Оценка рисков арктического берегового природопользования на основе матричного подхода

Арктическая зона Российской Федерации (АЗРФ) с ее берегами является макрорегионом, в котором наблюдается значительное увеличение природных и техногенных рисков природопользования, что подтверждается содержанием недавно принятых документов стратегического планирования и территориального развития (Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года, утвержденные указом Президента РФ от5 марта 2020 г N 164; Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года, утвержденная указом Президента РФ от 26 октября 2020 г № 645; Стратегия пространственного развития Российской Федерации на период до 2025 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 февраля 2019 г. № 207-р, и другие документы) и научными разработками. Это связано с процессами глобального изменения климата Арктики, но в первую очередь - с постоянно увеличивающимся антропогенным воздействием на береговую эко-социо-экономическую систему АЗРФ [1, 2, 6, 10-12, 15].

В работе [3], в частности, была предложена классификационная система, определяющая виды, источники, сферы действия и пространственный масштаб составляющих рисков природопользования, а также характер их воздействий на элементы арктических береговых эко-социо-экономических систем. Риск как процесс представляется в виде цепочки трех взаимосвязанных составляющих (рис. 1):

• •    риск-источник как непосредственный элемент арктической береговой эко-социо-экономической системы, который и продуцирует риск природопользования;

• •    риск-фактор как непосредственный риск (событие), возможность реализации которого исходит от риск-источника с разной степенью вероятности и интенсивности проявления, и представляющий собой угрозу природопользования для какого-либо объекта системы;

• •    риск-объект как непосредственный элемент арктической берего-

• вой эко-социо-экономической системы, на который воздействует риск-фактор, с разной степенью интенсивности и угрозы егоустой-чивому функционированию. При этом необходимо отметить, что по своей сути риск-объект и риск-источник представляют близкие, а зачастую одни и те же элементы арктической береговой эко-соци-о-экономической системы, что дает возможность определения обратной связи процесса.

Исходя из такого представления, взаимосвязи элементов структурных составляющих риска оценивались путем проведения экспертных оценок по 5-бальной системе для двух матриц:

• •    матрица риск-фактор (строки) - риск-источник (столбцы), отражающая степень продуцирования риск-фактора от воздействия каждого из риск-источников (матрица 21*19);

• •    матрица риск-объект (строки) - риск-фактор (столбцы), отражающая

Рисунок 1 – Структура риска арктического берегового природопользования как процесса, [3].

степень возможного воздействия каждого риск-фактора на нормальное эффективное функционирование риск-объектов (матрица 18*21).

Следующей задачей анализа, прогноза и разработки решений по реализации мероприятий управления рисками природопользования в береговой эко-социо-экономической системе АЗРФ является разработка инструментария оценки факторов риска и его интегрального показателя для рассматриваемого территориального объекта береговой системы. Однако, несмотря на большое количество подходов, включающих как количественные, так и экспертные и нормативные методы оценки рисков, они в большей степени относятся к вероятностным методам, с различной интерпретацией проводимых оценок [5, 7, 13, 14]. Предлагаемый матричный подход основывается на процессной классификации рисков арктического берегового природопользования, взаимодействии их составляющих и воздействии риска на элементы арктической береговой системы, с использованием экспертных критериальных оценок для элементов матриц составляющих риска.

Основные положения методики оценки рисков арктического берегового природопользования на основе матричного подхода

Основные принципы, заложенные в матричном подходе оценки рисков арктического берегового природопользования, включают следующие положения:

• •    арктическая береговая эко-социо-экономическая система, для которой проводится оценка рисков природопользования, представляет территориальный объект, чья протяженность может варьироваться

от районного (например, приморское муниципальное образование районного уровня управления и прилегающие территориальные воды) до локального (например, приморское муниципальное образование поселений и прилегающие внутренние воды, узловые пространственные объекты в виде берегового поселения и прилегающих внутренних вод, и т.п.) пространственного уровней;

• •    оценки риск-факторов и интегрального показателя риска для территориального объекта АЗРФ проводятся в безразмерном виде;

• •    расчет оценки риск-факторов и интегрального показателя риска основывается на матрицах составляющих риска [3]:

• •    матрице риск-фактор - риск-источник, которая отражает степень продуцирования риск-фактора от воздействия каждого из риск-источников;

• •    матрице риск-объект - риск-фактор, которая отражает степень возможного воздействия каждого риск-фактора на нормальное эффективное функционирование риск-объектов.

