Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эффективное природопользование моделирование, экономика, управление. Монография
.pdf
131
ремонтных работ на промыслах регулярно наблюдаются утечки высокоминерализованных агрессивных вод, которые помимо минеральных солей и нефти за-
грязнены кислотами, щелочами и другими химическими реагентами.
Водопотребление в коммунальном хозяйстве городов и поселков нефтяников характеризуется прежде всего такими показателями, как использование
свежей воды на питьевые и хозяйственно-бытовые цели, сброс загрязненных
вод в поверхностные водоемы (в том числе объем нефтепродуктов, выносимых
со сточными водами), а также мощности очистных сооружений.
Общее количество земель, отторженных нефтепромыслами во временное
и постоянное пользование, с учетом земель, подлежащих рекультивации в данный период времени, формирует показатели землепользования. Дополнительными характеристиками процесса нарушения ландшафтов служат: количество
шламовых амбаров, образуемых в результате буровых работ; площади угодий,
замытые илом, а также замазученные в результате аварий.
Технологические, аварийные потери нефти и потери попутного нефтяного газа при сжигании на факелах — важнейшие источники поступления нефти
в среду. Информация об объемах потерь, их распределении по видам сред
и трансформации (разложении) на другие элементы позволяет обосновать эколо-
гическую нагрузку на среду. Знание экономического ущерба от загрязнения
и нарушения природной среды (см. рис. 5.2 — блок V) в сопоставлении с капи-
тальными затратами на охрану окружающей среды по звеньям производства
(блок VI) позволяет выбрать некоторую стратегию природоохраны при опреде-
ленных темпах освоения нефтяных ресурсов. При этом в любом случае необходи-
мо строить некоторый вектор состояния природной среды, т. е. использовать показатели блоков I–IV, через который в конечном итоге сможем получить характеристику (эколого-экономического набора потребительских благ (см. [Мкртчян
и др., 1991]. Этот набор благ в явном виде определяет потребление «экологических» благ — чистого воздуха, воды, земли и т. п., что характеризует качество
жизни в данном регионе.
Таким образом, вектор состояния окружающей природной среды уже да-
ет косвенную характеристику качества жизни населения, но безотносительно
к показателям развития производства в рамках выделенной территории. Необходимо выявить показатель или показатели, которые в общем случае определяют размеры загрязнения. Таким показателем, по статистическим расчетам,
является фонд эксплуатационных скважин. Это исходный элемент при расчетах
водопотребления, численности населения, капитальных вложений на охрану
среды, динамика которых определяется динамикой фонда скважин.
132
Чем крупнее объект моделирования, тем многомернее его взаимосвязи
с окружающей средой и социально-экономическими процессами и тем более
усложняется система показателей, используемых в условиях и ограничениях
модели. Возникает необходимость в прогнозных исследованиях динамики природных, социальных и экономических процессов на базе экономических изме-
рителей.
5.2. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ
В пользу имитационных моделей, описывающих взаимодействие окру-
жающей среды и производства, можно выдвинуть ряд аргументов: во-первых,
они позволяют выявить основные направления и элементы этого взаимодействия, а также через его основные характеристики получить дополнительную
информацию об объекте; во-вторых, позволяют осуществить настройку всех
нормативных показателей на равновесное состояние системы; в-третьих, с по-
мощью эксперта позволяют использовать основную схему выявления компро-
миссных решений и выход на единственно правильное решение при сложившейся системе критериев; в-четвертых, возможны многократная их реализация
и, таким образом, выяснение предельных уровней такого взаимодействия.
Имеется обширная литература по имитационному моделированию в эко-
номике с анализом и описанием присущих ему особенностей и преимуществ по
сравнению с традиционными методами. Мы будем определять понятие «имитационное моделирование», близкое к формулировке Р. Шеннона, как процесс
конструирования модели реальной системы и постановки экспериментов на этой
модели с целью либо понять поведение системы, либо оценить (в рамках ограничений, накладываемых некоторым критерием или совокупностью критериев)
различные стратегии, обеспечивающие функционирование данной системы.
