Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря

Рассмотрены интегральные динамические модели эколого-экономических систем прибрежной зоны моря, ориентированные на установление баланса потребления и воспроизводства морских биоресурсов. Для построения моделей использован системный подход, при кото- ром экономические цели потребления биоресурсов ста...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2011
Hauptverfasser: Тимченко, И.Е., Игумнова, Е.М.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Морський гідрофізичний інститут НАН України 2011
Schriftenreihe:Морской гидрофизический журнал
Schlagworte:
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56670
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря / И.Е. Тимченко, Е.М. Игумнова // Морской гидрофизический журнал. — 2011. — № 1. — С. 48-66. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-56670
record_format dspace
spelling irk-123456789-566702014-02-22T03:15:21Z Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря Тимченко, И.Е. Игумнова, Е.М. Математическое моделирование морских систем Рассмотрены интегральные динамические модели эколого-экономических систем прибрежной зоны моря, ориентированные на установление баланса потребления и воспроизводства морских биоресурсов. Для построения моделей использован системный подход, при кото- ром экономические цели потребления биоресурсов ставятся в зависимость от экологического состояния морской среды. Приведены примеры управления балансом эколого-экономических процессов с использованием интегральных критериев биоразнообразия и уровня загрязнения морской среды. Показано, что информационная технология управления сценариями эколого-экономических процессов позволяет оценивать рентабельность производства морепродуктов при условии использования части прибыли для сохранения морских биоресурсов. Розглянуто динамічні моделі інтегральних еколого-економічних систем прибережної зони моря, орієнтовані на встановлення балансу споживання і відтворення морських біоресурсів. Для побудови моделей використано системний підхід, при якому економічні цілі споживання біоресурсів ставляться в залежність від екологічного стану морського середовища. Наведено приклади управління балансом еколого-економічних процесів з використанням інтегральних критеріїв біорізноманітності та рівня забруднення морського середовища. Показано, що інформаційна технологія управління сценаріями еколого-економічних процесів дозволяє оцінювати рентабельність виробництва морепродуктів за умови використовування частки прибутку для збереження морських біоресурсів. Dynamical models of the integral ecological-economical system of the sea coastal zone aimed at achieving a balance between consumption and reproduction of marine bioresources are considered. To construct a model, a systematic approach in which economical aims of bioresources consumption are assumed to be dependent on ecological state of the marine environment, is applied. The examples of managing the balance of ecological-economical processes using the integral criteria of biodiversity and the level of marine environment pollution are given. It is shown that the informational technology of managing the scenarios of ecological-economical processes permits to estimate profitable 2011 Article Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря / И.Е. Тимченко, Е.М. Игумнова // Морской гидрофизический журнал. — 2011. — № 1. — С. 48-66. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7584 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56670 551.463 ru Морской гидрофизический журнал Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Математическое моделирование морских систем
Математическое моделирование морских систем
spellingShingle Математическое моделирование морских систем
Математическое моделирование морских систем
Тимченко, И.Е.
Игумнова, Е.М.
Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря
Морской гидрофизический журнал
description Рассмотрены интегральные динамические модели эколого-экономических систем прибрежной зоны моря, ориентированные на установление баланса потребления и воспроизводства морских биоресурсов. Для построения моделей использован системный подход, при кото- ром экономические цели потребления биоресурсов ставятся в зависимость от экологического состояния морской среды. Приведены примеры управления балансом эколого-экономических процессов с использованием интегральных критериев биоразнообразия и уровня загрязнения морской среды. Показано, что информационная технология управления сценариями эколого-экономических процессов позволяет оценивать рентабельность производства морепродуктов при условии использования части прибыли для сохранения морских биоресурсов.
format Article
author Тимченко, И.Е.
Игумнова, Е.М.
author_facet Тимченко, И.Е.
Игумнова, Е.М.
author_sort Тимченко, И.Е.
title Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря
title_short Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря
title_full Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря
title_fullStr Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря
title_full_unstemmed Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря
title_sort управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря
publisher Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate 2011
topic_facet Математическое моделирование морских систем
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56670
citation_txt Управление эколого-экономическими процессами в ин-тегральной модели прибрежной зоны моря / И.Е. Тимченко, Е.М. Игумнова // Морской гидрофизический журнал. — 2011. — № 1. — С. 48-66. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Морской гидрофизический журнал
work_keys_str_mv AT timčenkoie upravlenieékologoékonomičeskimiprocessamivintegralʹnojmodelipribrežnojzonymorâ
AT igumnovaem upravlenieékologoékonomičeskimiprocessamivintegralʹnojmodelipribrežnojzonymorâ