Алгоритм матричного подхода оценки риска природопользования в арктической береговой эко-социо-экономической системе реализуется в виде последовательности трех действий.

Уменьшение размерности матриц составляющих риска

Исходные матрицы риск-фактор – риск-источник и риск-объект – риск-фактор могут уменьшать размерность для рассматриваемой береговой системы в зависимости от следующих качеств этой системы.

• 1.    Отсутствия в пределах рассматриваемого территориального объекта риск-источников. В случае отсутствия какого-либо риск-источни-ка (например, портового комплекса и т.п.), естественно, отсутствует возможность продуцирования риск-факторов от него. Таким образом, все элементы соответствующего риск-источнику столбца в матрице риск-фактор - риск-источник обнуляются, и этот столбец становится возможным автоматически удалить из матрицы. При этом в первую очередь принимается во внимание классификационный вид риск-источника, т.е. риск-источники природного происхождения присутствуют практически повсеместно, наличие геологических источников зависит от ряда внешних параметров (например, геологической/сейсмологической устойчивости, типа и степени устойчивости береговой линии и т.п.), а антропо-генные/техногенные источники могут присутствовать либо отсутствуют в пределах рассматриваемой территории. В результате количество столбцов в матрице риск-фактор – риск-источник может быть сокращено.

• 2.    Отсутствия на рассматриваемой территории риск-фактора. В соответствии с сокращением столбцов в матрице риск-фактор - риск-источник, в ней возможны нулевые (близкие к нулю) суммарные продуцирующие воздействия оставшихся риск-источников на риск-факторы. В этом случае становится возможным сокращение количества строк в данной матрице, что взаимно влечет сокращение количества столбцов в матрице риск-объект – риск-фактор.

• 3.    Отсутствия на рассматриваемой территории риск-объектов. В случае отсутствия какого-либо риск-объекта (например, обрабатывающих предприятий с соответствующей инфраструктурой и т.п.), естественно, отсутствует возможность воздействия на него риск-факторов. Таким образом, все элементы соответствующей риск-объекту строки в матрице риск-объект- риск-фактор обнуляются, и эту строку становится возмож-

• ным автоматически удалить из матрицы. Количество строк в матрице риск-объект – риск-фактор может быть сокращено.

Расчет оценок риск-факторов Ri

Для скорректированных для рассматриваемого территориального объекта матриц риск-фактор - риск-источник и риск-объект - риск-фактор проводится расчет оценки каждого риск-фактора Ri. При этом расчет происходит исходя из двух составляющих:

• •    сумма строки в матрице риск-фактор - риск-источник, для фактора R_i, с учетом корректирующего коэффициента, отражающего степень управляемости по снижению рисков для каждого риск-источника, воздействующего на риск-фактор;

• •    сумма столбца в матрице риск-объект - риск-фактор, для фактора R i , с учетом корректирующих коэффициентов, отражающих пространственный масштаб проявления риск-фактора, временной масштаб воздействия риск-фактора, степень прогнозируемости вероятности проявления риск-фактора, частоту продуцирования воздействия риск-фактора на риск-объект, количество непосредственных риск-объектов, на которые воздействует риск-фактор, степень возможности индуцирования последовательной цепочки риска для риск-объектов и размер (тяжесть) ущерба / последствий реализации риска для риск-объектов.

В общем виде, расчет оценки риска Ri осуществляется по формуле (1):

где Ri – оценка проявления i-го риск-фактора, ед.;

RS-Fj – степень продуцирования i-го риск-фактора со стороны j-го риск-источника, ед.;

RF-Oj – степень воздействия i-го риск-фактора на k-ый риск-объект, ед.;

• k_m - коэффициент степени управляемости по снижению рисков для риск-источника, воздействующего на риск-фактор;

ks- коэффициент пространственного масштаба проявления риск-фак-тора;

kt – коэффициент временного масштаба воздействия риск-фактора;

k p - коэффициент степени прогнозируемости вероятности проявления риск-фактора;

k f - коэффициент частоты возникновения воздействия риск-фактора на риск-объект;

k c - коэффициент количества риск-объектов одного вида, находящихся в пределах рассматриваемой территории, на которые воздействует риск-фактор;

k ind - коэффициент степени возможности индуцирования последовательной цепочки риска для риск-объектов;

kd – коэффициент размера (тяжести) ущерба / последствий реализации риска для риск-объектов.

