CC BY
16
МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ГЛАВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ В СОСНОВЫХ
ЛЕСАХ НА БАЗЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
Пушкин А.А. (БГТУ, г. Минск, Беларусь)
The technique of optimization of the main using on the basis of geoinformation technologies is stated in the given work.
В современных условиях одной из основных проблем стоящих перед лесохо-зяйственной практикой является поиск оптимальных управленческих решений, при которых сохраняется естественный потенциал лесных экосистем и удовлетворяются потребности народного хозяйства в древесине и иных полезностях леса.
Подобные научно обоснованные решения могут быть найдены с применением математических методов, которые предполагают использование современных информационных систем. Принимая во внимание пространственное распределение лесных ресурсов, целесообразным представляется использование геоинформационных систем, позволяющих учитывать не только атрибутивные характеристики отдельных объектов, но и их местоположение.
Устойчивое управление лесами не мыслится без учета и сохранения биологического разнообразия лесных экосистем. Критерии и индикаторы устойчивого управления лесами, принятые на конференции в Хельсинки включают в себя и критерий сохранения биологического разнообразия. На основании имеющихся в зарубежной практике подходов к сохранению биоразнообразия в Институте экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси разработана методика сохранения биоразнообразия при ведении лесного хозяйства, базирующаяся на концепции экологического каркаса лесных территорий. Согласно данной методики предлагается выделить следующие категории участков: 1) ключевые биотопы (КБ), 2) потенциально ключевые биотопы (ПКБ), 3) экологические коридоры (ЭК), 4) участки, предназначенные для ведения лесного хозяйства, ориентированного на сохранение биологического разнообразия (БОЛХ), 5) участки с элементами ведения лесного хозяйства, ориентированного на сохранение биологического разнообразия (ЭБОЛХ) 6) участки, предназначенные для ведения лесного хозяйства, ориентированного на продуктивное лесовыращивание (ПЛ). Первые четыре категории формируют собственного экологический каркас лесной территории и им придается статус особо защитных участков с ограниченным режимом лесопользования [1].
Естественно, что данный подход должен повлечь некоторое уменьшение объема главного пользования лесом, однако при этом повышается устойчивость лесных экосистем, усиливаются средообразующие и защитные свойства лесов, повышается их генетико-биологическое разнообразие. Кроме этого система лесовыра-щивания и получаемая на ее основе продукция будет способна пройти так называемую «зеленую сертификацию», что увеличит ее конкурентоспособность на мировом рынке и значительно повысит экономическую эффективность ведения лесного хозяйства.
В настоящее время создана и функционирует в лесхозах республики геоинформационная система «Лесные ресурсы» на базе отечественного программного продукта Formap 2.0, предназначенная, прежде всего, для решения практических задач при ведении лесного хозяйства и лесоустройства. Кроме того для решения специализированных задач, связанных с созданием картографических баз данных геоинформационных систем, проведением пространственного анализа данных, созданием сложных иерархических проектов разработана автоматизированная система лесного картографирования на базе ArcView GIS 3.2. Система оптимизации главного пользования организована на основе ArView GIS 3.2 с использованием исходных картографических и атрибутивных баз данных ГИС «Лесные ресурсы», а также модулей автоматизированной системы лесного картографирования.
В целом методика определения оптимального размера главного пользования лесом с учетом факторов сохранения биологического разнообразия на базе геоинформационных технологий содержит следующие основные этапы:
1) Выделение насаждений, которые достигли возраста спелости и могут поступать в рубку;
2) Распределение насаждений по категориям экологического каркаса с присвоением возможных способов рубок достигшим возраста спелости;
3) Исчисление расчетных лесосек и выбор оптимальной в разрезе способов рубок, групп и категорий защитности лесов;
4) Прогноз запасов, средних диаметров и средних высот выделенных древо-стоев на ревизионный период по регрессионным моделям;
5) Выделение рационального эксплуатационного фонда на ревизионный период с составлением оптимального плана рубок по модели линейного программирования.
Выделение спелых насаждений осуществляется путем построения специализированного запроса в ArcView GIS, в соответствии с действующими возрастами рубок. Результатом является сформированная база данных спелых насаждений.
Распределение насаждений по категориям экологического каркаса может выполняться при помощи пространственного ГИС-анализа в соответствии с цифровым экологическим каркасом территории объекта проектирования, а в случае наличия в повыдельной базе данных значений категории каркаса - путем прямого запроса. Для спелых насаждений в базу данных вносятся также возможные виды рубок. В категориях «Ключевые биотопы», «Потенциально-ключевые биотипы» и «Экологические коридоры» в соответствии с разработанными методическими рекомендациями запрещается ведение всякой хозяйственной деятельности за исключением мероприятий по охране и защите леса. Данная категория полностью исключается из расчета главного пользования. На участках категории «БОЛХ» запрещается проведение сплошнолесосечных рубок, а проводятся постепенные и выборочные. При проектировании рубок главного пользования в выделах, отнесенных к категории «ЭБОЛХ» предпочтение отдается узколесосечным сплошным рубкам. В категории «ПЛ» проектирование лесохозяйственных работ осуществляется в соответствии с действующими нормативными документами.
