CC BY
26
Библиографический список
1. Островский Г.М., Волин Ю.М. Методы оптимизации сложных химико-технологических систем. М.: Химия, 1970.
2. Быков В.И., Яблонский Г.С., Слинько М.Г. Применение принципа максимума для оптимизации квазистационарных каталитических процессов с изменяющейся активностью катализатора // Proc. IFIP Techn. Conf. on Optimizat. Techn. Новосибирск, 1974. С. 11-16.
3. Васильев О.В. Принцип максимума Л.С. Понтрягина в теории оптимальных систем с распределенными параметрами // Прикладная математика. Новосибирск: Наука, 1978. С. 109-138.
4. Васильев О.В., Срочко В.А., Терлецкий В.А. Методы оптимизации и их приложения (Оптимальное управление). Новосибирск: Наука, 1990.
5. Бурдуковская А.В., Васильев О.В. Об алгоритмах оптимизации в системах канонических гиперболических уравнений с частными производными // Оптимизация и управление. Иркутск: Изд-во ИГУ, 1998. Вып. 2.
6. Забелло Л.Е. Об условиях оптимальности в нелинейных инерционных управляемых системах с запаздыванием // Диффе-ренц. ур-ния. 1990. Т. 26, № 8. С. 1309-1315.
7. Курант Р., Гильберт Д. Методы математической физики. М.-Л.: Гостехтеориздат, 1945. Т. 2. УДК 622.33:504.4
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫБОРА ВОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ ОТКРЫТОЙ УГЛЕДОБЫЧИ
Г.И.Щадов1, В.А.Верхозина2, И.И.Шестакова3
1,2,3Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Институт геохимии СО РАН, 664064, Иркутск, ул. Фаворского, 1а.
На основе анализа практики ведения природоохранной деятельности по защите водной среды в результате последствий ликвидации предприятий открытой угледобычи в Забайкалье разработана экономико-математическая модель оценки и выбора водоохранных мероприятий, позволяющая оптимизировать соотношение природоохранных затрат и величины платежей за загрязнение водной среды при ликвидации предприятий открытой угледобычи в Забайкалье. Реализация эколого-экономической модели позволит своевременно и обоснованно осуществлять природоохранную деятельность по защите водных объектов в рассматриваемом регионе. Ключевые слова: открытая угледобыча; ликвидация предприятий; эколого-экономическая модель; защита водных объектов.
MODELING OF CHOICE OF WATER PROTECTION MEASURES WHEN LIQUIDATING ENTERPRISES OF OPEN-CAST MINING
G.I. Shchadov, V.A. Verkhozina, I. I. Shestakova
1.3 National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074. 2Institute of Geochemistry SB RAS, 1a, Favorsky St., Irkutsk, 664064.
Based on the analysis of the practice of environmental activities to protect the water environment from the consequences of liquidation of open-cast mining enterprises in Transbaikalia the authors developed an economic-mathematical model for the evaluation and selection of water protection measures. This model allows to optimize the ratio of environmental costs and the values of payments for water pollution when liquidating enterprises of open-cast mining in Transbaikalia. The implementation of the eco-economic model would enable to perform well-timed and reasonable environmental activities on protection of water bodies in the region.
Key words: open-cast mining; liquidation of enterprises; ecological and economic model; protection of water bodies.
Постановка проблемы. В настоящее время переход России к рыночным отношениям потребовал разработки эколого-экономического обоснования рационального природопользования, являющегося центральным звеном хозяйственного механизма управле-
ния. Это заставляет разрабатывать различные мероприятия по устранению или уменьшению опасности для окружающей природной среды. Среди всех природных ресурсов, подверженных антропогенному воздействию, особое место занимают водные ресур-
1Щадов Геннадий Иванович, кандидат экономических наук, доцент кафедры управления промышленными предприятиями, директор Усольского филиала ИрГТУ, тел.: (3952) 405094.
Shchadov Gennady, Candidate of Economics, Associate Professor of the chair of Management of Industrial Enterprises, Director of Usolsky Branch of Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 405094.