По сути, значения всех указанных коэффициентов представляют собой матрицы, с размерностью аналогичными преобразованными для рассматриваемой территории матрицам риск-фактор – риск-источник (для коэффициента km) и риск-объект - риск-фактор (для остальных коэффициентов).

Расчет оценки интегрального показателя риска RInt

Оценки интегрального показателя риска RInt рассчитывается как сумма всех риск-факторов Ri, с учетом рассмотренных выше коэффициентов, отображающих территориальные классификационные признаки, видовые формы и особенности составляющих риска. Расчет интегрального показателя риска RInt осуществляется по формуле (2):

где RInt – интегральный показатель риска, ед.

Коэффициенты оценки рисков арктического берегового природопользования как территориальные классификационные признаки и видовые формы составляющих риска

Принимая во внимание изложенный алгоритм расчета риска арктического берегового природопользования в виде последовательности риск-источник – риск-фактор – риск-объект, рассмотрим их классификационные признаки, видовые формы, а также градации воздействий на элементы арктических береговых эко-социо-экономических систем в виде рассмотренных выше коэффициентов.

По степени управляемости по снижению рисков (коэффициент km) риск-источники подразделяются на:

• •    управляемые риск-источники, подверженные процессам управления, позволяющим существенно снижать вероятность индуцирования ими риск-факторов;

• •    ограниченно управляемые риск-источники, имеющие ограниченные возможности по процессам управления и воздействия, позволяющим снижать вероятность индуцирования ими риск-факторов;

• •    неуправляемые риск-источники, практически не имеющие возможностей по процессам управления и воздействия, позволяющим снижать вероятность индуцирования ими риск-факторов.

По пространственному масштабу проявления (коэффициент ks) риск-факторы подразделяются на:

• •    локальные, риск-фактор воздействует на единичный объект, площадью до 1 км²;

• •    местные, риск-фактор воздействует на единичный объект или несколько компактно расположенных объектов, на площади от 1 до 100 км²;

• •    региональные, риск-фактор воздействует на совокупность объектов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, на площади более 100 км²;

• •    глобальные, риск-фактор воздействует на совокупность объектов АЗРФ в пределах одного или нескольких регионов (субъектов Российской Федерации), с потенциальным воздействием на всю территорию АЗРФ в целом.

По временному масштабу воздействия (коэффициент kt) риск-фактор и последствия его проявления подразделяются на:

• •    краткосрочные, с кратковременным (до 3 суток) воздействием на объект;

• •    среднесрочные, с непродолжительным (от 3 до 30 суток) воздействием на объект;

• •    долгосрочные, с долговременным (более 30 суток) воздействием на объект.

По степени прогнозируемости вероятности проявления (коэффициент kp), риск-фактор и последствия его проявления подразделяются по следующим градациям:

• •    прогнозируемые, с высокой степенью вероятности реализации прогноза (более 75 %);

• •    частично прогнозируемые, невысокая степень вероятности реализации прогноза (25-75 %);

• •    непрогнозируемые, практически без возможности составления прогноза (вероятность его реализации менее 25 %).

По частоте возникновения (коэффициент kf) выделяют следующие градации риск-фактора и последствий его проявления:

• •    единичные, единичный характер возникновения (не более 1 раза в 10 лет);

• •    редкие, имеющие редкий характер возникновения (не менее 1 раза в 3 года);

• •    регулярные, которые возникают регулярно (не менее 1 раза в год);

• •    частые, с периодичностью в среднем за год не менее 1 раза в 3 месяца.

По признаку количества объектов (реципиентов) риска, располагающихся в пределах рассматриваемой территории АЗРФ (коэффициент kc), градации риск-объектов включают:

• •    единичные риск-объекты, 1 объект на территорию;

• •    группа риск-объектов, до 5 объектов на территорию;

• •    совокупность риск-объектов, более 5 объектов на территорию.

По возможности индуцирования последовательной цепочки рисков (коэффициент kind), риск-объекты имеют градации:

• •    высокая возможность продуцирования самостоятельных рисков (выступать риск-источником) вследствие воздействия на него риск-фактора;

• •    средняя (невысокая) возможность продуцирования самостоятельных рисков (выступать риск-источником) вследствие воздействия на него риск-фактора;

• •    низкая возможность, риск-объект практически не может продуцировать самостоятельные риски (выступать риск-источником) воздействия на него риск-фактора.