Модель прогнозирования воздействия нефтедобычи на природную среду,
как и большинство имитационных моделей, описанных в литературе, конструируется на базе априорных нормативных оценок соотношений между элементами
моделируемой системы. Однако для ряда элементов модели предусматривается
статистическая оценка. Экономико-статистическое моделирование позволяет
установить ряд технико-экономических зависимостей, свойственных нефтедобывающему району как целостному объекту. Наличие множества элементов
в обеих подсистемах, которые имеют тесно переплетенную структуру, а также
внешних прямых и обратных связей обусловливает большое число переменных,
133
нелинейность ряда используемых функциональных зависимостей, целочислен-
ность некоторых переменных, существование различных логических условий
в конструируемых моделях эколого-экономического типа. В итоге всякая ими-
тационная система есть «уникальный образец» и в каждом случае требует не-
стандартных решений. При этом в имитационную систему (рис. 5.3) входят переменные и отношения, сгруппированные во входные и выходные, зависимые
и независимые переменные; управляемые и неуправляемые параметры; струк-
турные, функциональные и причинно-следственные отношения.
Основное назначение входных параметров (Х) состоит в отображении
требований и условий внешней среды, в качестве которых могут выступать как
различные директивные указания и предложения по оценке отдельных элементов объекта, так и решения оптимизационных задач, в частности для нашего
случая. Выходные параметры (V) есть результат преобразования входов на выбранном уровне абстрагирования.
Деление на управляющие параметры (Z) условно. Если характеристики
имитационной системы поддаются целенаправленному изменению и воздей-
ствуют на нее, то они считаются управляющими.
Имитационная система «окружающая среда — производство»
Рис. 5.3. Имитационная система моделирования
Здесь Y1, Y2 — переменные состояния подсистем; Z1, Z2, Z3 — параметры
управления системой в целом и отдельными подсистемами; Х — входные параметры; V — выходные параметры; V' — выходные параметры промежуточных этапов.
К плану реализации подобных моделей имитации следует отнести:
1) установление взаимосвязей между показателями;
2) разработку сценария (варианта возможного пути развития, а также по-
следствия такого пути);
Z
1
Эколого-экономическая система
Z
2
Экономическая подсистема Y
1
Экономическая подсистема Y
2
Z
3
X V V'
134
3) последовательность этапов реализации;
4) написание удобных для использования и обработки программ на алго-
ритмическом языке программирования.
Поскольку изучению подлежит сложная эколого-экономическая система,
ее можно разложить на подсистемы, каждая из которых в свою очередь может
быть представлена как система более низкого уровня с определенными целе-
выми установками, набором интересов и реализацией. Это свидетельствует
о многокритериальности и необходимости выбора достаточно представитель-
ного множества показателей эффективности и функционирования системы.
К тому же, социальная направленность большинства крупномасштабных природоохранных мероприятий делает их трудноизменяемыми количественно
и слабоформализуемыми, что, несомненно, повышает роль эксперта. Роль экс-
перта в системе чаще всего определяется особенностью конкретного объекта,
задачами и глубиной исследования.
Таким образом, моделируемый объект (эколого-экономическая система
нефтедобывающего региона) имеет сложную структуру с множеством состояний самого объекта, входами и выходами, множеством формальных и неформальных элементов. Структуру такой системы обычно рассматривают в предметном и функциональном разрезах. Функциональный разрез, как правило,
представляет собой основные этапы функционирования системы, а предметный
основывается на описании ее важнейших составных частей.
Опишем имитационную модель прогнозирования воздействия нефтедо-
бычи на среду с позиций предметного разреза.
Теоретическая разработка вопросов воздействия нефтедобывающего комплекса на природную среду, анализ первичной информации по группам и сферам
воздействия позволили сделать вывод о том, что нефтедобыча воздействует на три
основных элемента природной среды: землю, атмосферу и водный бассейн. Интенсивность этого воздействия зависит от показателей производственной деятель-
ности — объема добычи и буровых работ, фонда скважин, численности занятых.
