Методи оптимізації раціонального регулювання водного балансу територій в аграрному секторі виробництва

І.В. Верещака. Методи оптимізації раціонального регулювання водного балансу територій в аграрному секторі виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

140

Механізм регулювання економіки, 2006, № 3

Методи оптимізації раціонального регулювання водного балансу територій в аграрному секторі виробництва

І.В. Верещака

Анотація

Запропонована математична модель раціонального водокористування в агропромисловому комплексі, яка включає два етапи. На першому етапі проводиться розрахунок показників, характеризуючих господарську діяльність агропідприємств у межах сформованої структури сільськогосподарського виробництва водогосподарського комплексу. На другому етапі здійснюється найбільш загальна оцінка об'єкта водокористування на основі методів оптимізації, коли цільовою функцією є максимальний дохід агропідприємств при виконанні оптимального плану виробництва конкретних видів продукції і послуг на розрахунковий період.

Аннотация

И.В. Верещака

Методы оптимизации рационального регулирования водного баланса территорий в аграрном секторе производства

Предложена математическая модель рационального водопотребления в агропромышленном комплексе, которая включает два этапа. На первом этапе проводится расчет показателей, характеризирующих хозяйственную деятельность агропредприятий в пределах сформированной структуры сельскохозяйственного производства водохозяйственного комплекса. На втором этапе проводится более общая оценка объекта природопользования на основе методов оптимизации, когда целевая функция есть максимальный доход агропредприятий при выполнении оптимального плана производства конкретных видов продукции и услуг на расчетный период.

Комплексна економіко-екологічна оцінка найбільш припустимого варіанта гідротехнічного будівництва або реконструкції вже існуючих інженерних споруд, вибір оптимальних технологій і методів управління аграрним виробництвом, економічно обґрунтоване державне регулювання цілої низки питань водоспоживання, водовідведення і водоочищення, зниження рівня забруднення навколишнього середовища, зокрема водойм - це далеко не повний перелік завдань, які необхідно вирішити з метою створення раціонального водного балансу території в межах будь-якого водогосподарського комплексу (ВГК).

Слід зазначити, що сучасний стан ґрунтового покриву України має небезпечну тенденцію деградації схилових земель, на яких розвиваються ерозійні процеси. На змитих ґрунтах різко знижується урожайність сільськогосподарських культур і ефективність їх вирощування, нерідко спостерігається цілковитий змив верхнього шару ґрунту, втрачається властивість родючості, що завдає непоправної шкоди, створює або ускладнює екологічну проблему.

Таким чином, земля і вода в аграрному секторі перебувають двоєдиним засобом виробництва. Тому при створенні ВГК для обраного сільськогосподарського району кожен водозбірний басейн необхідно розглядати як єдину систему, яка об`єднує річки, струмки, ставки, водосховища, болота, підземні води, зрошувальні та осушувальні системи в одне ціле. Всі складові такого комплексу знаходяться в сталій гідрологічній рівновазі. Зміна гідрорегуляції одного з цих елементів може привести до суттєвих змін діяльності всієї системи.

Системний аналіз існуючих на цей час досліджень [1-6] ще раз доводить, що під час сільськогосподарської діяльності, окрім визначення стану земельних та водних ресурсів, які залучаються безпосередньо у виробництво, не менш важливими показниками такої діяльності є наявність чітко визначених даних, що характеризують формування водного режиму і водозабезпеченості території (виснаження ресурсів підземних вод, пониження рівнів ґрунтових вод, зниження вологості кореневмісного шару, зміну гідроенергетичного потенціалу водного стоку тощо).

Виявлений органічний взаємозв'язок водних ресурсів з природним середовищем вимагає відповідного функціонального сполучення господарських підрозділів, що об'єднує їх економічні інтереси при експлуатації земельних ресурсів водозбірного басейну (як чинника водоутворення) і використанні водних ресурсів. До деградації земельних ресурсів та водних об'єктів приводить саме недооцінка взаємозв'язку такого сполучення і виникнення звідси екологічної невідповідності способів господарського використання земельних і водних ресурсів.

