Содержание к диссертации
Введение
1. Описание воздействия предприятий железнодорожного транспорта на ок ружающую среду на основе системного анализа 9
1.1. Задачи системного анализа в исследовании эколого-экономических показателей на железнодорожном транспорте 9
1.2. Характеристика железнодорожных предприятий как источников загрязнения окружающей среды (на примере Восточно-Сибирской железной дороги) 17
1.3. Эколого-экономическая система железнодорожного транспорта (ЭЭСЖТ) 30
Выводы 41
2. Система автоматизированного эколого-экономического мониторинга предприятий железнодорожного транспорта 43
2.1. Определение и состав эколого-экономического мониторинга 43
2.2. Информационные основы мониторинга на железнодорожном транспорте 49
2.3. Практическая реализация автоматизированного мониторинга на железных дорогах Восточной Сибири (на основе реляционной СУБД Microsoft Access) 59
Выводы 76
3. Многомерная классификация предприятий железнодорожного транспорта по уровню эколого-экономического риска 78
3.1. Многомерные методы как средство классификации объектов 78
3.2. Результаты выявления групп предприятий-аналогов по уровню эколого-экономического риска 88
Выводы 100
4. Оценка эффективности мероприятий по снижению эколого-экономического риска предприятий железнодорожного транспорта 102
4.1. Классификация мероприятий по снижению эколого-экономического риска и общая схема их оценки 102
4.2. Особенности определения эффективности различных типов мероприяти и 111
4.3. Оценка предотвращенного ущерба и прироста дохода 117
4.4. Определение капитальных вложений и эксплуатационных расходов 122
4.5. Единый алгоритм эколого-экономической оценки эффективности и результаты расчетов для предприятий ВСЖД 130
Выводы 139
Основные выводы 141
Литература 143
Приложения 159
- Задачи системного анализа в исследовании эколого-экономических показателей на железнодорожном транспорте
- Информационные основы мониторинга на железнодорожном транспорте
- Результаты выявления групп предприятий-аналогов по уровню эколого-экономического риска
Введение к работе
Актуальность работы. Предприятия железнодорожного транспорта являются существенными источниками загрязнения окружающей среды. Проблема снижения их вредного воздействия на окружающую среду должна решаться с помощью системного подхода, включая эколого-экономическиЙ. Исследования эколого-экономических систем на железнодорожном транспорте стали проводиться лишь в последнее время.
Практически отсутствуют системные исследования информационного обеспечения э коло го-экономического мониторинга на железнодорожном транспорте. Следует признать, что природоохранная работа на железных дорогах России в настоящее время остается наименее автоматизированным видом деятельности. Большинство операций обработки эколого-экономической информации осуществляются вручную, а внедрение специализированных компьютерных программ носит эпизодический характер.
Ограниченные финансовые и технические возможности природоохранной деятельности на железных дорогах обусловливают необходимость выделения ее приоритетов с помощью классификации линейных предприятий по уровню эколого-экономического риска. Ранее такие исследования не проводились, хотя достаточно широко используются методы многомерной статистики для классификации природных объектов.
Различные методики оценки экономической эффективности природоохранной деятельности, инвестиционных и инновационных проектов не учитывают особенностей воздействия железнодорожных предприятий на окружающую среду. Поэтому весьма актуальна разработка адаптированной методики эколого-экономической оценки эффективности природоохранных мероприятий на объектах железнодорожного транспорта.
Цель и задачи исследования. Целью работы является оценка эколого-экономического риска предприятий железнодорожного транспорта на основе системного анализа и создание информационного обеспечения управления природоохранной деятельностью для железных дорог.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Выделить эколого-экономическую систему, характеризующую воздействие предприятий железнодорожного транспорта на окружающую природную среду.
Разработать прикладную программу сбора и обработки эколого-экономической информации и обосновать систему автоматизированного эколого-экономического мониторинга для железных дорог.
Классифицировать линейные предприятия Восточно-Сибирской железной дороги (ВСЖД) по уровню эколого-экономического риска, разработать практические рекомендации по приоритетным направлениям природоохранной деятельности.
Создать методику эколого-экономической оценки эффективности природоохранных мероприятий на объектах железнодорожного транспорта и алгоритм ее реализации. t
Исходные материалы. В работе использовались данные экологической госстатотчетности по предприятиям ВСЖД — филиала открытого акционерного общества «Российские железные дороги» (ОАО «РЖД»), а также информация по природоохранным мероприятиям, осуществляемым на дороге в период 1998 - 2003 гг.
