Лекции по "Экономическому природопользованию"

.                                                                                                                             Курс “Экономика природопользования”

Аннотация “Озеро”                                                                                                                                                               .

АННОТАЦИЯ

 

Имитационная игра “ОЗЕРО” предназначена  для использования в учебном  процессе как одна из лабораторных работ в природоохранном образовании, сопровождающая, например, курс “Рациональное  природопользование”. Может быть использована и как развлекательная игра, требующая определённых знаний о процессах, происходящих в водных экологических системах.

Имитационная игра “ОЗЕРО”  реализована как программа LAKE на ПЭВМ IBM PC/XT и работает в среде  операционной системы MS DOS.

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

 

Имитационная игра “ОЗЕРО” предназначена  для использования в учебном  процессе как одна из лабораторных работ в природоохранном образовании, сопровождающая, например, курс “Рациональное  природопользование”. Она способствует закреплению и развитию теоретических знаний по управлению экосистемой “ОЗЕРО”. Может быть использована и как развлекательная игра, требующая определённых знаний о процессах, происходящих в водных экологических системах. Игра реализована как программа с именем LAKE.

 

2. ОПИСАНИЕ  ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.

 

Моделируемая в процессе игры экологическая система включает в себя:

• водоём;
• прибрежные предприятия;
• станция ежедневного взятия проб воды;
• гидрометеослужбу;
• службу управления качеством воды;
• финансирующий орган.

Обучаемый в игре выполняет  функции диспетчера по управлению экологической системой “ОЗЕРО”. Для успешного управления он должен усвоить закономерности, лежащие в основе водного баланса, превращений и деструкции веществ, насыщения воды кислородом, влияния метеоусловий на экологические процессы; ему необходимо научиться оптимальному планированию нескольких взаимосвязанных параметров управления в условиях ограничения суммарной стоимости расходов.

Ниже приводятся описания элементов системы:

1. Водоём 200х300 м, разбитый на три зоны одинаковой площади 200х100 м- промышленную, среднюю и культурную (со средними глубинами 5м, 10м, и 5м соответственно). Нормальным считается уровень воды в озере 9.8 - 10.2 м.
2. Прибрежные предприятия. Среди них - завод, фабрика, база используют воду озера для своих технологических процессов, загрязняя её органикой и неоорганикой. Объём забираемой воды равен объёму сбрасываемой. Концентрации органики и неорганики в сбрасываемой воде могут меняться через каждую декаду. Ботанический сад только забирает воду из озера.

Данные о деятельности предприятий заложены в программу, моделирующую экосистему. Эти данные обучаемый при желании может получить во время игры. Они выводятся на экран по частям, в соответствии с рассматриваемой в конкретный момент игры декадой.

 

В игре установлен предел допустимых концентраций (ПДК) в мг/л по кислороду, органике и неорганике для каждой зоны. Ниже приводится таблица, где представлены ПДК, причём ПДК по кислороду определяет нижнюю границу, ПДК по органике и неорганике - верхнюю.

 

Таблица 2

	Пром. зона	Средн. зона	Культ. зона
Кислород	2	4	6
Органика	60	40	25
Неорганика	350	300	220

 

3.  Станции ежедневного взятия проб воды. Две из них стационарные - в промышленной и средней зоне, одна передвижная для взятия проб воды при необходимости в культурной зоне.
4. Гидрометеослужба - осуществляет краткосрочный метеопрогноз (до 10 дней): температура воздуха и воды, осадки, давление и сила ветра.

Данные об изменениях погодных условий заложены в игру и остаются одними и теми же, поэтому  все игроки оказываются в равных условиях, диктуемых внешней обстановкой.

 

5) Служба управления  качеством воды. Осуществляет подкачку  чистой воды в промышленную  зону, сброс воды из культурной  зоны, искусственную аэрацию вод.  Интенсивность аэрации задаётся  величинами А1 и А2 мг/л - на  столько можно поднять аэрацию воды без учёта других факторов поступления и расходования воздуха. Следует, однако, иметь в виду, что искусственная аэрация, сколь сильной она ни была, не может дать концентрацию кислорода выше предельного насыщения (эта величина зависит от температуры воздуха и атмосферного давления).

