Расчет экономических показателей при использовании лазерных технологий в марикультурных комплексах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 58.03

Аспирант A.C. ГОЛОСНОЙ

(НМСУ «Горный», [email protected]) Доктор техн. наук В.Л. МАРТЫНОВ (НМСУ «Горный», [email protected])

РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МАРПКУЛЬТУРНЫХ КОМПЛЕКСАХ

Экономика природопользования, шельф, лазерные технологии, марикультура, гидробионты

В сегодняшней постиндустриальной структуре промышленности производство большинства пищевых гидробионтов находится на пределе [1]. Дальнейшее увеличение промысла неминуемо может привести к необратимому снижению их запасов. Поэтому наибольший удельный вес должный получить наукоемкие, высокотехнологичные методы в данной отрасли. Отметим, что негативно влияет на запасы гидробионтов увеличивающееся загрязнение водоемов различными вилами отходов (промышленные, сельскохозяйственные, бытовые). Стало очевидно, что без увеличения сопутствующей негативной нагрузки на окружающую нас природную среду невозможен какой-либо экстенсивный экономический рост. В случае техногенного развития экономики общество истощит природные ресурсы. Политика, нацеленная только на рост экономических показателей [2], повлечет за собой экологический кризис. Повышение эффективности общественного производства [3,4], однозначно связано с разработкой и внедрением инновационных технологий [5,6], а так как область взаимодействия человека и природы расширялась, появлялись новые направления эксплуатации природных благ. Сложившееся положение, включая и развитие методов [7] оценки экономических показателей [8], заставило многие государства заняться разведением и выращиванием водных организмов в контролируемых условиях.

Современная марикультура ценных пищевых гидробионтов - быстро расширяющаяся отрасль науки и техники. Проведенный авторами анализ показывает, что разведение гидробионтов в большинстве стран мира организуется преимущественно на шельфовых морях. Сегодня в прибрежной зоне таких стран, как Филиппины, Китай, Индонезия, Япония, Корея выращивают не только рыб и моллюсков, но одновременно расширяются плантации водорослей, например, морской капусты. Выращивание происходит на специальных, отдаленных от берега акваториях или фермах.

За истекший год субъектами России произведено более 8,4 тысяч тонн водорослей. При этом отечественные фирмы нарастили объемы выпуска более чем в 2 раза. Экспортная составляющая производства в прошедшем году оказалась около 2%.

Отметим, что объекты выращивания неприхотливы. Например, ламинарий выращивают на камнях, веревках, бамбуковых бревнах, корзинах. Ламинария японская -основной объект промысла и переработки бурых водорослей на Дальнем Востоке России. Ее огромные запасы распределены на больших площадях зачастую у малонаселенных и удаленных побережий Японского и Охотского морей. Создание плантаций с устойчивым урожаем приближает сырье к базам переработки и стабилизирует его поступление. Только в водах Приморья на плантациях площадью 5 млн. га возможно выращивание 150-350 тыс. т морской капусты ежегодно. Данный сегмент агротехнического производства во многом ориентирован на экспорт и дает значительную часть валютной выручки марикультурных комплексов дальнего востока. Особенно ценятся на японских и китайских рынках двухлетние ламинарии.

При выборе места для плантации надо учитывать множество факторов, в том числе с применением кросс-системного [9] подхода [10]. В первую очередь отметим, что установки надо располагать в полузащищенных бухтах. Кроме того, важен хороший водообмен, который формируется под воздействием приливо-отливных течений. Требуется защита от штормовых волн и сравнительно ровный рельеф дна. При этом рекомендуемые глубины

колеблются от 9-16, вплоть до 30-32 метров. Это требование определяется из необходимости исключения касания грунта субстратами. Также накладывается пункт о возможности удержания якорей, что ограничивает структуру грунта с преобладанием илисто-песчаными поверхностями.

До последнего времени погружение установок на большие глубины приводило не только к их удорожанию, но и затрудняло водолазный контроль над их текущим состоянием.

Одним из критериев чистоты любой водной среды является прозрачность. Её градиент по всему глубинному срезу даст объективную картину изменения экологии. Существуют различные подходы к определению прозрачности водоёмов. Их анализ, проведённый авторами, показал, что наиболее востребованным является способ с использованием белого диска (диска Секки). Исследователи отдают ему предпочтение из-за простоты реализации. Реализация метода определения величины Zб (глубины видимости белого диска диаметром 300 мм) указанным способом определяется соответствующими регламентами, которые изобилуют существенными ограничениями. Среди наиболее обременительных -определённые погодные условия, наличие экспертной группы в составе 4-5 человек, ограничения в волнении водоема, облачности, ветра и пр.