Для поддержания определенного качества окружающей среды требуется проведение различных одноцелевых и многоцелевых природоохранных мероприятий,
следовательно, нужны дополнительные капитальные вложения и в ряде случаев
ограничения производственной деятельности.
Таким образом, имитационная модель «нефтедобыча — природная среда»
должна включать пять групп показателей и шесть основных программномодульных блоков.
135
Показатели: 1) технико-экономические; 2) негативного воздействия про-
изводства на элементы природной среды; 3) природоохранных мероприятий;
4) капитальных вложений на охрану окружающей среды; 5) соблюдения стан-
дартов качества окружающей среды.
Блоки: 1) технико-экономический; 2) загрязнения атмосферы; 3) водопо-
требления и охраны водных ресурсов; 4) землепользования; 5) капитальных
вложений на охрану окружающей среды; 6) экономического ущерба.
Взаимосвязь названных групп показателей представлена на рис. 5.4.
Рис. 5.4. Взаимосвязь показателей имитационной модели «нефтедобыча — природная среда».
Сплошная стрелка означает прямые связи показателей; пунктирная — обратные связи
Входными переменными в модели являются технико-экономические по-
казатели. Они определяют степень негативного воздействия на природную среду
и набор природоохранных мероприятий, объем которых ограничивается лими-
том капитальных вложений на охрану окружающей среды. Качество окружаю-
щей среды зависит от степени загрязнения и предотвращающих это загрязнение
природоохранных мероприятий. Если состояние окружающей среды не соответ-
ствует установленным нормативным показателям чистоты окружающей среды,
то необходима разработка дополнительных мероприятий, либо корректировка
производственных целей (последнее в случае отсутствия технологии проведения
определенных природоохранных мероприятий или превышения лимитов капи-
тальных вложений).
Капитальные вложения
на охрану окружающей
среды
Природоохранные
мероприятия
Загрязнение атмосферы,
водных ресурсов,
нарушение земель
Технико-экономические
показатели
Критерии качества
окружающей среды
136
Таким образом, в имитационной модели используется двухэтапная схема
получения планов нефтедобычи, согласованных с требованиями охраны окру-
жающей среды.
На первом этапе на основе первоначальных планов добычи нефти и ли-
митов капитальных вложений (рассчитанных на основе модели оптимизации
разработки групп месторождений однородного минерального сырья) опреде-
ляются возможные экологические последствия реализации этих планов (пря-
мые связи показателей на этом этапе см. на рис. 5.4 — сплошная стрелка). На
втором этапе происходят корректировка этих планов и выработка дополнитель-
ных природоохранных мероприятий, позволяющих обеспечить заданные объемы
добычи нефти, лимиты расхода ресурсов при соблюдении экологических норм.
Корректировка осуществляется при помощи обратных связей (см. рис. 5.4 —
пунктирная стрелка). «Настройка» модели производится исходя из поставлен-
ных исследователем задач и сбалансированности системы «производство —
окружающая среда».
Необходимо остановиться на принципах выбора показателей, посред-
ством которых описывается модель. Технико-экономические показатели, пока-
затели природоохранных мероприятий и капитальных вложений взяты из пла-
новой практики. В модели рассматриваются три основных типа природоохран-
ных мероприятий: мероприятия на нефтяных промыслах в технологическом
процессе, очистка сточных вод городов и поселков, рекультивация отторжен-
ных земель и воспроизводство рыбных ресурсов.
Наиболее сложным является определение критериев качества природной
среды. В плановой практике используются показатели концентрации вредных
веществ в атмосфере и в водных объектах в сравнении с официально установ-
ленными предельно допустимыми концентрациями. Однако такой подход име-
ет ряд недостатков, поскольку при сопоставлении с ПДК не учитывается воз-
можность трансформации и взаимодействия загрязнений во времени и простран-
стве. Более совершенными показателями загрязнения и качества окружающей
среды могут служить предельно допустимые сбросы загрязняющих веществ
(ПДС) или предельно допустимые экологические сдвиги (ДЭС). Но в настоящий
момент не существует достаточно надежных показателей ПДС и ПДЭС для всех
объектов природной среды. Кроме того, исчисление показателей концентрации
137
загрязняющих веществ в атмосфере в данной работе не представляется возмож-
ным из-за специфической методики расчета, требующей учета аэродинамических параметров. Поэтому в модели наряду с показателем отклонения концен-
трации вредных веществ от ПДК используется ряд объемных показателей, ха-
рактеризующих загрязнение. Они могут служить исходным материалом для
дальнейшего анализа, построенного на специальных исследованиях.