Методы исследования. В основу работы положен системный подход с использованием многомерных статистических методов: метода главных
компонент, факторного анализа, кластер-анализа. Методической основой разработки базового алгоритма методики эколого-экономической оценки эффективности природоохранных мероприятий на объектах железнодорожного транспорта являются временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и отраслевые методики определения эффективности инноваций, инвестиций и природоохранных затрат. Результаты работы получены с помощью следующих компьютерных программ: СУБД Microsoft Access 2000, пакета прикладных программ для математического и статистического анализа Manugistics StatGraphics Plus v5.1 Enterprise, системы символьной математики MathCAD 7.0 Pro.
Научная новизна. 1. Обоснована система автоматизированного эколо-го-экономического мониторинга (САЭЭМ) и создана прикладная программа сбора и обработки эколого-экономической информации, адаптированная к схеме управления природоохранной деятельностью на железных дорогах России.
2. Разработана классификация объектов железнодорожного транспорта
по уровню эколого-экономического риска с помощью многомерных стати
стических методов. Установлены приоритетные направления природоохран
ных мероприятий.
3. Разработана адаптированная методика эколого-экономической
оценки эффективности природоохранных мероприятий на объектах желез
нодорожного транспорта, базирующаяся на едином алгоритме.
Практическое значение 1. Разработанная программа сбора и обработки эколого-экономической информации внедрена в практику работы отдела охраны природы и линейных предприятий ВСЖД для сбора и обработки экологической отчетности.
Результаты классификации объектов ВСЖД по уровню эколого-экономического риска при помощи многомерных методов используются на дороге при определении направлений природоохранной деятельности.
Методика эколого-экономической оценки природоохранных мероприятий применяется при расчетах эффективности деятельности предприятий ВСЖД по защите окружающей среды.
Работа выполнена в рамках плана НИР Иркутского государственного университета путей сообщения:
«Концепция экологической безопасности на объектах железнодорожного транспорта и пути ее совершенствования»;
«Разработка алгоритмов определения эколого-экономической эффективности природоохранных мероприятий применительно к объектам железнодорожного транспорта»;
«Разработка прикладной программы эколого-экономической оценки природоохранных мероприятий на объектах железнодорожного транспорта»;
«Разработка прикладной программы обработки данных статистической отчетности и ведения электронного каталога экологических карточек линейных предприятий ВСЖД».
Апробация работы и публикации. Основные и положения и результаты докладывались на конференциях: Юбилейная 25-я научно-техническая конференция «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири» (Иркутск, ИрИИТ, 2000); Всероссийские научные чтения с международным участием, посвященные 70-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР М.В. Мохосоева (Улан-Удэ, БНЦ СО РАН, 2002); Региональная научно-практическая конференция «Железнодорожный транспорт: итоги и перспективы развития» (Новосибирск, СГУПС, 2002); Совещание руководителей природоохранных подразделений железных дорог по обмену опытом обеспечения экологической безопасности в условиях структурной
реформы (Иркутск, Восточно-Сибирская железная дорога, 2003); Международная конференция «Энергосберегающие технологии и окружающая среда» (Иркутск, ИрГУПС, 2004); Четвертая международная научная конференция творческой молодежи «Научно-техническое и экономическое содружество стран АТР в XXI веке» (Хабаровск, ДВГУПС, 2005); Международные научные чтения «Приморские зори-2005», посвященные 10-летию со дня основания ТАНЭБ (Владивосток, ДВГТУ, 2005).
По результатам выполненных исследований имеется 17 публикаций, в том числе 9 научных статей, 6 тезисов докладов и 2 сборника практических работ по дисциплине «Экология» для студентов всех специальностей Ир-ГУПСа.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (152 наименования) и приложений. Работа изложена на 138 страницах основного текста, 22 рисунка, 19 таблиц, 10 приложений. Общий объем работы 168 листов машинописного текста.
Задачи системного анализа в исследовании эколого-экономических показателей на железнодорожном транспорте
Системный анализ представляет собой «совокупность методов, основанных на использовании ЭВМ и ориентированных на исследование сложных систем - технических, экономических, экологических и др.» [88, с. 5]. Он позволяет реализовать в прикладном аспекте системный подход, который, как общеметодологический принцип, в естественных науках является средством теоретического осмысления и научного познания объективной реальности, разрабатываемым в теоретическом плане в рамках «теории систем» (аксиоматическая математическая теория, создающая концептуальный аппарат и эффективные методы исследования систем произвольной природы). Теоретические основы методов системного анализа рассмотрены в монографиях Н.П. Бусленко [10], Н.Н. Моисеева [88], А.И. Мороза [89] и многих других отечественных и зарубежных ученых.
