Системний аналіз проблем екологічної безпеки України

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Системний аналіз проблем екологічної безпеки України

01.05.04 - системний аналіз і теорія оптимальних рішень

Хміль Ганна Антонівна

Київ 1999

УДК 519.7 + 681.51

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному інституті стратегічних досліджень Ради національної безпеки і оборони України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, Качинський Анатолій Броніславович, Національний інститут стратегічних досліджень, завідувач відділу проблем безпеки життєдіяльності людини, у спільства та довкілля.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, Макаренко Олександр Сергійович, Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу", професор кафедри математичних методів системного аналізу;

доктор технічних наук, професор Бінько Ігор Федорович, Адміністрація Президента України, завідувач відділу моніторингу та аналізу суспільно-політичних процесів.

Провідна установа: Київський університет імені Тараса Шевченка, кафедра системного аналізу та теорії прийняття оптимальних рішень

Захист відбудеться "11 " жовтня 1999 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.03 при Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 252056, м. Київ-56, пр. Перемоги, 37, корп.14.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці НТУУ "КПІ".

Автореферат розісланий "10" вересня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.002.03 доктор технічних наук І.І. Коваленко.

безпека екологічна модель математична

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Екологічна безпека держави - складна соціально-економічна проблема, що визначається природними, економічними, технологічними, правовими і соціальними чинниками. Міждисциплінарний характер та багатоаспектність цієї проблеми вимагає застосування системного підходу до вивчення проблем екологічної безпеки, розробки та використання методів управління нею.

Екологічна безпека значною мірою залежить від ступеня загроз, чи ризиків, які виникають у результаті проявів стихійних сил, техногенних аварій, певних дій людей у нормальних чи екстремальних умовах. За несприятливих обставин ці загрози можуть реалізуватися та спричинити руйнівні наслідки для розвитку конкретної держави, становити значну загрозу її національній безпеці.

Для України питання екологічної безпеки набувають пріоритетного значення, оскільки надмірна концентрація екологічно небезпечних виробництв, зношення і старіння основних виробничих фондів та неефективне природоохоронне обладнання, забруднення атмосфери викидами твердих і газоподібних речовин, скиди забруднених стічних вод до водоносних горизонтів, складування твердих відходів промисловості, неефективне використання природно-ресурсного потенціалу, розміщення великої кількості хімічно небезпечних виробництв, вибухо- і пожежонебезпечних виробництв, радіаційно небезпечних об'єктів, наявність сейсмонебезпечних зон та зон можливого підтоплення, наслідки аварії на Чорнобильській АЕС, врешті-решт ввіз до України екологічно небезпечних технологій, матеріалів, речовин - все це створює значне небезпечне навантаження на природне середовище України і може стати причиною соціального та політичного напруження.

У зв'язку з кризовим станом екології та відсутністю кількісних оцінок рівнів екологічної безпеки в регіонах України першочергового значення набуває необхідність системного аналізу проблем екологічної безпеки, виявлення основних загроз екологічній безпеці України та кількісне оцінювання їх рівнів, особливо оцінка інтегральних показників стану екологічної безпеки України в регіональному розрізі, оскільки відсутність науковообгрунтованих кількісних оцінок інтегральних показників небезпеки в областях України призводить до перебільшення рівнів загроз в окремих регіонах навіть серед спеціалістів, не кажучи вже про засоби масової інформації, спричиняє неправильний розподіл асигнувань між найбільш уразливими регіонами.

Крім того, у зв'язку із зростанням природного, техногенного і соціального ризиків для життєдіяльності населення назріла потреба в науковому їх аналізі та кількісному оцінюванні. На даному етапі в Україні відсутні кількісні оцінки фонового ризику, який відображає рівень впливу зовнішніх шкідливих факторів на безпеку людей і розглядається як один з важливих критеріїв безпеки людини, суспільства та довкілля.

Питання прийняття оптимальних рішень органами державної влади стали зараз злободенними, особливо в такій області, як екологічна безпека. Формування виваженої політики екологічної безпеки та механізмів її реалізації неможливе без наукового аналізу та кількісної оцінки пріоритетів механізмів нейтралізації загроз екологічній безпеці, формування множини альтернатив, на якій здійснюється вибір методів діяльності.

На вирішення цих актуальних наукових проблем спрямована дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота по темі дисертації виконувалася в Національному інституті стратегічних досліджень згідно з планами наукових досліджень, затверджених Радою національної безпеки і оборони України, а також у відповідності з господарськими договорами № 10/2-96 із Мінчорнобилем України "Визначення загроз національній безпеці України, пов'язаних з наслідками аварії на ЧАЕС, розробка моделей прогнозу їх розвитку з урахуванням соціально-економічних, демографічних та екологічних аспектів" та № 26/2н-97 із Міністерством України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи "Системний аналіз та розробка критеріїв, ієрархічної структури та вербальної моделі "прийнятного" ризику щодо мінімізації наслідків катастрофи на ЧАЕС".