first_indexed 2025-07-05T07:56:06Z
last_indexed 2025-07-05T07:56:06Z
_version_ 1836792851581632512
fulltext ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 48 © И.Е. Тимченко, Е.М. Игумнова, 2011 УДК 551.463 И.Е. Тимченко, Е.М. Игумнова Управление эколого-экономическими процессами в интегральной модели прибрежной зоны моря Рассмотрены интегральные динамические модели эколого-экономических систем при- брежной зоны моря, ориентированные на установление баланса потребления и воспроизводст- ва морских биоресурсов. Для построения моделей использован системный подход, при кото- ром экономические цели потребления биоресурсов ставятся в зависимость от экологического состояния морской среды. Приведены примеры управления балансом эколого-экономических процессов с использованием интегральных критериев биоразнообразия и уровня загрязнения морской среды. Показано, что информационная технология управления сценариями эколого- экономических процессов позволяет оценивать рентабельность производства морепродуктов при условии использования части прибыли для сохранения морских биоресурсов. Ключевые слова: прибрежная зона моря, эколого-экономическая система, интегральная модель. Введение Прибрежная зона моря (ПЗМ) представляет собой сложную социальную эколого-экономическую систему, развитие которой в значительной степени определяется рациональным использованием морских биологических, мине- ральных и рекреационных ресурсов. Управление устойчивым развитием ПЗМ должно быть основано на последовательном (поэтапном) выборе таких сце- нариев процессов, характеризующих динамику основных видов ресурсов ПЗМ, которые одновременно удовлетворяют как критериям экономического роста производства товаров и услуг, так и критериям экологического состоя- ния природной среды. Нахождение рационального баланса эколого-экономи- ческих процессов развития является чрезвычайно сложной проблемой, тре- бующей системного подхода к ее решению [1 – 4]. В ряде исследований была предложена системная методология управле- ния устойчивым развитием эколого-экономических систем типа море – суша, к которым относятся природно-хозяйственные комплексы ПЗМ [5 – 7]. Глав- ный акцент в упомянутых исследованиях был сделан на простых в реализа- ции методах создания компьютерных моделей эколого-экономических сис- тем ПЗМ, которые позволяют прогнозировать сценарии процессов развития при различных вариантах хозяйственного использования природных ресур- сов. Подобные ресурсно-ориентированные сценарии развития должны оказы- вать поддержку административным органам управления ПЗМ, осуществляю- щим контроль за использованием морских ресурсов. В настоящей работе рассматриваются вопросы построения ресурсно-ори- ентированных сценариев природопользования в прибрежной зоне моря, ос- нованных на балансе потребления и воспроизводства морских биоресурсов. Концепции системного анализа служат для построения интегральной модели ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 49 управления природоохранной деятельностью, целью которой является сохра- нение нормальных условий для воспроизводства биоресурсов [8]. Применение системной методологии для моделирования баланса потребления и воспроизводства морских биоресурсов Системная методология, структура которой изображена на рис. 1, вклю- чает в себя как философию управления развитием (системный подход), так и практические рецепты построения информационных технологий поддержки принимаемых решений (системный анализ). Она базируется на шести прин- ципах. Принцип неопределенности целей учитывает условный характер лю- бых целевых установок развития, формулируемых на первом этапе построе- ния информационной технологии управления, и декларирует необходимость постоянного уточнения целей по мере получения новой информации. Прин- ципы целостности, причинности и подчиненности формулируют второй этап, который заключается в отборе наиболее важных с точки зрения поставлен- ных целей процессов развития, анализе взаимосвязей между ними и построе- нии концептуальной модели системы – диаграммы причинно-следственных связей. Принцип динамического баланса обеспечивает третий этап: перевод концептуальной модели системы в модель динамическую и ввод ее в компь- ютер для получения прогностических сценариев развития. Принцип инфор- мационного единства теории и эксперимента постулирует необходимость включения в компьютерную модель системы данных текущих наблюдений над процессами развития. На нем базируется четвертый этап построения ин- формационной технологии управления, когда компьютерная модель системы адаптируется к данным наблюдений реальных процессов развития и позволя- ет выбрать наиболее эффективные сценарии управления развитием. Таким образом, системная методология управления организует такое движение к цели, при котором последовательно применяются системные принципы, сис- темное мышление и построенные на их основе технологии системного моде- лирования и управления. Системные принципы формулируют аксиоматику построения информа- ционных технологий для постановки и достижения целей развития, отвечаю- щих рациональному использованию имеющихся ресурсов. Последовательное применение системных принципов при построении моделей управляемой системы и принятии решений по использованию ресурсов развития является предметом системного мышления [7]. Одним из несомненных достоинств предложенной системной методоло- гии является обоснование относительно простого метода построения дина- мических моделей сложных систем, получившего название «метод адаптив- ного баланса влияний» (АВС-метод) [6]. В соответствии с принципом дина- мического баланса, который постулирует стремление сложной системы к ди- намическому равновесию с переменными внешними силами, при создании метода удалось предложить универсальную АВС-модель системы n взаимо- связанных процессов развития xi, которая имеет следующий вид: ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 