Системный анализ органически сочетает экспериментальные исследования, неформальные (эвристические) процедуры формальной и диалектической логики, и строгие математические методы, в том числе построение моделей систем. Понятие «система» имеет длительную историю, поэтому ей трудно дать исчерпывающее определение (в литературе их встречается более четырех десятков). Как правило, под системой понимают «объединение некоторого разнообразия в единое и четко расчлененное целое, элементы которого по отношению к целому и другим частям занимают соответствующие им места» [133, с, 415], при этом предполагается, что «...связи взаимодействия между элементами внутри системы сильнее, чем с внешними по отношению к системе даже абсолютно идентичными элементами» [114, с. 43]. Такое определение не шире математического, которое в современной теории систем в качестве предмета исследований ... «является формализацией понятия связи» [89, с. 6]. Как утверждает данный автор, при математической формализации взаимосвязанных положений детерминизма и причинности выясняется, что понятие причинности отображается в определении «состояния» и свойстве «закона изменения состояний», а «определенные условия» — реализуется в понятии «входа» (причинный процесс). «Выходом», то есть откликом системы, называется процесс — следствие. В теории систем основанием реализации конкретного явления в процессе-выходе является некоторое состояние — детерминизм. Система в каждый момент времени характеризуется элементом множества ее состояний — определенным состоянием, однозначно обусловливающим значение выхода в данный момент. Это одна из аксиом теории систем. Представление о «состоянии» относится к закону формирования выхода, а установление непосредственной связи с процессом в пространстве состояний невозможно в принципе, взаимодействие объекта с системой может осуществляться только через вход и выход системы. Поведение системы в пространстве состояний подчиняется определенному закону, описываемому при формализации в виде некоторого изображения (оператора). Состояние системы в общем случае представляет собой множество ее характеристик и свойств, определяющих систему в конкретный момент времени. Различают статические и динамические состояния системы, описанные соответственно одним состоянием и их совокупностью.
Следовательно, конструкция понятия «система» состоит из представлений «входа», «состояния» (его закона) и «выхода».
Развитие любых систем обеспечивается за счет поступления вещества М, энергии Е и информации I (MEI) из внешней среды и выделения их за пределы своих границ. Потоки энергии и вещества, определяющие развитие систем, подразделяются на потоки, формирующие системы (F-потоки), и потоки, вызывающие их деградацию (D-потоки). Л.В. Поздняков [109] выделяет следующие свойства систем:
1) Все системы имеют свойство воспринимать потоки вещества, энергии и информации, производимые внешней средой — системой высшего ранга и входящими в нее системами низших рангов. Входные потоки MEI должны быть обязательно упорядочены, так как в случае неупорядоченного потока невозможно формирование структуры функциональных отношений элементов и система находится в рассогласовании со средой.
2) Любая система, поглощая MEI, превращает их в новую форму веществ, энергии и информации. Выходные потоки также являются упорядоченными.
3) При взаимодействии нескольких систем между собой и с внешней средой формируется дихотомическое единство F- и D-потоков вещества и энергии, F- поток направлен к системе и необходим для ее развития, он характеризует систему как «потребителя» ресурса. Фактически этот поток расходуется на формирование самой системы по мере ее развития и на поддержание ее функционирования. D-поток в этой же системе представляет собой расход вещества и энергии взаимодействующих с ней систем (а также внешней среды) и характеризует ее как «ресурс». Этот поток определяет уменьшение размеров системы, снижение ее упорядоченности и устойчивости, a F-поток - обратные процессы.
4) Каждая система в отсутствие исходящего D-потока экстенсивно увеличивается (в объеме, по продуктивности) по экспоненциальному закону, а в отсутствие входящего F-потока также экспоненциально уменьшается.
5) Свойство асимметрии развития: любая система имеет свой цикл формирования и развития (от зарождения до разрушения системы). Длительное существование совокупности одновидовых систем обусловлено наличием у каждой из них свойства самовоспроизведения. Если «новая» система ничем не отличается от «старой», то цикл развития системы является сим метричным, а развитие — экстенсивным, поскольку элементы не приобретают новых свойств. В противном случае цикл развития системы становится асимметричным. Асимметрия цикла характеризует интенсивное (эволюционное) развитие в сочетании с экстенсивным.
