Автореферат: Особенности формирования природно-технической системы (на примере нефтегазового комплекса юга Дальнего Востока)

В связи с этим автором сформулирован ряд задач, решение которых позволит на стадии выбора площадки представить и оценить взаимодействия ключевых групп факторов в рамках формируемой природно-технической системы. К ним относятся: разработка методики выбора оптимального варианта размещения нефтегазового объекта на побережье на основе пофакторного анализа; разработка модели природно-технической системы на примере нефтеперегрузочного терминала.

Описаны система и методы исследований, характеристика объекта исследования.

2. Обоснование нефтеперегрузочного терминала как самостоятельной природно-технической системы

В главе дано описание современного нефтеперегрузочного комплекса с позиций его воздействия на окружающую среду с учетом направленности и интенсивности как элементарной природно-технической системы. Приведено описание основных объектов и сооружений, их зонирование на территории, рассматривается оказываемое воздействие на среду.

С позиций пространственной классификации природно-технических систем нефтегазовый комплекс Дальнего Востока также может быть представлен как структурная система, состоящая из следующих трех уровней: региональный - локальный - элементарный. Объединяющим элементов всех уровней являются потоки энергоресурсов, рациональное перераспределение которых для дальнейшего внутреннего потребления и экспорта является целью функционирования топливно-энергетического комплекса и основой экономического развития региона и страны в целом.

Элементарные природно-технические системы представляют собой отдельные технические сооружения, взаимодействующие с элементами окружающей среды (атмосферой, литосферой, гидросферой, биосферой), пространственно размещаемые на различных участках ландшафта. Объединение элементарных структур составляет локальную природно-техническую систему, характеризующуюся пространственным охватом нескольких геосистем, различных типов ландшафтов.

Локальная природно-техническая система нефтеналивного терминала обладает следующими признаками систем: единство природной и технической подсистем с общей целью управления; множество взаимодействующих элементов (иерархичность); «открытость» системы как по отношению к окружающей среде, так и по отношению к региональной эколого-экономической системе (посредством внутренних и внешних энергетических, материальных и информационных связей).

Таким образом, с позиций системного подхода комплекс сооружений нефтеналивного терминала в совокупности с состоянием и взаимодействиями с компонентами окружающей среды (и социумом) может быть определен как локальная природно-техническая система.

При этом активное влияние природной подсистемы на технические объекты происходит в основном на стадиях проектирования технического объекта (расчет надежности элементов, исходя из физико-географических условий строительства), строительства (активное преобразование среды в объемах и сроках, зависящих от условий строительства), на начальной стадии эксплуатации (выход на проектную мощность). Затем природно-техническая система (в условиях штатной эксплуатации) переходит в устойчивое состояние. Современные природоохранные сооружения и мероприятия позволяют на этапе эксплуатации минимизировать негативное воздействие объектов на окружающую среду посредством формирования в географических границах фактическую зону воздействия - границу ПТС. Чем меньше деградация природно-ресурсного потенциала в границах сформированной ПТС, тем устойчивее состояние системы.

Таким образом, для формирования устойчивой ПТС ключевым этапом является обоснование и эколого-планировочная оценка пространственного географического размещения объекта на предпроектной стадии (рис. 2).

Рис. 2. Влияние компонентов на характеристики объекта в локальной природно-технической системе

Особенностью ПТС нефтеналивного терминала является его локализация в прибрежной зоне, которая традиционно является зоной активного природопользования различных направлений: от рекреационного до промышленно-портового. Оценка природно-ресурсного потенциала участков побережья, малоосвоенных в промышленном отношении, по данным литературных источников, обычно завышается в аспекте экологических ограничений. Для формирования объективной оценки вариантов необходим совместный взвешенный анализ всех характеристик побережья с позиций устойчивого развития территории (рис. 3).

Рис. 3. Формирование зоны смежных интересов

Учитывая многокомпонентность и сложное взаимовлияние факторов, объектов и характеристик в ПТС, определение наиболее значимых из них, анализ которых необходим на этапе выбора и обоснования размещения объекта, необходимо провести, исходя из выявленных факторов и характеристик, подвергаемых изменению и/или влияющих на состояние ПТС на стадиях строительства, эксплуатации и аварий.

Для анализа выбраны наиболее значимые факторы, сформированные в группы (табл.1). нефтегазовый восток природный

Таблица 1. Факторы, определяющие состояние ПТС

Анализ данных факторов проводился балльным методом с использованием экспертной оценки с целью определения характера влияния фактора на состояние ПТС на стадиях строительства, эксплуатации, аварии (с позиций оценки фактора как возможной причины аварии, возможности изменения при аварии и степени влияния на ликвидацию последствий аварий).

С позиций минимизации экологического риска на этапе строительства объекта высокую значимость имеют факторы инфраструктуры, природно-климатические условия в зоне строительства, отсутствие ценных природных территорий в зоне влияния. Продолжительность воздействий на компоненты окружающей среды определяется общими сроками строительства как основных сооружений, так и необходимой инфраструктуры.