50 ∑ = −−−= n j ijijii i fxaxx dt dx 1 )](21[ (i ≠ j), (1) })]([21{ 1 1 1 ∑ ∑ = = − −−−−= n k li n l ilkjikijjjijij ij GaRaRRaa dt da (i, j = 1, 2, …, n), (k, l ≠ i), (2) где { }kl k lR E x x′ ′= и { }mn m nG E x f′ ′= – коэффициенты взаимной корреляции мо- делируемых процессов, полученные по архивным данным наблюдений; xi' и fi' – отклонения процессов развития и внешних влияний на систему от их ста- ционарных значений. В качестве начальных условий могут быть использова- ны средние значения переменных xi и коэффициентов aij, так как структура уравнений модели обеспечивает быструю сходимость итерационных схем их решения при произвольных начальных условиях [6, 7]. СИСТЕМНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЦЕЛЕВЫЕ УСТАНОВКИ РАЗВИТИЯ МЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОЕ МЫШЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА СЦЕНАРИЕВ РАЗВИТИЯ СИСТЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИНИМАЕМЫХ РЕШЕНИЙ МОДЕЛЬ РАЗВИТИЯ С УСВОЕНИЕМ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ Ф И Л О С О Ф И Я П Р А К Т И К А Р и с. 1. Диаграмма системной методологии управления развитием ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 51 В качестве примера использования системной методологии управления рассмотрим задачу нахождения баланса между объемами потребления мор- ских биоресурсов и объемами их воспроизводства в прибрежной зоне моря. Этот баланс, поддерживаемый с помощью природоохранных мероприятий, может быть представлен концептуальной моделью эколого-экономической системы, приведенной на рис. 2. В соответствии с поставленной целью в струк- туру модели включены следующие переменные: х1 – спрос на морские биоре- сурсы, х2 – объем потребления биоресурсов, х3 – баланс потребления и воспроиз- водства биоресурсов, характеризуемый значением концентрации биоресурсов в море, х4 – риск дефицита концентрации биоресурсов, х5 – риск дефицита приро- доохранных мероприятий, х6 – объем проводимых природоохранных мероприя- тий, х7 – объем воспроизводства концентрации биоресурсов. Х3 БАЛАНС ПОТРЕБЛЕНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА БИОРЕСУРСОВ А1 УПРАВЛЕНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЕМ БИОРЕСУРСОВ А2 УПРАВЛЕНИЕ ВОСПРОИЗВОДСТВОМ БИОРЕСУРСОВ Х2 ОБЪЕМ ПОТРЕБЛЕНИЯ БИОРЕСУРСОВ Х6 ОБЪЕМ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ Х4 РИСК ДЕФИЦИТА БИОРЕСУРСОВ Х5 РИСК ДЕФИЦИТА ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ Х1 СПРОС НА МОРСКИЕ БИОРЕСУРСЫ Х7 ОБЪЕМ ВОСПРОИЗВОДСТВА БИОРЕСУРСОВ Р и с. 2. Концептуальная модель эколого-экономической системы прибрежной зоны моря Баланс потребления и воспроизводства морских биоресурсов характери- зуется в этой модели одним интегральным параметром – концентрацией био- ресурса х3. Процесс х3 находится под воздействием двух противоположно на- правленных тенденций. С одной стороны, на него оказывают негативное влияние потребление биоресурсов х2 в интересах обеспечения экономической системы производства и связанное с ним загрязнение морской среды. С дру- гой стороны, положительные изменения в экологическом состоянии проис- ходят благодаря проведению природоохранных мероприятий, объем которых обозначен как х6. Исходя из концепций системного мышления, для обеспечения баланса этих тенденций в модели эколого-экономической системы должны присутст- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 52 вовать замкнутые цепочки положительных и отрицательных обратных свя- зей, уравновешивающих друг друга. Это условие достигается, например, включением процессов, характеризующих риск дефицита биоресурсов х4 и риск дефицита природоохранных мероприятий х5. Для управления балансом биоресурсов в цепочки обратных связей включены агенты управления 1A и 2A , контролирующие их потребление и воспроизводство. Используя АВС-метод (см. систему уравнений (1)) и схему взаимных влияний в концептуальной модели, получим следующие динамические урав- нения для безразмерных процессов формальной эколого-экономической мо- дели: )](21[ 121211 1 Fxaxx dt dx −−−= , )]}([21{ 4112122 2 xAxaxx dt dx −−−= , )](21[ 73723233 3 xaxaxx dt dx −+−= , )](21[ 34344 4 xaxx dt dx +−= , (3) )](21[ 35355 5 xaxx dt dx +−= , )]}([21{ 5266 6 xAxx dt dx −−= , )](21[ 67677 7 xaxx dt dx −−= ; )]}([21{ 1212 1 221212 12 GRRaa dt da −−−= − , )](21[ 43 1 334343 43 RRaa dt da −+−= , )](21[ 12 1 112121 21 RRaa dt da −−−= , )](21[ 53 1 335353 53 RRaa dt da −+−= , (4) )]}([21{ 327237 1 223232 32 RRaRaa dt da −−−= − , )](21[ 76 1 667676 76 RRaa dt da −−−= , )]}([21{ 372732 1 773737 37 RRaRaa dt da +−−= − . При наличии временных рядов наблюдений (архивные данные) над процес- сами, включенными в модель, с применением системы уравнений (4) можно найти объективную оценку всех коэффициентов модели. Установим предельно допустимую величину риска дефицита морских биоресурсов, понимая под этой величиной такое состояние морской экоси- стемы, которое может привести к необратимым последствиям в количествен- ном или качественном составе биоресурсов. Интегральной характеристикой этого риска может служить индекс биоразнообразия морской среды, значение которого понижается по мере роста величины риска. Обозначим предельно допустимую величину дефицита через .4 ∗x Агент управления 1A должен сле- дить за величиной 4x , чтобы уровень риска дефицита биоресурсов не пре- вышал предельно допустимого значения .4 ∗x При наступлении этого состоя- ния потребление биоресурсов должно быть ограничено. Поэтому, учитывая ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 53 свойства уравнений АВС-метода, для агента управления 1A целесообразно выбрать следующее представление: )]1(;;[),( 2211 2442444441 τατα −−∗∗ −>= ebexaxxIFxxA . (5) Аналогичные рассуждения позволяют обосновать выбор второго агента управления 2A в модели. Дефицит природоохранной деятельности проявляет- ся прежде всего в увеличении уровня загрязнения морской среды