По размеру (тяжести) ущерба и последствий реализации события (коэффициент kd), риск-объекты имеют следующие градации:

• •    незначительный размер ущерба/последствий, при котором риск-объект имеет незначительные последствия воздействия риск-фактора, изменения в береговой системе не выходят за пределы обычной изменчивости, ущерб не превышает 1 млн. руб.;

• •    существенный размер ущерба/последствий, при котором риск-объект имеет существенные последствия воздействия риск-фактора, изменения в береговой системе превышают пределы обычной изменчивости, ущерб измеряется в пределах 1-100 млн. руб.;

• •    значительный размер ущерба/последствий, при котором риск-объект имеет значительные последствия воздействия риск-фактора, происходят значительные изменения в береговой системе, с нарушением отдельных ее компонентов, ущерб измеряется в пределах 100-1000 млн. руб.;

• •    катастрофический размер ущерба/последствий, при котором риск-объект имеет катастрофические последствия воздействия риск-фактора, происходят значительные изменения в береговой системе, с необратимыми нарушениями ее компонентов,ущерб превышает 1 млрд. руб.

Значения коэффициентов определяются для каждого элемента матриц риск-фактор- риск-источник (как степень продуцирования i-го риск-фак-тора со стороны j-го риск-источника) и риск-объект – риск-фактор (как степень воздействия i-го риск-фактора на k-ый риск-объект) для рассматриваемого района. При определении значений коэффициентов в приведенных градациях используется равномерная шкала на отрезке [0; 1].

Необходимо отметить, что все коэффициенты, кроме коэффициента kc, зависят в первую очередь от природы риск-источника (для коэффициента km), а для риск-факторов антропогенных/технологических источников - от технологического уровня объекта, степени его модернизированно-сти и технической безопасности, уровня квалификации персонала объекта и т.д.

Оценка рисков арктического берегового природопользования для районов Мурманской области

В качестве апробации применения изложенной методики оценки рисков арктического берегового природопользования были рассмотрены два локальных приморских территориальных образования Мурманской области:

• •    городское поселение Кола, как локальное муниципальное образование, входящее в состав Кольского района, и расположенное на территории слияния рек Кола и Тулома и их впадения в Кольский залив Баренцева моря;

• •    сельское поселение Варзуга, как локальное муниципальное образование, входящее в состав Терского района, расположенное в береговой зоне Белого моря.

Необходимо отметить, что данные территориальные образования обладают существенными несходствами по большинству физико-географических и социально-экономических параметров, что дает возможность оценить применимость методики для арктических территорий различного типа [4].

Городское поселение Кола расположено в зоне распространения вечной мерзлоты. Недалеко от города, немногим более 10 км, расположен г Мурманск, а в 15 километрах находится посёлок городского типа Мур-маши с международным аэропортом «Мурманск». Территория муниципалитета находится в атлантико-арктической зоне умеренного климата, климат формируется близостью Баренцева моря, с сильными ветрами и осадками. При этом зима более холодная, реки Тулома и Кола и место их впадения в Кольский залив замерзают, в отличие от более широкой и открытой северной части залива. Самыми многоэтажными домами являются девятиэтажные, основная застройка города - «хрущёвки», присутствуют дома сталинской постройки, в районе железнодорожной станции «Кола» присутствуют полуразвалившиеся деревянные дома. На территории находится также ряд социально значимых учреждений. Основными отраслями экономики муниципального образования являются железнодорожные и автомобильные перевозки, передача электроэнергии, а также пищевая промышленность, бетонный завод, несколько частных строительных компаний.

Сельское поселение Варзуга расположено на юге Мурманской области, с юга омывается Белым морем. На территории проживает менее 700 человек, разбросанных по 8 населенным пунктам и некоторому количеству отдельных домов по берегу моря. Акватория Белого моря замерзает в зимнее время, ветровая нагрузка невысокая, со значительными осадками. Экономику территории определяет экстремальный туризм, подсобное сельское хозяйство, ряд кустарных камнеобрабатывающих цехов на сувенирные цели. Линии электропередач и транспортная инфраструктура отсутствуют, единственная неасфальтированная дорога идет от Умбы до Варзуги. В отдаленные населенные пункты муниципалитета иногда можно добраться на теплоходе.

Принимая во внимание территориальные особенности рассматриваемых территориальных образований, была проведена оценка рисков арктического берегового природопользования и получены следующие основные результаты.