Мета і задачі дослідження. Основною метою дослідження є:

- проведення системного аналізу проблем екологічної безпеки України і одержання на цій основі кількісних оцінок рівнів загроз, інтегральних показників стану екологічної безпеки в регіональному розрізі та кількісних оцінок пріоритетів державної політики щодо нейтралізації загроз екологічній безпеці України;

- визначення кількісних оцінок фонового ризику як міри впливу зовнішніх шкідливих факторів на безпеку населення України.

Для досягнення цієї мети мають бути розв'язані наступні задачі:

1. Розробити методику моделювання основних загроз екологічній безпеці України, побудувати їх математичні моделі та кількісно оцінити рівні цих загроз;

2. Розробити методику і розрахувати інтегральні показники стану екологічної небезпеки регіонів України та провести їх порівняльний аналіз;

3. Побудувати математичні моделі показників безпеки людини і довкілля залежно від масштабів реалізації окремих загроз чи їхніх комбінацій;

4. Розробити алгоритм та програму визначення параметрів модифікованої моделі Гомперца-Мейкема і отримати з їх допомогою кількісні оцінки фонового ризику смертності населення України;

5. Отримати кількісні оцінки фонового ризику, обумовленого впливом окремих несприятливих чинників на безпеку населення України, за допомогою теоретико-ймовірнісної моделі ризику;

6. Розробити ієрархічну модель системи екологічної безпеки України і визначити відносні величини інтенсивності взаємодії елементів у даній ієрархії.

Наукова новизна одержаних результатів

У дисертації вперше:

розроблено математичні моделі основних загроз екологічній безпеці України, побудовано пріоритетний ряд основних загроз за ступенем їхньої небезпеки, проведено комплексний порівняльний аналіз стану екологічної безпеки регіонів України за допомогою інтегральних показників;

розроблено математичні моделі показників безпеки людини і довкілля залежно від масштабів реалізації окремих загроз чи їхніх комбінацій;

на основі модифікованої моделі Гомперца-Мейкема визначено параметри математичних моделей ризиків смертності для всього населення України та чоловічого і жіночого зокрема, які дали змогу розрахувати кількісні оцінки фонового ризику та дослідити його динаміку на протязі 1980-1996 рр.;

визначено кількісні оцінки ризику впливу окремих несприятливих чинників на безпеку населення України за допомогою теоретико-ймовірнісної моделі ризику;

побудовано ієрархічну модель системи екологічної безпеки України, визначено кількісні оцінки пріоритетів державної політики щодо нейтралізації загроз екологічній безпеці України.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані в дисертації кількісні оцінки рівнів основних загроз екологічній безпеці України послужили об'єктивною науковою основою для підготовки пропозицій щодо зменшення небезпеки цих загроз для Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій, Міністерства охорони здоров'я та Мінекобезпеки України. Комплексний порівняльний аналіз стану безпеки регіонів України за допомогою інтегральних показників виявив найбільш уразливі в екологічному плані регіони України. Отримані результати є науково-обгрунтованою базою для використання урядом, органами державного управління з метою вироблення оптимальної стратегії щодо підвищення безпеки населення в окремих регіонах та забезпечення здатності господарського комплексу держави розподілити асигнування таким чином, щоб локалізувати і нейтралізувати виникаючі загрози.

Отримані кількісні оцінки фонового ризику служать для наукового обгрунтування величини прийнятного ризику держави, окремих її регіонів. Встановлення допустимих меж прийнятного ризику залежить від рівня фонового ризику: немає сенсу встановлювати жорсткі межі прийнятного ризику на тлі великих значень вже існуючого фонового ризику. Побудована автором ієрархічна модель системи екологічної безпеки та отримані кількісні оцінки пріоритетів елементів системи екологічної безпеки сприятимуть вищим органам державного управління у формуванні виваженої політики екологічної безпеки та механізмів її реалізації на підставі науково-обгрунтованих даних.

Основні наукові результати дисертаційної роботи були використані при підготовці практичних рекомендацій Президентові України, Адміністрації Президента, Раді національної безпеки та оборони України і впроваджені в Міністерстві охорони навколишнього середовища та ядерної безпеки України, а також в Міністерстві України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від Чорнобильської катастрофи.

Особистий внесок здобувача. Усі результати дисертаційної роботи отримано за особистою участю автора. Дисертантом особисто: запропонована методика математичного моделювання основних загроз екологічній безпеці, розроблено математичні моделі цих загроз та одержано кількісні оцінки їх рівнів, розроблено математичні моделі показників безпеки людини і довкілля як функції головних загроз, розроблено алгоритм та комп'ютерну програму для визначення кількісних оцінок фонового ризику населення України на базі модифікованої моделі Гомперца-Мейкема, побудовано ієрархічну модель системи екологічної безпеки України і визначено кількісні оцінки пріоритетів державної політики щодо нейтралізації загроз екологічній безпеці за допомогою методу аналізу ієрархій.