По причине отсутствия необходимой специальной информации, а также для
упрощения модели на начальных этапах ее разработки в качестве фактора загряз-
нения окружающей среды выбрано одно вредное вещество — углеводороды.
Такое упрощение представляется правомерным, поскольку загрязнение углево-
дородами в системе «нефтедобыча — природная среда» является типичным
и первичным, влияющим на остальные факторы загрязнения (недостаток кисло-
рода в воде, разложение на другие химические элементы в различных средах
и при сгорании). Более того, углеводороды — сложная смесь парафинов, олефи-
нов, ароматических и других соединений, обладающих различной токсичностью,
что затрудняет определение единых норм предельно допустимых выбросов.
Основные показатели имитационного эксперимента представлены на
рис. 5.5.
Конкретная реализация данного подхода с формализованным описанием
основных блоков:
– технико-экономический блок;
– блок нефтяного загрязнения и потерь;
– блок водопотребления и охраны водных ресурсов;
– блок землепользования;
– блок капитальных вложений на охрану окружающей среды;
– блок экономического ущерба
представлена в монографии [Мкртчян и др., 1991] на примере моделирования
Западно-Сибирского нефтегазового комплекса.
138
Земли, находящиеся в бессрочном
пользовании, Зем
О
Объем свежей
воды, используемой в бурении,
t
V
~
Потери нефти,
поступающие
в воздушный
бассейн,
вб
t
П
Технологические
потери нефти
Аварийные
потери нефти
Межремонтный
период
Коррозия
Объем
бурения,
t
V
Потери нефти,
поступающие
в водоемы,
В
t
П
Коэф-
фициент
обводненно-
сти
Концентрация
загрязнения
на 1 км2
территории,
3
K
Мощность
очистных
сооруже-
ний,
t
M
Объем
добычи
в t0 = 0,
X
0
Объем закачки
воды в пласт, З
t
Объем добычи
в любой
момент t, X
t
Закачка
свежей воды
в пласт,
о
З
t
Общий объем
воды, используемой на производственные
цели
Потребность
в свежей воде
для производства
и хозяйственнобытовых нужд, П
t
Сброс загрязнен-
ной воды,
З
t
С
Сброс нефтепродуктов в сточных
водах,
Н
t
C
Концентрация
нефтепродуктов
в сточной воде,
СВ
K
Потери углеводородов при
сгорании попутного газа
Централизованные капитальные
вложения
в коммунальное
хозяйство,
КХ
в
К
Численность
населения,
t
Н
Фонд
скважин, F
t
Производственные
капитальные вложения в охрану среды,
в бурение,
б
t
K
Потребность
в свежей воде
для хозяйственно-
бытовых нужд,
t
П
Доля ресурсов
на потребление
от общесистемных
ресурсов
Земли, отторженные
на нефтепромыслы
в настоящий момент, Зем
О
Рекультивация земель, рек
Производственные капиталовложения в нефтепромысло-
вом строительстве,
НЕ
t
K
Вновь введенные
скважины,
Н
t
F
Фонд выбывших
скважин,
В
t
F
Централизованные капиталовложения на
рекультивацию земель и
возмещения ущерба
рыбному хозяйству
Общие капиталовложения в охрану среды, К
t
Рис. 5.5. Общая схема расчетов по имитационной модели прогнозирования воздействия нефтедобычи
на природную среду
139
5.3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА
НА ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАЗВИТИЯ ОТРАСЛЕВОЙ СИСТЕМЫ
Предлагаемый методический подход к эколого-экономическому обоснова-
нию развития отрасли специализации в нефтедобывающем регионе базируется на
использовании специализированных экономико-математических моделей (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Этапы исследований по эколого-экономическому
обоснованию развития отрасли в регионе
Основная цель прогноза воздействия нефтедобычи на природную среду —
получение своевременной и объективной информации о предстоящих изменениях
природно-ресурсного потенциала и окружающей среды в прогнозируемом пе-
риоде на территории нефтедобывающего региона, рациональный выбор приро-
доохранных мероприятий в интересах региона, отрасли и экономики страны
в целом. Достижение конечной цели осуществляется на основе взаимодействия
расширенной оптимизационной модели освоения месторождений однородного
минерального сырья [Мкртчян, 1984] и имитационной модели прогнозирования
воздействия нефтедобычи на среду.
