э к о л о г и я . РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ УДК 681.324:354(478)+504.062 НАУЧНО-ИННОВАЦИОННЫЙ ПОДХОД к РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСБ Доктора техн. наук, профессора ВОЙТОВ И. В., ГАТИХМ. А., кандидаты техн. наук ЛИС Л. С., РЫБАК В. А. Государственный комитет по науке и технологиям Республики Беларусь, Белорусский институт системного анализа, Институт проблем использования природных ресурсов и экологии НАН Беларуси, Академия управления прш Президенте Республики Беларусь В настоящее время в соответствии с Указом Президента Республики Беларусь от 26 марта 2007 г. № 136 «О государственной программе инновационного развития Республики Беларусь на 2007-2010 годы» и постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 25 апреля 2007 г. № 523 «Об утверждении Плана реали­ зации Государственной программы иннова­ ционного развития Республики Беларусь на 2007-2010 гг.» (ГПИР РБ) в Беларуси реализу­ ется Государственная программа инновацион­ ного развития, в основу которой положен План реализации ГПИР РБ на 2007-2010 гг. [1]. Научно-инновационное и научно-техниче­ ское обеспечение, разработка инновационных проектов для усовергпенствования технологи­ ческих процессов на основе НИР и НИОКР, научно обоснованная оценка и управление эко­ лого-экономической эффективностью рацио­ нального природопользования и охраной окру­ жающей среды (ОС) - один из важных этапов инновационной деятельности и инновационно­ го развития отраслей экономики Республики Беларусь [2, 3]. В данной статье изложены только принци­ пы нового инновационного подхода к проблеме управления качеством природных сред, осно­ ванного на структурно-алгоритмическом ана­ лизе, оценке управления основными компонен­ тами ОС с достаточным количеством ссылок на научно-техническую литературу, в которой приведено необходимое информационно-ана­ литическое обеспечение для регпения соответ­ ствующих проблемных задач [4-7]. Реализация проекта предполагается научными коллектива­ ми Государственного комитета по науке и тех­ нологиям Республики Беларусь, Белорусского института системного анализа и информацион­ ного обеспечения научно-технической сферы. Академии управления при Президенте Респуб­ лики Беларусь, Научно-исследовательского экономического института Министерства эко­ номики Республики Беларусь. Современные тенденции эколого-экономи­ ческого развития многих стран требуют при­ стального внимания к проблемам сохранения качества окружающей среды. Одно из важных регпений таких задач связано с разработкой ме­ тодов оценки и управления экологическим со­ стоянием природных компонентов, их возмож­ ной трансформации под воздействием все на­ растающих технологических нагрузок. В связи с этим в отечественной и зарубежной литерату­ ре много работ посвящено вопросам методоло­ гии природоохранной деятельности, разли­ чающихся как методами анализа и оценок со­ стояния ОС, так и практическими задачами для регпения данной глобальной проблемы [4-27]. Одним из первых этапов созданггя инфор­ мационной технологии оценки и управления качеством ОС была разработка автоматизггро- ванной информационно-аналитической систе­ мы (ИАС) формирования и ведения информа­ ционного обеспечения в составе кадастровых и других баз данных, отражающггх прггродно- ресурсный потенциал (ПРП) административ­ Вестник БИТУ, № 2, 2009 67 Экология. Ресурсосбережение ных территорий (ИАС «Кадастры»), разработка которых закреплена за Минприроды Республи­ ки Беларусь, включая и создание ИАС «Када­ стры» [5]. ИАС предназначена только для под­ держки принимаемых решений, а само управ­ ление должно базироваться с учетом государст­ венных интересов. На рис. 1 изображена