Апробація результатів роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на вчених радах Національного інституту стратегічних досліджень, на наукових семінарах факультету кібернетики Київського університету імені Тараса Шевченка, а також на конференціях:

Всеукраїнській конференції "Моделі і методи оцінки ризику та проблеми безпеки еколого-економічних систем" (Київ, 1992); Всеукраїнській конференції "Актуальні проблеми екогеології України" (Київ, 1997); Круглому столі "Економічна безпека України: проблеми і сутність" (Київ, 1997); Круглому столі "Україна - шляхи в майбутнє" (Київ, 1998); Міжнародній коференції "Third Scandinavian - Ucrainian Conference on Probability and Statistics" (Київ, 1999 р.).

Публікації. Результати досліджень дисертаційної роботи опубліковано у 4 наукових працях [1-4], серед них 2 монографії.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел із 90 найменувань, чотирьох додатків, викладена на 171 сторінках друкованого тексту, який вміщує 20 таблиць та 24 ілюстрації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкривається актуальність проблеми, формулюється мета роботи, основні задачі дослідження, наукова новизна і практична цінність одержаних результатів, описано апробацію результатів роботи.

В першому розділі розглянуто основні положення системного аналізу, обгрунтовано можливість застосування системного підходу для вивчення проблем екологічної безпеки, дано аналіз існуючих методів системних досліджень для вирішення окремих проблем екологічної безпеки, розглянуто головні риси екологічної безпеки як складової національної безпеки держави, системні основи екологічної безпеки.

Розглянуті основні аспекти ризику, серед них соціальний, економічний, медичний та екологічний, дано методологічне обгрунтування того, що ризик є кількісною мірою безпеки, стисло проаналізовано окремі види ризиків та основні ризики загроз екологічній безпеці України, наведено постановку задач дослідження.

Розділ 2 присвячений математичному моделюванню загроз екологічній безпеці України на основі математичного апарату методів багатовимірного статистичного аналізу, зокрема методу головних компонент та кластерного аналізу. З цією метою автором сформовано базу даних, що характеризує екологічну безпеку населення України. Вона умовно охоплює 9 сфер екологічної безпеки, а саме: масштаби розвитку техносфери, насиченість промисловості України техногенно небезпечними підприємствами, забруднення навколишнього середовища, хімічно небезпечні виробництва, вибухо- і пожежонебезпечні виробництва, наявність сейсмонебезпечних зон, лісові та польові пожежі, наслідки аварії на ЧАЕС, природно-ресурсний потенціал.

У зв'язку з тим, що кількість статистичних показників, які характеризують екологічну безпеку держави, велика, причому часто між собою вони значно корелюють, то постає задача виділення з вибраної множини показників найбільш суттєвих факторів, що характеризують досліджуване явище. З метою вирішення цієї задачі було запропоновано підхід до застосування математичного апарату методу головних компонент, який базується на припущенні про існування невеликої кількості допоміжних показників (компонент), які не входять в число виміряних, але своїм впливом на виміряні показники визначають кореляцію останніх.

Суть методу головних компонент полягає в наступному: нехай маємо m випадкових змінних х⁽¹⁾, ... , х^(m) з багатовимірним, не обов'язково нормальним, сумісним розподілом, вектором середніх і коваріаційною матрицею _ij Взаємозв'язок між змінними х⁽¹⁾, ... , х^(m) може бути вимірений коваріаціями або, що еквівалентно, дисперсіями і кореляціями між х⁽¹⁾, ... , х^(m). Можна знайти лінійні комбінації у⁽¹⁾, ... , у^(q) змінних х⁽¹⁾, ... , х^(m), (q<m), за якими одержати структуру залежності між х⁽¹⁾, ..., х^(m). Головні компоненти - це такі нормовані лінійні комбінації вихідних змінних

= 1, i = 1, 2, ..., m;

cov (y⁽ⁱ⁾ у^(j)) = 0, i, j = 1, ..., m, i j

V(у⁽¹⁾) V(у⁽²⁾) ... V(у^(m)),

де х^(j) - показники, j = 1, ... , m; у⁽ⁱ⁾ - головні компоненти, i = 1, ... , m; V(у⁽¹⁾), ... , V(у ^(m)) - дисперсії компонент.

Для обчислення k-тої головної компоненти у^(k) (k = 1, 2, ..., m) ми знаходили власний вектор l_k = (l_k1, l_k2, ..., l_km) коваріаційної матриці вихідного набору показників X = (x⁽¹⁾, ..., x^(m)), тобто розв'язували систему рівнянь ( - _kI) l_k= 0, де _k - k-тий за величиною корінь (при розміщенні їх у спадному порядку) характеристичного рівняння | - I| = 0. Компоненти l_kj (j = 1,..., m) власного вектора являються шуканими ваговими коефіцієнтами, з допомогою яких здійснювався перехід від вихідних показників x⁽¹⁾, ..., x^(m) до головної компоненти у^(k).