При эксплуатации объекта в штатном режиме негативное воздействие определяется техническими характеристиками объекта, степенью экологичности предприятия. Взаимодействие природной и технической подсистем осуществляется в границах сформированной зоны влияния.

При анализе аварийной ситуации наибольшую значимость имеют экологические компоненты, попадающие в зону возможного поражения.

Степень влияния группы факторов на состояние природно-технической системы (вес группы факторов) определяет структуру и порядок оценки варианта размещения объекта на площадке.

Таким образом, методика оценки выбора площадки для размещения объекта усовершенствована с позиций применения весовых коэффициентов, разделения факторов на функциональные группы

3. Модель природно-технической системы

Глава посвящена анализу моделей природно-технических систем, выбору типа и разработке математической структурной модели ПТС нефтеналивного терминала.

Исходя из выявленных характеристик, оказывающих влияние на состояние ПТС и подвергаемых воздействию, в структурную модель в виде множеств включены следующие свойства системы: экологичность (объемы выбросов, сбросов, отходов, степень их очистки), эффективность (выполнение производственных функций), устойчивость (способность продолжать функционировать при изменении внешних и внутренних факторов), сбалансированность (использование потенциала территории и гармоничное сосуществование с другими ПТС). Каждая группа характеристик представлена набором факторов, значимость которых внутри группы определна в виде «веса». При этом каждая группа в ПТС имеет свою размерность, характеризуется принадлежностью к подсистемам и взаимодействием с ними (табл. 2).

Таблица 2. Характеристики множеств и их влияние на подсистемы в ПТС

Взаимодействия между множествами описываются в виде векторов состояний индивидуально для подсистем и для ПТС в целом. Для отражения изменений векторов состояний во времени определим множество T[z]. Параметры данного множества представляют собой фиксированные моменты времени, для которых описывается состояние ПТС и её подсистем.

Таким образом, записывая вектора состояний, зафиксированные в моменты времени, соответствующие определенному заранее множеству T[z], друг под другом, получим матрицу состояний. Итоговая матрица состояний для ПТС имеет вид (формула (1)):

(1).

Следующим шагом является определение удельного веса каждого вектора в каждой матрице индивидуально для подсистем (природной и технической) и общего фактора для ПТС в целом (формулы (2.1-2.4)).

Удельный вес каждого вектора в матрице для природно-технической системы:

(2.1).

(2.2).

(2.3).

(2.4).

На основании рассчитанного удельного веса каждого вектора в матрице определяется иерархическая структура множеств.

Таким образом, выделяются наиболее значимые параметры в каждом множестве и наиболее значимые множества в каждой матрице, что позволяет оптимизировать задачу размещения технологического объекта.

Определение состояния ПТС возможно с позиций оценки существующего положения относительно отклонения от критического и эталонного.

Вектор критического состояния для природно-технической системы определяется согласно формуле (3):

(3).

Вектор эталонного состояния для природно-технической системы определяется по формуле (4):

(4).

Для определения среднего значения состояния ПТС воспользуемся формулой (5):

(5).

Отклонения фактического состояния ПТС определяются с помощью приведенных ниже формул с использованием описанных ранее фиксированных векторов состояний (6-7):

- простая метрика, пример для множества E[h]:

(6);

- метрика Минковского (используется весовой коэффициент), пример для множества E[h]:

(7).

Для более полного понимания причин изменения параметров во множествах рассмотрим взаимодействие между множествами через контуры обратных связей. Здесь наблюдается как прямое влияние параметров одного множества на другое множество, так и косвенное влияние связей между множествами (рис. 4).

Рис. 4. Неориентированный граф взаимодействия между множествами в ПТС

Отношения между множествами обозначены соответственно: R_EP R_PE R_SP R_PS R_SE R_EO R_OE R_SO R_OS.

Множества параметров содержат в себе как простые параметры, отражающие состояние системы, так и параметры, оказывающие негативное влияние на систему.

В общем случае негативное влияние параметров множества на систему можно описать с помощью формулы (8):

(8)

- негативное воздействие множества E[h], r, r ? h - количество негативно воздействующих параметров множества, пример для множества E[h].

(9)

- суммарное негативное воздействие всех множеств, r₁ ? q, r₂ ? f, r₃ ? k, r₄ ? h, - количество негативно воздействующих параметров множеств.

Представленная математическая модель ПТС позволяет не только оценить состояние природно-технической системы в целом, но и отследить приближенность оцениваемых параметров к критическим и эталонным значениям, спрогнозировать изменение зависимых параметров, выявить взаимное влияние параметров и множеств, то есть осуществлять мониторинг и управление состоянием окружающей среды.

4. Практическое внедрение и апробирование предлагаемой методики

В главе показаны результаты практической реализации разработанной методики выбора и оценки оптимального варианта размещения промышленного объекта на участке побережья при проведении комплексных экологических исследований.

Целью проведенных работ были осуществление поиска и оценки площадок (участка акватории и прилегающей прибрежной территории) для размещения морского терминала на побережье Приморского края, предназначенных для транспорта сырой нефти и нефтепродуктов.