функциональная структура информационно-аналитической сис­ темы анализа, оценки и управления качеством основных природных компонентов ОС. Представленные здесь функциональные бло­ ки осуществляют программно-аналитическую, пользовательскую, методологическую и техни­ ческую связь между объектами автоматизации (территории, ПРИ) и другими компонентами автоматизированной информационной систе­ мы: информационным обеспечением в виде многоцелевой базы данных (МБД), аналитиче­ скими блоками, основными подсистемами, пользователями и потребителями результатов создаваемой ИАС. Программное обеспечение (ПО) для реали­ зации всех функций создаваемой системы сфор­ мулировано в виде отдельных подсистем оформленного в виде единой программной сре­ ды (пользовательской оболочки) открытого мо­ дульного типа. Каждую из подсистем можно дорабатывать, углублять, дополнять отдельны­ ми функциями в зависимости от предметного содержания ИО и комплекса решаемых задач. На данном этапе в составе ПО предусмотрены следующие подсистемы: 1) формирования и ведения многоцелевой базы кадастровой, оперативной и другой ин­ формации; 2) организации сбора, обработки и управле­ ния кадастровой и другой информацией для целей анализа и оценки экологического состоя­ ния основных природных сред; 3) формирования и ведения метаданных об источниках информации, организациях - разра­ ботчиках кадастров, структуры и состава МБД; 4) многомерного анализа данных для оцен­ ки состояния ПРП и поддержки принимаемых решений в области природоохранной деятель­ ности; 5) отображения и выдачи данных о состоя­ нии ПРП в административных регионах на ос­ нове ГИС-технологии. Наиболее важным блоком в составе ИАС является также блок информационно-аналити­ ческого обеспечения реализации функций сис­ темы. Основные расчетные зависимости для оценки экологического состояния администра­ тивных районов Республики Беларусь пред­ ставлены на алгоритмической схеме (рис. 2). Для широкой проверки и отработки всех показателей в составе индексов Ипэп, Ихо, ко­ эффициентов ібр и Шэе (индекс природно-эколо­ гического потенциала, индекс хозяйственной освоенности, коэффициенты экологической раздробленности и меры экологической сопря­ женности соответственно) были выбраны 12 ад­ министративных районов в географических ре­ гионах Беларуси: юго-западном, северном, цен­ тральном и юго-восточном. В качестве техно­ генных нагрузок учитывались промышленная, сельскохозяйственная, транспортная и демо­ графическая [7]. В рамках решения проблемы анализа, оцен­ ки и управления качеством ОС наиболее зна­ чимым является информационно-аналитиче­ ское обеспечение эко лого-экономической оцен­ ки состояния природно-ресурсного потенциала (ЭЭОС ПРП) административных территорий, включающее необходимое количество расчет­ ных уравнений, информацию об источниках воздействия на природные среды и алгоритми­ ческую схему последовательности оценок ос­ новных показателей ЭЭОС ПРП. На рис. 3 представлена алгоритмическая схема расчета обобщенных показателей состояния природно­ территориальных комплексов (ПТК) админист­ ративных территорий, включающая в себя ран­ говые оценки экологического состояния ПТК и расчетные формулы для оценки условий про­ живания населения на административных тер­ риториях (АТ). Для упрощения управления качеством при­ родных сред должны быть выбраны такие пока­ затели, которые адекватно отображали бы сравнительную оценку их экологического со­ стояния, отличались простотой в измерении и реализации и были общепринятыми в сфере природоохранной деятельности. В качестве та­ ких показателей в [17, 19] рекомендуется ин­ дексный подход, который широко используется и оправдал себя, например в Российской Феде­ рации. 