вещества- ми, негативно влияющими на концентрацию биоресурсов. Поэтому уровень загрязнения может служить интегральной характеристикой дефицита приро- доохранной деятельности 5x . Величина 5x не должна достигать критической величины ∗ 5x , выше которой мероприятия по восстановлению концентрации биоресурсов становятся бесполезными. Поэтому формальное представление агента 2A должно быть следующим: )]1(;;[),( 4443 6556555552 τατα −−∗∗ −<= ebexaxxIFxxA . (6) Коэффициенты 24b , 65b , 41 αα − позволяют выбирать интенсивности и скоро- сти, с которыми агенты влияют на процессы развития в системе и таким пу- тем обеспечивают управление балансом природопользования. Имитационные эксперименты с АВС-моделью эколого-экономической системы Для получения реакции модели (3), (5), (6) на внешние влияния был ими- тирован переменный по времени спрос на морской биоресурс и заданы коэф- фициенты влияния процессов друг на друга. Их величины были подобраны таким образом, чтобы баланс потребления и воспроизводства морских биоре- сурсов заметно отражался на величинах рисков дефицита биоресурсов и де- фицита природоохранных мероприятий. Для удобства сопоставления между собой сценариев процессов была выполнена нормировка их на средние зна- чения процессов, после чего они были приведены к общей шкале изменчиво- сти 0 – 10 безразмерных единиц. Расчеты проведены на 730 сут (шагов по времени). Была поставлена задача: ограничивать потребление биоресурсов, когда риск дефицита ресурсов достигает величины ∗ 4x = 3,3. Сценарии про- цессов в системе, вызванные имитированными случайными колебаниями спроса на биоресурсы, приведены на рис. 3. Имитированный сценарий риска чрезмерно высокого потребления био- ресурсов, вызванный высоким уровнем спроса, превышал пороговое значе- ние риска, равное 3,3. На рис. 3, а показаны сценарии управления потребле- нием ресурсов, которые генерировал агент 1A . Управляющие воздействия должны были включаться всякий раз, когда кривая риска пересекала снизу прямую линию ∗ 4x = 3,3, и выключаться, когда это пересечение происходило сверху. Как следует из рисунка, управление объемами потребления биоре- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 54 сурсов привело к снижению уровня риска их дефицита, среднее значение ко- торого опустилось ниже отметки 3,3. 0 200 400 600 800 0 1 2 3 4 5 x4 / x4 x4 A1 * а 0 200 400 600 800 0 1 2 3 4 5 6 x5 / x5 x5 A2 * б Р и с. 3. Управление рисками дефицита биоресурсов и природоохранных мероприятий в мор- ской экосистеме: а – уровень риска дефицита биоресурсов (при норме 3,3) до управления (х4), после управления (х4'), критический уровень риска дефицита биоресурсов (х4 *), функции аген- та, ограничивающего потребление биоресурсов (А1); б – уровень риска дефицита природо- охранных мероприятий (при норме 3,5) до управления (х5), после управления (х5'), критиче- ский уровень риска дефицита природоохранных мероприятий (х5 *), функции агента, усили- вающего объем природоохранных мероприятий (А2) Агент 2A следил за тем, чтобы угроза дефицита природоохранных меро- приятий не превышала величины ∗ 5x = 3,5. Сценарий риска дефицита и уп- равляющие воздействия со стороны агента 2A показаны на рис. 3, б. Обра- щают на себя внимание два периода значительного усиления природоохран- ной деятельности, прогнозируемые моделью на периоды 200 – 300-е и 390 – 460-е сутки. Более активная реакция на дефицит природоохранных меро- приятий позволила уменьшить риск дефицита биоресурсов в эти периоды времени (рис. 3, а). ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 55 Результаты управления ресурсно-ориентированными сценариями про- цессов в системе приведены на рис. 4. 0 200 400 600 800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 / x1 x2 x2 x7 x7 / а 0 200 400 600 800 1 2 3 4 5 6 7 8 / x1 x3 x3 x6 x6 / б Р и с. 4. Сценарии процессов в системе управления балансом потребления и воспроизводства морских биоресурсов: а – спрос на биоресурсы с учетом управления (х1), объемы потребления без управления (х2), объемы потребления с управлением (х2'), объемы воспроизводства без управления (х7), объемы воспроизводства с управлением (х7'); б – спрос на биоресурсы с уче- том управления (х1), концентрация биоресурсов без управления (х3), концентрация биоресур- сов с управлением (х3'), объемы природоохранной деятельности без управления (х6), объемы природоохранной деятельности с управлением (х6') Кривая риска дефицита биоресурсов (х4 на рис. 3, а) качественно повто- ряет кривую спроса на биоресурсы (х1 на рис. 4, а). Сравнивая ее с кривой спроса после проведения операций управления (рис. 4, а, б), можно видеть, что управление состоянием экосистемы отразилось на значениях спроса, ко- торый стал более изменчивым. Сравнение сценариев х2 и х'2 на рис. 4, а пока- зывает, насколько уменьшился уровень потребления биоресурсов по сравне- нию с ситуацией, которая имела бы место без управления системой. Аналогичные выводы следуют из результатов сопоставления уровней воспроизводства биоресурсов в вариантах расчетов без управления (кри- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 56 вая х7) и при его наличии (кривая х'7) (рис. 4, а). Уровень воспроизводства стал существенно выше, хотя и приобрел характер процесса, колеблющегося около некоторого среднего значения. Эти колебания объясняются отклоне- ниями баланса потребления и воспроизводства биоресурсов х3 в процессе управления состоянием морской экосистемы, учитывающим заданные значе- ния рисков. Несмотря на наличие колебаний кривой баланса, характеризую- щей состояние экосистемы, она лежит существенно выше того положения, ко- торое соответствует отсутствию управления (см. кривые х3 и х'3 на рис. 4, б). Средний уровень объема природоохранных мероприятий был определен как х6 = 2,0 (рис. 4, б). Необходимость уменьшения рисков деградации экоси- стемы привела к тому, что, наряду с ограничением объемов потребления био- ресурсов, потребовался дополнительный