В части водного баланса  обучаемому следует учесть, что станции  перекачки воды переводятся автоматически  на режим подъёма уровня (Р=5000,S=0) или его снижение (Р=0,S=5000) на одни сутки, если уровень воды выходит за пределы допустимых норм. Чтобы управлять уровнем воды, следует учитывать баланс воды

 

В = Wg - Wu - Wc + (P - S)

 

Где Wg и P  приход воды в озеро за счёт дождей и перекачки, Wu, Wc, S - расход за счёт испарения, забора воды ботаническим садом и сброса.

6) Финансирующий орган. На управление  озером на 2 месяца выделяется 300 руб. Эти деньги расходуются  на перекачку воды из расчёта  50 коп. за каждую 1000 куб. м и  на искусственную аэрацию из  расчёта 25 коп за повышение  концентрации кислорода в одной  зоне на 1 мг/л.

В игре денежные расходы не выведены на передний план, однако отсутствие их учёта будет со стороны обучаемого большой ошибкой. Как только выделенная сумма буде израсходована, так в  оставшиеся дни экологическая система  будет развиваться без управления со стороны обучаемого. А такое развитие очень быстро приводит к ухудшению качества воды.

Таким образом разумная экономия при  благоприятных условиях, свободный  расход в условиях неблагоприятных  и ориентир на среднесуточный расход 5 руб - позволяет обучаемому сохранить свою роль диспетчера до конца срока игры.

 

3. ОПТИМАЛЬНАЯ  СТРАТЕГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОСИСТЕМОЙ.

 

При выборе параметров управления обучаемый должен усвоить основные закономерности экологической системы  и учитывать складывающуюся ситуацию.

Процесс управления экосистемой  имеет циклический характер. В  начале каждого цикла, обучаемый  оценивает по информации кадра дисплея:

• состояние озера, т.е. текущую дату, уровень воды в озере, концентрации ин градиентов в каждой из трёх зон;
• прогноз погоды на текущую декаду;
• прогноз деятельности прибрежных предприятий;
• оставшуюся в его распоряжении денежную сумму для расхода на перекачку воды и аэрацию.

После этого его задачей  оказывается выбор:

• продолжительность очередного цикла (от 3 до 10 суток);
• мощность подкачки чистой воды и откачки загрязнённой на каждые сутки очередного цикла (от 0 до 5000 на подкачку и от 0 до 5000 на откачку). Ниже даются рекомендации для обоснованного выбора.

 

 

3.1. Длительность цикла.

Выбор большой длительности цикла не эффективен по ряду причин: невозможность воздействовать на систему до конца цикла, инерциальность системы в целом, изменения метеоусловиях, декадность прогноза. Начинающему следует придерживаться выбора длительности цикла 3-4 суток с выходом на первый день каждой декады.

 

3.2. Искусственная аэрация.

Обучаемый должен понять, что растворённый в воде кислород как расходуется, так и пополняется  ввиду нескольких причин. Расход обусловлен разложением органики и водообменном с предприятиями: забирая воду обогащённую  кислородом, и сбрасывая воду без кислорода, предприятие уменьшает концентрацию кислорода в воде; чем больше расходуется в воде органики и выше температура, тем больше расходуется кислорода на её разложение. Пополняется кислородом вода за счёт естественной и искусственной аэрации, а также за счёт дождевой воды и подкачиваемой чистой воды. Однако есть и такой фактор: перекачка и сброс воды создают в озере течение от промышленной зоны через среднюю в культурную. Вывод: концентрацию кислорода в промышленной зоне можно повышать за счёт перекачки чистой воды, тогда как в средней и культурных зонах это следует делать за счёт аэрации, причём аэрация в средней зоне должна быть выше чем в культурной.

 

3.3. Подкачка и сброс воды.

Концентрация органики растёт только за счёт сброса сточных вод предприятиями, а убывает за счёт деструкции (4%) и разложения. Кроме того, концентрация органики изменяется вследствие перетопка воды из одних зон в другие. Следует иметь в виду, что чем выше концентрация кислорода в воде тем сильнее идёт разложение органики, а значит увеличивается концентрация неорганики. Концентрацию неорганики можно понизить только проточностью воды.

 

4. ИГРА - ПРОЦЕСС  УПРАВЛЕНИЯ ЭКОСИСТЕМОЙ.

(ПОРЯДОК РАБОТЫ  С ПРОГРАММОЙ).