Исчисление и оптимизация расчетной лесосеки осуществляется в соответствии с действующим в Республике Беларусь «Постановлением ...» [2]. Предусмотрено определение следующих видов лесосек для сплошнолесосечных рубок: равномерного пользования, 1-я, 2-я, 3-я, 4-я возрастные лесосеки, по спелости, интегральная, Самгина и лесосека ограничения (по сроку использования эксплуатационного фонда на 10 лет).
Прогноз запасов, средних диаметров и высот выделенных насаждений производится по породам в соответствии с действующим нормативам актуализации лесного фонда, разработанными в виде регрессионных моделей проф. О.А. Атрощенко. Данные прогноза используются в модели оптимизации планирования лесосечного фонда на ревизионный период.
Критерием оптимизации планирования рубок главного пользования в данной модели может быть:1) максимизация выхода древесины, задаваемой товарной и породной структуры; 2) общей качественной цифры вырубаемой древесины. В качестве управляемых переменных в представленной модели выступают площади насаждений, вырубаемых в i-м выделе ву-год плана.
Целевая функция модели имеет вид:
m n k
Z = LLLXjMC ^ max (1)
i =1 j=1 Z=1
при ограничениях:
Ц'. * Si (2)
j=i m k
LL '.Ml * bmax (3)
i=1 Z=1 m k
YYxMk >b (4)
¿—i ¿—i 'J 'J mm v 7
i=1 z=1 m n
L I*.* s (5)
i=1 j=1
m k m k
L iLXjMk =lY L* j+1M.+1 (6)
Где:
Мк - запас к-ой древесной породы в /-м выделе в у-год плана;
X/,- искомая площадь насаждения, вырубаемая в /-м выделе ву-год плана;
З-общая площадь /-го выдела;
Ътах и Ът/п - соответственно максимальный и минимальный объем вырубки по всем выделам за один год;
Ск-качественная цифра к-ой древесной породы;
S-площадь лесопользования за весь период планирования;
^-коэффициент, указывающий во сколько раз должно увеличиться лесопользование в у+1-ом году по отношению к у-му году;
m-количество выделов участвующих в оптимизации;
п-число лет планирования (10 лет на ревизионный период);
^число древесных пород на выделе.
Неравенство (2) предусматривает ограничение вырубаемой площади на выделе за весь период планирования, которая не может быть больше, чем сама пло-
щадь выдела. Параметры bmax и bmin определяют промежуток, в котором может находится годичная расчетная лесосека. Неравенства (3) и (4) учитывают необходимость планирования рубки по годам лесопользования с учетом заданного коэффициента неравномерности пользования. Современное лесоустройство допускает 15%-ное отклонение годичной расчетной лесосеки по годам лесопользования от средней. Кроме этого неравенства (3) и (4) также ограничивают и общий объем лесопользования за весь период планирования. При необходимости расчета строго равномерного, равномерно возрастающего или равномерно убывающего объема пользования место неравенств (3) и (4) вводится уравнение (6), которое позволяет выполнять равномерное планирование лесопользования по годам ревизионного периода. Неравенство (5) позволяет ограничивать площадь лесопользования за весь период планирования.
Таким образом представленная модель позволяет рассчитывать следующие варианты лесопользования: относительно равномерное, равномерное, равномерное возрастающее и убывающее. Для практической реализации данной модели разработано программное обеспечение, позволяющее формировать базу данных в формате dbf, содержащую по каждому выделу эксплуатационного фонда год плана и площадь, назначенную в рубку. Данная база данных подключается к цифровой карте в ArcView GIS 3.2, после чего формируется картографическое представление плана рубок лесохозяйственного предприятия на ревизионный период.
В соответствии с представленным алгоритмом произведен многовариантный расчет главного пользования по сосновой хозсекции Сморгонского опытного лесхоза. Уменьшение лесопользования за счет сохранения биологического разнообразия экосистем сосновых лесов второй группы составляет в зависимости от уровня сохранения 3,8-9,2 %. Однако при оптимизации планирования рубок данное уменьшение будет частично компенсировано за счет более полного использования дополнительного прироста лесных насаждений. В целом же представленный подход позволит не только сохранить естественные характеристики лесных экосистем, но и получить определенный экономический эффект от сертификации получаемой лесопродукции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Методическая инструкция «Выделение ключевых биотопов и других элементов экологического каркаса на землях лесного фонда при лесоустроительных работах». -Мн.: //Ин-т экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича, 2000. - 22 с
2. Постановление об утверждении порядка определения, рассмотрения и утверждения расчетной лесосеки по рубкам главного пользования в лесах Республики Беларусь. - Мн., 2002. - С. 11.
