Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российская академия наук

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

КОМПЛЕКСНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

ТЕХНОСФЕРНОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ

Материалы Международной научно-практической конференции

(г. Воронеж, 26-28 октября 2017 г.)

Часть II

Воронеж 2017

1

УДК 620.9 (06) ББК 31.00я4 К 637

Комплексные проблемы техносферной безопасности: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. Ч. II. 254 с.

ISBN 978-5-7731-0562-6

ISBN 978-5-7731-0573-2 (Ч.II)

В сборник включены материалы Международной научно-практической конференции, в которой нашли отражение вопросы по научно-техническим проблемам техносферной безопасности. Материалы сборника соответствуют научным направлениям вуза и перечню критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом Российской Федерации.

2

ВВЕДЕНИЕ

Активная преобразовательская деятельность человека породила всѐ возрастающую проблему трансформации среды обитания, как самого человека, так и всего живого на Земле, создавая тем самым новую искусственную среду обитания – техносферу Земли или природ- но-техническую геосистему, называемую также экологоэкономической или социальноэкономической системой.

Техносфера, созданная человеком, представляет собой территории, занятые городами, поселками, сельскими населенными пунктами, промышленными зонами и предприятиями. Она призвана обеспечить человека комфортными условиями проживания и защитить от опасностей естественных процессов и явлений природы. К техносферным относятся условия пребывания людей на объектах экономики, на транспорте, в быту, на территориях городов и поселков.

В процессе жизнедеятельности человек взаимодействует не только с естественной средой, но и с людьми, образующими, так называемую социальную среду. Она формируется и используется человеком для обмена опытом и знаниями, для удовлетворения своих духовных потребностей и накопления интеллектуальных ценностей. Деятельность человека, развиваясь в пределах физических химических, биологических и других состояниях биосферы, в то же время оказывает влияние на природные процессы, происходящие в ней. Природные процессы все теснее переплетаются с антропогенными процессами, между ними усиливаются обмен веществом и энергией, возрастает обмен информацией.

Антропогенные изменения окружающей среды приобрели такие размеры, что человек прямо или косвенно сам стал их жертвой. Антропогенная деятельность, не сумевшая создать техносферу необходимого качества как по отношению к человеку, так и по отношению к природе, явилась первопричиной многих негативных процессов в природе и обществе.

Современному человеку приходится решать проблемы, связанные не только с обеспечением комфортной жизни, принимая меры защиты от естественных негативных воздействий, но и с возникающими проблемами техносферной безопасности.

Следует отметить, что именно поэтому в последнее десятилетие стало, активно развиваться учение о безопасности жизнедеятельности в техносфере, основной целью которой является защита человека в техносфере от негативных воздействий антропогенного и естественного происхождения, достижение комфортных условий жизнедеятельности. Средством достижения этой цели является реализация обществом знаний и умений, направленных на уменьшение негативных воздействий до допустимых значений.

Материалы конференции ставят своей целью, продемонстрировать возможность безопасного взаимодействия человека с техносферой и природой; исследовать негативные воздействия техносферы на человека и окружающую среду, а также зоны воздействия опасностей техносферы и отдельных еѐ элементов (предприятия, машины, приборы и т.п.). Кроме этого необходимо отразить современные проблемы техносферной безопасности и показать, как человечество преодолевает вызовы различного уровня, возникающие в техносфере, используя базовые, специальные и информационные технологии.

3

СЕКЦИЯ 1. БАЗОВЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ. АНАЛИЗ, ОЦЕНКА И ТЕХНОЛОГИИ СНИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО, ТЕХНОГЕННОГО И ПОЖАРНОГО РИСКА

УДК 007:575.85

С.Л. Подвальный, Е.М. Васильев

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ НА ЭВОЛЮЦИОННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Анализируется влияние биологического разнообразия на эволюционную устойчивость экологических систем в изменяющихся условиях существования. С этой целью построена модель игры биологического сообщества с природой. Стратегиями биосистемы приняты варианты еѐ структуры, образующие указанное биологическое разнообразие. Множество стратегий природы соответствует условиям среды, подавляющим или способствующим развитию одного или нескольких вариантов биосистемы. Принимается, что разнообразие таких условия многократно превышает разнообразие биологических структур, но выбор стратегий природы равновероятен и безразличен, т.е. природа как игрок пассивна. В качестве цены игры используется степень приспособленности биосистемы к текущим условиям. На основе полученной модели показано, что с ростом биологического разнообразия вероятность устойчивого эволюционного развития асимптотически стремится к единице, причѐм для такого развития достаточно ограниченного числа стратегий биосистемы на структурном уровне