Результати розрахунків показали, що перші п'ять головних компонент пояснюють 81,2 % загальної дисперсії всіх показників, причому на першу головну компоненту припадає 41,1 % загального внеску компонент до структури досліджуваного явища. Друга компонента пояснює 13,5% загальної дисперсії, третя - 11,3 %, четверта - 9,6 %, п'ята компонента - 5,8%. Оскільки на практиці рекомендується виділяти кількість головних компонент, що пояснює 75 % їхньої сумарної дисперсії, автор аналізував чотири головні компоненти, що інтерпретуються ним як основні загрози екологічній безпеці України.

Перша основна загроза екологічній безпеці України - це: забруднення навколишнього середовища, розміщення хімічно небезпечних виробництв на території України, що зумовлені насиченістю промисловості техногенно небезпечними підприємствами, а також неефективне використання природно-ресурсного потенціалу. Друга головна компонента інтерпретується як наслідки аварії на ЧАЕС та лісові пожежі. Це друга за своєю значимістю основна загроза екологічній безпеці України.

Третю головну компоненту ми інтерпретуємо як надзвичайні ситуації природного походження і вибухо- та пожежонебезпечні виробництва. Це третя основна загроза екологічній безпеці України. Четвертою головною загрозою екологічній безпеці України є потенційні аварії на радіаційно небезпечних об'єктах та польові пожежі.

Отримані значення головних компонент дозволили побудувати пріоритетний ряд основних загроз за ступенем їхньої небезпеки, 1-е місце серед розглянутих загроз посідає забруднення навколишнього середовища. Далі розташовані: неефективне використання природно-ресурсного потенціалу (2-е місце), розміщення хімічно небезпечних виробництв) (3), лісові пожежі у пожежонебезпечний сезон (4), наслідки аварії на ЧАЕС (5), землетруси (6), вибухо- та пожежонебезпечні виробництва (7), польові пожежі (8), потенційні аварії на радіаційно небезпечних об'єктах (9).

Для регламентації та прийняття рішень на етапі запобігання надзвичайним ситуаціям в окремих областях України назріла гостра необхідність комплексного аналізу стану екологічної безпеки областей України за допомогою інтегральних показників безпеки.

Інтегральний показник екологічної небезпеки і-го регіону (I_і) розраховувався за формулою:

де v^(j) - ваговий коефіцієнт j-ої головної компоненти,

_j - власне значення j-ої головної компоненти;

у_i^j - значення головної компоненти j для регіону i.

Після переміщення початку відліку і нормування, обчислені значення інтегрального показника I використовуються для порівняльного аналізу рівнів екологічної небезпеки регіонів України. Розрахований інтегральний індекс інтерпретується так: даний регіон є тим більше екологічно небезпечним, чим більше значення його інтегрального показника (I). Згідно розрахунків, дуже високий рівень екологічної небезпеки мають Донецька (I = 0,827), Луганська (I = 0,606), Дніпропетровська (I = 0,603) та Київська (I = 0,414) області. Решта областей мають інтегральні показники екологічної небезпеки близькі до середньоукраїнського показника (I=0,222).

Класифікація регіонів України в однорідні групи здійснювалася двома методами: методом інтервалів за значеннями обчислених інтегральних показників та за допомогою агломеративно-ієрархічного кластерного аналізу головних компонент методом середнього зв'язку. В результаті обох методів ми одержали три кластери. Перший кластер утворюють Донецька, Дніпропетровська і Луганська області. Другий кластер - Київська область, решта регіонів потрапили до третього кластера і мають невисокі та близькі за значеннями рівні загроз.

Автор отримав математичні моделі перших чотирьох головних компонент (основних загроз):

у⁽¹⁾ = 0,196x⁽²⁾ + 0,3x⁽³⁾ + 0,307x⁽⁴⁾ + 0,25x⁽⁵⁾ + 0,31x⁽⁶⁾ + 0,316x⁽⁷⁾ + 0,31x⁽⁸⁾ + 0,25x⁽⁹⁾ + 0,28x⁽¹⁰⁾ + 0,25x⁽¹¹⁾ + 0,21x⁽¹³⁾ + 0,145x⁽¹⁶⁾ + 0,154x⁽²⁰⁾ + 0,304x⁽²¹⁾;

у⁽²⁾ = -0,23x⁽¹⁾ - 0,21x⁽²⁾ + 0,29x⁽¹²⁾ + 0,27x⁽¹³⁾ - 0,36x⁽¹⁴⁾ - 0,11x⁽¹⁵⁾ + 0,48x⁽¹⁶⁾ - 0,30x⁽¹⁷⁾ + 0,43x⁽¹⁸⁾ + 0,17x⁽¹⁹⁾ - 0,199x⁽²⁰⁾;

