Введение к работе
Актуальность темы. В период рыночных преобразований особенно актуальны проблемы устойчивого экономико-экологического развития природно-техногенных систем, в связи с чем увеличивается значимость управленческих решений, направленных на уменьшение антропогенной нагрузки, обеспечивающих необходимый здравоохранительный эффект и при этом не приводящих к снижению экономической эффективности хозяйственной деятельности. В существующих условиях, характеризующихся ограниченностью финансовых ресурсов, одновременное осуществление всех оздоровительных и природоохранных мероприятий вызывает существенные трудности. В связи с этим актуальной является задача внедрения в систему управления природоохранной деятельностью методологии оценки риска здоровью населения от воздействия факторов воздушной среды (ВС), которая позволит лицу, принимающему решения (ЛПР), ранжировать проблемные области и устанавливать приоритеты экологической политики.
Решение задачи управления уровнем загрязнения ВС в природно-техногенной системе территориальными природоохранными организациями - Управлениями Росприроднадзора в субъектах РФ, опирается на использование административных и экономических методов, характеризующихся недостаточной обоснованностью и лишь частично выполняющих возложенные на них функции по стимулированию предприятия к проведению природоохранных мероприятий. В связи с этим, важное значение приобретает задача совершенствования методов управления за счет внедрения методологии оценки риска здоровью групп населения от выбросов промышленных предприятий и использования результатов оценки риска, имеющих пространственно-территориальную привязку, для повышения обоснованности решений, принимаемых природоохранной организацией. Повышение степени обоснованности решений может быть достигнуто за счет повышения точности оценки риска здоровью населения от выбросов промышленных предприятий, учета площади загрязнения при построении пространственно-территориального распределения концентраций и зон риска с использованием геоинформационных технологий, введения мер экономического воздействия в виде штрафных санкций, определяемых исходя из величины риска здоровью населения. Ознакомление руководства предприятия с результатами оценки риска, в том числе возможными экономическими санкциями, может способствовать снижению уровня загрязнения ВС, при этом необходимо учитывать, что применение экономических воздействий не освобождает предприятие от необходимости реализации предписаний по снижению антропогенной нагрузки, невыполнение которых может повлечь меры административного управления в виде постановления о приостановлении или прекращении деятельности.
Проблеме оценки и анализа риска в природоохранной сфере с применением информационных средств посвящены работы Н.П. Тихомирова, В.М. Гранатурова, А.И. Иванова, В.А. Логиновой, И.М. Потравного, О.А. Пешковой, А.А. Кузьминой, А.Л. Рагозина, В.М. Улькаева. В работах отмечено, что оценка риска должна стать одной из основ принятия решений по предупреждению неблагоприятного воздействия экологических факторов на здоровье населения. Таким образом, необходимым условием обработки информации является интерпретация данных, полученных при оценке риска, с применением современных информационных технологий и ее представление в доступном и наглядном виде для своевременного принятия управленческих решений. Использованию геоинформационных технологий в работе природоохранных организаций посвящены труды Т.А. Моисеенковой, Г.С. Розенберга, А.Г. Терещенко, В.П. Добрицы, И.А. Уткиной. Отмечается, что геоинформационные системы (ГИС), содержащие экологический компонент, в последние годы разрабатывались во многих ведомствах, примерами являются ГИС «Север», «Байкал», «Экология-Вуктыл», «Госконтроль» и др. Основную массу функционирующих ГИС экологической направленности сформировали региональные подразделения Росприроднадзора. Вместе с тем существующие природоохранные ГИС не обеспечивают оценку риска здоровью групп населения от негативного воздействия факторов ВС и не реализуют возможность применения ее результатов для совершенствования методов управления природоохранной деятельностью.
Таким образом, актуальной является научно-техническая задача разработки модели, метода и алгоритма оценки и управления состоянием природно-техногенной системы на основе геоинформационных технологий, обеспечивающих информационную поддержку принятия обоснованных управленческих решений и совершенствование функционирования природоохранной организации.
Работа выполнена при грантовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере; Федерального агентства по образованию.
Целью диссертационной работы является повышение обоснованности решений, принимаемых региональными природоохранными организациями в области управления состоянием природно-техногенной системы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ состояния вопроса управления уровнем загрязнения воздушной среды природно-техногенной системы и оценки риска воздействия ее загрязнения на здоровье населения. Обоснование направления исследования.
2. Разработка алгоритма оценки риска здоровью населения от выбросов промышленных предприятий и построения пространственно-территориального распределения концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) в воздушной на основе модифицированной модели расчета рассеивания ЗВ в атмосфере.
3. Разработка метода расчета платы за выбросы в атмосферу от объектов загрязнения с учетом риска совместного воздействия загрязняющих веществ на состояние здоровья групп населения, позволяющего уточнить сумму платы и увеличить стимулирующую функцию метода управления объектами загрязнения.
