Формирование пространственной структуры экономики региона с учетом загрязнения водных объектов
Formation of the spatial structure of regional economics with taking into account of water pollution
Авторы
Аннотация
В статье предпринята попытка включения в общую задачу оптимизации пространственной структуры экономики региона блока условий по охране водных ресурсов. Автор приводит экономико-математическую запись соответствующих условий. Дается их интерпретация и оцениваются возможности использования для анализа влияния антропогенной деятельности на водную среду.
Ключевые слова
рациональное природопользование, устойчивое развитие, водные ресурсы, экологическая стратегия, борьба с загрязнением воды, экологически чистое производство, экологически ориентированные технологии.
Рекомендуемая ссылка
Формирование пространственной структуры экономики региона с учетом загрязнения водных объектов// Региональная экономика и управление: электронный научный журнал. ISSN 1999-2645. — №3 (39). Номер статьи: 3903. Дата публикации: 25.07.2014. Режим доступа: https://eee-region.ru/article/3903/
Authors
Abstract
This article analyzes the possible negative anthropogenic impact on state of surface waters in the region and the choice of ways to prevent it. For this purpose an attempt is made to include the general problem of optimization of the spatial structure of the economy of the region block of conditions for protection of water resources. The author gives the economic and mathematical notation appropriate conditions. The interpretation of these conditions is given, as well as the possibility of their use for the analysis of the influence of anthropogenic activities on water environment are evaluated.
Keywords
environmental management, sustainable development, water resources, environment strategy, water pollution control, cleaner production, environmentally oriented technologies.
Suggested Citation
Formation of the spatial structure of regional economics with taking into account of water pollution// Regional economy and management: electronic scientific journal. ISSN 1999-2645. — №3 (39). Art. #3903. Date issued: 25.07.2014. Available at: https://eee-region.ru/article/3903/
Рост ограниченности водных ресурсов, ухудшение их качества обусловливают необходимость включения проблем рационального использования и охраны водных ресурсов в число стратегических приоритетов в области региональной экологической политики. Особую актуальность эта проблема приобретает в регионах, испытывающих дефицит поверхностных водных ресурсов и значительные антропогенные нагрузки на водные объекты в виде сброса загрязненных сточных вод. Таким образом, использование и охрана водных ресурсов выступает в качестве одного из важных направлений природоохранной деятельности при разработке региональной природоохранной стратегии.
Для выявления возможного негативного антропогенного воздействия на состояние поверхностных вод в регионе и выбора путей его предупреждения нами была предпринята попытка включения в общую задачу оптимизации пространственной структуры экономики региона блока условий по охране водных ресурсов [1]. Основные задачи, на решение которых нацелен данный блок, предусматривают:
- прогнозирование уровня загрязнения водной среды;
- выявление экологически допустимых масштабов территориальной концентрации производства с позиций формирования антропогенной нагрузки на поверхностные водоисточники;
- определение суммарной величины экономического ущерба от загрязнения водных объектов и другие.
Подобный блок разработан, в частности, для условий Нижнего Приангарья и западной части КАТЭКа [1, 2, 3].
Условия водного блока объединены в следующие группы:
- условия формирования балансов загрязнения воды по отдельным видам вредных веществ в каждом из рассматриваемых ареалов (или промузлов) в тот или иной период времени;
- ограничения на сброс загрязняющих веществ в поверхностные водоисточники;
- условия неухудшения экологической ситуации (качественного состояния водной среды) в каждом ареале с течением времени с учетом возможного накопления вредных веществ в воде и переноса загрязнения по течению рек;
- требование минимизации экономического ущерба от загрязнения водоемов.
В табл. 1 показана блок-схема фрагмента модели с блоком условий по охране водных ресурсов. Для примера блок-схема строится для одного ареала, двух периодов времени и двух видов загрязнения в сточных водах.