у⁽³⁾ = 0,11x⁽¹⁾ + 0,22x⁽³⁾ - 0,148x⁽⁴⁾ + 0,23x⁽¹¹⁾ + 0,36x⁽¹²⁾ + 0,2x⁽¹³⁾ + 0,389x⁽¹⁴⁾ + 0,595x⁽¹⁵⁾ - 0,332x⁽²⁰⁾;

у⁽⁴⁾ = 0,21x⁽¹⁾ - 0,427x⁽²⁾ - 0,14x⁽⁵⁾ - 0,15x⁽⁶⁾ - 0,514x⁽¹⁷⁾ - 0,332x⁽¹⁸⁾ - 0,495x⁽¹⁹⁾ + 0,221x⁽²¹⁾,

а також вирішив обернену задачу - отримав математичні моделі для найбільш потрібних нам показників стану навколишнього середовища як функції основних загроз (в літературі їх називають моделями автопрогнозу).

Прогнозна модель для питомих викидів забруднених стічних вод у природні поверхневі водні об'єкти має такий вигляд:

x⁽⁷⁾ = 0,929у⁽¹⁾ + 0,164y⁽²⁾ + 0,160y⁽³⁾ + 0,035y⁽⁴⁾ + ⁽⁷⁾,

для питомих викидів шкідливих речовин в атмосферу:

x⁽⁸⁾ = 0,918у⁽¹⁾ + 0,003y⁽²⁾ - 0,110y⁽³⁾ + 0,060y⁽⁴⁾ + ⁽⁸⁾,

а для твердих відходів промислових підприємств:

x⁽⁹⁾ = 0,733у⁽¹⁾ - 0,041y⁽²⁾ - 0,180y⁽³⁾ + 0,064y⁽⁴⁾ + ⁽⁹⁾.

Прогнозна модель для населення, яке проживає у зоні можливого ураження сильнодіючими отруйними речовинами:

x⁽¹¹⁾ = 0,727у⁽¹⁾ - 0,060y⁽²⁾ + 0,353y⁽³⁾ + 0,057y⁽⁴⁾ + ⁽¹¹⁾,

для населення, яке потрапляє до зони можливого ураження вибухо- і пожежонебезпечними речовинами:

x⁽¹³⁾ = 0,611у⁽¹⁾ + 0,457y⁽²⁾ + 0,309y⁽³⁾ - 0,072y⁽⁴⁾ + ⁽¹³⁾,

а для кількості населення, яке потрапляє у сейсмонебезпечну зону:

x⁽¹⁵⁾ = 0,055у⁽¹⁾ - 0,192y⁽²⁾ + 0,915y⁽³⁾ - 0,039y⁽⁴⁾ + ⁽¹⁵⁾.

Прогнозна модель для зони можливих лісових пожеж у пожежонебезпечний сезон має такий вигляд:

x⁽¹⁶⁾ = -0,426у⁽¹⁾ + 0,809y⁽²⁾ - 0,068y⁽³⁾ + 0,142y⁽⁴⁾ + ⁽¹⁶⁾,

а для сумарних зон можливого радіоактивного забруднення при потенційних аваріях на АЕС:

x⁽¹⁹⁾ = -0,341у⁽¹⁾ + 0,28y⁽²⁾ - 0,161y⁽³⁾ - 0,702y⁽⁴⁾ + ⁽¹⁹⁾.

де ⁽ⁱ⁾ - випадкові (залишкові) похибки прогнозу вихідних стандартизованих показників за першими чотирма головними компонентами.

Якщо як відносну похибку прогнозу вихідного показника x^(і) за першими головними компонентами у^(і) розглянути величину

_і = 100 %(D⁽ⁱ⁾/Dx⁽ⁱ⁾),

то нескладні підрахунки дадуть значення всіх _і. Для наших моделей _і 2%.

Враховуючи складність проблеми і важливість таких прогнозів, даними математичними моделями можна досить успішно користуватися на практиці.

Третій розділ присвячено моделюванню фонового ризику, який відображає рівень негативного впливу зовнішніх шкідливих факторів на здоров'я та безпеку населення України. Для визначення кількісних оцінок фонового ризику автор використав у роботі два різні підходи. Перший - моделювання фонового ризику, обумовленого негативним впливом усіх техногенних, природних та соціальних чинників на безпеку населення України за допомогою модифікованої моделі Гомперца-Мейкема, другий - оцінка фонового ризику, обумовленого впливом окремих несприятливих чинників на безпеку населення за допомогою теоретико-ймовірнісної моделі ризику.

1) Для проведення детального аналізу ризиків загроз здоров'ю та безпеці людини доцільно розрізняти їх за причинами смертності, а саме:

- екзогенні, що спричинені зовнішніми впливами на організм людини;

- ендогенні як результат вроджених захворювань чи природного старіння.

Закон Гомперца - Мейкема для виділення екзогенної та ендогенної складових із демографічних даних про смертність населення має такий вигляд:

d(t) = R(t) + exp(),

де d(t) - коефіцієнти смертності населення,

t - змінна часу,

- вік людини,

R(t) - змінна, що залежить тільки від часу і розглядається як значення екзогенного (фонового) ризику смертності,

член exp() не залежить від часу, а залежить від віку і описує ендогенну складову інтенсивності смертності,

і - постійні.

