Глава 9. Моделирование водных экосистем. Комплексный подход (стр. 7 )

В Таблице 5 приведены относительные ошибки определения правой и левой частей неравенства, определяющего решение об опасности или безопасности ситуации в губе. Приведенные цифры получены из экспериментов, описанных выше, и поэтому носят ориентировочный характер, так как рассматривались не все возможные случаи, а только один и, возможно, не самый характерный.

Таблица 5

Относительная ошибка в принятии решения о недопустимом загрязнении воды при относительной ошибке в 0.5 некоторых параметров системы

Параметры	Ошибки
Оценка критического значения критерия качества воды	0.5
Оценка концентрации взвешенных и токсических веществ в р. Неве	0.23
Оценка рельефа дна Невской губы	3.40
Оценка скоростей течений	0.37
Оценка скорости седиментации	0.52
Оценка первичной продукции	0.16
Оценка скорости деструкции	0.25
Оценка смертности фитопланктона	0.11

Особенно критически следует отнестись к очень высокой зависимости ошибки в принятии решения от ошибки в определении рельефа дна. Для примера был взят очень мелководный район и нагонный ветер, естественно, что очень маловероятная ошибка в определении глубины в 50 % очень резко сказывается на оценке качества воды.

5. На пути к созданию информационной системы принятия решений и управлению природной средой региона

В течение нескольких лет нами проводились исследования, направленные на решение проблемы качества воды в Санкт-Петербурге. Работа, выполняемая коллективом авторов (не только нашей организации), специалистов в различных областях науки и техники, представляет собой пример комплексного подхода к проблеме управления качеством воды в городе Санкт-Петербурге. Конечная цель этой работы - создание компьютерной программы, предназначенной для оценки создавшейся ситуации и выбора мер по устранению и предупреждению возможных опасных для населения и живой природы загрязнений водного бассейна. Первая версия такой программы - мы ее называем макетом - уже создана.

В приведенных выше разделах мы более подробно описали те части этой системы, которыми непосредственно занимались в рамках данных исследований. Конечно, сжатые сроки и ограниченные ресурсы заставили всемерно, где это только было возможно, упростить поставленную задачу. Однако коллектив исполнителей, не единожды сталкиваясь с непониманием организаций, ответственных за экологическое состояние региона, не считал возможным поступиться в самом главном - в комплексности проблемы.

Многие части компьютерной системы описывают реальные процессы пока фрагментарно (технология сточных вод, гидродинамика Ладоги и Невской губы, структура и динамика водных экологических систем), но это вовсе не означает, что исполнители при наличии достаточного количества времени и материальных ресурсов не способны создать более подробные и близкие к действительности частные модели общей системы принятия оптимальных решений. По многим разделам проблемы (например, гидродинамика Ладоги и Невской губы и некоторые другие) такие программные продукты уже существуют, в других случаях пришлось использовать экспериментальный материал в виде таблиц и баз данных. Цель всей работы вовсе не в том, чтобы продемонстрировать достижения вычислительных методов прикладной математики и информатики, а в том, чтобы убедить руководство города Санкт-Петербурга, непосредственно ответственное за состояние водной среды города и здоровье его населения, в реальности и практической разрешимости проблемы управления качеством воды в городе и прилегающих акваториях.

Как уже говорилось, результатом коллективного труда специалистов ряда научных организаций города (немного подробнее об этом сказано ниже) явилось создание макета информационной системы, включающей в себя гидрологические, гидрохимические, гидробиологические, экономические, медицинские и правовые аспекты управления качеством воды в городе Санкт-Петербурге. Основной смысл проделанной работы заключается в том, что от общих рассуждений о том, что загрязнять водоемы не следует, и многочисленных частных сообщений о деградации природы под воздействием человека (по этому поводу нет недостатка ни в научных трудах, ни в публицистических выступлениях) сделан переход к работающей системе, с помощью которой можно объективно отслеживать последствия тех или иных конкретных решений природоохранительных органов.

Иными словами, от эмоциональных оценок и констатаций свершившихся фактов сделан шаг к количественному, беспристрастному научному прогнозу. Показана реальная возможность создания информационно-экспертной системы для управления качеством воды в акваториях Санкт-Петербургского региона.