Так как данный способ реализуется с борта надводного корабля, то полученные данные прозрачности водной среды определяются всего лишь шириной поверхностной зоны.

Авторы предлагают другой способ измерения величины в котором будут

устранены все перечисленные выше ограничения как по сезонности, так и по глубине

измерения. Из гидрооптики известно, что дальность видимости белого диска 26 и

показатель ослабления водной среды £ связаны между собой математической зависимостью:

'-б

где £ - показатель ослабления водной среды [11].

Формула (1) приведена в [12].

Лазерный луч, распространяющийся в морской среде, испытывает ослабление от двух независимых механизмов:

- рассеяния, обусловленного в основном взвешенными в воде частицами. Показатель рассеяния СГ практически не зависит от длины волны;

- поглощения, зависящего как от характеристик чистой воды, так и от содержания в ней веществ, главным образом пигментов фитопланктона и желтого вещества.

Поскольку рассеяние в море практически не зависит от длины волны, область наименьшего ослабления света соответствует минимуму показателя поглощения С,. Значение С, в различных районах Мирового Океана приходится на различные длины волн, однако во всех случаях С, находится в пределах спектрального диапазона Я = 470...570 ИМ

Показатель ослабления 8 = а + С, (2)

измерить гораздо легче, чем показатели поглощения и рассеяния раздельно. Наиболее легко измеряемая гидрооптическая характеристика Zr-- это глубина видимости белого стандартного диска диаметром 300 миллиметров, данные по которой получены практически в любой точке Мирового Океана.

Значение £ можно определить на любой глубине с помощью измерителя прозрачности воды - прозрачномера, в основу работы которого положены лазерные технологии специально подобранного спектра.

В настоящее время состояние теоретических исследований и экспериментальных работ в море позволяет получить широкую информацию о закономерностях распространения излучения естественных и искусственных источников света при знании таких

гидрооптических характеристик, как £. Это является особенно актуальным для экологического мониторинга за плантациями пищевых гидробионтов. Кроме того,

индикатриса рассеяния, - от которых зависит распространение света в мутной воде, позволяет делать выводы о составе воды, о типе, концентрации и распределении взвешенных частиц по размерам, что крайне важно для морской биологии и экологии.

Анализ и контроль течений, несущих чистые воды в грязные или наоборот, легко осуществляется путем глубинных промеров показателя ослабления £ в разных морских акваториях.

Наличие зон повышенной мутности часто связано с присутствием планктона, который является источником питания для многих рыб. Поэтому нахождение таких зон во многих случаях эквивалентно открытию новых рыболовецких районов.

Уменьшение прозрачности в придонных районах зачастую может указывать на наличие течений, турбулентных явлений, обвалов, землетрясений, вызывающих подъем частиц грунта. Наконец, вся термодинамика моря прямым образом связана с характером поглощения и рассеяния излучения.

Все перечисленные задачи, относящиеся к прикладной гидрооптике, связаны с измерением величины показателя ослабления £, выполняемым с помощью прозрачномера

Исследование марикультурных плантаций с использованием надводных судов, донных станций и обсерваторий, буксируемых приборов [14] и устройств для отбора проб и образцов грунта дают хорошие результаты, но для получения возможно более полной картины исследуемых явлений и механизмов крайне необходим «эффект присутствия» наблюдателя. Кроме того, применение прозрачномера на воздушных аппаратах позволит избежать перечисленных трудоемких измерений и будет способствовать получению аналогичных результатов непосредственно на борту воздушного аппарата.

На основании вышеизложенного можно констатировать: методика предложенная в настоящем исследовании, позволяет усовершенствовать технологии применяющиеся в марикультурных комплексах как Российской Федерации, так и зарубежных партнеров. Это позволит в больших объемах удовлетворять спрос на вещества и продукты, получаемые из водорослей. Объемы потребности данного сегмента рынка расширяются, и постоянно увеличиваются запросы на переработку, следовательно, наблюдается рост цен как на сырьевые материалы, так и на готовые фабрикаты, изготовленные из различных марикультур. Добывающая промышленность нашей страны на водорослевом рынке представлена на весьма низком уровне. Сейчас она производит незначительную как по объему, так и по ассортименту продукцию. Для проведения предварительного экономического расчета можно дать лишь приблизительную оценку в потребности продуктов, произведенных из водорослей для внутреннего рынка, а следовательно, на затраты по его содержанию и технологическое оборудование. Даже при этих условиях они сравнимы с расходами на объемы сырья, необходимого для их производства.

