Автореферат (Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем), страница 3

Отмечено постоянное совершенствование теории и методов оценки воздействия хозяйственной деятельности и ТС на состояние геосфер, что приводит к более тщательному выявлению всех единичных процессов и происходящих в них изменений потоков энерго- и массопереноса с целью минимизации потерь природных ресурсов и негативного влияния на ОС в жизненном цикле ТС. Такой подход предлагается в работах В.Ф. Кутенева, В.А. Звонова, А.В. Козлова для повышения экологической безопасности ТС (автомобиля) и предусматривает разработку функциональной модели в виде иерархии диаграмм, отражающих жизненный цикл ТС. Математическое моделирование входных и выходных потоков на любом иерархическом уровне строится на законе сохранения массы и энергии.

Вопросы экологического проектирования и экспертизы в строительстве раскрываются наиболее полно в работе К.А. Дьяконова и А.В. Дончевой, где дается методическое и методологическое обобщение подходов к экологическому проектированию и оценке воздействия хозяйственной деятельности на ОС.

Однако рассмотренные подходы не отражают в полной мере теорию, методологию и методы оценки геоэкологической безопасности на этапе разработки ПТС, направленные на минимизацию негативного воздействия в жизненном цикле, на основе анализа импликативных отношений технических и экологических показателей создаваемых систем и выявления частных и комплексных геоэкологических критериев их оптимизации.

Основное требование, которое предъявляется в настоящее время к ПТС, – это обеспечение безопасности жизнедеятельности человека, но при этом не в полной мере учитывается весь спектр возникающих негативных воздействий на ОС. В результате преобразования природной среды при реализации жизненного цикла СиТС изменяются абиотические факторы, влияющие как на биоту, так и на здоровье человека. Идеальным вариантом экологически безопасных СС является подобие естественным экосистемам, которые не являются закрытыми статическими системами. Естественная экосистема – это «открытая система в квазиустойчивом состоянии: материалы и энергия непрерывно поступают в нее из окружающей среды и в окружающую среду уходят» (Л. фон Берталанфи, 1968), где «материя циркулирует, а энергия рассеивается» (Ю. Одум, 1953). На современном этапе развития основным механизмом, который способен обеспечить геоэкологическую безопасность ПТС, является комплексная система экологического управления, охватывающая все стадии жизненного цикла СиТС и включающая в себя в т.ч. анализ и комплексную оценку экологической безопасности принимаемых проектных решений.

Системный анализ и оценка геоэкологической безопасности СиТС в ЖЦ на этапах, предшествующих реализации проекта (концептуальная идея, комплекс инженерных изысканий, научно-исследовательские работы, проектирование и др.), и принятие сбалансированных решений позволят снизить напряженность экологических проблем еще до их возникновения и в целом определяют безопасность последующего функционирования систем.

В процессе проектирования СС выделяются этапы внешнего проектирования, когда система рассматривается как часть более высокого иерархического уровня – ПТС, и этапы внутреннего проектирования, когда СС рассматривается как более высокий уровень для входящих в нее технических подсистем: зданий, сооружений, инженерных сетей, технологий, механизмов, агрегатов и др.

Автором предлагаются следующие основные положения теории оценки геоэкологической безопасности на этапе разработки СиТС с учетом их жизненного цикла.

1. Возможности повышения геоэкологической безопасности создаваемых ПТС выявляются на базе классификаций, разработанных на основе экоцентризма и логически установленных взаимоотношений СиТС и ОС с использованием теоретических и эмпирических положений из области математики, физики, техники, экологии, геоэкологии и других наук. При экоцентрическом подходе мир представляется не как совокупность изолированных элементов и объектов, а как сеть феноменов, которые фундаментально взаимосвязаны и взаимозависимы. Анализ и оценка логически установленных взаимосвязей на основе физических и математических моделей СиТС позволяют выявить варианты с минимальным негативным воздействием на окружающую среду.

2. На каждом этапе разработки СиТС закладывается определенный локально выраженный техногенный эффект ω_i, величина которого зависит от функциональных и других технических показателей создаваемых систем. Варьирование и оценка параметров создаваемых ТС позволяет изменить уровень воздействия на ОС в жизненном цикле.

3. Системные свойства и факторы негативного воздействия конкретного этапа жизненного цикла объекта возникают именно на этом конкретном уровне. Исследование геоэкологической безопасности создаваемых СиТС в целом строится как выявление, анализ, обобщение и оценка взаимоотношений между системой на различных этапах ее жизненного цикла и ОС.

4. Управляющие действия человека с целью повышения геоэкологической безопасности ПТС принимаются на основе информации о состоянии природной среды и экологических показателей создаваемых СиТС, а также предвидения возможных изменений в их взаимосвязи и взаимоотношениях.

5. Физическая модель исследуемой ТС представляет собой сеть взаимоотношений между системой и природной средой, основанных на законах сохранения, превращения и переноса энергии и материалов и балансе входных и выходных материальных и энергетических потоков.

