Обоснование системы экологической безопасности агропромышленного комплекса региона: На примере Республики Марий Эл

Актуальность исследования. Особенности развития сельского хозяйства приводят к увеличению масштабов его воздействия на окружающую среду, что повышает ответственность сельскохозяйственных предприятий за проведение эффективных природоохранных мероприятий с целью снижения отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду и экономного расходования природных ресурсов.

Затраты, связанные с природоохранной деятельностью, отрицательно сказываются на всех показателях производственно-хозяйственной деятельности. Однако эффект природоохранных мероприятий проявляется в повышении эффективности сельского хозяйства за счет снижения техногенных и экологических рисков. В связи с этим к определению эффективности производственно — хозяйственной деятельности необходимо подходить с точки зрения эколого-экономической.

Отсюда вытекает необходимость:

— предварительной оценки экологических последствий на стадии формирования проектов производственно — хозяйственной деятельности и оценки воздействия окружающей среды в них;

— разработки системных моделей оценки экономической эффективности природоохранных мероприятий и методик принятия эколого-экономических решений;

— учета экологических рисков при разработке стратегии принятия управленческих решений;

— разработки устойчивых систем экологической безопасности производственно — хозяйственной деятельности.

В условиях отсутствия информационно-технологических подходов в области природоохранных мер, имеющаяся природоохранная информация весьма ограничена как с качественной, так и с количественной точки зрения, что не позволяет определить влияние экологических проблем на устойчивость финансового положения и результативность производственно-хозяйственной деятельности предприятий.

В первую очередь проблема повышения экологической безопасности имеет отношение к функционированию агропромышленного комплекса (АПК) России в целом и, особенно, отдельных ее регионов.

Экологическая составляющая экономического роста имеет приоритетное значение и в экосистеме Республики Марий Эл, определяя параметры ее технологической базы, выступая основой перестройки народного хозяйства республики.

Актуальность работы определяется необходимостью поиска качественно новых подходов к методологии обоснования экологической безопасности производственно-хозяйственной деятельности объектов АПК, соответствующих современному экологическому состоянию регионов России и учитывающих экологический риск на всех стадиях проектирования, разработки и эксплуатации сельскохозяйственных предприятий.

Цель исследования состоит в разработке информационно-технологического обоснования системы экологической безопасности АПК на балансовых моделях для выработки устойчивых природоохранных мероприятий регионов.

Задачи исследования. Основными задачами являются:

— формирование целенаправленной системы сбора, обработки, переработки и хранения информации о состоянии и устойчивости природных ресурсов региона;

— создание балансовой модели для оценки эффективности природоохранных мероприятий в сельском хозяйстве на базе системно-целевого подхода к управлению природоохранной деятельностью объектов АПК;

— разработка информационно — технологического обеспечения системной модели природоохранной деятельности АПК региона;

— оценка значимости эколого-экономических факторов в хозяйственной деятельности предприятий АПК региона на основе функционирования системной модели;

— анализ устойчивости природоохранных систем АПК региона;

— выработка рекомендаций по регулированию природоохранной деятельности АПК региона.

Объект и предмет исследования. Объектами исследования являются системы природоохранной и хозяйственной деятельности АПК регионов.

Предметом исследования является информационно — технологическая система экологической безопасности региональной производственно-хозяйственной деятельности предприятия АПК.

Методы исследования. В основу исследования положены методы системного анализа, теории дифференциальных уравнений и их устойчивости, численного и компьютерного моделирования.

В процессе решения теоретических задач и обработки данных применялись методы информационных технологий на основе прикладных программных пакетов StatGraf, MathCad, Curver, Excel.

Научная новизна состоит:

1) в обосновании подхода к построению эколого-информационной системы на основе форрестеровской динамической балансовой модели для анализа экологической безопасности АПК региона;

2) в построении водобалансной модели региона в терминах динамических имитационных моделей;

3) в установлении параллелизма математического характера в протекании процессов живой и неживой природы;

4) в доказательстве единой природы конечно-разностных и дифференциальных уравнений типа Вольтерры;

5) во введении методики хаотических движений детерминированных систем для оценки устойчивости системных моделей природопользования;

6) в построении моделей АПК региона многоэшелонного типа на основе балансовой структуры;

7) в реализации системного комплекса и методики оценки устойчивости получаемых решений в системной среде MathCad.

Значимость для науки и практики выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации. Выводы и рекомендации, изложенные в работе, способствуют созданию эколого-информационных систем, предназначенных для обоснования производственно-хозяйственной деятельности объектов АПК.

Полученные теоретические положения позволяют разрабатывать новые типы системно-аналитических моделей для оценки состояния и устойчивости хозяйственных и природных комплексов.

Системная динамическая модель экологического состояния и устойчивости АПК региона позволяет оперативно разрабатывать комплексные целевые программы при изменении хозяйственной политики.

На защиту выносятся следующие научные положения:

— системная модель экологического состояния и оценки устойчивости АПК региона многоэшелонного типа на основе балансовой структуры;

— методика оценки устойчивости системных моделей природопользования на основе теории хаотических движений детерминированных систем;

— программный комплекс для обоснования системы экологической безопасности АПК региона, реализованный в программной среде MathCad;

— результаты оценки влияния хозяйственной деятельности предприятий АПК региона на состояние окружающей среды;

— рекомендации по регулированию природоохранной деятельности АПК региона.

Степень обоснованности и достоверности научных положений.

Научные положения и выводы, изложенные в настоящей работе, обоснованы теоретически и отражают природу и сущность рассматриваемых явлений. Обоснованность основных положений и результатов исследований подтверждается применением информационных технологий и получением достоверных результатов и выводов при их приложении к известным объектам и изученным явлениям.