Для территории городского поселения Кола и прилегающей акватории внутренних вод произошло незначительное сокращение исходных матриц риск-фактор - риск-источник (до размерности 18*10) и риск-объект - риск-фактор (до размерности 10*18), за счет сокращения риск-источников и риск-объектов, отсутствующих на рассматриваемой территории. При этом число риск-факторов сократилось только на три позиции: землетрясения, абразия берегов и радиационное заражение.

Расчеты оценок риск-факторов с учетом указанных коэффициентов оценки рисков арктического берегового природопользования, отражающих территориальные классификационные признаки и видовые формы составляющих рисков, показали, что наиболее значительными являются такие риск-факторы, как:

• •    пожар, оценка риск-фактора 32,6 ед.;

• •    техногенная авария, оценка риск-фактора 31,2 ед.;

• •    климатические воздействия потепления, включая таяние вечной мерзлоты и повышение уровня моря, оценка риск-фактора 26,3 ед.

Иными значимыми риск-факторами, с оценкой более 20, являются факторы ветровой нагрузки, обледенения, подтопления территорий вследствие половодья, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и инфек-ционного/эпидемиологического заражения. Интегральная оценка риска для территориального образования составила 339,7 ед.

Для территории сельского поселения Варзуга и прилегающей акватории внутренних вод произошло существенное сокращение исходных матриц риск-фактор - риск-источник (до размерности 14*7) и риск-объект - риск-фактор (до размерности 6*14), за счет сокращения риск-источников и риск-объектов, отсутствующих на рассматриваемой территории. При этом как риск-объекты были рассмотрены урез берега, сухопутная и морская экосистемы, человек и социальные объекты инфраструктуры, а также суда вне портовых комплексов (трафик судов во внутренних водах).

Расчеты оценок риск-факторов с учетом указанных коэффициентов оценки рисков арктического берегового природопользования, отражающих территориальные классификационные признаки и видовые формы составляющих рисков, показали, что наиболее значительными являются такие риск-факторы, как:

• •    пожар, оценка риск-фактора 22,8 ед.;

• •    подтопление территорий, в т.ч. вследствие половодий, оценка

риск-фактора 20,6 ед.;

• •    инфекционные/эпидемиологические заболевания, оценка риск-фактора 19,8 ед.

Интегральная оценка риска для территориального образования составила 196,9 ед.

Заключение

Разработка методологии оценки рисков берегового природопользования в АЗРФ является одной из важнейших задач в вопросах обеспечения устойчивого развития этой стратегической территории Российской Федерации. Проведение таких оценок даст возможность осуществления системного анализа составляющих рисков арктического природопользования в береговых эко-социо-экономических системах, изучения взаимосвязей и воздействий природных и техногенных рисков.

Методология матричного подхода в оценке рисков основывается на их классификационных и структурных признаках, рассмотрении риска как процесса, неизбежного в арктическом береговом природопользовании, но возможного к уменьшению вероятности реализации риск-событий. Сама оценка учитывает взаимодействие составляющих риска и воздействия риск-факторов на элементы арктической береговой системы, как риск-объекты, с использованием экспертных критериальных оценок для элементов матриц составляющих риска.

Результаты оценок рисков арктического берегового природопользования получены для двух районов Мурманской области с различной территориальной организацией по большинству физико-географических и социально-экономических параметров. Так, интегральная оценка риска для городского поселения Кола оказалась в полтора раза выше, чем для сельского поселения Варзуга, с существенными различиями по структуре и взаимосвязями в последовательности риск-источник – риск-фактор – риск-объект риск. Это позволило выделить наиболее значимые риск-фак-торы для каждой территории, управленческое воздействие на которые с целью снижения вероятности их проявления, даст возможность снижения риска берегового природопользования.

В целом, предлагаемый матричный подход позволяет получить пространственное распределение оценок рисков, а также выявлять наиболее важные риск-факторы и оценивать возможные комбинации отдельных показателей, например, воздействие природных риск-факторов, антропогенных риск-факторов, риск-факторов морской деятельности и т.п. Благодаря этому возможно картирование арктических береговых эко-социо-экономических систем различного пространственного уровня по степени риска природопользования на территориях, в целях разработки рекомендации по принятию управленческих решений по территориальному планированию и ресурсопользованию [8, 9].

Кроме того, представляет интерес проведение ситуационных и сценарных оценок по изменению интегрального показателя риска вследствие размещения какого-либо объекта - т.е. составление прогноза изменения интегральной оценки риска и его составляющих от размещения нового объекта. При этом отметим, что в случае планирования к размещению нового уникального для данной территории объекта, это приводит к расширению матриц составляющих риска.