Однак, більш детальні дослідження вчених показали, що член R(t) також залежить від віку , і в наближенні рівняння (3) він описує екзогенну складову інтенсивності смерті тільки інтегрально для всіх вікових груп. Блінкін В.Л. запропонував математичну модель, яка використана нами і має вигляд:

d(,t) = A() + B(t)C(),

де d(t) - коефіцієнти смертності населення, t - змінна часу, - вік.

R(,t) = B(t)C() - A().

Для досліджень фонового ризику смертності від усіх причин статистичною базою служили медико-демографічні дані вікової структури коефіцієнтів смертності населення України, розраховані автором по таблицях смертності, наданих Держкомстатом України, за 1980-1996 рр. і представлені у вигляді щорічних таблиць, у яких вік розбитий на 18 вікових груп, а саме: (0-4), (5-9), (10-14), (15-19), (20-24), (25-29), (30-34), (35-39), (40-44), (45-49), (50-54), (55-59), (60-64), (65-69), (70-74), (75-79), (80-84), (85 і більше) років.

Апроксимація статистичних даних рівнянням (4) в загальному вигляді виконана методом найменших квадратів. Cпівставивши кожне значення коефіцієнта смертності рівнянню (4) і виконавши відповідні обчислення, одержуємо:

Визначення параметрів здійснювалося методом послідовних наближень з урахуванням невід'ємності коефіцієнтів Aj, Bi, Cj. Розрахунки велися ітераційним методом, який має вигляд:



Як нульове наближення вибиралися наступні значення:

Ітераційний процес здійснювався до досягнення заданої точності шуканих коефіцієнтів:

Відносне середньоквадратичне відхилення Кe апроксимуючого рівняння (Y_ij) відносно вихідних статистичних даних (D_ij) визначалося виразом:

Повний ризик смертності Ri обчислювався за формулою:

,

де nij - відносна доля населення в j - тій віковій групі в і -тий момент часу. Eндогенна складова ризику смертності в і - тий момент часу:

.

Екзогенна складова ризику в і - тий момент часу обчислювалася як

Автором розроблено комп'ютерну програму на мові Object Pascal з використанням об'єктно-орієнтованого підходу, яка дозволяє розрахувати параметри модифікованої моделі Гомперца-Мейкема. Програму реалізовано для компілятора Delphi 3 під операційною системою Windows 95.

Похибка апроксимації нелінійної параметризованої моделі для всього населення склала 3,8 %, для чоловіків -5,7 %, а для жінок - 3,2 %.

Проведене дослідження дало можливість оцінити величину ризиків смертності населення України від всіх типів зовнішніх шкідливих дій. Зауважимо, що найбільший відсоток екзогенного ризику припадає на вікову групу 40-44 роки. Так, у 1995 р. фоновий ризик смертності у цій віковій групі складав 70,6 %, тоді як ендогенний ризик дорівнював 29,4 %. Високий відсоток фонового ризику мають вікові групи відносно "молодого" населення. Це групи від 25 до 60 років. Фоновий ризик цих груп коливається у межах 60% від повного ризику смертності.

Автором досліджена динаміка змін фонових ризиків смертності для обох статей, окремо для чоловічого і жіночого населення України за період з 1980 по 1996 рр. Дослідження показало, що екзогенний ризик смертності для чоловіків на протязі всього часу значно більший за жіночий, а починаючи з 1990 року, почав помітно зростати, досягнувши максимального значення у 1995 році.

2) Теоретико-ймовірнісна модель оцінки фонового ризику (для окремих причин смертності) має вигляд

R = Ap,

де A - наслідок небажаної події (смерть),

p - ймовірність настання небажаної події.

Оскільки в даній ситуації p = 1, то рівняння (14) набуває вигляду:

R = A = n/N , (15)

де n - число смертей, віднесених до специфічної причини, що їх викликала,

N - величина людської спільноти України у серединний момент часового періоду.

Узагальнені наукові дані щодо рівнів фонового ризику за окремими причинами смерті на території України станом на 1996 р. показали, що для різних причин смертності в Україні він може змінюватися в широких межах: від 7,8610^-8 до 3,8710^-4 на рік. Верхня границя фонового ризику смертності відповідає травмам внутрішніх органів, нещасним випадкам, пов'язаним з транспортом, вбивствам. Особливо небезпечний характер має туберкульоз органів дихання. Цей тривожний список завершують фонові ризики таких соціально небезпечних явищ, як отруєння алкоголем, цироз печінки, самогубства, випадкові отруєння, несприятливі реакції на речовини. Їх показники фонового ризику мають величину 10^-4, що на два порядки перевищує допустимий рівень прийнятного ризику в розвинених державах.