Для вибору оптимального режиму гідрорегуляції при плануванні сільськогосподарського виробництва необхідно передбачити обов'язкове виконання водоохоронних, протиерозійних, гідротехнічних, лісотехнічних, природно-біологічних заходів. Достовірна економіко-екологічна оцінка проведених водогосподарських заходів може здійснюватися тільки за умови введення плати за природні ресурси. Так, наприклад, пропонується кілька категорій оцінки води: ціна води у джерелі; ціна води у кінцевого споживача; рентна оцінка водного об'єкта; рентна оцінка імобільних фондів системи водопостачання; оцінка асиміляційного потенціалу водойм; оцінка можливого використання альтернативних джерел водопостачання.

Тепер неважко визначити загальний економічний ефект від комплексного проведення зазначених заходів щодо раціонального гідрорегулювання в сільськогосподарському виробництві, який буде складатися з двох частин - прямого і непрямого. Прямий економічний ефект утворюється в результаті запобігання збитку від забруднення водних джерел за винятком наведених витрат на водоохоронні заходи; непрямий - шляхом проведення не тільки водоохоронних, але й агротехнічних, протиерозійних, лісотехнічних і інших заходів, що дає додатковий приріст продукції і поліпшує деякі її виробничі показники.

Таким чином, збереження відтворювальної здатності земельного і водноресурсного потенціалу стає однією з умов будь-якого виробництва, особливо сільськогосподарського. Економічні відносини на всіх стадіях відтворювального процесу повинні виходити із збалансованих темпів економічного розвитку. Це по суті є основний принцип щодо створення умов для збалансованого розвитку ВГК. Процес водокористування не обмежується лише вилученням води з водних джерел. До нього слід віднести весь комплекс відносин з господарського освоєння земельних і водних ресурсів і перетворення природних процесів, що обумовлюють водний режим території. Виконання таких завдань повинне здійснюватися на основі проведення соціально-економічного аналізу та оцінки економіко-екологічних наслідків господарської діяльності. Слід відзначити, що економіко-екологічна експертиза повинна розглядатися значно ширше, ніж аналіз проектних матеріалів.

Фактично на цей час комплексні дослідження, які поєднують економічний та екологічний аспекти проблеми сумісного використання земельних та водних ресурсів, майже відсутні.

Першим кроком, спрямованим на розв'язання наведених вище задач, нами запропоновано складання карт (картограм) придатності ділянок за типом ґрунтів, розробка науково обґрунтованих нормативів регламентів функціонування водогосподарських об'єктів і перспективних водних балансів територій, що включають якісні, кількісні і натуральні показники для різних видів використання в сільському господарстві і є важливим для створення раціонального водного балансу територій. Такий системний підхід до цієї проблеми повинен забезпечуватися інформацією про фонди продуктивних земель, земель обмеженої продуктивності та непродуктивних земель, наприклад, сильноеродованих і розмитих. Ця карта та аналіз реального стану водогосподарських об`єктів повинні стати основними документами вирішення питань, які пов'язані із зміною функцій територій та їх раціональної організації.

Економічну оцінку раціонального водокористування в АПК нами пропонується здійснювати в два етапи. На першому етапі проводиться розрахунок показників, що характеризують господарську діяльність агропідприємств у межах сформованої структури сільськогосподарського виробництва ВГК, за допомогою формули (1) та нормативних обмежень (2):

,(1)

(2)

де Q - оцінка об'єкта природокористування за доходами агропідприємств, грн/м³, грн/га;

W - середньорічний стік рік, м³;

S - площа, га;

- сумарний річний доход підприємств, крім поточних витрат U на природоохоронні заходи, грн;

m- кількість підприємств-користувачів ВГК;

- середньорічна вартість основних і оборотних коштів підприємств, включаючи інші витрати на природоохоронні заходи К₀, грн;

Е_f - фактичний коефіцієнт загальної ефективності за доходами;

Е_n - нормативний коефіцієнт загальної ефективності за доходами.