2Верхозина Валентина Александровна, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник, тел.: (3952) 405097, e-mail: verhval@igc.irk.ru
Verkhozina Valentina, Doctor of technical sciences, Professor, Leading Researcher, tel.: (3952) 405097, e-mail: verhval@igc.irk.ru
3Шестакова Инна Ивановна, аспирант, тел.: (3952) 405094. Shestakova Inna, Postgraduate student, tel.: (3952) 405094.
сы. Они представляют собой биологически необходимое условие существования человека и выступают необходимым фактором функционирования любого производства. Особенно эта ситуация касается деятельности угольных компаний, т.к. загрязнение водной среды происходит не только за счет действующих, но также за счет ликвидируемых предприятий открытой угледобычи.
Экологические последствия производственной деятельности горно-добывающих предприятий зависят от технологических, горно-геологических, природно-климатических факторов и проявляются в различных сочетаниях негативных изменений природных комплексов [1].
Современный комплекс водоохранных мероприятий на данных предприятиях характеризуется разнообразием технологических и организационных вариантов в решении задач по защите водных объектов. Значительная часть угольных месторождений Восточной Сибири расположена в Забайкалье, являющемся уникальным природно-экологическим комплексом, весьма чувствительным к загрязнению водной среды.
Наличие большого количества разнообразных водозащитных мероприятий затрудняет процесс выбора наиболее рациональных из них. В Забайкалье эта проблема приобретает особое значение в силу неуправляемости процесса после прекращения горных работ и того, что Забайкалье входит в состав водосборного бассейна озера Байкал, являющегося не только огромным резервуаром пресной высококачественной питьевой воды, но и участком мирового природного наследия.
В настоящее время в Забайкалье разработка угольных месторождений производится только открытым способом, причем наращивание угледобычи ведется наряду с закрытием нерентабельных разрезов. Обоснование соразмерности этих затрат при проектировании и проведении водоохранных мероприятий на ликвидируемых угольных разрезах, как правило, отсутствует. Поэтому разработка эколого-экономической модели и выбор рационального варианта природоохранных мероприятий по снижению воздействия ликвидируемых предприятий открытой угледобычи Забайкалья на акваторию озера Байкал является одной из актуальных проблем.
В целях повышения эффективности решения поставленной задачи необходима систематизация водоохранных мероприятий, где были бы использованы принципы детализации и направленности в соответствии с этапами взаимодействия природных и техногенных условий с процессом движения воды в природе. Для установления количественных значений объемов сточных вод и загрязняющих веществ, поступающих в водную среду, были выявлены и систематизированы факторы, определяющие процесс техногенного воздействия ликвидируемых предприятий открытой угледобычи на водную среду [2,3]. Особенностью воздействия ликвидируемых предприятий открытой угледобычи на водную среду является отсутствие прямого и косвенного участия в нем производственных процессов и непосредственная связь с природными условиями, определяющими направление движения воды.
При этом необходимо учитывать техногенные последствия от ведения горных работ.
Обсуждение полученных результатов. Анализ процесса негативного воздействия ликвидируемых предприятий открытой угледобычи на водную среду, при совместном участии техногенных и естественных природных условий, позволил выявить четыре качественно однородных этапа:
1. Поступление воды в ликвидируемый угольный разрез;
2. Техногенное загрязнение поступившей в разрез воды;
3. Особенности выхода вод за пределы техногенной территории;
4. Возможное загрязнение объектов водной среды, окружающих ликвидируемый разрез.
Для установления количественных значений объемов сточных вод и загрязняющих веществ, поступающих в водную среду, были выявлены и систематизированы факторы, определяющие процесс техногенного воздействия ликвидируемых предприятий открытой угледобычи на водную среду [4].
Количество воды, поступающей в ликвидируемый разрез
1. Из подземных источников:
0 ""' = ££ ^если Ь(1) > и,
I р
где 0"0дз' - объем подземных вод, поступающих в
ликвидированный разрез, м /год; д - водопритоки из
р-х водоносных горизонтов в ¡-е карьерные выемки,
м3/год; £ со и X (р) - соответственно глубина ¡-й карьерной выемки и р-го водоносного горизонта, м.
