Введение к работе
Актуальность темы исследования. Россия занимает первое место в мире по запасам древесины, совокупный объем которой составляет 81,9 млрд. м3, в том числе спелых и перестойных лесонасаждений около 44,1 млрд. м3. Ежегодный прирост древесины составляет около 970,4 млн. м3, а расчетная годовая лесосека по разным оценкам - примерно 400-600 млн м3, из которой осваивается только 25-30% или 120-150 млн. м3. Иркутская область относится к многолесным регионам России: 71,5 млн. га или 83,1% её территории покрыто лесом. Общий запас древесных насаждений составляет более 9 млрд. м3 (или 12% от общего запаса древесных ресурсов страны), в том числе по хвойным породам -7,53 млрд. м3. Средний запас древесины на 1 га составляет 140 м3, при этом в хвойных насаждениях - 164,7 м3, в мягколиственных - 95,2 м3. Однако расчетная лесосека составляющая 52 млн. м3 осваивается не более, чем на 50%. Такой низкий уровень освоения лесных ресурсов во многом обусловлен отсутствием необходимой транспортной сети в многолесных районах (особенно на территории Сибири и Дальнего Востока), удаленностью потребителей древесины (в первую очередь деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных предприятий) от лесосырьевых баз, слабой инфраструктурой для лесозаготовительных производств. Учитывая, что доля затрат на строительство дорог и транспортировку древесины в лесозаготовительном производстве может достигать более половины себестоимости конечной продукции, вопрос рационального расположения лесотранспортной сети носит чрезвычайно важный характер, поскольку от его решения зависит экономическая эффективность деятельности лесозаготовительных предприятий и лесной отрасли в целом. Большое значение имеют методы оценки экономической доступности лесных участков в эксплуатационных лесах. В связи с этим актуальной задачей является разработка научно обоснованного метода определения пространственного расположения транспортной сети для интенсивного освоения лесосырьевых баз (на примере предприятий Иркутской области). Работа выполнена в соответствии с перечнем приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РФ, утверждённым Указом Президента РФ № 899 от 7 июля 2011 г. и соответствует направлению: рациональное природопользование.
Степень разработанности проблемы. Вопросами поиска оптимальной лесотранспортной сети занимались Абдряшитов Р.И., Матвеенко Л.С., 1976, Борисов Г.А., 1978, Алябьев В.И., Кувалдин Б.И., Грехов Г.Ф., 1990, Салминен Э.О., 1990, Tan J.M., 1992, Ларионов В.Я., 2003, Гладков Е.Г., 2003, Мохирев А.П., 2008, Enache А., 2009, Бавбель Е.И., 2009, и другие исследователи. Методы определения категорий дорог и очередности их строительства в зависимости от сезона заготовки и вывозки древесины предложены Суриковым В.Т., 1992, Ols-son L., 2004, Тюриным А.Н., 2010, Громской Л.Я., 2012 и др. Большое количество работ посвящено вопросам оптимизации транспортно-технологических процессов (ТТП) вывозки древесины (Dean, 1997, Камусин А.А., 1998, Сушков СИ., 2004, Редькин А.К., Якимович СБ., 2005, Рябухин П.Б., 2008, Карпачев С. П., 2008, Samani К.М., 2010, и др.). Неотъемлемым этапом выбора лесотранс-
портной сети является определение доступности участков лесного фонда - такие исследования отражены в работах Иванюты В.М., Кожухова Н.И., Моисеева Н.А., 1983, Ковалева Р.Н., 1993, Болотова О.В., Ельдештейна Ю.М., Прива-лихина А.И., 1997, Hosseini, S.A., 2003, Naghdi, R., 2008, и др. Цель исследования заключается в разработке способа нахождения рациональной транспортной сети для освоения лесных массивов с различными породным составом и запасом древесины и разными природно-климатическими условиями. Основные задачи исследования:
-
выявить особенности строительства лесовозных дорог и организации процесса лесозаготовок в Иркутской области с учетом климатических условий, рельефа, грунтов, текущего состояния дорожной сети;
-
разработать алгоритм поиска рационального пространственного расположения лесотранспортной сети на основе методов математического моделирования (в частности инструментария теории графов), позволяющий оптимизировать расходы на строительство дорог и транспортировку древесины;
-
разработать метод определения доступных для освоения лесных участков на основе экономической оценки находящегося на них древостоя;
-
разработать рекомендации по освоению лесных участков и строительству дорог в зависимости от лесоводственно-таксационных характеристик насаждений, существующей дорожной сети и особенностей местности;
-
разработать способ оценки экономического эффекта от освоения лесосы-рьевых баз с учетом производственных мощностей и технологий лесозаготовок предприятия, а также конъюнктуры рынка лесной продукции (средние цены и уровень спроса на различные породы древесины).
Объект исследования: лесосырьевые базы и транспортная сеть в эксплуатационных и резервных лесах Иркутской области.