У четвертому розділі розглядається стратегія екологічної безпеки України як одна з фундаментальних складових національної безпеки держави, що гарантується комплексом політичних, юридичних, економічних, технологічних, наукових та гуманітарних механізмів.

На основі проведених системних досліджень за допомогою методу аналізу ієрархій та експертних оцінок нами побудована ієрархічна модель системи екологічної безпеки України (рис.1) та визначено пріоритети державної політики щодо нейтралізації загроз екологічній безпеці. Слід зауважити, що модель значно спрощена, проте дозволяє отримати відповідь на питання, який із елементів системи має вищий пріоритет у порівнянні з іншими.

Оскільки головними складовими методу аналізу ієрархій є парні порівняння, а у формуванні матриць парних порівнянь приймала участь група експертів, то ці матриці заповнювались експертами кожним індивідуально, а результати усереднювалися з метою об'єднання різних суджень. Після заповнення експертами матриць парних порівнянь елементів розраховувалися власні вектори цих матриць, і на їх основі пріоритети елементів в ієрархічній моделі.

Множина елементів системи екологічної безпеки України

Рівень 1. Мета {G} Екологічна безпека України.

Рівень 2. Загрози екологічній безпеці {Hs1, Hs2}

Hs1: внутрішні (G)

Hs2: зовнішні (G)

Рівень 3. Ризики загроз екологічній безпеці держави {Rs1,Rs2,...,Rs8}

Rs1: глобальні екологічні проблеми (озон, потепління, тощо) (Hs2)

Rs2: неефективне використання природних ресурсів (Hs1, Hs2)

Rs3: техногенні катастрофи (Hs1, Hs2)

Rs4: природні катастрофи (Hs1, Hs2)

Rs5: наслідки аварії на ЧАЕС (Hs1)

Rs6: екологічний тероризм (Hs1, Hs2)

Rs7: регіональні військові конфлікти (Hs2)

Rs8: екологічні конфлікти (Hs1)

Рівень 4. Механізми забезпечення екологічної безпеки {Ks1, Ks2,..., Кs6}

Ks1: державна система управління екологічною безпекою (Rs1,Rs2,...,Rs8)

Ks2: економічні механізми (Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5, Rs6, Rs8)

Ks3: промислова безпека та технологічні основи екологічно безпечного розвитку промисловості, енергетики і транспорту (Rs1,Rs2,...,Rs8)

Ks4: законодавча та нормативно-правова діяльність у сфері екологічної безпеки (Rs1,Rs2,...,Rs8)

Ks5: наука (Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5, Rs8)

Ks6: громадські організації та політичні партії (Rs1, Rs8)

Як засвідчили проведені системні дослідження, кількісні оцінки пріоритетів механізмів нейтралізації загроз екологічній безпеці України (четвертий рівень) розподілилися таким чином: економічні механізми екологічної безпеки (0,321), державна система управління екологічною безпекою (0,273), промислова безпека та технологічні основи екологічно безпечного розвитку промисловості, енергетики і транспорту (0,237), нормативно-правова діяльність у сфері екологічної безпеки (0,142), наукові основи екологічної безпеки (0,113), громадські організації у сфері екологічної безпеки (0,006) . Отримані результати служать науково обгрунтованою базою для прийняття рішень органами державної влади щодо мінімізації ризиків загроз та при формуванні політики екологічної безпеки держави.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

Основні результати і висновки цієї дисертаційної роботи можуть бути стисло сформульовані наступним чином:

1. В процесі системного аналізу проблем екологічної безпеки встановлено, що головними ознаками системи екологічної безпеки як складної системи є структурованість, взаємозалежність і взаємозв'язок її складових частин, підпорядкованість організації всієї системи певній меті. Розроблена ієрархічна модель системи екологічної безпеки України, розраховані відносні величини інтенсивності взаємодії елементів у даній ієрархії.

2. На основі математичного апарату методу головних компонент виявлено основні загрози екологічній безпеці України, розроблено математичні моделі основних загроз екологічній безпеці України і вирішена обернена задача - отримано математичні моделі окремих показників безпеки людини і довкілля залежно від масштабів реалізації окремих загроз чи їхніх комбінацій, побудовано пріоритетний ряд цих загроз за ступенем їхньої небезпеки, серед яких перше місце посідає забруднення навколишнього середовища та неефективне використання природно-ресурсного потенціалу. Проведено комплексний порівняльний аналіз стану екологічної небезпеки регіонів України за допомогою інтегральних показників, який показав, що найбільш небезпечними для проживання є Донецька, Луганська та Дніпропетровська області.

3. Опрацьована методологія аналізу ризику та математичні моделі ризику. В рамках цієї методології отримано значення параметрів модифікованої моделі Гомперца-Мейкема і визначено кількісні оцінки фонового ризику безпеки населення України. З цією метою розроблено комп'ютерну програму з використанням об'єктно-орієнтованого підходу під операційною системою Windows-95 для математичного моделювання фонового ризику.