Информационные основы мониторинга на железнодорожном транспорте
До недавнего времени работа с эколого-экономической информацией на железнодорожном транспорте осуществлялась следующим образом: бланки отчетности заполнялись вручную (или на компьютере с использованием разных версий текстовых редакторов и электронных таблиц), информация накапливалась в бумажном виде, пересылалась по почте, а большинство операций обработки данных производились примитивными способами (например, расчет количества загрязнения с помощью калькулятора). Такая ситуация затрудняет работу отдела охраны природы по анализу и обобщению данных в целом по дороге. Однако информационно-управляющая подсистема ЭЭСЖТ (см. гл. 1) постоянно совершенствуется в связи с внедрением компьютерной техники, сетевых технологий и специализированных компьютерных программ для автоматизированной обработки данных экологической госстатотчетности. Следует заметить, что имеющиеся программы не адаптированы к схеме работы с эколого-экономической информацией на железных дорогах России и достаточно дорогостоящи. На ВСЖД из программ такого рода внедрен только единый машиночитаемый образец для формы 2-тп отходы (файл Microsoft Excel с расширением .xls), направляемый в территориальные органы МПР и вышестоящую организацию по электронной почте или на дискете [100], однако не предусматривающий автоматизированного формирования итоговых отчетов. Этот образец был распространен МПР и впервые использован при заполнении отчета за 2002 г.
Следовательно, необходима разработка прикладной программы, позволяющей заполнять электронные формы всех отчетов на уровне ЛП, формировать итоговые отчеты и вести электронный каталог эколого-экономической информации на уровнях НОД и НОП. Эта программа должна работать во внутренней компьютерной сети железных дорог (Интранете ОАО «РЖД»), являясь основой системы автоматизированного эколого-экономического мониторинга на железнодорожном транспорте (САЭЭМ) [66, 69, 74, 76]. Следует подчеркнуть, что речь идет именно об автоматизированном, а не об автоматическом мониторинге, так как очевидно, что некоторая часть функций системы мониторинга (расчет суммарных показателей, группировка информации и т.п.) выполняется компьютерной техникой в автоматическом режиме, а другая (сбор исходных данных, ввод информации в электронные формы и др.) осуществляется пользователями [101].
В качестве базы для функционирования САЭЭМ должно быть создано дорожное информационное хранилище (ИХ) эколого-экономической информации, расположенное на сервере дороги, а для пользователей должна быть разработана ее сетевая версия (АРМ «Эколог»). Подобным образом на Северо-Кавказской железной дороге осуществляются экономический мониторинг и прогнозирование [103]. Работа САЭЭМ с сервером должна осуществляться в режиме реального времени через корпоративную сеть дороги (Интранет) посредством удаленного доступа к сети через модем или непосредственного подключения компьютера к ЛВС предприятия.
Аналогично на ВСЖД функционирует автоматизированная информационно-аналитическая система контроля безопасности движения (АСУБД) [42], подобная схема электронного безбумажного документооборота разработана для предприятий вагонного хозяйства [140].
Развитие САЭЭМ, составляющей основу информационно-управляющей подсистемы ЭЭСЖТ, сдерживается дефицитом сетевых ресурсов Интранета ОАО «РЖД». Поэтому на первом этапе создания САЭЭМ необходимо разработать программу сбора и обработки эколого-экономической информации как локальную для уровней ЛП, НОД и НОП и использовать электронную почту для передачи данных. Такая программа должна строиться «сверху вниз», т.е. сначала необходимо формулировать потребности верхнего уровня управления (НОП), а затем проецировать на нижние уровни исполнения (НОД и ЛП). Только таким образом можно обеспечить получение на уровне линейных предприятий первичных данных (госстатотчетности 2-тп и 4-ос, экологических карточек), которые в обобщенном виде смогут дать отделу охраны природы дороги ту информацию, в которой он нуждается (итоговые отчеты) [32, 33]. Эта программа должна обеспечивать возможность преобразования для обеспечения работы САЭЭМ в Интранете, что является вопросом ближайшего будущего и одним из основных направлений деятельности, указанных в «Концепции экологической безопасности и охраны окружающей среды на железнодорожном транспорте» [46].
Результаты выявления групп предприятий-аналогов по уровню эколого-экономического риска
Проведена классификация объектов железнодорожного транспорта по уровню эколого-экономического риска с помощью многомерных статистических методов на примере 27 предприятий Восточно-Сибирской железной дороги, являющихся источниками выбросов в атмосферу (табл. 3.1).
Учитывались следующие признаки: выбросы 7 типов загрязняющих веществ без очистки (твердые вещества, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, летучие органические соединения (ЛОС), прочие жидкие и газообразные), суммарный выброс после очистки, масса уловленных загрязняющих веществ, сокращение выбросов в результате проведения атмосфероохранных мероприятий. Все показатели измеряются в тоннах в год. Выбор набора признаков (данные по выбросам в атмосферу загрязняющих веществ и их групп без очистки и после очистки) обусловлен тем, что на предприятиях ВСЖД предусмотрена очистка выбросов только от твердых загрязняющих веществ, все жидкие и газообразные ингредиенты выбрасываются без очистки.