Остановимся подробнее на характеристике экономико-математической записи выделенных условий и рассмотрим, какой круг вопросов может быть решен с их использованием.
Табл.1. Блок условий по охране водных ресурсов
Экономико-математическая запись названных условий имеет следующий вид.
1. Формирование балансов загрязнения водоемов:
, (1)
где 
— объем сброса со сточными водами в пределах допустимых норм вещества q в водную среду ареала k в период времени t;
— объем сброса со сточными водами сверх допустимых норм вещества q в водную среду ареала k в период t;
— величина накопления к моменту t загрязнения вида q, поступившего в водную среду ареала k в период времени t-1;
. (2)
Здесь 
— коэффициент естественного разложения загрязнения вида q в водной среде ареала k в течение года; τt – продолжительность периода t;
— объем поступления (выноса) загрязнения вида q в ареал k (из ареала k) из ареала 
(в ареал 
) в результате естественного переноса веществ.
Объемы переноса загрязнений между соседними промузлами определяются в соответствии с моделью Фелпса-Стритера:
(3)
где 
— степень разложения вещества q в результате транзита на участке реки от ареала до k (от k до ). При этом: 
.
Здесь 
— константа скорости окисления вещества q (>0– для неконсервативных органических веществ);
— время окисления вещества на участке от до k (или время движения воды реки от створа до створа k); 
, где 
— расстояние между и k; V – средняя скорость течения реки.
Далее в условии (1):
— интенсивность варианта функционирования объекта j в ареале k;
— мощность объекта j в ареале k на конец периода t;
— объем выхода загрязнения вида q c бытовыми сточными водами;
— численность населения ареала k на конец периода t;
— объем загрязнения вида q, сбрасываемого в водоемы со сточными водами, образующихся на объектах j с фиксированной (нефиксированной) интенсивностью на конец периода t.
Объемы выхода вредных веществ с промышленными и бытовыми сточными водами определяются как: 
, где 
— конечная концентрация вещества q в сточных водах объекта j (в бытовых стоках); При этом: 
— начальная концентрация вещества q в сточных водах объекта j (в бытовых стоках);
— концентрация, на величину которой снижается содержание вещества q в стоках объекта j (бытовых стоках) в результате обезвреживания на очистных сооружениях;
— объем сточных вод объекта j на конец периода t;
— удельный объем сточных вод объекта j с искомой интенсивностью;
v — удельный объем бытовых сточных вод (на 1 тыс.чел.).
Подставляя выражения (2) — (3) в условия (1), получаем:
(1a)
Таким образом, согласно условию (1а) формирование уровня загрязнения водной среды по тому или иному ингредиенту в каждом промузле осуществляется для каждого расчетного периода времени с учетом следующих факторов:
- объемов сброса вредных веществ с промышленными и бытовыми сточными водам;
- степени обезвреживания загрязнений на очистных сооружениях в зависимости от используемых методов очистки;
- величины накопления загрязнения во времени с учетом фонового;
- объемов естественного переноса вредных веществ между соседними промузлами.
В результате такого представления объемов образования вредных веществ в сточных водах динамика загрязнения в каждом периоде отражается через объем загрязнения, поступившего в водную среду в предыдущем периоде с учетом его возможного накопления в течение данного периода, а также в соответствии с динамикой развития производственной и хозяйственно-бытовой деятельности в каждом промузле.
2. Ограничения на сброс загрязнений в поверхностные водоисточники:
(4)
где 
— ПДК вещества q, относящегося к лимитирующему признаку вредности (ЛПВ) l;
— число вредных веществ, относящихся к одному ЛПВ l;
— расход воды в источнике на участке k в период t.
(5)
— среднемноголетний расход воды в источнике на участке k;
— объем водопотребления существующими объектами хозяйства в ареале k;
— объем забора воды на конец периода t потребителями на участках k’, расположенными выше по течению реки;
— объем изъятия стока для целей безвозвратного водопотребления и разбавления сточных вод объектов j и для хозяйственно-питьевого водоснабжения и разбавления бытовых сточных вод.