Каждая из указанных моделей имеет свой круг решаемых задач и свое
место в общей системе моделей по освоению и использованию ресурсов угле-
водородного сырья и нацелена на исследование особого объекта — нефтедобы-
чи в регионе. Как часть единого модельного комплекса, разработанные модели
I этап
II этап
Выявление особенностей объекта
исследования с точки зрения влияния
на среду
Изучение технологической схемы
производства, основных техникоэкономических показателей
Выработка принципов построения модельного комплекса на единой
терминологической базе
Построение оптимизационной
модели с целью определения
объемов добычи нефти по производственным объединениям, основных
показателей водопотребления
и землепользования
Разработка имитационной системы «нефтедобыча –
окружающая среда» с целью прогнозирования воздействия производства на среду, выбора наиболее эффективных природоохранных мероприятий. Оценка
производственных возможностей при заданном уровне
чистоты окружающей среды
III этап
Реализация моделей; анализ результатов расчетов; основные рекомендации
по природопользованию и охране природы; характеристика динамики развития
отраслевой системы и загрязнения среды
140
имеют ряд общих черт и строятся на основе единых методических принципов.
Предложенные модели универсальны, они пригодны для исследования взаимо-
действия «экономика-экология» в любом нефтедобывающем регионе. Конструирование комплекса производилось путем описания наиболее общих черт от-
раслевой системы, а также существенных региональных проблем водоснабже-
ния, землепользования и атмосфероохранных мероприятий.
Каждая из моделей рассматривается как открытая система, связанная с дру-
гой моделью набором параметров и реагирующая на изменения этих параметров.
Второй принцип, который закладывался при формировании комплекса,
состоит в выделении относительно автономных подсистем в рамках сложной
иерархической системы региона с учетом внутренних и внешних связей, системы интересов и ограничений. Закрепление внешних взаимосвязей выделенного
объекта производится по принципу информационного единства.
Экологическая и экономическая подсистемы описаны в единых терминах,
ориентированных на показатели экологического подблока, т. е. отражена в един-
стве производственная и природоохранная деятельность с учетом пространствен-
ной организации производства и зональности загрязнения.
Наконец, обеспечена практическая реализуемость модельного комплекса
с целью выработки стратегии рационального природопользования как отрасли,
так и регионального хозяйства на стадии предплановых исследований с помо-
щью многочисленных существующих сегодня специализированных программ-
ных пакетов, удобных для реализации модельного комплекса и анализа полученных результатов.
Имитационная модель — ведущее звено комплекса, позволяющее учесть
нелинейность ряда зависимостей технико-экономических показателей в систе-
ме, длительность периода прогнозирования, множество целей и подцелей. Тем
не менее, без решения и анализа расширенной оптимизационной модели за-
труднено научное обоснование входных параметров для имитационной модели.
Конструирование оптимизационной модели осуществляется с использованием понятия «абстрактная технология», в основе которого лежит представление о некотором наборе альтернативных производственных процессов обеспечения заданного объема выпуска в соизмеримой оценке. Причем данный
набор задач для каждого момента времени (конечного периода) развития производственной системы характеризуется определенным соотношением и масштабом использования различных компонентов живого и овеществленного
труда для производства единицы выпуска. Абстрактную технологию традици-
онно принято описывать такими принципиальными характеристиками, как
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]