Конечно, это только первый шаг на пути к созданию реальной системы контроля и управления природной средой такого большого региона, как Санкт-Петербургский. В дальнейшем место примитивных боксовых моделей Невской губы и Ладожского озера должны занять более точные и современные, достаточно надежные и апробированные на практике трехмерные гидродинамические модели, некоторые из которых уже созданы научными коллективами под руководством к. ф-м. н, (ЛИАН), д. ф-м. н. (Мат. экон. ин-т РАН), к. г.н. (ЛОГОИН). Банки данных по гидробиологии и гидрохимии, а также банки данных по сбрасывающим сточные воды предприятиям, содержащие сведения о применяемых на них технологиях производства, созданы в НИЦЭБ РАН (к. т.н. и к. г.н. ). Глубокие теоретические исследования в области биологии, доведенные до компьютерной модели акватории Санкт-Петербурга, провел Зоологический ин-т РАН (чл.-корр. и д. б.н. ). Очень весом и реалистичен опыт санитарно-гигиенических исследований (проф. д. м.н. ). Большой опыт системных исследований в конкретной области управления качеством воды в акваториях Санкт-Петербурга накопил коллектив Петербургского технического университета (к. т.н. ). Можно было бы продолжить это перечисление, но уже сказанного достаточно для того, чтобы показать, что в Санкт-Петербурге сложился коллектив ученых и специалистов разных специальностей, способный решить проблему создания информационно-экспертной системы управления качеством воды акватории Санкт-Петербурга. Особо следует подчеркнуть, что это именно коллектив, а не отдельные специалисты, и этот коллектив уже имеет опыт совместной работы под руководством Санкт-Петербургского Научного центра РАН. Для продолжения и развития работы нужна только соответствующая поддержка.

В своем развитии данная коллективная работа имела и имеет два аспекта - “вглубь” и “вширь”. Начнем с первого. Конечно, вместо восьми достаточно условных источников загрязнения, представленных в рассматриваемом макете, в дальнейшем появятся 30-50 вполне конкретных объектов с известными технологиями производства и системами очистки. Подготовительные исследования для этого уже проделаны Ленкомэкологией и НИЦЭБ. Соответственно будут уточнены процессы мониторинга, контроля и правового механизма воздействия на организации и предприятия, сбрасывающие воду в акватории и потребляющие ее. Необходимо будет также дополнить модель имитацией реального прохождения юридической процедуры судебного и внесудебного решения спорных вопросов водопользования.

Река Нева с ее протоками и каналами в черте Санкт-Петербурга представляет собой прекрасный объект для имитационного моделирования, равно как и достаточно сложная и далекая от оптимальности система канализации и водоснабжения города. О развитии гидрологических и гидробиологических подмоделей общей системы уже говорилось выше - тут прогресс вполне реален и хорошо подготовлен уже проведенными исследованиями.

Следует также вспомнить и о рыбохозяйственной стороне дела, которая пока не нашла отражения в предлагаемой системе, но несомненно того заслуживает. Ведь благополучие ихтиофауны - не только один из критериев хорошего качества воды, но и вполне весомый (хотя и не первостепенный) экономический фактор, влияющий на жизнь региона.

Перейдем теперь ко второму аспекту развития данной работы - вширь. Конечно, водная среда хотя и очень важна для Санкт-Петербурга, но далеко не исчерпывает понятие природной (или окружающей) среды большего города. Очень важное значение имеет воздушная среда, и без включения ее в экспертно-информационную систему анализ, например медико-санитарной статистики становится затруднителен.

Взаимосвязанность водной и воздушных сред города очевидна. Объем научных разработок в области моделирования переноса загрязняющих примесей, выбрасываемых в атмосферу достаточно велик, и хотя для условий Санкт-Петербурга они пока имеют разобщенный и локальный характер, но все же они вполне поддаются сведению в единую систему в достаточно короткие сроки.

Помимо водной и воздушной среды достаточно важен и третий природный компонент среды большего города - почва и почвенные воды. Здесь также накоплен большой фактический материал, но конкретный прогноз процессов накопления и перемещения загрязнений еще требует большой работы.

Наконец, окружающая среда Санкт-Петербурга теснейшим образом связана с жизнью самого города, с развитием жилищного, индустриального (особенно портового) и транспортного строительства, с демографическими процессами, динамикой транспортных потоков, организацией туризма, охраной исторических памятников и многими другими процессами и явлениями.

Не последнюю роль в состоянии окружающей среды города играет и социальная психология его населения. Все эти аспекты также в дальнейшем можно будет включить в информационную систему.

Заключение

Показана реальная возможность создания комплексной модели экологической системы Невской губы и Восточной части Финского залива, охватывающей все или почти все аспекты, относящиеся к проблеме качества воды в данном водоеме. Вместе с тем, исследование созданной модели выявило ее наиболее уязвимые места. Главным образом это относится к формулированию критерия качества среды и, в частности, воды. Принятие решения об опасности ситуации в первую очередь зависит от надежности этого последнего критерия и уж во вторую от точности наших представлений о схеме течений, распространении примесей, деструкции органики и развитии фитопланктона. Для успешной работы системы необходимо создание механизма для выработки критерия качества воды в конкретных условиях. Наиболее подходящей формой такого механизма следует считать экспертную систему, а не модель, для создания которой еще недостаточно знаний о механизме действия тех или иных загрязняющих примесей на организм человека и население города в целом.