Введение к работе
Актуальность исследования.
Проблемы сохранения природы, экологической безопасности различных видов деятельности человека и связанной с ними безопасности его жизнедеятельности и здоровья крайне актуальны в настоящее время. Это не только вопрос сохранения природной среды, но и вопрос сохранения человеческой цивилизации, созданной самим же, человеком. Как заметил известный французский учёный-энтомолог Ж.А. Фабр ещё в 1907г.:“Человек погибнет, убитый непомерным ростом того, что он называет цивилизацией”.
В последние 15 лет по вопросам, связанным с экологической безопасностью и оценкой экологического состояния в разных сферах деятельности человека, посвящены работы Владимирова В.В., Воробьёва В.И., Графкиной М.В., Гутенева В.В., Забегаева А.В., Ильичёва В.А., Коломыц Э.Г., Кононович Ю.В., Курбатовой А.С., Лобановой Е.А., Марчук Г.И., Маршалкович А.С., Минина А.А., Негребова А.И., Передельского Л.В., Пермякова Б.А., Потапова А.Д., Приходченко О.Е., Пряхина В.Н., Пупырёва Е.И., Сидоренко В.Ф., Слесарева М.Ю., Стойкова В.Ф., Теличенко В.И., Тетиор А.Н., Хомич В.А., Черп О.М., Шмаль А.Г., Щербины Е.В. и других авторов.
Наиболее сильно воздействие техногенных факторов на здоровье людей и качество их жизни проявляется в крупных населённых пунктах, где различные техногенные системы концентрируется в местах проживания людей на компактной территории.
Особую роль в наступлении на окружающую среду играет отрасль строительства, благодаря которому и создаются все виды техногенных систем - создаются промышленные объекты, реализуются новые технологии, строятся города.
В настоящее время сформировались различные способы и методы решения задачи оценки воздействия строительства на окружающую среду.
Однако, все виды и способы оценки состояния экологической системы носят локальный характер. Чаще всего это оценка какого-то одного или ограниченного количества элементов системы в определённый момент времени, что не даёт общего представления об экологическом состоянии всей системы и о возможных изменениях во времени.
Применение системного подхода затрудняется сложностью получения исходной информации, сложностью расчётов, отсутствием методологии расчётов.
Существует проблема межведомственной, межгосударственной разобщённости в сборе информации о состоянии окружающей среды, в обработке информации и её использовании. В связи с этим, отсутствует единая картина экологического состояния даже самой небольшой экосистемы или территориального образования.
И хотя все экологические проблемы носят глобальный характер и не имеют ведомственных, территориальных, государственных границ, но до настоящего времени не создана единая система мониторинга и оценки экологического состояния сколь-нибудь большой экосистемы с экстраполяцией тенденций в будущее. А известный набор методов и инструментов оценки экологической ситуации не обеспечивают нужного уровня достоверности.
В данной диссертационной работе сделана попытка решить вышеописанные проблемы в экологии с помощью разработанных автором научных основ и методологии формирования системы оценки экологической безопасности строительства.
В связи с этим в качестве научной основы исследования вводится новое концептуальное понятие - «система оценки экологической безопасности строительства»- система ОЭБС (СОЭБС), которое является смысловой основой и целью данной работы. Понятие «система оценки экологической безопасности строительства» включает новые методологические подходы к оценке, новые модели и методы оценки, информационное обеспечение, организационную структуру оценки и принятия решений, механизм оценки, механизм контроля и механизм принятия решений при угрозе отклонения показателей системы от заданных.
Система оценки экологической безопасности – это система учёта множества разнородных элементов воздействующих на систему окружающей среды (далее - системы) и классификации интегрированного состояния системы с учётом её эмерджентности.
Информационная составляющая системы является её основой. Она состоит из множества звеньев, связанных друг с другом и объединённых единой целью. Каждое информационное звено выполняет свою локальную задачу. Несколько звеньев упорядоченных по какому-то потоку образуют информационную цепочку. Полное множество звеньев, взаимосвязанных между собой в общем информационном потоке составляют информационное поле.