2. Атмосферного происхождения:
0
0
ат м . о ср . год
где О"™-- количество вод атмосферного происхождения, поступающих в ликвидируемый разрез, Оатод
м3/год; среднегодовое количество осадков, выпадающих в районе расположения ликвидируемого разреза,
м3/год/км2; 8техн' - площадь техногенной поверхности ликвидируемого разреза, км2.
3. С вышележащих уклонов
О — = £ £ (ду + ди ),
у и
где - - количество вод поверхностного водостока с вышележащих уклонов, поступающих в ликвидируемый разрез, м3/год; ду - количество вод, поступающих на техногенные территории через у-е створы водостоков, м3/год; ди - количество вод, поступающих на техногенные территории через и-е межстворовые уклоны, м3/год.
Загрязнение вод, поступивших на территорию ликвидируемого карьера_
1. С вышележащих уклонов:
Ж
внгеш . ст .
б
• К
мут н.
ттгвнеш.
где Жст. - количество взвешенных веществ в водах поверхностного водостока с вышележащих уклонов, т/год; К мут. . - коэффициент мутности воды,
т/м3.
2. С техногенных поверхностей:
жгтехн. _ г<техн. к
смыв.техн. ,
ттг техн.
где Ж - количество загрязняющих веществ в
о т ехн.
водах атмосферного происхождения, т/год; Б - площадь техногенных территорий ликвидируемого
разреза, км2; Ксмыв.техн. .- коэффициент смывае-мости грунтов техногенного происхождения, т/год/км .
Выход из ликвидируемого разреза техногенных вод в окружающую водную среду
1. Через створы водостоков с техногенных территорий:
1. Через створы водостоков с техногенных территорий:
Ж^ _Е(Бтехн • кмывтхн, + бвнешн. • к.
смыв.техн.
мутн.
ттт техн.
где " подз.вод.. - количество загрязняющих веществ, выходящих в окружающую внешнюю среду через створы водостоков с техногенных территорий, т/год;
0внеш.
- объем поверхностного водостока с вышеле-
т
жащих уклонов, поступающего на территорию водосбора т-го створа техногенного водостока, м3/год.
2.Через поверхность внешних отвалов:
Ж п
техн
Б
У отв.
К,
где ЖйГ - количество загрязняющих веществ, выходящих в окружающую внешнюю среду через поверхность внешних отвалов, т/год; Ксмыв- коэффициент смываемости грунтов с поверхности внешних отвалов, т/год.
б _Е б
■е,
ср .год.
• Б •
-ЕЕч ж
техн. погл. '
0техн.
ств. - количество техногенных вод, выходящих в окружающую внешнюю среду через створы водосто-
3 внеш.
ков с техногенных территорий, м /год; б - количе-
т
ство вод поверхностного водостока с вышележащих уклонов, проходящих через т-й створ техногенного
водостока, м /год; Б - площадь водосбора т-го
т
2 техн.
створа техногенного водостока, км ; К погл. - коэффициент поглощения вод поверхностного водостока на техногенных территориях, доли ед. 2. Через поверхность внешних отвалов:
б
т ехн . отв.
_ Е б
ср.год
Б техн / отв.
К
отв . погл.
Загрязнение объектов водной среды
1. Поверхностных:
жт^ _ (Ежтт+Еж™') • к
осажд.?
У ств./
ттттехн
где "„х,^, - количество загрязняющих веществ, попадающих в объекты водной среды с техногенных
ттг т ехн.
территорий ликвидируемого разреза, т; ж ст.т -количество загрязняющих веществ, выходящих из т-х створов техногенных водостоков, т; Жт*"/ - количество загрязняющих веществ, выходящих с поверхности отвалов, т; К(хажд> - коэффициент осаждения взвешенных веществ в руслах водостоков, доли ед.