объем мер, гарантирующих их вос- производство. График объемов этих мероприятий, прогнозируемых моделью, отражает кривая x6' на рис. 4, б. Таким образом, модельные расчеты позволя- ют дать приближенную оценку тех объемов природоохранных мероприятий и тех периодов времени, при которых природоохранная деятельность должна быть значительно усилена. Системное моделирование экономических процессов потребления морских ресурсов Наряду со стандартным представлением динамических уравнений эколого- экономических процессов системная методология позволяет разработать стан- дартную модель типовых операций, осуществляемых в любой экономической системе. Основные процессы, характеризующие динамику экономической сис- темы: выпуск и реализация готовой продукции, получение и возврат кредитов, приобретение и расходование ресурсов производства, могут быть представле- ны в форме динамических уравнений АВС-метода с включением логических операторов (агентов) управления в правые части уравнений системы. Разрабо- танная на основе АВС-метода информационная технология управления сцена- риями экономических процессов получила название ABC AGENT [6, 7]. Обозначим через Х1 безразмерную переменную, представляющую спрос D на морепродукцию экономической системы ПЗМ. Тогда уравнение для функции спроса может быть записано в виде )](21[ 1121211 1 DF FaXaXX dt dX −+−= , (7) где (Х2) – безразмерная цена продукции p; FD – внешнее влияние, задающее динамику спроса. Аналогичным путем представим уравнение для цены (Х2) )](21[ 32322 2 XaXX dt dX +−= (8) и уравнение для безразмерной себестоимости продукции е (Х3) )](21[ 1 33 3 QryXX dt dX n i ii −−−= ∑ = , (9) где r i – стоимости ресурсов; Q – добавленная стоимость. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 57 Обозначим через Н количество готовой к реализации продукции, через S – объем ее реализации за единицу времени (например, за одни сутки), через V – выпуск продукции за это же время. Уравнение динамики объемов готовой продукции принимает вид )](21[ SVHH dt dH +−−= , (10) S = IF (р < е; 0; R ), R = IF (D < H; D; H), V = IF (D < H; 0; M), M = IF (D – H < M; D – H; M), M = min (m1, m2, …, mn), mi = H1i / yi (i = 1, 2, …, n), где H1i – объемы имеющихся ресурсов производства; уi – количества ресурсов каждого вида, необходимые для производства единичной продукции. Аналогичным образом могут быть представлены уравнения динамики и логические операторы управления запасами ресурсов производства и его оборотных средств Н2 [6, 7]: )](21[ 1111 1 iiii i SVHH dt dH +−−= (i = 1, 2, …, n), (11) где ( )[ ][ ]iiiii UHHDyIFHDIFV 1111 ;0;;0;0 <−<−= , ]],;0;0)([ ;)(;/)([ 133 1211 ∗∗ <− −−<−−= ii iiiiiii UHHIF HHDyrHHHDyIFU ρ ρ ]]);(;)([;0;0[ 111 iiiii HHDyHHDyIFHDIFS −<−<−= ; ,21 23 1 222 2                 +++−−= ∑ = HSSpSHH dt dH n i i χ (12) где ( ) ( ) ,];;[ 2 1 1212 HHHDyrHHHDyrIFS iiii i ii i ρρ −−<−−= ],;;[ 23233 HHHHIFS θθ <= nn ii i yryr yr ++ = ...11 ρ (i = 1, 2, …, n), χ – процент извлекаемых из оборота средств, т. е. чистая прибыль системы, θ – процент погашения накопленного кредита. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 58 Обозначим объемы приобретаемых в кредит ресурсов через V11, …, V1n. Тогда уравнение для накопленного кредита Н3 принимает вид [6, 7] )](21[ 31 1 33 3 SVrHH dt dH i n i i +−−= ∑ = , (13) где )];0;)[( 11 iiii FHyHDIFV <−= , ];;)([ 121 ∗−<−= iiiiiiii FHDyHHDyrIFF ρ (i = 1, 2, …, n). Функции ∗ iU1 и Fi * в уравнениях (11) и (13) представляют собой управления, которые ограничивают объемы ресурсов, приобретаемых в кредит. Рентабельность производства определяется отношением доходов, полу- чаемых за определенный интервал времени, к суммарным расходам за этот интервал: ∑ = +++ += 3 1 23210 1 ln i i HSS pS χ ϕ . (14) Управление сценариями развития в эколого-экономической системе природопользования прибрежной зоны моря Рассмотрим интегральную модель природопользования, построенную с применением технологии ABC AGENT. В качестве индикаторов экологичес- кого состояния системы будем использовать индекс биоразнообразия природ- ной среды Bd и уровень ее загрязнения Pl. Структура модели системного управления природопользованием приведена на рис. 5 . В соответствии с рассмотренной выше технологией текущий спрос на морскую продукцию D сравнивается в блоке модельных прогнозов сценариев развития с имеющимся запасом готовой продукции экономической системы производства. В том случае, когда цена продукции р превышает ее себестои- мость е, агент управления дает команду на реализацию продукции Sи ее до- полнительный выпуск (в случае необходимости) V. Сравнение цены и себе- стоимости дает возможность вести управление всей системой таким образом, чтобы обеспечить прибыль, поддерживая на должном уровне экологическое состояние морской экосистемы. Этой цели служат размеры инвестиций производственной системы, уста- навливаемые для приобретения ресурсов обеспечения производства. В целях упрощения модели ниже мы объединим все виды ресурсов, потребляемых системой, в три основных категории: экономические ресурсы, биологические ресурсы и экологические ресурсы. Экономические ресурсы системы ПЗМ определяют производственную себестоимость выпуска морепродуктов. Био- логические ресурсы включают в себя расходы на проведение мониторинга акватории ПЗМ с целью текущей оценки состояния биоресурсов и на приро- доохранные действия, поддерживающие интегральный уровень биоразнооб- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 59 разия морской среды. Экологические ресурсы связаны с расходами экономи- ческой системы на мониторинг уровня загрязнения акватории и на природо- охранные действия, понижающие этот уровень до среднего многолетнего значения. МОДЕЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ СЦЕНАРИЕВ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ « ПРИМОРСКИЙ РЕГИОН – ПРИБРЕЖНАЯ ЗОНА МОРЯ » СПРОС НА МО РСКУЮ ПРОДУКЦИЮ С ТОИМОСТЬ МО РСК ИХ РЕСУРСОВ ОЦЕНКА РЕНТАБЕЛЬНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА МО РСК ОЙ ПРОДУКЦИИ О БЪЕМ ПРОИЗВОДСТВА МО РСК ОЙ ПРОДУКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИБЫЛИ НЕОБХОДИМОЕ ФИНАНСИРО- ВАНИЕ ПОД ФАКТИЧЕСКОЕ ФИНАНСИРО- ВАНИЕ ПОД ЧИСТАЯ ПРИБЫЛЬ СИСТЕМЫ ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ МО РСК ОЙ ЭКОСИСТЕМЫ КРИТЕРИИ ИНТЕ- ГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЭКОСИ- СТЕМЫ СРАВ - НЕ НИЕ Р и с. 5. Схема управления эколого-экономическим балансом природопользования (ПОД – природоохранная деятельность) Экономическая система инвестирует свои средства в приобретение каж- дого из видов этих ресурсов, причем размеры инвестиций определяются при помощи агентов управления, которые имитируют реакцию модели на приро- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 60 доохранные действия, оплачиваемые из прибыли экономической системы. Агенты управления в структуре модели экономической системы сопоставля- ют текущие объемы финансовых средств производственной системы (ее обо- ротных средств Н2) с теми, которые необходимы для покрытия расходов на природоохранные цели. В блоке прогнозирования сценариев развития присутствует агент, кото- рый определяет объемы кредитов, необходимых экономической системе для получения недостающего количества финансовых средств. Предполагается, что суммарный объем кредитов Н3, накопленный системой к данному момен- ту времени, не должен превышать некоторую предельно допустимую вели- чину Н3 *. Эта величина может быть использована для управления потребле- нием морских ресурсов, поскольку она ограничивает экономическую актив- ность системы, устанавливая предельно допустимое кредитование для при- обретения ресурсов, необходимых при производстве морских продуктов. Для контроля за состоянием морской экосистемы мы выбирали два инте- гральных критерия: индекс биоразнообразия морской среды и уровень загряз- нения ее веществами, вредными для морских организмов. В качестве индекса биоразнообразия будем использовать взвешенную сумму концентраций ос- новных гидробионтов конкретной прибрежной зоны моря Bri, осредненных по акватории этой зоны: ∑ = = N i ii BrgBd 1 . (15) Предполагается, что известна средняя многолетняя изменчивость этого ин- декса, формируемая, например, среднемесячными нормами концентраций основных элементов трофической цепи, характерной для данной зоны моря Brim. Текущие значения индекса для каждого конкретного года претерпевают отклонения от средней многолетней изменчивости. В качестве основных фак- торов, формирующих эти отклонения, рассматриваются внешние влияния на морскую экосистему: погодные условия (вариации температуры воздуха, мо- дуля скорости ветра, освещенности относительно соответствующих средних многолетних значений) и антропогенное воздействие (вынос в море загряз- няющих веществ с суши, аварии морских судов и др.). Концентрация загряз- нений Pl играет существенную роль в формировании значения индекса био- разнообразия. Для того чтобы учесть в модели процесс восстановления ин- декса биоразнообразия до заданного уровня путем природоохранных дейст- вий, в уравнение для индекса Bd должен быть включен агент управления А(Bd, Bdm). Поэтому динамическое уравнение индекса биоразнообразия имеет вид )]},([21{ / mPlBd BdBdAPlaBdBd dt dBd −+−= , (16) )]1(;0;[),( 2/ 2 τα BdeyaBdBdIFBdBdA yBrmm −−>= . ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 61 Параметр 2/ 2 ya yBr определяет степень влияния на индекс биоразнообразия тех средств, которые экономическая система прибрежной зоны выделяет на при- родоохранные действия, а параметр αBd задает скорость роста этого индекса. Средний по рассматриваемой акватории ПЗМ уровень загрязнений инте- грально представляет взвешенная сумма концентраций основных видов за- грязняющих веществ Pli, характерных для этой зоны: ∑ = = M i ii PlhPl 1 . (17) Она формирует средний многолетний ход параметра Plm, который целесооб- разно использовать в качестве интегрального критерия оценки состояния экосистемы по уровню загрязнения. Текущие значения концентрации загряз- нений морской среды Pl сравниваются в модели со средними многолетними нормами Plm, в результате чего агент, который мы обозначим через A(Pl, Plm), должен имитировать необходимый объем природоохранных действий. Примем, что уровень загрязнений пропорционален хозяйственной актив- ности в ПЗМ и, в частности, – объему производимых морепродуктов. Дина- мика уровня загрязнений должна учитывать естественное самоочищение мор- ской среды PlaPl , а также влияние природоохранных мероприятий, модели- руемое агентом ),( mPlPlA . С учетом сделанных предположений динамика уровня загрязнений описывается уравнением )]},([21{ / mPlSPl PlPlAPlaSaPlPl dt dPl ++−−= , (18) )]1(;0;[),( τα mPl m ePlaPlPlIFPlPlA Plmm −−<= . Имитационные эксперименты с информационной технологией ABC AGENT по прогнозированию сценариев эколого-экономических процеcсов При проведении имитационных экспериментов построенная эколого-эко- номическая модель ПЗМ рассматривалась в качестве инструмента для поиска таких сценариев природопользования, которые отвечают условиям баланса экономической выгоды и нормального (по средним многолетним критериям Bdm и Plm) состояния морской экосистемы. Расчеты проводились на 500 без- размерных шагов по времени (суток). Для наглядного представления сцена- рии прогнозируемых процессов Bd и Pl были приведены к безразмерной шкале изменчивости 0 – 10. Параметры, характеризующие экономические процессы, были также представлены в безразмерной форме путем нормиров- ки на соответствующие масштабирующие коэффициенты. Ниже приводятся результаты двух серий вычислительных экспериментов, в которых были ус- тановлены следующие значения параметров: у1 = 1,3; у2 = 3; у3 = 2; r1 = 0,8; r2 = 0,6; r3 = 1,1. Среднее значение себестоимости морепродукта составляло 7 условных единиц, а его рыночная цена 9 условных единиц. Процент пога- шения кредитов θ составлял 10% от величины накопленного кредита. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 62 В первой серии экспериментов рассматривалась ситуация, при которой экономическая система могла иметь чистую прибыль в размере 20% от ее оборотных средств и не обязана была тратить ее на природоохранные цели. Единственное условие ограничения хозяйственной активности заключалось в том, что экономическая система не должна была использовать кредиты для расширения объемов потребления морских ресурсов выше некоторого пре- дельного значения Н3 *. Это предельное значение понижалось по мере роста уровня загрязнения морской среды. Сценарии процессов, полученные в первой серии экспериментов, показа- ны на рис. 6. На рис. 6, а приведены имитированный спрос на морепродукты и суточные объемы их производства. Из этих графиков следует, что произ- водство и реализация морепродуктов происходили в течение всего времени эксперимента, однако полное удовлетворение спроса достигалось только в отдельные сутки, когда экономическая система располагала всеми видами ресурсов. Согласно сценариям оборотных средств и накопленного кредита (рис. 6, б), потребление биоресурсов и производство морепродуктов не было ограничено за счет кредитования экономической системы. На рис. 6, в приведены сценарии интегральных характеристик состояния морской экосистемы. График рассчитанного индекса биоразнообразия по форме повторяет график спроса на биоресурс (рис. 6, а), а график уровня за- грязнения испытывает устойчивый рост ввиду отсутствия природоохранных действий. Штриховая линия представляет средний многолетний уровень за- грязнений, который расчетный сценарий Pl значительно превысил во второй половине времени вычислений. Это привело к понижению индекса биоразно- образия и вызвало реакцию агента природоохранных действий ),( mPlPlA , который имитировал необходимые природоохранные действия по загрязне- ниям (кривая 4 на рис. 6, в). Однако по условиям эксперимента эти действия не были выполнены, и экономическая система продолжала извлекать чистую прибыль и инвестировать оборотные средства только в необходимые ей ре- сурсы производства. Об этом свидетельствуют графики ее рентабельности (рис. 6, г) и объемов приобретаемых ресурсов (рис. 6, д). На рис. 6, е приве- дены графики фактической чистой прибыли, полученной системой (кри- вая 2), и той части прибыли, которая должна была сохраниться после финан- сирования природоохранных действий (кривая 1). Основной вывод, выте- кающий из этой серии экспериментов, заключается в том, что ограничение инвестиций на потребление морских ресурсов (например путем лицензирова- ния их объемов) не всегда является достаточным для сохранения экологиче- ского состояния морской среды. Во второй серии экспериментов был использован более радикальный способ управления природопользованием, когда экономическая система ПЗМ должна была тратить часть своей прибыли на проведение природоохранных действий, как только уровень загрязнения морской среды превышал установ- ленное среднее многолетнее значение Plm = 3. В этих условиях экономиче- ская активность потребления ресурсов была ограничена и спрос на морепро- дукцию удовлетворялся только в отдельные периоды времени (сценарии на рис. 7, а, б). Часть прибыли, выделяемая на борьбу с уровнем загрязнения морской среды, была пропорциональна величине превышения этим уровнем своего среднего многолетнего значения. Как следует из рис. 7, в, е, агент природоохранной деятельности ),( mPlPlA направлял часть прибыли на борь- бу с загрязнением всякий раз, когда уровень загрязнения поднимался выше ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 63 значения Plm = 3. Параметры, характеризующие природоохранные действия, были выбраны исходя из скорости понижения уровня загрязнения, равной 1% в сутки. Поэтому для удержания сценария уровня загрязнения вблизи средне- го многолетнего значения (рис. 7, в) экономическая система периодически несла дополнительные расходы, существенно повышавшие себестоимость производства морепродуктов (рис. 7, е). В эти периоды времени производство морепродуктов прекращалось, так как оно становилось нерентабельным (рис. 7, а, б, г, д). 100 200 300 400 500 0 20 40 60 80 100 1 3 2 100 200 300 400 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 1 2 3 а б 100 200 300 400 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 3 2 4 100 200 300 400 500 0 50 100 150 200 250 300 в г 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 3 2 100 200 300 400 500 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 1 2 д е Р и с. 6. Сценарии процессов без учета финансирования природоохранной деятельности из прибыли экономической системы: а – спрос D (1), предложение морепродуктов экономической системой S (2), стоимость морепродукта Р (3); б – оборотные средства Н2 (1), предельно допус- тимые инвестиции Н3 *(2), накопленный кредит Н3 (3); в – индекс биоразнообразия Bd (1), уро- вень загрязнения Pl (2), средний многолетний уровень загрязнения Plm (3), функция агента ПОД по загрязнениям (4); г – средняя за 10 сут рентабельность производства морепродуктов φ; д – средние за 10 сут объемы приобретаемых в кредит экономических V11 (1), биологических V12 (2), экологических V13 (3) ресурсов; е – распределение средств, изымаемых из оборота: чистая прибыль с учетом (1) и без учета (2) расходов на природоохранную деятельность ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 64 100 200 300 400 500 0 20 40 60 80 100 1 2 3 100 200 300 400 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 1 3 2 а б 100 200 300 400 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 4 3 100 200 300 400 500 0 50 100 150 200 250 300 в г 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2 1 3 100 200 300 400 500 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 2 1 3 д е Р и с. 7. Сценарии процессов с учетом финансирования природоохранной деятельности из прибыли экономической системы: а – спрос D (1), предложение морепродуктов экономической системой S (2), стоимость морепродукта р (3); б – оборотные средства Н2 (1), предельно допус- тимые инвестиции Н3 * (2), накопленный кредит Н3 (3); в – индекс биоразнообразия Bd (1), уро- вень загрязнения Pl (2), предельно допустимый уровень загрязнения Plc (3), функция агента ПОД по загрязнениям (4); г – средняя за 10 сут рентабельность производства морепродуктов φ; д – средние за 10 сут объемы приобретаемых в кредит экономических V11 (1), биологических V12 (2), экологических V13 (3) ресурсов; е – распределение средств, изымаемых из оборота: накопленная чистая прибыль с учетом (1) и без учета (2) расходов на природоохранную дея- тельность, функция агента управления средствами на природоохранную деятельность (3) ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 65 Проведенные вычислительные эксперименты показали, что информаци- онная технология управления эколого-экономическими процессами в при- брежной зоне моря позволяет получать наглядное представление о сценариях развития процессов при варьировании большого количества параметров мо- дели, играющих важную роль для принятия административных решений по использованию ресурсов ПЗМ. К их числу относятся оценки необходимых объемов природоохранных действий, поддерживающих нормальное состоя- ние морской экосистемы и обеспечивающих рентабельное производство мо- репродуктов. Заключение В настоящей работе мы стремились сделать акцент на практической пользе от применения системной методологии в задачах управления слож- ными природно-хозяйственными объектами. Как следует из приведенной на рис. 1 диаграммы, системная методология должна давать в руки исследовате- ля или администратора инструмент поддержки принятия управленческих ре- шений в форме компьютерной модели, обеспечивающей прогнозы сценариев развития. Следуя основным этапам системного моделирования и управления, мы рассмотрели концептуальные модели эколого-экономических систем при- родопользования применительно к биоресурсам прибрежной зоны моря. Формализация этих моделей методом адаптивного баланса влияний позволи- ла получить их компьютерные варианты, а применение информационной тех- нологии ABC AGENT обеспечило возможность прогнозировать сценарии эко- лого-экономических процессов в прибрежной зоне моря при большом числе управляющих параметров. Основная польза подобных компьютерных техно- логий управления заключается в широкой возможности проводить имитацион- ные эксперименты и выбирать из ансамбля возможных сценариев процессов такие, которые удовлетворяют целевым установкам устойчивого развития. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. A Handbook for Measuring the Progress and Outcomes of Integrated Coastal and Ocean Man- agement // IOC Manuals and Guides, 46. ICAM Dossier, 2. – Paris: UNESCO, 2006. – 160 p. 2. Иванов В.А., Игумнова Е.М., Латун В.С., Тимченко И.Е. Модели управления ресурсами прибрежной зоны моря. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2007. – 258 с. 3. Еремеев В.Н., Игумнова Е.М., Тимченко И.Е. Моделирование эколого-экономических систем. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2004. – 320 с. 4. Fedra K. Coastal Zone Resource Management: tools for a participatory planning and decision making process // Delivering Sustainable Coasts: Connecting Science and policy / Proceed- ings of Littoral 2004, September 2004. – Aberdeen, Scotland. UK, 2004. – 1. – P. 281 – 286. 5. Тимченко И.Е. Системные методы в гидрофизике океана. – Киев: Наук. думка, 1988. – 225 с. 6. Тимченко И.Е., Игумнова Е.М., Тимченко И.И. Системный менеджмент и АВС-тех- нологии устойчивого развития. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2000. – 225 с. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 1 66 7. Тимченко И.И., Игумнова Е.М., Тимченко И.Е. Образование и устойчивое развитие. Системная методология. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2004. – 527 с. 8. Timchenko I.E., Igumnova E.M. Integrated management of ecological-economic sea-land systems // Phys. Oceanogr. – 2005. – 15, № 4. – Р. 247 – 263. Морской гидрофизический институт НАН Украины, Материал поступил Севастополь в редакцию 28.09.09 После доработки 01.10.09 АНОТАЦІЯ Розглянуто динамічні моделі інтегральних еколого-економічних систем прибе- режної зони моря, орієнтовані на встановлення балансу споживання і відтворення морських біоресурсів. Для побудови моделей використано системний підхід, при якому економічні цілі споживання біоресурсів ставляться в залежність від екологічного стану морського середовища. Наведено приклади управління балансом еколого-економічних процесів з використанням інте- гральних критеріїв біорізноманітності та рівня забруднення морського середовища. Показано, що інформаційна технологія управління сценаріями еколого-економічних процесів дозволяє оцінювати рентабельність виробництва морепродуктів за умови використовування частки при- бутку для збереження морських біоресурсів. Ключові слова: прибережна зона моря, еколого-економічна система, інтегральна модель. ABSTRACT Dynamical models of the integral ecological-economical system of the sea coastal zone aimed at achieving a balance between consumption and reproduction of marine bioresources are con- sidered. To construct a model, a systematic approach in which economical aims of bioresources con- sumption are assumed to be dependent on ecological state of the marine environment, is applied. The examples of managing the balance of ecological-economical processes using the integral criteria of biodiversity and the level of marine environment pollution are given. It is shown that the informa- tional technology of managing the scenarios of ecological-economical processes permits to estimate profitableness of sea food production provided a part of profit is used to preserve marine biore- sources. Keywords: sea coastal zone, ecological-economical system, integral model.