Предмет исследования: способ выбора лесотранспортной сети; метод оценки экономической доступности лесных участков; оптимизация ТТП вывозки древесины.
Методология и методы исследования: системный анализ, методы математического моделирования (в частности инструментарий теории графов и симплекс-метод линейного программирования), картографическое моделирование средствами геоинформационных систем. При разработке способа нахождения лесотранспортной сети и проведении экспериментальных исследований использовались геоинформационная система «Maplnfo», система автоматизированного проектирования «AutoCAD», программные пакеты «Microsoft Office» и "MathLab", графический редактор "Adobe Photoshop", визуальная среда для работы с графами «Графоанализатор 1.3».
Научная новизна. Разработан алгоритм поиска рациональной транспортной сети с помощью инструментария теории графов. Предложен метод оценки двухуровневой экономической доступности лесных участков. На основе ГИС-технологий разработан способ построения цифровой модели местности (ЦММ),
отражающей природно-климатические условия, характеристику лесного фонда и существующую транспортную сеть. Выведена формула оптимизации транс-портно-технологических процессов вывозки древесины.
Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенный способ выбора лесотранспортной сети может быть использован лесозаготовительными компаниями и предприятиями лесного хозяйства при разработке проектов по освоению сырьевых баз на территории Иркутской области, а также проектными организациями при реализации отраслевых программ по освоению лесов на местном, региональном и федеральном уровнях. Результаты исследований также могут применяться в образовательном процессе. Разработанный способ позволяет снизить сметную стоимость транспортного освоения лесосырьевых баз в размере 6-8% от общих расходов на освоение лесосырьевых баз (в т.ч. затраты на строительство дорог и вывозку древесины) по сравнению с традиционными методами выбора транспортной сети, одновременно существенно сокращая время на её поиск и повышая качество управления лесными ресурсами. Положения, выносимые на защиту:
алгоритм выбора лесотранспортной сети на основе инструментария теории графов (построение минимального остовного дерева — дерева Прима), учитывающий объем транспортируемой древесины;
способ построения цифровой модели местности (ЦММ), отражающей природно-климатические особенности и таксационные характеристики лесосырьевых баз с использованием ГИС-технологий;
метод определения экономической доступности лесных ресурсов в зависимости от основных рентообразующих факторов (себестоимость лесозаготовительных работ, строительства лесных дорог и транспортировки древесины);
обоснование критериев оптимальности пространственного расположения лесотранспортной сети;
способ оптимизации транспортно-технологических процессов вывозки древесины на основе симплекс-метода линейного программирования.
Достоверность результатов. Научные положения и выводы диссертации основаны на больщом объеме фактических данных, полученных по материалам лесоустройства, проектной документации лесозаготовительных предприятий и проведении экспериментальных исследований. Выполнение измерений согласно государственным и отраслевым стандартам, обработка результатов при использовании методов математической статистики и моделирования с применением современных средств вычислительной техники, обеспечили достаточную точность и адекватность выводов при проведении исследований. Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических международных и всероссийских конференциях: Международная научно-практическая конференция «Теория и практика актуальных исследований» (Краснодар, 2012); III Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука XXI века: новый подход» (Санкт-Петербург, 2012); I International Academic
Conference on Applied and Fundamental Studies (St. Louis, Missouri, USA, 2012); «Проблемы современной науки» (Ставрополь, 2012); XI Всероссийская научно-практическая конференция «Стратегия устойчивого развития регионов России» (Новосибирск, 2012); X Международная научно-техническая конференция «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2010); VIII (XXX) Всероссийская научно-техническая конференция (Братск, 2009). Реализация диссертационной работы. Полученные результаты использованы Территориальным отделом Агентства лесного хозяйства Иркутской области по Падунскому лесничеству при организации лесохозяйственных работ; использованы в проектной деятельности ООО «Лесные инновации» при разработке технических предложений по обоснованию транспортного освоения лесных участков на территории Иркутской области; внедрены в учебный процесс в качестве лекционного материала по дисциплинам «Транспорт леса» и «Проектирование лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» при подготовке бакалавров Братского государственного университета по направлению 250400 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств». Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют пункту 15 «Обоснование схем транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений» паспорта специальности 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства».
Личное участие автора. Автором предложена методика исследования. Разработан алгоритм поиска рационального пространственного расположения лесо-транспортной сети с использованием ГИС-технологий и инструментария теории графов. Проведен сбор и анализ экспериментальных данных по исследуемой территории и выполнены расчеты для оценки экономического эффекта от использования разработанного метода. Предложен метод оптимизации транс-портно-технологических процессов вывозки древесины.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных списком ВАК Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, общих выводов, списка литературы, содержащего 265 наименований. Содержание работы изложено на 181 странице машинописного текста, включая иллюстративный материал и приложения (32 таблицы и 26 рисунков).