Для оценки возможного ущерба системе предложен новый методологический подход к оценке воздействия на окружающую среду, получивший название - «метод обратной связи».
В основе метода обратной связи лежит принцип оценки воздействия на окружающую среду не по суммарным количественным показателям оценки, а по обратной реакции на такое воздействии основного элемента окружающей среды, подвергающегося техногенному воздействию. Таким элементом может быть человек и живая природа. В связи с этим, возникает необходимость ввести единый критерии оценки экологической безопасности различных экосистем и ввести классификацию уровней безопасности экосистем от устойчивого, когда состояние экосистемы находится в сбалансированном состоянии, до критического. Причём, единый критерий для искусственной и естественной экосистем будет разным, в связи с тем, что в искусственной экосистеме основным объектом воздействия является человек, а в естественной экосистеме живая природа – биотоп с населяющим его биоценозом.
Предлагаемые научные основы и методы формирования оценки воздействия какого-либо элемента на систему базируются на следующих трёх принципах:
- непрерывности во времени;
- неограниченности в пространстве;
- полноценности информации.
В диссертационной работе предложена экологическая парадигма прогнозной оценки воздействия элемента на систему (строительного объекта на окружающую среду) – детерминированная «планетарная модель», непрерывная во времени и пространстве, обеспечивающая комплексную полноценную информацию.
Оценка методом детерминированной «планетарной модели» позволят получить количественные и качественные характеристики как прямого загрязнения и воздействия объекта на окружающую среду (с применением традиционных методов: матриц, сетей, списков и т.д.), так и эмерджентного опосредованного воздействия.
В качестве основного критерия эмерджентного опосредованного воздействия строительного объекта на окружающую среду урбанизированных территорий предложен фактор степени концентрации объектов строительства на ограниченной территории. Степень концентрации выражается коэффициентом ksk, который напрямую связан с экологической безопасностью. Методика расчёта коэффициента ksk, приведена в диссертационной работе.
На основе детерминированной «планетарной модели» строится пространственная пятимерная экологическая модель окружающей среды.
Пятимерная модель представляет собой количественный и (или) качественный показатель состояния системы (или элемента в системе) в заданный момент времени в точке с координатами в трёхмерном пространстве. Для объекта в трёхмерном пространстве это координаты по географической широте и долготе, а третьей координатой является точка относительно поверхности земли (или воды для водных объектов), независимо от места нахождения источника воздействия. Пятимерная модель является базовой основой метода непрерывной оценки, предложенного в диссертации. Оценка экологического состояние системы при техногенном воздействии элемента (строительного объекта, строительного комплекса и т.д.) методами математического моделирования, простым расчётным методом или методом экологического мониторинга (а состояние системы в будущем времени - методами прогнозирования) с помощью пятимерной модели позволяет в режиме on-line обеспечивать перманентную оценку состояния окружающей среды как в момент производства строительных работ, так и в период эксплуатации.
Реализация описанных выше научных основ, методологических подходов, методов оценки экологической безопасности строительства возможно только при создании системы оценки экологической безопасности строительства (СОЭБС), организационной структуры СОЭБС. Принципы формирования и функционирования СОЭБС изложены в V и VI главах диссертации.
Учитывая выше сказанное можно констатировать, что данная диссертационная работа актуальна как с позиций оценки состояния окружающей среды естественных экосистем, так и с позиций безопасности жизнедеятельности человека и общества.
Актуальность данного исследования также состоит в том, что разработанные принципы, методы и модели оценки воздействия на окружающую среду направлены на обеспечение устойчивого развития технического прогресса для удовлетворения потребностей настоящего времени без ущерба для экологии, безопасности жизнедеятельности людей, качеству жизни и их здоровью.
Объектом исследования являются системы оценки экологической безопасности строительства.
Система ОЭБС характеризует себя сложным взаимодействием информационных, организационных, технических, научных компонентов на различных уровнях управления экологической безопасностью.
Структура компонентов системы ОЭБС может содержать организационные, правовые, материально-технические, информационные, кадровые, финансово-экономические и другие виды обеспечения.