68 Вестник БИТУ, № 2, 2009 Экология. Ресурсосбережение 70 Вестник БИТУ, № 2, 2009 Экология. Ресурсосбережение Комплексная оценка эколого-экономиче­ ского состояния ПРП. В [17, 19] комплексную оценку экологического состояния ПРП предла­ гается выполнять, используя систему уравне­ ний' Экономическая составляющая оценки мо­ жет быть также выражена через величину пре­ дотвращенного ущерба, отражающего улучше­ ние качества окружающей среды администра­ тивных территорий. Если для всех N компонентов среды их ин­ дексы R качества соответственно равны их стандартам, то принимается Р = Pq. Если все индексы R всех компонентов не превышают их стандарты (7?, < Род, то принимается Р = Р2. Если все индексы R всех Rq компонентов пре­ вышают их стандарты (Rj > Род, то принимает­ ся Е = Ро+ Р\. Контроль качества окружающей среды - одна из важнейших функций инспекционных служб районно-областных и республиканских структур Минприроды. Укрупненную форма­ лизацию процесса контроля за загрязнением природных сред - АВ, ВО и 1111 можно реали­ зовать следующим образом [27]. Введем обо­ значения: - плановоеч ч ч (нормативное) экологическое состояние /-го загрязнителя (ЗВ) j -то реципиента в атмосфер­ ном воздухе (АВ), водных объектах (ВО) и поч- Ф.АВ ij ’ X Ф.ВО X Ф.ППвенном покрове (1111); фактическое экологическое состояние z-го за­ грязнителя (ЗВ) J-T O реципиента в АВ, ВО и 1111 "V^nP.AB -г^ПР.ВО -г^ПР.ППсредах; , Х^ , Х^ - проектные решения по экологическим показателям z-го загрязнителя j -то реципиента в АВ, ВО и 1111 средах и конкретных проектах, подлежащих экспертизе в системе Минприроды; , 7?®°, 7?™ - критические (предельные) значения z-x загрязнителей у-х реципиентов в АВ, ВО и 1111 средах, при обнаружении которых необходимо принимать решения для ликвидации проблем­ ной ситуации. С учетом приведенных обозначений кон­ трольные функции за экологическим состояни­ ем Хпрп ЕІРП можно описать следующей систе­ мой аналитических уравнений: ний фактических концентраций от плановых (нормативных) /-х загрязнителей у-х реципиен­ тов, полученных при их измерении в АВ, ВО и 1111 средах; А¥дв, АХво, ААпп - значе­ ния суммарных отклонений концентраций ЗВ от их плановых значений в АВ, ВО и 1111 сре­ дах; f- fo - соответствующие функционалы ана­ литических выражений. 72 Вестник БИТУ, № 2, 2009 Экология. Ресурсосбережение В случае неравнозначного влияния резуль­ тирующих показатели , А Х |°, АХ™ , АХдв, АХво, АХпп на оценку экологического состояния природных сред их значения могут быть представлены в виде взвешенных сумм отдельных составляющих. Методы и алгорит­ мы решения подобных задач широко представ­ лены в технической литературе [10-26]. Определяющим принципом контроля и уп­ равления состоянием окружающей среды явля­ ется обеспечение (сохранение) существующего экологического ранга территории, если он удовлетворительный, и планирование курса на его улучшение. Исходным материалом для принятия реше­ ний в задачах планового управления народно­ хозяйственным развитием территориальных комплексов является получение полного набора оценок экологического состояния конкретной территории и выполненный сравнительный анализ их уровней и взаимосвязей с сущест­ вующими здесь реальными условиями, при этом приоритетными должны быть оценки ус­ ловий проживания населения. Алгоритмиче­ ская схема для решения задач управления пред­ ставлена на рис. 4. Соблюдение определяющего принципа уп­ равления для конкретной территориальной единицы обеспечивается адекватной компенса­ цией планируемого приращения техногенных нагрузок за счет увеличения природного по­ тенциала территориальных комплексов. Для расчетов значений дополнительных техноген­ ных нагрузок при планировании