15.1. Екологічні процеси і природокористування як об’єкти математичного моделювання

Термін «природокористування» був уведений у науку наприкінці 1950-х років, коли група авторів висунула ідею створення нової синтетичної галузі знань – природокористування як «науки про загальні принципи практичної діяльності, пов’язаної або з безпосереднім використанням природи, або з впливом на неї». Найчастіше термін «природокористування» вживається щодо діяльності, спрямованої на забезпечення потреб суспільства в природних ресурсах (ресурсокористування), збереження необхідної для виробництва і життєдіяльності людини якості навколишнього природного середовища і стану земної природи в цілому. При такому підході природокористування сприймається як діяльність, спрямована на використання предметів і ресурсів природи, природних умов як засобів праці й умов життєдіяльності суспільства.

Природокористування може бути визначене як процес застосування людиною природних цінностей для досягнення своїх цілей (соціальних, господарських, рекреаційних, наукових, естетичних та ін.). Поняття природних цінностей дуже широке: це будь-які матеріальні об’єкти, властивості природних об’єктів, закони природи.

З ростом наукових знань про процеси взаємодії природи й суспільства змінилось і уявлення про природокористування. Ця обставина, а також інтерес окремих наук до дослідження природокористування привели до того, що в наш час намітилося кілька підходів до визначення самого поняття «природокористування».

Неправильно зводити природокористування до ресурсокористування, бо ресурсами не вичерпується все, що дає нам природа. Такий підхід істотно звужує і збіднює зміст самого поняття природокористування .

Помилковим також є ототожнення природокористування з охороною природи. Охорона природи – це певний соціальний інститут, що спирається на різні державні, правові і громадські організації. В охорону природи входять охорона тваринного і рослинного світу, ландшафтів, пам’ятників природи тощо, тобто таких природних об’єктів, які можуть і не бути безпосереднім об’єктом виробничого процесу, але, будучи включені в природне середовище, зазнають впливу змінених природних умов і тому потребують охорони. Таким чином, природокористування може містити в собі охорону природи, але не зводитися до неї.

Видів природокористування досить багато. Одним з основних є ресурсне природокористування (іноді його називають галузевим), спрямоване на освоєння якого-небудь ресурсу природи – водокористування, лісокористування і т.ін., і комплексно-територіальне, що включає глобальне, регіональне або місцево-локальне використання територіальних ресурсів, властивостей та інших якостей природи.

Виділення соціально-еконономінного аспекту природокористування обумовлене тим, що природокористування є моментом суспільного виробництва. Саме через процеси природокористування здійснюється взаємодія між соціумом і природою. Соціально-економічний аспект природокористування нерозривно пов’язаний з екологічними, медико-гігієнічними і технологічними аспектами.

При екологічному аспекті розгляду процесів природокористування вивчається вплив суспільного виробництва на природне середовище і вплив природного середовища на суспільне виробництво.

У безпосередньому зв’язку з екологічним знаходиться меди-ко-гігієнічний аспект природокористування. Необхідність введення даного аспекту пояснюється тим, що природне середовище, змінене в процесі людської діяльності, впливає перш за все на саму людину, її здоров’я і здатність займатися суспільно корисною працею.

Технологічний аспект вивчення процесів природокористування передбачає пошук екологічно припустимих способів перетворення природи з метою її подальшого використання, а також пошук таких технологічних рішень, які б забезпечували радикальне поліпшення використання природних ресурсів, сировини, матеріалів, палива й енергії.

Важливим прийомом дослідження природокористування є математичне моделювання, оскільки математика, завдяки властивим їй методам абстракції, дає можливість об’єднати різнорідні якісні дослідження одного об’єкта, проведені різними науками, привести їх до однорідного кількісного опису. Метод математичного

моделювання як один із засобів математизації наукового знання також надає можливість поєднувати несхожі математичні методи і моделі різних наук.

Майже в будь-якій математичній моделі природокористування присутні і складають певну єдність різні демографічні, соціальні, економічні, виробничі, природні, екологічні й інші елементи, об’єднані у відповідні модельні блоки. Таку можливість надають сучасні комп’ютерні технології.

Важливою причиною переважного використання математичних моделей в екології і природокористуванні є особливості об’єктів, з яким мають справу фахівці цього профілю. Природні системи не тільки надзвичайно складні, вони часто унікальні і неповторні. Тому звичайний у науці спосіб їх вивчення – експеримент – із ними неможливий. У дослідника немає ніякої впевненості, що після досліду, проведеного з тією чи іншою природною системою, вона зможе повернутися в первісний стан. Крім того, звичайний експериментальний метод вимагає проведення досвіду з повтореннями, а в екології і природокористуванні такі повторення здебільшого неможливі.

На відміну від експериментального методу метод комп’ютерного моделювання і прогнозування дозволяє досліджувати будь-які природні системи і технології їх використання, не порушуючи їх. Однак у зв’язку з тим, що дослідникові поки що не відомі всі особливості структури і функціонування природних екосистем, метод математичного моделювання є більш корисним не для проведення на основі моделі якихось окремих розрахунків, а для дослідження можливої поведінки об’єкта і прогнозування його можливих станів.

Прикладом математичної моделі складного природного об’єкта може бути класична модель В. Вольтерри, яка була створена у 20-х роках XX століття і поклала початок математичній екології. У цій моделі розглядалися базові аспекти боротьби за існування живих організмів. Але відразу слід зазначити, що спроби використати цю модель для обчислення, зокрема, продуктивності рибних зграй і промислових тварин, виявилися невдалими через загальний характер моделі, в яку від початку не були включені важливі параметри.

У ході подальшого розвитку методів моделювання і прогнозування корисними виявилися ідеї кібернетики – науки, що розглядає поведінку складних систем і способи керування ними. Але й при цьому основними труднощами математичного моделювання і прогнозування навіть при використанні комп’ютерної техніки є створення такої моделі, параметри якої були б адекватні складній природній чи соціоприродній системі й не були б упущені важливі структури або важливі зв’язки таких систем. Справа в тому, що

екосистеми – це системи відкриті, які постійно обмінюються з навколишнім середовищем речовиною й енергією. Включення всіх таких зв’язків у модель екосистеми робить неможливим розв’язання моделі навіть на найпотужніших із сучасних комп’ютерів, а відсікання частини зв’язків і невключения їх у модель потребує від дослідника дуже великих знань і навіть інтуїції.

У процесі технократичного природокористування зміни природних екосистем поки що дуже часто супроводжуються неприємними і непередбаченими побічними наслідками через неповноту й однобічність «моделі» того чи іншого проекту. Так, при спорудженні великих гідростанцій не були передбачені зміни гідрологічного режиму великих територій, що погіршують умови ведення сільського господарства. Подібним чином були ігноровані й побічні наслідки будівництва АЕС.

Отже, завданням математичного моделювання є виявлення і включення в модель найбільш суттєвих ознак, явищ, законів і тенденцій розвитку модельованої природної системи.