2. Подземных:
тж техн. подз.
_Е ("в
+ж .т
, ),если : 1(р)<Ь(Г).
0техн.
отв. - количество техногенных вод, выходящих в окружающую внешнюю среду через поверхность
3/юд; ,
У отв. 2 т^отв.
ности Т-го отвала, км ; Кпогл. - коэффициент поглощения вод поверхностью отвалов, доли ед.
Количество загрязняющих веществ выходящих из ликвидируемого разреза
внешних отвалов, м3/год; Б
- площадь поверх-
Здесь ЖдГ - количество загрязняющих веществ, поступающих в водоносные горизонты на территории
ттгвнеш.
ликвидируемого разреза, т/год; жп, р ^ - количество
загрязняющих веществ, поступающих через п-е водосборы в р-е водоносные горизонты, вскрытые ¡-ой карьерной выемкой, вместе с водами поверхностного
, ттг техн.
водостока с вышележащих уклонов, т/год; жатмп,рл -
количество загрязняющих веществ, поступающих через п-е водосборы в р-е водоносные горизонты, вскрытые ¡-ой карьерной выемкой, вместе с атмо-
т т
т
сферными водами, выпадающими на территорию сбора, т/год; и 1_ (Р)- соответственно глубина ¡-й карьерной выемки и р-го водоносного горизонта, м.
Объем техногенных вод, поступающих в объекты водной среды
1. Поверхностные:
0пгхн. _V (V 10пгхн. + У 10пехн. ) к
¿~ппв / Л / ¿^отв { Л / ¿^ств Л т ' п
'погл.зон'
а /
где 0пов. - количество техногенных вод, поступающих в поверхностные объекты водной среды, м3/год;
Отехн
^сшв.а,т - количество техногенных вод, поступающих в с1-е поверхностные водные объекты из т-створов
техногенного водостока, м /год; 0отв./,а - количество техногенных вод, поступающих в С-е поверхностные водные объекты из 1-х внешних отвалов ликвидируемого разреза, м3/год; Кпоглзон- коэффициент потерь воды в водостоках водоохранной зоны, доли ед.
2. Подземные:
0техн. _ £ 1 (0 внешн. .
подз / 1 V р,1,п
Р
+0техн. . ), еслиЬ( )<Ь(.).
атм.. р ,г, ( р (г)
етехн.
подз. - количество техногенных вод, поступающих в водоносные горизонты на территории лик-
/год; 0
п , р, 1
- количество
видируемого разреза, м
техногенных вод, поступающих через п-е водосборы в р-е водоносные горизонты, вскрытые ¡-ой карьерной выемкой, вместе с водами поверхностного водостока с вышележащих уклонов, попавшими на территорию
3 \техн.
водосбора, м /год; 0атм,п,р,г - количество техногенных вод, поступающих через п-е водосборы в р-е водоносные горизонты, вскрытые ¡-ой карьерной выемкой, вместе с атмосферными водами, выпадающими на территорию сбора , м3/год.
Систематизация факторов, определяющих влияние техногенного воздействия ликвидируемых предприятий открытой угледобычи на водную среду, позволила установить количественные значения объемов сточных вод и загрязняющих веществ, образующихся при ликвидации предприятий открытой угледобычи, а также их количество, поступающее в объекты окружающей водной среды. Количественная оценка техногенных потоков дает возможность подсчитать объемы сточных вод и загрязняющих веществ и предложить мероприятия по их ликвидации или уменьшению вредного влияния на окружающую природную среду [4,5].
Для создания эффективной процедуры оценки и выбора водозащитных мероприятий по снижению негативного влияния на окружающую водную среду от последствий ликвидации предприятий открытой угледобычи разработана экономико-математическая мо-
дель, где в качестве целевой функции принято условие максимизации эколого-экономической эффективности от создания системы водоохранных мероприятий, то есть
Ъ-(У, +£ З.) 3 _£-1-а
Уб
тах,
3к -
где - экономическая эффективность от создания
к-го варианта водозащитных мероприятий по снижению негативного воздействия на окружающую водную среду от последствий, связанных с ликвидацией предприятий открытой угледобычи, руб.;
У
баз.