развития хо­ зяйственной деятельности нами предложен по­ казатель дифференциальной чувствительности индекса Ихо, характеризующий величину его приращения при увеличении значений по каж­ дому виду техногенных нагрузок на опреде- АИ ленную единицу: А(Ихо)=---- где AF, - приращение площади воздействия техногенных нагрузок: промышленной, сельскохозяйствен­ ной, транспортной и демографической, %. Для расчетов значений увеличения природ­ ного потенциала за счет реализации природо­ охранных мероприятий предложен показатель чувствительности по индексу Ипэп: б'(Ипэп) = АИпэп AF , где AFk - приращение площади при­ родных комплексов (лесных болотных, водных, луговых), % На основании полученных и статистически обработанных данных по всей выборке иссле­ дуемых административных районов установле­ но, что введенные показатели зависят от зна­ чений существующего уровня значений состав­ ляющих Ипэп и Ихо, а также получены уравне­ ния регрессии определения значений Л(Ихо) и Л(Ипэп): А(Ихо) = Я] + biXi(%), А(Ипэп) = О2Х2 Х%), (3) где Х\, Х2 - соответствующие значения AFj и т . в табл. 1 приведены значения коэффициен­ тов для (3), рассчитанных в результате регрес­ сионного анализа для всех исследованных рай­ онов. Таблица 1 Значения коэффициентов уравнений (3) В Ы В О Д Предложенные научно-инновационный под­ ход и механизм расчетов позволяют получать необходимые оценки по любому варианту пла­ нирования хозяйственной деятельности на кон­ кретной территории, сравнивать экологичность разноотраслевых проектов, а также подобрать вариант возможной частичной компенсации дополнительных нагрузок за счет набора при­ родоохранных мероприятий или уменьшения техногенных нагрузок. При этом в таком выбо­ ре следует учесть предложенные коэффициен­ ты адекватной компенсации техногенных на­ грузок реализацией природоохранных меро­ приятий. Вестник БИТУ, № 2, 2009 73 Экология. Ресурсосбережение Л И Т Е Р А Т У Р А 1. План реализации Г осу дарственной программы ин­ новационного развития Республики Беларусь на 2007- 2010 годы. - Минск: ГУ «БелИСА», 2007. - 400 с. 2. Войтов, И. В. Стратегия устойчивого развития Рес­ публики Беларусь и Государственная программа иннова­ ционного развития на 2007-2010 годы. Республика Бела­ русь: инновационная экономика - конкурентоспособ­ ность - безопасность / И. В. Войтов // ТІТБО-2007: сб. докл. XIV Белорусского конгресса по телекоммуникаци­ ям, информационным и банковским технологиям / под ред. Е. П. Сапелкина. - Минск: ГУ «БелИСА», 2007. - 236 с. 3. Недилько, В. Н. О механизме государственной поддержки науки и инноваций: сб. науч. тр. / В. Н. Не­ дилько, А. Н. Коршунов, И. В. Хартонин; под ред. В. Н. Недилько. - Минск: ГУ «БелИСА», 2004. - 164 с. 4. Гатих, М. А. Концепция развития информационной технологии формирования и управления информацией о состоянии и использовании природно-ресурсного потен­ циала регионов в Республике Беларусь / М. А. Га­ тих, О. А. Белый, И. И. Касьяненко; Минприроды Респуб­ лики Беларусь, РУН «БелНИЦ “Экология”». - Минск: «БелНИЦ “Экология”», 2004. - 42 с. 5. Разработать и внедрить автоматизированную ин­ формационную систему формирования и управления ка­ дастровой информацией о состоянии и использовании природных ресурсов Республики Беларусь: отчет о НИР (заключ.), науч. рук. М. А. Гатих / РУП «БелНИЦ “Эколо­ гия”». - Минск, 2005. - 139 с. - № ГР 20043036. 6. Лис, Л. С. Оценка экологического состояния при­ родно-территориальных комплексов / Л. С. Лис. - Минск: ИПИПРЭ НАНБ, 2004. - 109 с. 7. Лис, Л. С. Методические рекомендации по количе­ ственной оценке экологического состояния природно- территориальных комплексов / Л. С. Лис; Мин-во при- родн. ресурсов и охраны охр. среды, НАН Беларуси. - Минск: Принтгрупп, 2004. - 94 с. 8. Методические указания по контролю данных гид­ рохимических анализов сточных и поверхностных вод // Сборник норматив, док. по вопросам охраны окружающей среды. - Минск: Минприроды, 2004. - Вьш. 47. - С. 152. 