Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Динамика лесного фонда и оптимизация лесопользования в таежных лесах Европейской части РСФСР

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Динамика лесного фонда и оптимизация лесопользования в таежных лесах Европейской части РСФСР"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР У'

ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ ' ^

МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 630*625:630.636 ХАРИН Олег Александрович

ДИНАМИКА ЛЕСНОГО ФОНДА И ОПТИЛ1ИЗАЦИЯ ЛЕСОПОЛЬЗОВАНИЯ В ТАЕЖНЫХ ЛЕСАХ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РСФСР

Специальность 06.03.02 — «Лесоустройство и лесная таксация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

М о с к с а —

1989

Работа выполнена на кафедре лесной таксации и лесоустройства Московского лесотехнического института.

Официальные оппоненты — доктор сельскохозяйственных

наук, профессор Чуенков В. С.,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Бугаев В А.,

доктор сельскохозяйственных наук, проф. Атрощенко О. А.

Ведущая организация — Всесоюзный научно-исследовательский информационный центр по лесным ресурсам СССР (ВНИИЦлесресурс).

Защита состоится « . . » . . . ...... 1989 г.

в ...... час. на заседании, специализированного совета

при Московском лесотехническом институте.

Просим Ваши отзывы на автореферат ОБЯЗАТЕЛЬНО В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ направлять по адресу: 141001, Мытищи-1 Московской обл., Московский лесотехнический институт. Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ.

Автореферат разослан.......... 1989 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Я. М. НАБАТОВ

Л-01425 27/УП-89 г. Объем 2 п. л. Зак. 957 Тир. 100

Типография Московского лесотехнического института

ОВЦАЯ ХЛРМТЕРЖТИКА РЛБОТЫ

Актуальность проблем». Основными направлениями экономического п социального развития СССР на 1985-1990 года и на период до 2000 года, принятия ХХУП съездом КПСС, предусматривается "... улучшить воспроизводство и использование лескнх ресурсов, пире внедрять достижения науки...".

Ренеппе этой проблемы требует разработки к обоснования комплекса задач оптика защш планирования лесного хоаяйства, ' регулирования и его использования на основе углубленного печеная процессов роста п развития леса, дикамшг лесовосетаков-ленпя на вырубках, в особенности на концентрированных вырубках таэкных лесов, где сосредоточены основные объемы лесозаготовок. В решении поставленних задач особое значение тлеет проблема Теоретического и методического обоснования, системы моделей прогнозирования динамики породного состава лесов и одтимизеции лесопользования, разработка долгосрочних программ использования и воспроизводства лесных ресурсов.

Создание такой системы возможно лишь на основе современ-$шх методов математического моделирования и технических средств обработки информации.

Исследования по данной проблеме выполнялись автором в Московском лесотехническом институте как составная часть тематики по решении важнейших научно-технических проблем плана ПИР (номера государственной регистрации:01850100503, 01880025882, 018Э0003170).

Цель исследования состоит в комплексном анализе тенденций развития лесного фонда таекных лесов европейской части страны, изучении закономерностей возобновительных процессов на концентрированных вырубках, развитии теоретических и методических основ прогнозирования породного состава лесов, разработке програтплно-алгоритшчоского обеспечешш расчетов по прогнозу развития лесного фонда и оптимизации лесопользования.

Поставленная цель предопределила необходимость решения следующих программных вопросов;

1. Выяеить и оценить динамику основных характеристик лесного фонда европейской части страны за длительный период,^

2. Оценить влияние естественного к искусственного возоб-новленгл в воспроизводстве лесных ресурсов, 'определить- требования к количеству и качеству подроста при современных тех-

нологическпх режимах разработки лососак, базирующихся на естественное возобновление. Дать характеристику количественного и . качестсопного состояния.колодняков к оценить шшянио лесохо -еялствошшх мероприятий на формирование хозяйственно ценных иаса-хдоннй.

3. Разработать методологические основы прогнозирования данаьжки породного о ост аьа таежных лесов, пройденних сплояни-ки концентрпрованниш рубками. Обосновать критерии, метода п показателя оценки эффективности улучшения породного состава.

4. Разработать методы и'модели оценки дона'яш! породного состава лесного сТовда с учетом вэроягкостного характера процессов воспроизводства ласышс ресурсов.

5. Обосновать основные принципы и параметры оптимизации лесопользования, учитывающие вероятностный характер естественного лесовосстапоалогая к данЕмасу породного состава лесов. ' Разработать новые усовзршенетвсвашшо модели расчета лесопользования. ■

Кяучная иошзнп. С позиций системного анализа обоснованы теоретические полокоияя вероятностной оценки динамики лесного йоцца, оспованнш на исиользовашпг теории цепей Маркова.

Разработан кретеришгьгай базис оптимизации использования и воспроизводства лесных ресурсов, обеспечивающий кишпягзацию затрат для достижения непрерывного. и неистощдтелкюго лесо -пользования.

Предложен нош'! метод, оптимизации размера .'лесопользования, базируются на стохастических закономерностях восстановления леса на кощентрпрованнцх' вырубках и динамике породного состава насаждений-новой генерации.'-' Осуществлена алгоритмическая реализация моделей прогноза данашиси лесного Зонда и оптимизации лесопользования.

Б рамках морфологической модели выявлены закономерности развития лесного фонда таежник лесов европейской части страш для разработки. долгосрочных программ воспроизводства лесных ресурсов.