, - величина экономического ущерба в ^й год после прекращения угледобычи от негативного воздействия на окружающую водную среду последствий от ликвидации предприятий открытой угледобычи без создания водозащитных мероприятий, руб.;
У, - величина экономического ущерба от остаточного негативного воздействия на окружающую водную среду при создании к-го варианта системы водозащитных мероприятий по снижению негативного воздействия на окружающую среду в 1-й год после прекращения угледобычи, руб.;
З к - величина экономических затрат в 1-ом году после прекращения угледобычи на создание ¡-х водозащитных мероприятий при к-том варианте системы мероприятий по снижению негативного воздействия на окружающую водную среду, руб.;
а, - коэффициент приведения разновременных затрат и ущербов к моменту окончания ведения горных работ, доли ед.
Тогда величина экономического ущерба составит:
баз баз. пов■ подз.
Ж, _ Жа, + ,
У, _£ Жа, ■ На;
где Ж л - количество загрязняющих веществ, поступающих в ^й период времени в С-й водный объект окружающей водной среды без проведения водоохранных мероприятий, т;
пов.
Жл- количество загрязняющих веществ, поступающих в 1-й период времени в С-й наземный водный объект окружающей водной среды без проведения водоохранных мероприятий т;
На - величина платы за загрязнение С-х водных объектов, руб./т,
подз.
Жл- количество загрязняющих веществ, поступающих в ^й период времени в С-й подземный водный объект окружающей водной среды при отсутствии водоохранных мероприятий, т:
к ^ к кпов кподз.
У' _£ Оа, • На; о _ О + О ,
а V-/ Л V-/ Л V-/ Л '
т
внешн
где О -количество загрязняющих веществ, поступающих в 1-й период времени в С-й водный объект окружающей водной среды при создании к-ой системы водоохранных мероприятий, т;
кпов.
О,- количество загрязняющих веществ, поступающих в ^й период времени в С-й наземный водный объект окружающей водной среды при создании к-ой системы водоохранных мероприятий, т;
кподз.
О,-количество загрязняющих веществ, поступающих в ^й период времени в С-й подземный водный объект водной среды при создании к-ой системы водоохранных мероприятий, т.е.
а
_ 1/(1 + У()
,- ,пр.
где V , - показатель эффективности использования капитала в 1- ом году, доли ед;
; пр . - год, соответствующий моменту окончания ведения горных работ.
Для реализации экономико-математической модели приняты следующие ограничения:
1. Концентрация загрязняющих веществ (В), поступающих в водные объекты, должна быть меньше установленных для этих водных объектов величин предельно- допустимых сбросов (ПДС) в любые периоды времени. То есть
Вл, < ПДС л,; Вл _ / °,
где В- концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, поступающих в С- й водный объект в 1-
й период времени, т/м3; ПДСж - величина предельно допустимого сброса загрязняющих веществ в С-ом водном объекте в 1-й период времени, т/м3; ЖЛу - объем загрязняющих веществ, поступающих в С-й водный объект в ^й период времени, т; - объем сточных вод, поступающих в С-й водный объект в 1-й период времени, м3.
2. Условия, предопределяющие положительные значения стоимостных показателей, входящих в целевую функцию, и ограничения:
баз. к
У г > 0 , У; > 0 . Зя > 0.
На основании проведенных исследований разработан механизм выбора вариантов природоохранной деятельности по защите водной среды на ликвидируемых разрезах, который заключается в следующем:
1. На первом этапе производится анализ эколого-экономических последствий открытой угледобычи в Забайкалье.
2. На втором этапе осуществляется расчет воздействия ликвидируемого разреза на окружающую водную среду.
3. На третьем этапе формируются варианты водоохранных мероприятий.
4. На четвертом этапе выбирается вариант водоохранных мероприятий с учетом экономико-математической модели.