9. Разработать научные рекомендации по оценке и обеспечению экологической безопасности производств химической промышленности: отчет о НИР (заключ.) / РУП «БелНИЦ “Экология”». - Минск, 2002. - 61 с. - № ГР 200114792. 10. Методика расчета концентрации в атмосферном воздухе веществ, содержащихся в выбросах предприятий: [Текст] / ОНД-86: Госгидромет. - Л.: Гидрометиздат, 1987.-9 2 с. 11. Рекомендации по категориям опасности источни­ ков и вредных веществ, в том числе подлежащих картиро­ ванию. - СПб., 2000. - 107 с. 12. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмо­ сферный воздух // Сборник нормативных документов по вопросам охраны окружающей среды. - Минск: Минпри­ роды, 1995. - Вьш. 9. - 162 с. 13. Методические рекомендации по гигиенической оценке качества атмосферного воздуха и эколого-эпиде- мологической оценке риска для здоровья населения. - Минск: Минздрав, 1998. -4 8 с. 14. Методика расчета приземных концентрации за­ грязняющих веществ разных периодов осреднения приме­ нительно к крупным точечным источниках // Сборник нормативных документов по вопросам охраны окружаю­ щей среды. - Вьш. 30. - Минск: Минприроды, 2001. - С. 35-60. 15. Временные инструктивно-методические указания по оценке состояния загрязнения атмосферного воздуха // НИИ ОК им. А. И. Сысина. - М., 1977. - 28 с. 16. Войтов, И. В. Научные основы рационального управления и охраны водных ресурсов трансграничных рек для достижения устойчивого развития и эколого­ безопасного водоснабжения Беларуси / И. В. Войтов. - Минск: Современное слово, 2000. - 476 с. 17. Рыбалов, А. А. Качество окружающей среды: ме­ тоды и подходы оценки / А. А. Рыбалов // Экологическая экспертиза. - М.: В1БНИТИ, 2001. - С. 12-67. 18. Сборник нормативных документов по вопросам охраны окружающей среды. - Минск: Минприроды, 1992.-Ч . IV .-159 с. 19. Рыбалов, А. А. Математическое обоснование ком­ плексного показателя оценки качества окружающей сре­ ды / А. А. Рыбалов, Е. М. Чернов // Гигиена жилой сре­ ды. - Минск, 1987. - С. 135-140. 20. Новый подход к определешпо гштегральных по­ казателей качества воды / И. В. Войтов [и др.] // Водные ресурсы. - Минск: Мгшприроды РБ, ЦНИИКИВР. - 1999. -№ 7 .-С . 92-106. 21. Кадастр использовашгя водггых ресурсов / под общ. ред. А. В. Колобаева. - Мгшск: Мгшприроды РБ, 1997.-209 с. 22. Методика и результаты экономической оцегжи от загрязнешгя атмосферного воздуха и водггых обьектов / С. Б. Качановский [и др.] // Природньге ресурсы. - 2000. - № 3 . -С. 55-68. 23. Сборник нормативггьгх документов по гигиеггиче- ской оцегже почвы населеггггьгх мест / [Инструкгщя 2.1.7.11-12-5 2004. Гигиеггическая оцегжа почв населен- ггьгх ггугжтов]. - Мгшск: Мгшздрав, 2004. - 96 с. 24. Охрана природы. Почвы. Обгцие требоваггия к классификагщи почв по влияггию на них химических за- грязггяюгцих веществ: ГОСТ 17.4.3.06-86. - М.: Госстан­ дарт, 1987. - 5 с. 25. Охрана природьг. Почвы. Паспорт почв: ГОСТ 17.4.2.03-86. -М .: Госстандарт, 1987. - 4 с. 26. Научно-методические рекомендагщи по решеггию проблемьг анализа, оцегже и управлеггия качеством окру­ жающей средьг / М. А. Гатих [и др.]. - Мгшск: «БелНИЦ “Экология”», 2005. - 40 с. 27. Войтов, И. В. Методьг формироваггия решеггия за­ дач при реализацци фуггкгщй управлеггия природопользо- вагшем и охраной окружающей средьг / И. В. Войтов, М. А. Гатих, Т. Н. Козловская // Природньге ресурсы. - 2000. - № 3 . - С . 43-55. Поступила 30.05.2008 Вестник БИТУ, № 2, 2009 75