6. Физическая модель исследуемой СС представляет собой сеть взаимоотношений между системой и природной средой, основанных на законах сохранения динамического равновесия и устойчивости строительной и природной систем, а также законах, связанных с входными потоками, состоящих из ТС, материалов, энергии, которые формируют и выходные потоки.

7. Математическое моделирование и общая концепция описания поведения создаваемых систем – это теоретико-множественный подход (множество элементов A и множество отношений R между ними относительно выбранной цели исследования – минимизация техногенного воздействия в ЖЦ). В общем случае проектируемая система S представляет собой упорядоченную пару S=(A,R). Чтобы сделать эту зависимость практически полезной, ее следует уточнить и ввести определенные иерархические уровни упорядоченных пар (A,R), относящихся к решению задачи по снижению негативного воздействия на жизнеобеспечивающие геосферные оболочки и биоту. Уровни иерархии и упорядоченные пары вводятся с помощью одного из двух фундаментальных критериев различий:

а) выделение систем, базирующихся на определенных типах элементов (показатели технического уровня надежности, устойчивости и качества объекта, экологические показатели, экономические показатели и др.), требующих разных экспериментальных методов и средств для сбора данных – т.е. эта классификация имеет экспериментальную основу;

б) выделение систем, базирующихся на определенных типах отношений (взаимодействие системы, подсистем между собой и с окружающей средой в ЖЦ) – такая классификация связана непосредственно с обработкой данных, а не связана с их сбором, и основа ее преимущественно теоретическая.

При теоретическом экологическом анализе и оценке проектируемых СиТС возможны следующие допущения в выборе методов и данных: правила присвоения; критерии предпочтения; определение системы исследования (природно-технической, строительной, продукционной, технической, структурированной и др.) и границ исследования; заключения и допущения, касающиеся данных, и др.

Методология, применяемая в данной работе, представляет собой подход, основанный на системном экологическом исследовании и экологическом анализе свойств различных иерархических уровней проектируемых систем с целью получения новой информации о взаимодействии показателей внешнего и внутреннего проектирования с уровнем негативного воздействия на геосферные оболочки в жизненном цикле.

Конечная цель системного экологического анализа и оценки, проводимых на этапе разработки СиТС, – это выбор из конкурентных вариантов систем с минимальным негативным воздействием на ОС.

Основные принципы и правила системного экологического исследования, анализа и оценки геоэкологической безопасности создаваемых ПТС раскрыты автором для решения задач по минимизации негативного воздействия на ОС с учетом жизненного цикла СиТС (табл. 1).

Модель исследований геоэкологической безопасности СС в соответствии с методологией работы представлена на рис. 1.

Таблица 1

Основные принципы системного анализа и оценки геоэкологической безопасности ПТС

Рис. 1. Модель исследования геоэкологической безопасности СС

Выбирая СС как базу для исследований, оценивая результаты по выбору концептуальной идеи, инженерных изысканий, структурного синтеза и других этапов ее жизненного цикла по степени воздействия на ОС при различных компоновочных вариантах, можем выявить оптимальное решение с минимальным негативным воздействием. Для этого необходимо на основе правил системного анализа провести дальнейшую декомпозицию проектируемой СС на отдельные элементы (подсистемы) до уровня, позволяющего проводить соответствующее математическое моделирование их воздействия на ОС.

Задачи исследования и соответствующие факторы негативного воздействия определяются для множества подсистем иерархического типа, взаимосвязанных с создаваемой СС. С каждой подсистемой из этого множества связано значение фактора негативного воздействия, определяющее общий уровень соответствия выбранной цели. Таким образом, концептуальная идея, результаты инженерных изысканий, планировочная структура, функциональная структура, техническая структура, а также входящие в СС ТС, реализация их жизненного цикла и осуществление их функций проецируются на поведение и функции СС в целом и, как следствие, определяют комплексное техногенное воздействие на ОС. Системный экологический анализ и оценка всех подсистем, включая ТС, с учетом экологических ограничений создает наиболее полную гипотезу относительно экологического поведения СС в целом.

На рис. 2 представлена модель в виде иерархической структуры для оценки геоэкологической безопасности по результатам проведения инженерных изысканий (включая инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические, инженерно-экологические). Анализ показывает, что в зависимости от решений, принимаемых на этом этапе, возможен переход площади, отведенной под строительство (части С), из категории природных ландшафтов и ресурсов (П) в категорию ПТС.

Рис. 2. Модель оценки геоэкологической безопасности ПТС при проведении инженерных изысканий

В работе предлагаются алгоритм и методы оценки геоэкологической безопасности ПТС по результатам инженерно-экологических изысканий для обоснования выбора оптимального варианта размещения промышленных объектов по геоэкологическим критериям. Алгоритм содержит оценку степени нарушенности ландшафта (табл. 2, адаптированное решение по результатам В.А. Грачева, В.В. Гутенева, В.М. Котлякова, А.Л. Ревзона и др.), определение негативных факторов воздействия на ОС, моделирование уровней негативного воздействия, установление детерминированных или качественных значений факторов воздействия и их весовых коэффициентов, определение частных и комплексных геоэкологических критериев для оптимизации выбора конкурентных пунктов/площадок.