На другому етапі застосовуються формули (3) - (4), згідно з якими розв'язується задача визначення оптимального режиму водоспоживання і гідрорегулювання з орієнтацією на сучасний рівень розвитку і перспективу, планування капітальних вкладень та подальший розвиток агро- та водогосподарських підприємств:

(3)

;

(4)

У формулах (3) - (4) використовуються додаткові позначення: N_i - витрати і- го підприємства на переведення додаткових ресурсів з категорії потенційних у категорію діючих; W - граничний обсяг води, що може бути вилучений з водогосподарської системи; M - втрати води при її подачі споживачу; _i - витрати і-го підприємства зі скорочення втрат води до рівня М; F_i - витрати із забору, підготовки, подачі і відведення води і-го підприємства; W_і - приріст діючих водних ресурсів при витратах N_і; P - максимально можливий обсяг реалізованої продукції; L - витрати агро- та водогосподарських підприємств.

Таким чином, на першому етапі оцінюються сформульовані умови перспективи майбутньої водогосподарської системи, визначається ступінь впливу того чи іншого підприємства на економіко-екологічну продуктивність об'єкта природокористування. Отримані результати є вихідною базою для подальших оцінок.

На другому етапі відбираються агропідприємства, що є лідерами з отримання доходів, і з урахуванням їх найбільш ефективної роботи розробляються варіанти регулювання поверхневого стоку рік, використання водних і земельних фондів як природних ресурсів. Ці дані є об'єктивною основою для встановлення оптимальної структури зв'язків водокористувачів і землекористувачів, для розроблення правил використання водних і земельних ресурсів, тобто встановлення диференційної ренти І. Нарощування додаткових витрат матеріальних ресурсів на поліпшення якісного стану об'єктів водокористування, зниження втрат води дозволяє говорити про виникнення диференційної ренти ІІ.

Найбільш загальну оцінку об'єкта водокористування на другому етапі можна здійснити на основі методів оптимізації, коли цільовою функцією є максимальний дохід агропідприємств при виконанні оптимального плану виробництва конкретних видів продукції і послуг на розрахунковий період.

Розглянута модель дає можливість визначити граничні витрати на воду і рентну оцінку водних ресурсів для всіх учасників ВГК. Крім того, цю модель легко адаптувати під принцип водогосподарського районування, тобто принцип виділення незалежних один від одного в економічних відносинах ділянок ВГК.

Вибір оптимальної структури розміщення і організації сівозмін з урахуванням економіко-екологічної складової найкраще проводити за допомогою методів оптимізації. Як перше наближення використовується математичний апарат задачі лінійного програмування. Оцінка рівня тих або інших агротехнічних, гідромеліоративних, лісотехнічних заходів здійснюється за допомогою зменшення показників вартості виготовленої продукції. Математична модель задачі може бути подана у вигляді

,(5)

, i=1,2,…,n; j=1,2,…,m,(6)

, j=1,2,3,…,m,(7)

де за формулою (5) визначається функція цілі та формулами (6) - система обмежень. В цих обмеженнях використовуються позначення:

- площа на і-му полі, яка обробляється за j-ю технологією, га;

- врожайність культури на і-му полі за обраним рівнем технології, ц/га;

- заплановане виробництво розглянутої сільськогосподарської культури, ц;

- повна собівартість виробництва культури на і-му полі при j-му рівні технології, грн/га;

площа і-го поля, га.

Додатково слід ввести обмеження на можливу площу зрошення для j-го варіанта технології (7), де

- норма споживання води на і-му полі при j-му варіанті технології, м ³ /га ;

- кількість води, яку можна використати за j-м варіантом технології, м³.

Запропонований підхід застосовується, наприклад, для визначення оптимальної структури розміщення, організації та вирощування овочевих культур. Оцінка рівня гідромеліоративних заходів здійснюється за допомогою зменшення показників вартості виготовленої продукції. Відзначається, що при повному забезпеченні норми зрошення значно зменшується площа оброблюваного поля і значно зменшується собівартість вирощування овочів.