Их достоверность подтверждена получением конечно-разностных и дифференциальных уравнений, известных из описания объектов живой и неживой природы.

Связь диссертационной работы с планами НИР.

Решение задач диссертационной работы проводилось в соответствии с заданием и по согласованию с Комитетом природных ресурсов по Республике Марий Эл.

Работа выполнялась в рамках гранта МарГТУ за 2001 г. (Приказ по МарГТУ 2/ЛС от 8.01.2002) и НИР «Обоснование системы экологической безопасности АПК Республики Марий Эл» за № 775/02.

Практическая ценность и реализация работы. Практическая ценность выполненной работы состоит в создании предпосылок решения проблемы экологической безопасности АПК региона на основе системного подхода и создания аналитических и информационно-технологических приемов разработки комплексных целевых программ освоения природных ресурсов при изменении хозяйственной политики.

Рекомендации по регулированию природоохранной деятельности АПК региона используются Комитетом природных ресурсов по Республике Марий Эл при разработке мероприятий по экологическому мониторингу (прилож. 2).

Результаты работы использованы в учебном процессе при проведении курса «Управление водными ресурсами» в Марийском государственном техническом университете (прилож. 3).

Апробация работы. Основные результаты работы заслушаны.

10 на постоянно действующей междисциплинарной научной конференции «Вавиловские чтения» в 1999 году (г. Йошкар-Ола) — на межрегиональной научно — практической конференции «Региональные проблемы строительного и дорожного комплексов» в 2000 году (г. Йошкар-Ола) — на втором межрегиональном научно-практическом семинаре «Эксплуатация и реконструкция зданий и сооружений» в 2001 году (г. Чебоксары) — на третьей Всероссийской научной конференции «Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов» в 2001 году (г. Пенза).

Публикации. Автором опубликованы 6 научных работ по предмету диссертации.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы в количестве 95 наименований и приложений. Основное содержание работы изложено на 135 страницах машинописного текста, иллюстрировано 28 рисунками и 19 таблицами. Приложения содержат 18 страниц машинописного текста и включают 28 рисунков.

Основные выводы и рекомендации.

Новые подходы к методологии обоснования экологической безопасности производственно — хозяйственной деятельности объектов АПК, соответствующие современному экологическому состоянию регионов России и учитывающие экологический риск на всех стадиях проектирования, разработки и эксплуатации сельскохозяйственных предприятий связаны с применением современных информационных технологий и созданием на этой основе экологоинформационных систем. Первым этапом применения информационных технологий для разработки систем экологической безопасности АПК является создание балансовых аналитических моделей.

Такой подход ведет к необходимости создания системных моделей, предназначенных не только для принятия решений по управлению количественными, но и качественными характеристиками природных ресурсов, среди которых наиболее соответствующими информационно-технологическому подходу по степени проработанности и возможности получения численных результатов являются динамические модели Форрестера.

В этой связи в диссертационной работе получены ниже следующие результаты.

1. Для создания основ эколого — информационных систем Стен-фордская модель «Осадки-сток» построена в обозначениях Форрестера.

2. Методы системного анализа, использованные в различных сферах природопользования показали, что природно — хозяйственные комплексы разнообразной природы имеют простые математические модели. Наблюдается параллелизм в процессах живой и неживой природы, особенно отчетливо проявляющийся при сравнении их математических моделей, к которым, в частности, относятся модели популяций с дискретным размножением, модели загрязнения подземных вод, модели влияния хозяйственной деятельности на речной сток.

3. Установлено, что модели экологии популяций сводятся к простым уравнениям стохастического или детерминированного характера. При анализе популяций двух видов с учетом коэффициентов конкуренции модель имеет вид системы из двух линейных дифференциальных уравнений первого порядка.

4. Балансовый подход к построению моделей роста популяций позволил доказать единую природу конечно разностных и дифференциальных уравнений Лотки-Вольтерры. Возможности нового подхода описания сложных систем продемонстрированы путем дополнения модели Лотки-Вольтерры подсистемой загрязнения окружающей среды.

5. Неустойчивость поведения решений систем уравнений моделей природопользования предложена оценивать на основе методики хаотических движений детерминированных систем с применением информационных технологий.

6. Система, включающая АПК региона, может быть представлена балансовой структурой, включающей семь эшелонов: социально — демографический, финансово — экономический, производственнотехнический, агропромышленный, сельскохозяйственно-ресурсный, природно — географический и антропогенного воздействия на среду обитания.

7. Построенная модель оперирует с девяносто девятью переменными. Между подсистемами существуют взаимные связи, которые определяют девяносто шесть множителей влияния.

8. Установлено, что уравнения состояния АПК региона, составленные по структурной схеме, включают уравнения темпов и уровней и являются системой разностных уравнений.

9. Составленные уравнения, которые с помощью системной анкеты адаптированы к условиям Республики Марий Эл, образуют алгоритмическую структуру, которая, воздействуя на исходные данные позволяет получить количественные значения для оценки параметров состояния АПК региона.

10. Устойчивость полученных решений оценивается, в соответствии с разработанной методикой, которая реализуется в виде диаграмм в фазовом пространстве системной среды MathCad.

На основе выполненной работы создана методика проведения обследования АПК региона на экологическую устойчивость.

Системная динамическая модель экологической устойчивости производственно — хозяйственной деятельности АПК региона рекомендуется для оперативной разработки комплексных целевых программ в зависимости от изменения хозяйственной политики.

Результаты применения построенной в программной среде MathCad имитационной модели могут быть рекомендованы для создания методического руководства по оценке степени риска экологической катастрофы при деятельности АПК региона.