Ключевые слова: экосистема, биологическое разнообразие, модель игры с природой, многоальтернативность стратегий, достаточное разнообразие

Важность и необходимость сохранения биологического разнообразия для устойчивого существования экологических сообществ является установленным практически и многократно подтверждѐнным фактом, который в настоящее время не вызывает сомнений и зафиксирован документально на международном уровне в Конвенции о биологическом разнообразии [1].

Всодержательном плане это разнообразие обеспечивает непрерывность трофической цепи или, в более общем аспекте, непрерывающийся замкнутый круговорот вещества в экологической системе, еѐ эволюционную устойчивость [2]. Воздействие хозяйственной деятельности человека на этот круговорот наиболее просто, хотя и опосредовано, может быть оценено по изменению видового разнообразия на всех уровнях экосистемы. Качественному и количественному анализу различных сторон этого явления посвящены, например, работы [3- 9].

Впредлагаемой работе количественное влияние биологического разнообразия на устойчивость экосистем исследуется с позиций информационного закона У. Эшби о необходимом разнообразии [10]: «Variety can destroy variety». Такому информационному подходу к анализу разнообразия хорошо отвечают модели теории игр, в которых эти разнообразия представлены в виде множеств стратегий игроков.

Построим модель игры G, участниками которой являются биосистема S и внешняя среда N:

G = < S, N, {S1, S2,…,Sn}, {N1, N2,…,Nk}, {hij} >,

где {S1, S2,…,Sn} - множество стратегий биосистемы S (к числу этих стратегий относятся варианты организации и состава биосистемы, в той или иной степени пригодные для еѐ устойчивого развития); {N1, N2,…,Nk} - множество стратегий внешней среды (природы) – вариантов условий существования экосистемы;

hij hij IR,0 hij 1 ; i 1, n;

количественная мера приспособленности варианта экосистемы со стратегией Si к текущим условиям Nj (текущий выигрыш). Выбор значений hij на отрезке [0;1] даѐт возможность рассматривать их как вероятность устойчивого развития экосистемы при комбинации стратегий

Si и Nj.

Для того чтобы в модели игры учесть способность биосистемы к параметрической адаптации в рамках выбранной структуры-стратегии Si, значения hij равновероятно распре-

4

делены по полю матрицы платежей H = {hij} так, что каждой стратегии Si будет соответствовать множество близких значений степеней приспособленности hij для разных условий существования Nj.

Фрагмент платѐжной матрицы, сформированной указанным выше способом, приведѐн в таблице.

Фрагмент платѐжной матрицы H игры с природой

Принципиальными свойствами рассматриваемой игры являются:

-безразличие природы к результату игры - еѐ пассивность, которая выражается в слу-

чайном и равновероятном выборе стратегий Nj независимо от эволюционных процессов или иных изменений в своих компонентах;

-биологические компоненты экосистемы, напротив, активно перенаправляют потоки биомассы сообразно с изменившимися условиями среды таким образом, чтобы сохранить равновесие в системе. При этом под действием естественного отбора лидирующее положение в каждой экологической нише займѐт стратегия Si (вариант структуры) с наибольшим

ки зрения биосистема всегда наилучшим образом отвечает на произвольные состояния природы [11]. Анализ столбцов фрагмента платѐжной матрицы H (таблица) показывает, что даже при сравнительно небольшом числе стратегий биосистемы (на фрагменте n = 10) значения

h*j располагаются в диапазоне 0,84…1, достаточно близки к единице.

В предельном случае, когда биосистема не обладает возможностью изменять свою структуру и параметры, т.е. существует всего один еѐ неизменяемый вариант (n = 1), цена игры (n,k) при большом количестве k стратегий природы N стремится к значению(1,k ) = 0,5. Например, для одной (первой) строки представленной таблицы:

(1,10) = 0,452; (1,50) = 0,493; (1,100) = 0,505. Это значение является теоретически мини-

мальной вероятностью устойчивой эволюции отдельно взятого варианта биосистемы при многократной игре с природой.

С ростом числа стратегий (n > 1), т.е. с ростом разнообразия биосистемы цена игры

5