Специфічна особливість господарських відносин у сфері охорони навколишнього природного середовища та раціонального природокористування полягає у непередбачуваності еколого-економічних наслідків змін стану навколишнього природного середовища. До того ж ці наслідки дуже різноманітні за формами прояву, ступенем впливу, своїм значенням для різних сфер людської діяльності та галузей економіки. Одним з найбільш чутливих до змін стану навколишнього природного середовища є сільське господарство. З урахуванням цього для розв`язання цілої низки оптимізаційних задач в галузях сільського господарства найбільш прийнятною є динамічна регіональна модель природокористування. До того ж ця модель за допомогою використання статистичних методів обробки даних пов`язує регіональні і локальні рівні оптимізації задач природокористування. Мається на увазі перш за все можливість застосування однакових методів оцінки як для регіону в цілому, так і для побудови моделей окремих об'єктів природоексплуатації. Отримані при цьому результати оцінок будуть порівняні, і їх можна використовувати у подальших розрахунках.

Першим кроком для здійснення оцінки є визначення критеріїв якості, оціночних показників, встановлення екологічних і економічних обмежень. Наступним кроком є задача оптимізації управління. Визначальними показниками еколого-економічної оцінки ефективності природокористування в сільському господарстві є географічні та природнокліматичні умови, характеристики ґрунтів, особливості вирощування різних культур та їх сівозміни, енергонасиченість виробництва, структура ресурсовикористання, природоохоронне забезпечення виробничих процесів тощо.

На основі аналітичних показників (вміст гумусу, азоту, фосфору, калію та ін.) формується комп'ютерна база даних з кожного поля господарства та база даних якісних показників використання водогосподарських об`єктів. Економіко-математичне моделювання дозволяє виконувати об'єктивну оцінку проведених розрахунків і прогнозування, надає широкі можливості для більш глибокого вивчення складних взаємозв'язків у механізмі народногосподарського ресурсокористування.

Особливість побудови такої динамічної моделі, на відміну від статичної, полягає у можливому урахуванні збільшення обсягів сільськогосподарського виробництва одночасно із здійсненням природоохоронних заходів. Обираючи за керуючий вектор сумарний вектор швидкості капітальних вкладень, спрямованих на розвиток основних фондів виробничого і природоохоронного (ресурсовідновлюючого) призначення, обчислюється вектор - функція (8), за допомогою якої можна досягти збільшення темпів зростання сільськогосподарського виробництва при мінімальних екологічних витратах.

.(8)

агропромисловий гідротехнічний водний ресурсокористування

Запропонований динамічний підхід [7] до вирішення задачі оптимізації ресурсовикористання в галузі АПК є найбільш прийнятним і представлений у загальному вигляді. Проте можливі інші варіанти оптимізації - у часі, просторової, за якісними показниками виробництва продукції, за показниками соціально-економічної ефективності використання природних ресурсів.

Література

1 Айдаров И.П. Цели и задачи комплексных мелиораций сельскохозяйственных земель//Мелиорация и вод. хоз-во. - 2003. - № 5. - С. 11-13.

2 Вознюк С.Т. Регулювання водного режиму - запорука високих врожаїв. - Львів: Каменяр, 1987. - 36 с.

3 Волошков В.М., Колганов А.В., Турулев В.В. Регулирование водного режима орошаемых черноземов при близком залегании грунтовых вод//Мелиорация и водное хозяйство. - 2003. - № 6. - С.10-12.

4 Воробьев Б.В., Косолапов Л.А. Водотоки и водоемы: взаимосвязь экологии и экономики. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 272 с.

5 Воропаев Г.В., Исмаилов Г.Х., Федоров В.М. Развитие водохозяйственных систем. Методы анализа и оценки эффективности их функционирования. - М.: Наука, 1989. - 295 с.

6 Лук'яненко А.С. Грунтозахисне землеробство: проблеми, досвід впровадження і ефективність/За ред. С.І. Дорогунцова. - К.: Наук. світ, 2000. - 126 с.

7 Верещака І.В., Нєсвєтов О.О. Особливості оптимізації ресурсокористування в агропромисловому секторі//Материалы Международной научно-практической конференции “Межрегиональные проблемы екологической безопасности"(15-16 мая 2002 г.). - Суми, СНАУ, 2002. - С. 162-167.

Размещено на Allbest.ru