Масса уловленных загрязняющих веществ и сокращение выбросов учитывались со знаком «минус». Информация принималась по отчетам формы 2-тп воздух.
Первая линейная комбинация имеет почти равные веса для выбросов диоксида серы, окиси углерода, оксидов азота и суммарного выброса твердых веществ после очистки, противоположные массе уловленных выбросов. Назовем эту компоненту «Выброс твердых веществ после очистки и выбросы оксидов» (Ки = 0,93).
Вторая компонента, ортогональная первой, обладает наибольшими весами для выбросов углеводородов и ЛОС, минимальные отрицательные значения соответствуют выбросам твердых и прочих жидких и газообразных загрязняющих веществ. Наиболее подходящим названием для данной комбинации будет «Выбросы углеводородов и ЛОС» (Ки = 0,88).
В третьей компоненте выделяются следующие составляющие: положительные — выбросы углеводородов и твердых веществ, отрицательная — сокращение выбросов. Эта ГК может быть названа «Выбросы углеводородов и твердых веществ без очистки» (Ки = 0,90).
Четвертая ГК показывает максимальные положительные веса уловленных при очистке выбросов и масс выбросов твердых веществ без очистки и оксидов азота. Минимальные отрицательные значения соответствуют выбросам прочих жидких и газообразных веществ. Название этой комбинации: «Выбросы оксидов азота и твердых веществ без очистки» (Ки = 0,90).
Так как коэффициенты информативности для всех четырех ГК находятся в пределах 0,75 -т- 0,95, набор объясняющих признаков является удовлетворительным.
Результаты классификации показывают, что в главную группу, выделенную в исследуемом поле первыми двумя компонентами, попадают 17 предприятий. В рамках этой группы выделяется основная подгруппа - «ядро», включающее в себя все три рассмотренные дистанции пути, три локомотивных депо (Северобайкальск, Новая Чара и Слюдянка), а также дорожные электромеханические мастерские (ДЭММ), дистанцию гражданских сооружений ст. Нижнеудинск (НГЧ-9), комбинат железобетонных конструкций ст. Иркутск-Сортировочный (ЖБК) и путевую машинную станцию ПМС-303 ст. Кичера. К этому «ядру» тяготеют несколько предприятий, из которых три - вагонные депо Иркутск-Сортировочный, деревообрабатывающий комбинат ст. Военный Городок (ДОК) и путевая машинная станция ст. Гришево (ПМС-45) расположены на графике наиболее близко друг к другу и могут быть выделены в собственную подгруппу. Также в главную группу входят вагонные депо Тайшет, Черемхово и Зима и локомотивное депо Зима.
Из локомотивных депо очень «близки» ТЧ-2 ст. Нижнеудинск и ТЧ-9 ст. Вихоревка, удаленные на графике от других объектов, и поэтому образующие своеобразную мини-группу.
Других групп на графике рассеяния, показанном на рис. 3.2, не выделено. Отдельными точками выделяются ПМС-66 ст. Вихоревка, Ангасольский щебеночный завод (РПЗ), Тайшетский ШПЗ, локомотивные депо Иркутск-Сортировочный и Тайшет, а также вагонные депо Суховская-Южная, Нижнеудинск и Иркутск-Пассажирский. Большинство из этих предприятий могут быть выделены и по технологическим показателям. Так, в состав ВЧД-5 ст. Суховская-Южная, специализирующегося на ремонте и эксплуатации нефтебензиновых цистерн, входят две промывочно-пропарочные станции (ППС-5 ст. Южная и ГТПС-17 ст. Суховская). Вагонное депо ст. Нижнеудинск (ВЧД-2) является крупнейшим предприятием по деповскому и капитальному ремонту цистерн на железных дорогах России. Пассажирское вагонное депо ст. Иркутск-Пассажире кий (ВЧД-7) входит в состав Дорожной дирекции по обслуживанию пассажиров (НДОП) и представляет собой единственное предприятие такого рода на ВСЖД. Сходство (в пределах групп и подгрупп) и уникальность (для обособленных объектов) рассмотренных предприятий по технологическим показателям приводятся в табл. 3.4.
Следует отметить, что Тайшетский шпалопропиточный завод (ШПЗ) четко выделяется на фоне других рассмотренных предприятий, что во многом объясняется существенным отличием по технологическим показателям. Обособление данного предприятия наблюдается и при сравнении исследуемых объектов по компонентам 1 и 3, 1 и 4.