Система ОЭБС организационно может функционировать и быть взаимосвязана с территориальным образованием урбанизированных территорий, с экосистемой.
Система ОЭБС может содержать в своей структуре функциональные подсистемы мониторинга, экспертизы, моделирования, управления, экономики и другие.
Предметом исследования являются: концепция устойчивого состояния системы, классификации воздействующих факторов, классификация состояния экологической системы, принципы учёта воздействующих факторов, подходы к идентификации процессов в системе ОЭБС и интерпретации экологической устойчивости, методы оценки воздействия элемента окружающей среды на всю систему в целом, методики моделирования процессов и построения системы ОЭБС.
Цель диссертации: разработка научных основ и методов формирования системы оценки экологической безопасности урбанизированных территорий, которые обеспечат возможность поддержания устойчивого состояния окружающей среды на уровне её адаптационных возможностей, обеспечат в итоге сохранение природы, безопасность жизнедеятельности и здоровье человека с помощью новых методов и моделей оценки воздействия строительства на окружающую среду.
Задачи исследования вытекают из темы диссертационной работы и заключаются в изучении существующих подходов, методов оценки экологической безопасности окружающей среды и разработке новых, отвечающих современным потребностям общества и человека.
Главной задачей исследования является разработка комплексной универсальной системы оценки состояния окружающей среды, обеспечивающей её безопасность, на основе применения новых методов и принципов оценки и математических моделей воздействия отдельных элементов на всю систему.
Задачами диссертации являются: исследование, анализ существующих моделей оценки, их применение для целей исследования, формирование методологии оценки степени устойчивости состояния окружающей среды, формирование критериев устойчивости системы ОЭБС.
Исследования также направлены на создание информационно-управляющей модели состоянием окружающей среды.
Общий перечень задач, решаемых при выполнении диссертационной работы:
1. Исследовать причины появления и развития негативных экологических тенденций в окружающей среде:
2. Исследовать условия равновесия между обществом и природой – основными составляющими и наиболее значимыми элементами окружающей человека среды. Исследовать воздействие элемента окружающей среды (в частности объекта строительства) на окружающую среду.
3. Исследовать состояние окружающей среды основных экосистем и оценить условия их безопасности для жизнедеятельности человека, а также воздействие строительства на них.
4. Исследовать существующие системы оценки экологической безопасности окружающей среды.
5. Разработать научные основы методологии и подходы к формированию систем ОЭБС.
6. Разработать научные основы и подходы к формированию моделей и методов оценки экологической безопасности строительства.
7. Разработать модели и методы оценки состояния окружающей среды для различных экосистем.
8. Разработать систему оценки экологической безопасности строительства (СОЭБС).
Методология, методики и методы исследований.
В качестве методологии используем концепцию «устойчивого развития», требования стандартов ИСО 10303, 14000, 9000. В качестве методики – системный анализ, в качестве методов исследования используем классификацию информации, методы оптимизации, логистики и методы прогнозирования.
Для исследования количественных характеристик используем различные математические методы, в том числе линейного программирования.
Для исследования устойчивости системы используем критерии теории устойчивости по Ляпунову А.М..
При выработке концептуальных подходов к формированию систем ОЭБС используем средства имитационного моделирования.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается применением современных методов обработки и анализа статистической информации. Кроме того полученные результаты могут быть проверены при повторении расчётов и экспериментов, проводимых на математических моделях.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Гипотеза: экологическую безопасность строительства (ЭБС) обеспечивает комплексная многофакторная оценка его воздействия на окружающую среду, перманентно осуществляемая в течение всего жизненного цикла объекта, на основе разработанных автором критериях безопасности, методах оценки ЭБС с учётом опосредованного воздействия объекта на окружающую среду, в том числе:
- критерии и математическая интерпретация устойчивости - основа модели экологической безопасности естественной и искусственной (урбанизированной территории) экосистем;
- классификация уровней экологической безопасности естественных и искусственных (для урбанизированных территорий) экосистем;
- модель оценки экологической безопасности строительства.