 

После вызова программы - набором слова LAKE и нажатием на клавишу ENTER, на экране дисплея появится картинка - рабочее поле программы  с зоной “меню”, необходимо нажать на клавишу ESC. Игроку представляется одна из пяти возможностей: Помощь, Управление, Состояние, Работа, Прогноз. Чтобы войти в один из этих режимов, следует подвести графический курсор к одному из этих названий с помощью клавиш ® и ¬ на клавиатуре ПЭВМ. После установки курсора в нужное поле зоны “меню”, т.е. для входа в тот или иной режим управления экосистемой, необходимо нажать на клавишу ENTER. Для выхода из любого режима нажимают на клавишу ESC.

 

4.1. Режим “помощь”  предназначен для выдачи справочной  информации по экологической  системе “ОЗЕРО” и клавиш  управления.

К режиму “помощь” следует обращаться до начала игры, а затем во время игры - если в этом возникает необходимость.

 

4.2. Режим “управление” - предназначен для задания управляющих  параметров:

• сброс воды  0-5000;
• подкачка воды 0-5000;
• аэрация 1  0-10;
• аэрация 2  0-10;
• количество суток  3-10.

Для задания параметров используются следующие клавиши:

стрелка вверх, вниз - для  перехода к тому или иному параметру;

PgUp - увеличение шага  изменения параметра в 10 раз;

PgDn - уменьшение шага  изменения параметра в 10 раз;

® - увеличение значения параметра на величину шага;

¬ - уменьшение значения параметра на величину шага.

 

4.3. Режим “СОСТОЯНИЕ”  - предназначен для выдачи на  экран текущего состояния экосистемы.

 

4.4. Режим “РАБОТА” - предназначен  для запуска программы на счёт.

 

4.5. Режим “ПРОГНОЗ” - предназначен для выдачи на экран прогноза погоды на текущую декаду и прогноза деятельности предприятий.

 

4.6. Выход из режима. Для выхода  из любого режима необходимо  нажать на клавишу ESC.

 

 

5. СТРАТЕГИЯ  ОБУЧАЕМОГО В ПРОЦЕССЕ ИГРЫ.

 

Обычный игровой цикл состоит из последовательности обращений к  режимам в таком порядке: Состояние - Прогноз - Управление - Работа.

Общая задача игрока состоит в том, чтобы в течении июня вывести  озеро из запущенного состояния  до уровня ПДК во всех зонах по каждому из трёх градиентов, а затем в течении июля поддерживать качество воды в озере на уровне этих ПДК. Как решить эту задачу?

В начале каждого игрового цикла  следует проанализировать наличные концентрации кислорода, органики, неорганики, получив все сведения с помощью режима “Состояние”. Затем необходимо оценить прогноз погоды и прогноз деятельности предприятий (режим “Прогноз”). На основании проведённого анализа игрок должен выбрать параметры управления - величины P, S, A1, A2, а также Т - количество суток очередного цикла. Эти величины сообщаются машине в режиме “Управление”. Для набора значений используются клавиши управления курсора (стрелка влево, стрелка вправо, стрелка вниз, стрелка вверх).  После нажатия клавиш (стрелка вниз, стрелка вверх) совершается переход от одной строки к другой ( на каждой строке - свой параметр). Увеличение или уменьшение на 1 каждого разряда числа производится нажатием клавиш:

PgUp - увеличение в 10 раз;

PgDn - уменьшение в 10 раз.

После задания всех пяти параметров ( войти в режим “Управление” обязательно, но можно не менять старое значение одного или нескольких параметров - они сохранятся в машине на новый игровой цикл) и выхода из режима “Управление” вызывается режимом “Работа”, в котором экологическая ситуация развивается в течении заданного числа Т суток. За увеличением или уменьшением концентраций ингредиентов, получаемых от стационарных станций, можно следить по графикам на экране дисплея.

По завершении одного игрового цикла  вновь оценивается состояние  экосистемы, определяется прогноз, выбираются параметры управления, и система запускается в работу.

6. ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЙ.

 

В течении июня, пока игрок выводит  озеро из запущенного состояния, штрафные баллы не начисляются. В  течении июля обучаемому начисляются  штрафные баллы - по одному за каждый день, когда не было обеспечено качество воды в любой зоне. Итоговая оценка выставляется обучаемому только за количество набранных штрафных баллов. Итоговыми могут быть следующие оценки:

• “Отлично” - нет штрафных баллов.
• “Хорошо” - штрафных баллов не более 10.
• “Удовлетворительно” - штрафных баллов от 11 до 15.