5. На пятом этапе производится оценка эколого-экономической эффективности водоохранной деятельности в 1-й период времени.
6. На шестом этапе осуществляется диагностика эколого-экономической эффективности водоохранной деятельности в 1-й период времени:
если отклонение величины эколого-экономической эффективности, полученной в 1-й период времени (Э\) в результате перерасчета, находится в допустимых пределах от ее первоначальной величины (Э^о), полученной при выборе водоохранных мероприятий, то состояние водоохранной деятельности остается без изменения;
если отклонение величины эколого-экономической эффективности, полученной в результате перерасчета, превышает допустимые пределы ее величины, полученной при выборе водоохранных мероприятий, то следует произвести корректировку водоохранной деятельности.
7. На седьмом этапе предусматривается проведение мониторинга воздействия ликвидируемого разреза на водную среду в ^й год.
8. На восьмом этапе производится диагностика соответствия использованных при выборе варианта системы водоохранных мероприятий нормативов платы за загрязнение объектов окружающей водной среды (Н^о) их значениям в 1-й период времени (НСд) с дальнейшим переходом к п. 5.
В качестве объекта для апробации результатов исследований в Забайкальском регионе выбран находящийся в состоянии ликвидации разрез «Холболь-джинский». Площадь нарушенных разрезом земель составляет 1 870,8 га, участвует в водосборе и транзите поверхностных вод осадочного (ливневого) происхождения. В соответствии с «Рабочим проектом ликвидации последствий вредного влияния от ведения горных работ ОАО «Холбольджинский» предотвращение негативного воздействия на водную среду производится путем аккумуляции основной части техногенных вод. Для этого предусматривается создание 26 водоудерживающих дамб, которые являются самым трудоемким и дорогостоящим видом работ, связанных с защитой водной среды.
Таким образом, разработанная экономико-математическая модель оценки и выбора варианта системы природоохранных мероприятий представляет собой основу для обеспечения их максимально возможной эколого-экономической эффективности. На основе выполненных исследований найдено решение научно-практической задачи по разработке механизма эколого-экономического обоснования выбора вариантов водоохранных мероприятий на ликвидируемых предприятиях открытой угледобычи в Забайкалье, реализация которого позволит своевременно и обос-
нованно осуществлять природоохранную деятельность по защите водных объектов. На основе анализа практики ведения природоохранной деятельности по защите водной среды в результате последствий ликвидации предприятий открытой угледобычи в Забай-
калье установлена необходимость разработки эколо-го-экономического механизма формирования и выбора вариантов водоохранных мероприятий с учетом соразмерности водоохранных затрат и эколого-экономического ущерба на весь период.
Библиографический список
1. Бубнова Ю. Эколого-экономические проблемы ликвидации угольных предприятий //Уголь. 2001. С.58-60.
2. Щадов И.М., Щадов М.И., Верхозина В.А., Щадов Г.И. Систематизация факторов ликвидируемых предприятий открытой угледобычи Забайкалья // Экономика, экология и общество России в 21-м столетии: труды 9-й Международной научно- практической конференции. Санкт-Петербург, 22-24 апреля 2007 г. СПб., 2007. Ч. 2. С. 167-169.
3. Щадов Г.И. Систематизация природоохранных мероприятий по снижению влияния ликвидируемых предприятий открытой угледобычи на окружающую водную среду // Эколо-го-экономические проблемы горного производства. М.: МГГУ, 2004. С.95-99.
4. Щадов И.М., Щадов М.И., Верхозина В.А., Щадов Г.И. Систематизация факторов ликвидируемых предприятий угледобычи. Экологическая безопасность горнопромышленных регионов // Мат-лы 1-ого Уральского международного экологического конгресса. 12-14 октября 2007 г. Т.1: Геоэкология. Инженерная экология (СОО ОО-МАНЭБ). 2007. С. 263.
5. Щадов Г.И. Формирование зависимостей, характеризующих влияние ликвидируемых предприятий открытой угледобычи на окружающую водную среду // Вестник ИрГТУ. 2004. № 4. С.147-149.