2. Инновационная методология формирования систем оценки экологической безопасности строительства базирующаяся на:
- методе обратной связи;
- методе оценки состояния окружающей среды – детерминированной «планетарной модели»;
- методике оценки эмерджентного опосредованного воздействия на окружающую среду урбанизированных территорий на основе критерия оценки - степени концентрации строительства;
- оценке вероятности появления «эффекта экологического резонанса».
3. Инновационная информационно-организационная модель формирования, функционирования и принятия решений системы оценки экологической безопасности строительства (СОЭБС), основанная на разработанных автором моделях, методах и алгоритмах:
метод непрерывной оценки воздействия строительного объекта на окружающую среду;
пятимерная экологическая модель состояния окружающей среды;
экономико-логистические информационные математические модели;
инновационный алгоритм функционирования СОЭБС.
Научная новизна.
К наиболее существенным новым научным результатам диссертационной работы относятся:
1. Разработаны инновационные подходы к формированию систем оценки экологической безопасности строительства:
- разработаны единые критерии оценки (ЕКО) экологической безопасности искусственных и естественных экосистем;
- разработана классификация уровней экологической безопасности естественных и искусственных экосистем;
- разработана модель оценки экологической безопасности и устойчивости экосистем на основе биотопа.
2. Разработан комплексный метод оценки воздействия техногенных факторов строительства на экологические системы, в том числе:
- экологическая парадигма – детерминированная «планетарная модель», позволяющая оценить техногенное воздействие строительного объекта на окружающую среду и всей взаимосвязанной с ним инфраструктуры объектов поставщиков ресурсов, объектов по утилизации различных продуктов жизнедеятельности основного объекта в местах их размещения;
- метод оценки эмерджентного опосредованного воздействия строительного объекта на окружающую среду;
- методика оценки - «степени концентрации объектов строительства» урбанизированных территорий;
- оценка вероятности появления «эффекта экологического резонанса».
3. Разработана методология формирования систем оценки экологической безопасности строительства, на основе новых принципов, подходов к формированию оценки состояния окружающей среды, которая позволяет комплексно решать все вопросы, связанные с проблемой экологической безопасности строительства и территориальной единицы.
4. Разработана инновационная информационно-организационная модель системы оценки экологической безопасности строительства на основе:
- метода непрерывной оценки;
- пятимерной модели воздействия строительного объекта на окружающую среду;
- метода обратной связи.
Практическая значимость.
Предложенная в диссертации гипотеза обеспечения экологической безопасности строительства через комплексную многофакторную оценку его воздействия на окружающую среду позволяет проводить исследования методов, моделей оптимального функционирования систем оценки для обеспечения непрерывного контроля состояния окружающей среды и её экологической устойчивости.
Предложенный в диссертации метод оценки состояния окружающей среды – детерминированная «планетарная модель», позволяет всесторонне учитывать техногенное воздействие от исследуемого объекта (системы), в месте его расположения, а также техногенную нагрузку в зоне его обслуживания, с учётом прямых и косвенных факторов.
Предложенный в диссертации метод оценки эмерджентного опосредованного воздействия объекта строительства на окружающую среду урбанизированных территорий на основе критерия степени концентрации объектов строительства (недвижимости), позволяет на этапе выбора площадки строительства оценивать уровень экологической безопасности территории и допустимость нового строительства на ней без ущерба здоровью населения и качеству его жизни с непосредственной оценкой показателя критерия степени концентрации, что решает важную хозяйственно-градостроительную проблему.
Предложенная в диссертации модель оценки степени устойчивости позволяет классифицировать экологические системы по суммарной техногенной нагрузке, своевременно принимать меры по стабилизации положения системы.
Разработанный автором метод непрерывной оценки на основе системы ОЭБС и пятимерной модели экологического состояния системы позволяет в режиме on-line отслеживать изменение состояния экологической системы в данное время и в данной точке пространства.
Инновационная информационно-организационная модель системы ОЭБС, позволяет осуществлять непрерывную оценку экологического состояния системы и управлять её экологической безопасностью.
Реализация результатов.