Дополнительно следует отметить, что особую ценность представляет альгиновая кислота - вещество, извлекаемое из красных, бурых и некоторых зелёных водорослей. Кроме широких возможностей её применения в различных отраслях (текстильной, бумажной, фармацевтической, пищевой и других), следует подчеркнуть способность поглощать и выводить из организма радиоактивные вещества, тяжелые металлы и токсины. Так как экологическая обстановка по уровню загрязнения радиоактивными веществами и тяжелыми металлами в ряде районов России и странах бывшего СССР остается неблагоприятной, то потребность в водорослях составляет минимум 500 т/год на 1 млн. человек. Таким образом, внедрение новых технологий в отрасли позволит решить ряд социально значимых задач, в частности связанных с программой сохранения здоровья граждан. Из статистического отчета известно, что потребность в марикультурах только для лечебного питания в некоторых

комплексное измерение первичных гидрооптических характеристик

[13].

северных районах, где из-за деятельности промышленности создалась неудовлетворительная экологическая обстановка, составляет не менее 20 - 30 тыс. тонн в год. Кроме медицины, в других отраслях промышленности потребность составляет не менее 10 тыс.т./год. Таким образом, общая потребность сырье составит как минимум 110 тыс. тонн. В нашей стране годовое производство пищевого альгината натрия составляет 35 тонн, технического около 300 тонн. Для производства необходимого количества водорослей потребуется 12000 - 14000 га плантаций.

Такие крупные работы невозможно проводить без постоянного экологического контроля водной среды, в которой растут морские культуры. Так как зачастую мониторинг включает в себя работу аквалангиста, предложенный метод может значительно упростить проведение проверок в суровых условиях северных морей России. Также он может позволить осуществлять контроль в безостановочном режиме, т.е. исключить трудоемкую процедуру взятия «точечных» проб и тем самым экономить время при проведении проверки и финансы при фрахтовании судна.

Литература

1. Пономарев С. В., Лагуткина Л. Ю., Киреева И. Ю. Фермерская аквакультура: Рекомендации. — М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. — 192 с.

2. Сергеев С.М. Моделирование J.I.T. менеджмента кластера пищевой промышленности // Экономика и менеджмент систем управления. - 2013. - Т.8. - №2. - С. 62-68.

3. Сергеев С.М. Математическое моделирование сети торговых предприятий // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8 №1. - С. 66-71.

4. Борисоглебская Л.Н., Сергеев С.М., Миронова И.А. Система оценки конкурентоспособности предприятия с учетом базовых экономических индексов, инфляционного фона, сезонных трендов (на примере легкой промышленности) // Вестник Университета (Государственный университет управления). -2013.-№13,- С. 14-22.

5. Сидненко Т.И., Сергеев С.М. Моделирование движений порожденного спроса на аграрном рынке в условиях асимметрии информации // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - № 39. - С. 268-270.

6. Сергеев С.М. Кросс-функциональный менеджмент при стохастическом планировании // Экономика и менеджмент систем управления. - 2013. - Т.8. №2.1. - С. 177-184.

7. Сергеев С.М. Выбор инновационной маркетинговой стратегии предприятий на основе экономико-математического моделирования // Инновации. - 2013. - № 3 (173). - С. 116-119.

8. Сергеев С. М. Формирование Кросс-моделей коммерческой деятельности в инновационных условиях // Современные методы прикладной математики, теории управления и компьютерных технологий (ПМТУКТ-2014): Сборник трудов VII Международной конференции. - Воронеж, 2014.-С. 414-417.

9. Борисоглебская Л.Н., Миронова И.А., Сергеев С.М. Моделирование коммерческой деятельности предприятий в условиях инновационных предложений // Инновации. - 2013. -№1. - С. 8.

10. Сергеев С.М. Математическое моделирование работы коммерческих сетей в условиях инноваций // Системы управления и информационные технологии. - 2012. - Т.50. - №4. -С.44-48.

11. Долин Л.С., Левин И.М. Справочник по теории подводного видения. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-232 с.

12. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. - 193 с.

13. Голосной A.C., Мартынов В.Л. Моделирование исследований с применением гидрооптики // Современные методы прикладной математики, теории управления и компьютерных технологий (ПМТУКТ-2015): Сб. трудов VIII Международной конференции - Воронеж, 2015. - С.110-112.

14. Мартынов В.Л., Голосной A.C. Современные технологии в создании лазерных систем подводного видения в гидросфере // Изобретательство. -2013.-Т. 13,- №6. - С. 33-51.