конкретного системного (эколого-географического) смысла, когда ПК являются неоднородными (разноименными) и/или имеют различную размерность;
2) отсутствует возможность вероятностной интерпретации, что необходимо для формализации таких понятий, как «экологическая опасность» природно-антропогенных ландшафтов и «экологический риск» планируемого землепользования;
3) не учитывают экологических требований (нормативов) к качеству геосистем и, следовательно, не выполняют основной функции экологической экспертизы - контроля выполнения нормативных природоохранных требований к результату намечаемой хозяйственной деятельности;
4) не могут быть использованы для сравнения различных состояний геосистем. Например, для оценки изменений качества земель (одной из основных целей мониторинга земель, определенных в Земельном кодексе РФ ФЗ РФ №136-ФЗ от 25.10.2002 г.). Это объясняется тем, что для сравнения между собой различных состояний ДТПС на фоне их предыдущих ранжирований (упорядочений) для выявления изменений эколого-хозяйственного состояния земель, нужно, во-первых, иметь возможность оценивать степень реализации их отдельных (частных) свойств, т.е. иметь относительные оценки качества объектов по частным ПК, и, во-вторых, возможность пересчета интегральных оценок качества при получении дополнительной информации о "новых" или их состояниях ДТПС;
5) не являются легко адаптируемыми к учету новых частных ПК и замене одних показателей другими (наличие в оценках фиксированных весовых коэффициентов противоречит этому требованию);
6) не являются корректными в случае, когда агрегированию подлежат частные ПК, измеримые в различных шкалах. Некоторые из этих ПК (например, "эродированность почв") измеряются в нечисловых шкалах (в рангах или баллах), а другие (например, "содержание гумуса") являются количественными. Поэтому при формировании интегральной оценки качества геосистем показатели должны быть приведены к одной шкале - порядковой или балльной.
Все вышесказанное требует поиска нового «нормативного» подхода к построению интегральной эколого-хозяйственной оценке земельных ресурсов, который позволяет ответить на ряд принципиальных методологических вопросов.
1. Если, качество такого сложного геообъекта как природно-антропогенный ландшафт есть многоаспектное иерархическое понятие, то почему при его измерении все сводится к числу (значению интегральной оценки качества)? Здесь нет никакого противоречия, т.к. при нормативном подходе интегральная оценка качества всегда выступает как целевая функция в процессе принятия управленческих решений по рациональному использованию и охране земель, и может быть изменена, если изменяются цели управления. С ее помощью ранжируются частные цели планируемой антропогенной деятельности и альтернативные варианты ее реализации, что позволяет перейти от общих соображений к конкретным практическим действиям.
2. Зачем так усложнять задачу формирования интегральной оценки качества и переходить к нелинейным зависимостям, а не использовать простую линейную форму свертки F1, в которой суммируются произведения весовых коэффициентов на числовые значения частных ПК или некоторых функций от них? Во-первых, вектор весовых коэффициентов определяет направление изменения линейной функции, для которого характерно максимальное изменение значений аддитивной интегральной оценки. Отсюда следует, что из всех возможных видов сверток именно линейная наиболее чувствительна к значениям весов частных ПК. Во-вторых, с точки зрения теории измерений, использование аддитивных сверток предполагает, что все частные ПК являются количественными и, поэтому, такие интегральные оценки неприемлемы для широкого класса задач принятия эколого-хозяйственных решений с нечисловыми критериями качества. И, наконец, в-третьих, линейные свертки (и большинство предлагаемых нелинейных) не удовлетворяют существенному свойству "ограниченной компенсации", т.е. условию невозможности улучшения значений некоторых частных ПК, за счет компенсации сколь угодно большого снижения качества по другим частным критериям. Действительно, за счет увеличения оросительной нормы в засушливые годы можно, в некоторой степени, скомпенсировать потерю урожайности и качества сельскохозяйственных культур в результате недостатка минеральных удобрений в почве. Но такая компенсация всегда осуществляется в достаточно узком диапазоне изменений, что необходимо учитывать при конструировании интегральных оценок качества земель.
Все это затрудняет интегральную оценку и ранжирование различных состояний и/или вариантов реализации ДТПС с учетом экологических и экономических нормативов. Следовательно, необходимо проведение теоретического исследования и обоснование целесообразности практического применения интегральной эколого-хозяйственной оценки качества земель, имеющей содержательный смысл "общего риска невыполнения нормативных требований к состоянию земельных ресурсов", допускающей вероятностную интерпретацию в виде обобщенной экологической опасности природно-антропогенных ландшафтов и позволяющей принимать компромиссные эколого-экономические решения по рациональному использованию и охране земель.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭКОЛОГО-ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
2.1. Концепция и принципы построения интегральных оценок качества ДТПС с точки зрения теории измерения
2.1.1. Измерение показателей качества геообъектов
Для интегральной оценки (измерения) качества ДТПС должна быть выработана некоторая шкала. Рассмотрим вопросы измерения (шкалирования) показателей качества (ПК) геообъектов, которым уделяется недостаточно внимания в эколого-географических исследованиях проблем комплексного мониторинга, контроля и управления земельными ресурсами в регионе.
Нечисловые ПК измеряются в номинальной шкале (шкале наименований или классификационной шкале) и ранговой (порядковой или ординальной) шкале. Необходимо учитывать, что для нечисловых шкал не применимы обычные арифметические и статистические операции (например, сложение и вычитание среднего).
Рис. 2.1. Основные типы шкал измерения показателей качества