4. Визначено кількісні оцінки фонового ризику смертності населення України від окремих несприятливих чинників на базі теоретико-ймовірнісної моделі ризику, проведено аналіз тенденцій щодо змін фонового ризику. Виявлено, що окремі показники фонового ризику в Україні мають величину порядку 10^-4, що на два порядки перевищує допустимий рівень прийнятного ризику в розвинених державах.

5. На основі проведених системних досліджень з використанням методу аналізу ієрархій та експертних оцінок визначено пріоритети державної політики щодо нейтралізації загроз екологічній безпеці України, запропоновано заходи щодо її реалізації.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. А.Б. Качинський, Г.А. Хміль. Екологічна безпека України: аналіз, оцінка та державна політика, - К.: НІСД, 1997. - 127с. Здобувачем запропоновано підхід до застосування методу головних компонент в математичному моделюванні загроз екологічній безпеці, одержано кількісну оцінку рівнів цих загроз, розроблено математичні моделі показників безпеки людини і довкілля як функції головних загроз, проведено системний аналіз пріоритетів державної політики щодо нейтралізації загроз екологічній безпеці України.

2. А.Б. Качинський, С.І. Пирожков, Г.А. Хміль. Оцінка й аналіз фонового ризику смертності в Україні, - К.: НІСД, 1998. - 67с. Здобувачем отримано оцінки параметрів математичних моделей на базі модифікованої моделі Гомперца-Мейкема для оцінки фонових ризиків населення України від усіх наявних причин та визначено кількісні оцінки фонових ризиків від окремих несприятливих чинників за допомогою теоретико-ймовірнісної моделі ризику.

3. Хміль Г.А., Агаркова Н.В., Качинський А.Б. Стан та оцінка загроз в екологічній сфері //Національна безпека України, 1994-1996 рр.: Наукова доповідь НІСД. К.: НІСД, 1997. - С. 85-93. Здобувачем проведено системний аналіз стану довкілля України (забруднення атмосфери, грунтів, забруднення вод в Україні, наслідки аварії на Чорнобильській АЕС).

4. Хміль Г.А., Агаркова Н.В., Качинський А.Б. Підвищення рівня екологічної безпеки //Національна безпека України, 1994-1996 рр.: Наукова доповідь НІСД. К.: НІСД, 1997. - С. 173-179. Здобувачем проведено аналіз нормативів гранично-допустимих концентрацій шкідливих сполук.

АНОТАЦІЇ

Хміль Г.А. Системний аналіз проблем екологічної безпеки України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.04 - системний аналіз і теорія оптимальних рішень. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 1999 р.

Дисертація присвячена системному аналізу і моделюванню екологічної безпеки України. Розроблено математичні моделі основних загроз екологічній безпеці, визначено інтегральні показники стану екологічної безпеки України в регіональному розрізі. Визначено оцінки параметрів модифікованої моделі Гомперца-Мейкема, на основі яких отримано кількісні оцінки фонового ризику як міри впливу зовнішніх шкідливих факторів на здоров'я та безпеку населення України. Розроблено ієрархічну модель системи екологічної безпеки України, визначено пріоритети державної політики щодо нейтралізації загроз екологічній безпеці.

Ключові слова: системний аналіз, математична модель, екологічна безпека, ризик, управління.

Хмиль А.А. Системный анализ проблем экологической безопасности Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 01.05.04 - системный анализ и теория оптимальных решений. - Национальный технический университет Украины " Киевский политехнический институт", Киев, 1999 г.

Диссертация посвящена системному анализу и моделированию экологической безопасности Украины. Разработаны математические модели основных угроз экологической безопасности, определены интегральные показатели состояния экологической безопасности Украины в региональном срезе. Определены оценки параметров модифицированной модели Гомперца-Мейкема, на основании которых получены количественные оценки фонового риска как меры влияния внешних вредных факторов на здоровье и безопасность населения Украины. Разработана иерархическая модель системы экологической безопасности Украины, определены приоритеты государственной политики по нейтрализации угроз экологической безопасности.

Ключевые слова: системный анализ, математическая модель, экологическая безопасность, риск, управление.

Khmil A.A. System analysis of problems ecological security of Ukraine. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree of technical sciences (Ph.D.) by speciality 01.05.04 - system analysis and theory of optimal solutions. National technical university of Ukraine "Kyiv politechnical institute", - Kyiv, 1999.

The dissertation is devoted to the system analysis and modelling of ecological security of Ukraine. The mathematical models of main threats to ecological security are designed, the integral indexes of a state of ecological security of Ukraine in a regional edge are defined. The estimates of parameters of modified model Gompertz-Maqeman are defined, on the basis of which the quantitative assessments of background risk as measure of influence of the exterior harmful factors on health and security of the population of Ukraine are obtained. The hierarchical model of a system of ecological security of Ukraine is designed, the priorities of state policy of neutralizing threats to ecological security are defined.

Key words: system analysis, mathematical model, ecological security, risk, control.

Размещено на Allbest.ru

...