4. Разработка структурно-функциональной организации системы информационной поддержки принятия решений в области управления уровнем загрязнения воздушной среды природно-техногенной системы с использованием геоинформационных технологий.
5. Разработка базовых элементов специального программного обеспечения и экспериментальная проверка результатов исследования.
Объектом исследования является система информационной поддержки принятия решений для управления состоянием природно-техногенной системы.
Предметом исследования являются модель, метод и алгоритм оценки и управления состоянием природно-техногенной системы для совершенствования функционирования природоохранной организации.
Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту.
1. Модифицированная модель Пасквилла-Гиффорда, позволяющая уточнить расчет значений концентраций загрязняющих веществ путем учета зависимости скорости ветра от высоты измерения показателей выброса, и алгоритм оценки риска здоровью групп населения от выбросов промышленных предприятий и построения пространственно-территориального распределения концентраций загрязняющих веществ в воздушной среде. Отличительное свойство алгоритма заключается в учете при ранжировании рисков дифференциации населения по группам, что обеспечивает ЛПР возможность выбора приоритетных мероприятий по минимизации уровня риска, а также непосредственном учете модифицированной модели Пасквилла-Гиффорда на этапе расчета и построения пространственно-территориального распределения концентраций ЗВ.
2. Метод расчета платы за выбросы в атмосферу от объектов загрязнения, отличающийся введением в базовый норматив платы повышающего коэффициента, учитывающего риск совместного действия загрязняющих веществ на состояние здоровья групп населения, а также использованием системы штрафов, основанной на дифференцированной шкале ставок, позволяющий уточнить сумму платы, увеличить стимулирующую функцию метода управления состоянием воздушной среды и предоставить ЛПР возможность выбора уровня платы в зависимости от величины риска здоровью групп населения.
3. Структурно-функциональная организация системы поддержки принятия решений, включающая базы данных показателей воздушной среды и объектов загрязнения, расчетные модули, реализующие разработанный алгоритм оценки риска и построения пространственно-территориального распределения концентраций загрязняющих веществ в воздушной среде, модуль расчета платы за выбросы, тематические электронные карты и интерфейс пользователя, обеспечивающая расчет показателей, необходимых для принятия решений природоохранными организациями при управлении уровнем загрязнения воздушной среды, и визуализацию полученных результатов с помощью разработанного компонента интегрированной картографии.
Соответствие паспорту специальности. Согласно паспорту специальности 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах, проблематика, рассмотренная в диссертации, соответствует п. 5 области исследования: «Разработка специального математического и программного обеспечения систем управления и принятия решений в социальных и экономических системах».
Практическая ценность. 1. Разработаны базовые элементы специального программного обеспечения, осуществляющего: расчет приземных концентраций загрязняющих веществ, выбрасываемых объектами загрязнения, оценку риска здоровью групп населения от аэрогенного воздействия и расчет платы за загрязнение окружающей среды; ведение баз данных соответствующей атрибутивной информации; визуализацию полученных результатов на электронной карте. 2. Разработанная структурно-функциональная организация системы информационной поддержки принятия решений в области управления уровнем загрязнения воздушной среды природно-техногенной системы используется в учебном процессе при изучении специальных дисциплин.
Реализация результатов исследований. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные в работе, были внедрены в практическую деятельность Управления Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзора) по Курской области, а также используются в учебном процессе Юго-Западного государственного университета при изучении дисциплин «Управление охраной окружающей среды» и «Информационные технологии в прогнозировании и предупреждении риска в чрезвычайных ситуациях».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Рациональное природопользование» (Ярославль, 2008 г); Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2008); Международной конференции «Распознавание» (Курск, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Приоритетные направления современной науки глазами молодых ученых» (Рязань, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Управление в социальных и экономических системах» (Пенза, 2008, 2009 гг.); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда» (г. Курск, 2010 г.).
Публикации. Результаты диссертации отражены в 17 печатных работах, из них 8 статей (3 в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых ВАК). Получены 4 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соавтором проведен анализ основных задач, решаемых природоохранной организацией в области управления состоянием воздушной среды, и возможность применения ГИС для совершенствования функционирования Управлений Росприроднадзора [5, 6], рассмотрены автоматизированные информационные системы, используемые в природоохранной деятельности [7], разработан алгоритм построения пространственно-территориального распределения концентраций загрязняющих веществ в воздушной среде [9], предложена структурно-функциональная организация геоинформационной системы поддержки принятия управленческих решений природоохранными организациями [1, 8], разработана архитектура ее программного обеспечения [2].
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (99 наименований) и 1 приложения, изложена на 159 страницах основного текста, включает 22 таблицы и 26 рисунков.