(6)
Здесь 
— кратность разбавления отводимых стоков объекта j (бытовых стоков);
— объем водопотребления объекта j в период t;
— удельный объем водопотребления объекта j с искомой интенсивностью;
— удельный объем потребления воды населением (на 1 тыс.чел.).
Условие (4) с учетом условий (5) и (6) может быть переписано в следующем (более удобном для включения в модель задачи) виде:
(4а)
Таким образом, в описываемом блоке водных ресурсов ограничения на сброс загрязнений в водную среду — условия (4) или (4а) — строятся с учетом:
- показателей ПДК вредных веществ в воде водоемов;
- эффекта суммации действия различных веществ, относящихся к одному ЛПВ;
- расхода воды в источнике;
- объемов безвозвратного водопотребления;
- требуемой степени разбавления отводимых в поверхностные водоемы очищенных сточных вод.
3. Условия неухудшения экологической ситуации в каждом из промышленных узлов с течением времени:
(7)
Условия (7) означают, что объем загрязнения, выделяемый в водную среду того или иного промузла в данный период времени сверх допустимых пределов, не должен превышать соответствующего загрязнения, поступившего в водную среду на конец предыдущего периода, т.е. качественное состояние водной среды в каждом ареале с течением времени не должно ухудшаться. Задавая условия (7), мы получаем возможность манипулировать в определенных пределах с загрязнением, выделяемым сверх допустимых норм, ограничивая его выход с периода t=1 или с более поздних периодов, когда по мере формирования хозяйства региона и наращивания его производственной мощи увеличивается и сброс вредных веществ со сточными водами.
Все перечисленные условия вводимого блока строятся, во-первых, для всех рассматриваемых в задаче видов загрязняющих веществ, содержащихся в промышленных и бытовых сточных водах; во-вторых, для каждой из выделенных в пределах региона территориальных единиц, в качестве которых принимаются промышленные узлы; и, в-третьих, для каждого из расчетных отрезков времени, на которые разбивается весь исследуемый в задаче период прогнозирования.
Как следует из условия (1), весь объем образующегося загрязнения подразделяется на две части — на загрязнение, выделяемое в пределах допустимых санитарных норм, и загрязнение, сбрасываемое со сточными водами сверх допустимого уровня. Такое деление допускает сброс загрязнений в водоемы сверх принятых экологических стандартов в случае отсутствия технических возможностей для обеспечения требуемой степени обезвреживания сточных вод. При этом сброс вредных веществ в водную среду региона (сверх допустимых пределов) будет сопровождаться нанесением ущерба природной среде. Этот факт находит отражение при формировании целевой функции задачи, представляющей собой минимум, во-первых, приведенных затрат на создание и функционирование всех элементов хозяйства (с учетом дисконтирования) и, во-вторых, величины экономического ущерба, наносимого хозяйству загрязнением водного бассейна.
Последний элемент рассчитывается как сумма произведений удельных ущербов от загрязнения водоемов рассматриваемыми ингредиентами сточных вод и объемов загрязнения, поступающих в водную среду сверх принятых нормативов (see below).
4. Требования минимизации экономического ущерба от загрязнения водного бассейна:
(8)
где 
— величина суммарного экономического ущерба от загрязнения водной среды в ареале k на конец периода времени t;
— коэффициент дисконтирования;
— показатели удельных экономических ущербов от загрязнения водоемов веществом q в ареале k.
Показатели удельных экономических ущербов от загрязнения поверхностных водоисточников при сбросе в них вредных веществ в объемах, превышающих допустимые нормы, рассчитываются в соответствии с «Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба» (утв. Госкомэкологией РФ 09.03.1999).
В целом, деление объема загрязнения на две части дает возможность:
1) определить предельные возможности задаваемых условиями задачи систем очистки (то есть определить, какой объем загрязнения могут обезвредить рассматриваемые очистные сооружения при условии соблюдения экологических стандартов);
2) определить величину экономического ущерба от загрязнения водоемов и минимизировать эту величину в процессе решения задачи в зависимости от складывающейся производственной и пространственной структуры комплекса;
3) осуществить учет фактора накопления загрязнения, поступающего в водную среду сверх допустимых норм;
4) предусмотреть возможность получения решения задачи в случае невозможности выхода на заданные экологические нормативы.
Если в результате решения выделяемое загрязнение не укладывается в заданные ограничения, то это может служить тревожным сигналом о том, что хозяйственная деятельность в том или ином промузле выходит за экологически допустимые пределы и, чтобы этого избежать, необходимо предпринять определенные дополнительные меры, например:
- ввести в условия задачи новые (экологически более чистые) технологии основных производств на рассматриваемых в задаче производственных объектах;
- дополнить или заменить задаваемые системы очистки сточных вод;
- предложить другие варианты размещения производств с целью рассосредоточения их по территории комплекса для лучшего использования адаптационных механизмов водной среды;
- отказаться от создания тех или иных объектов в промузлах с наиболее напряженной экологической ситуацией или пойти по пути сворачивания производства на отдельных предприятиях до экологически допустимых масштабов и т.д.
Включение охарактеризованных условий в модель задачи позволяет решить следующие вопросы:
- выявить экологически допустимые с точки зрения воздействия на водную среду масштабы развития хозяйственной деятельности в регионе;
- определить возможности задаваемых условиями задачи систем обезвреживания промышленных и бытовых сточных вод;
- проанализировать влияние факторов накопления загрязнения и естественного переноса вредных веществ по течению рек на формирование общего уровня загрязнения водоемов в пределах рассматриваемой территории;
- оценить величину экономического ущерба, который может быть нанесен экономике региона и здоровью населения загрязнением водной среды в случае сброса вредных веществ сверх установленных допустимых норм;
- проверить, какие изменения в выборе схемы размещения исследуемых производств на территории региона может вызвать учет требований охраны водных ресурсов.
Список литературы:
- Бурматова О.П. Инструментарий оптимизации природоохранной деятельности при прогнозировании развития экономики региона. – Новосибирск: ИЭОПП СО РАН, 2009. – 76 с.
- Бурматова О.П. Возможности и ограничения развития Нижнего Приангарья с позиций экологического императива. // Реки Сибири. Материалы VI Международной конференции «Реки Сибири». — Красноярск: 2011. – С.18-21.
- Бурматова О.П. Моделирование охраны водного бассейна в регионе. // Проблемы функционирования и развития территориальных социально-экономических систем: Материалы VI Всероссийской научно-практической internet-конференции. В 2-х частях. Часть I. – Уфа: ИСЭИ УНЦ РАН, 2012. – 268 с. — С.133-138.
References
- Burmatova O.P. Optimize environmental performance tools in predicting the development of the regional economy [Instrumentarii optimizatcii prirodookhrannoi deiatelnosti pri prognozirovanii razvitiia ekonomiki regiona]. Novosibirsk: IEIE SB RAS, 2009. 76 p.
- Burmatova O.P. Capabilities and limitations of the Lower Angara region from positions ecological imperative [Vozmozhnosti i ogranicheniia razvitiia Nizhnego Priangaria s pozitcii ekologicheskogo imperativa]. Siberian Rivers. Proceedings of the VI International Conference «Rivers of Siberia.» Krasnoyarsk: 2011. pp.18-21.
- Burmatova O.P. Modeling watershed protection in the region [Modelirovanie okhrany vodnogo basseina v regione]. Problems of functioning and development of regional socio-economic systems: Proceedings of the VI All-Russian scientific-practical internet-conference. In two parts. Part I. — Ufa: ISEI USC RAS, 2012. 268 p. , pp.133-138.