Разработали критерии оценки качества предварительного подроста под пологом насаждений, его пригодности для целей лесовосстаноЕленпя. ;

Обоснованность и доототетяость результатов исследования обеспечивается больным объемом кссперинептальйого материала, охватывающим насаждения осноших ле отрастит елышх районов Европейского Севера, системным подходом при решении задач, применением современных: методов кагекетичоского моделирования п прогнозирования, обработки данных на ЭБГЛ и практической реализацией полученных результатов.

На зале,ту внносятся следттоше оснорнне пссто^дния: закономерности развития лесного фонда таекнпх лесов европейской' часта страны; метод прогнозирования породного состава наса -зданий; методика и нормативы оценки пригодности подроста под пологом лзса для целей яесовосстако&ления; математические модели оптимизации использования п воспроизводства леса; прог-1>рам1ШО-алгорЕтютеское обеспечение прогнозирования лесного фонда и оптимизации лесопользования.

Практическая значимость и~ реализация пабот?!. Результата исследования предназначен.!! для создания к обслуживания !:нсот>-мационной системы учета и контроля лесшсс ресурсов. Основные критерии оценки развития лесного"$окда могут быть кспользова-ец при разработке схем развития и размещения лесного хозяйства! Методика прогнозирования динамики породного состава и математическая модель оптимизации лесопользования могут бить, реализована прл лесоустроительном проектировании и прогнозной оценке лесосцрьевпх ресурсов. Методики прогноза динамики лесного фонда, оптимизация лесопользования использована В/О "Лес-проект" при планйрованли объемов главного пользования, ь'сто-Йи(а и нормативы оценки состояния подроста включены в нормативные документы В/О "Леспроект" при инвентаризации лесов Европейского Севера.

Теоретические п методические результаты исследований программы на ЕС ЭВМ используются в учебном процессе к научно-исследовательской работе студентов и сотрудников лесного факультета Московского лесотехнического института.

Апробация работы, Основные положения дассертащи, методики, результаты и практические рекомендации обсундены и одобрены на всесоюзных научно-технических конференциях: "Рациональное и комплексное использование лесных ресурсов", 1980, (г.Москва); "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов", 1,987 (г.Москва); ежегодных

назгчно-геятвсгок-йонферевдгях Московского лосотехттсского института (I970-IS89 гг.).

Публлкггота. Осноишо полокения диссертационно!: работы опубликованы в 20 печатных работах.

Сбтеу. Диссертационная работа изложена на 260 страницах и состоит из ins ста глав, введения и зсасдзченкя, списка литература из 2G4 наименований, включает 49 таблиц и 18 рисунков, а тахзе. прплашшэ.

СОДЕРЯАНИЕ РАБОШ

I. Яесчой (Топд тле^них лесок европейской части странн и современное состояние лосотгольээпжтя

Элективное управление лесным комплексом требует до сто -сорных и детализированных данных о территориальном размещении леепкх ресурсов, их состоянии и динамике под атеяннеы естественных процессов и хозяйственных воздействий.

В нащей страна работы по сбору, анализу и систематизация шнТормащш о лесных ресурсам, необходимой, для планирования ло-сохозяйственной деятельности, в т.ч. размера л®сопользовашщ и объемов лесохозяйственных мероприятий, а такзе по контроля за состоянием лесноз?о фонда и его динамикой, за результатаг.и лесохозяйственной деятельности выполняет лесоустройство.

Постановлением Ц1-С1ШСС и Совета ЬЬишсгров СССР от ' ' марта 1983 г. О совершенствовашга управления лесним хозяйством к лесной промышленности!) страны контроль за соблюдением правил лесопользования и лесовссстановдэншг возложен на Госком-лео СССР. Решение этой задачи во шогом'будет зависеть от соз-дашя е Яушщиогкрования авгойатиазрошшой системы управления отрасашо (АООУ) и плановых расчетов (ЛСПР), основой которой является банк дашшх "Десной фонд СССР".

При создании банка данных особое значение приобретают вопросы актуализации и прогко злровашш сведений о лесном бондо, Существующие методы изучения лесного йонда, структуры и дгщамлки насаждений, учета лесосырьевых ресурсов и их развития в историческом аспекте достаточно полно отражены в работах Н.П.Анучина, И.С.Мелехова, Н.А.Моисеева, й.Г .Москалева, 11,Н.Сваяова, В.В.Антаяайгиса, В.А.Бугаева, А.Н.Федосимова, З.С,Чуонкова, А.З.Ивидекко и др.

В настоящее время сведения о лесном фонде таенных лесов и основных закономерностях их изменения монно получить по данным периодического учета лесного фонда. На.® проанализированы осноншв метода получения лесоустроительной информации и оценена возможность пх использования для характеристики состояния и прогноза развития лесного фонда, В методическом плане объединение и осмысление разнородного материала без ущерба дая отдельных его частей возмогло при использовании системного анализа. Результаты оценки состояния и динамики лесного фонда необходам дая аназнза хозяйственной деятельности и планирования рационального использования земель лесного фонда.

■ В диссертация анализируется динамика лесных земель таея-ной зоны европейской части страны по областям за период о 1927 года; отмечается общее увеличение десной площади за этот период на 5-10 %.

Уровень использования земель лесного фонда и интенсивность ведения лесного хозяйства целесообразно характеризовать долей не покрытой лесом площади. Ери ешгопгюласосечиых концонтриро-вашак рубках, характерных дая районов осноеных лесозаготовок таенной зоны, и ориентации: в основном на естественное лесо-восстановление неизбежны невозобношвииеся. вырубки. Нор!,«а яе-облесившхся вырубок,по предложению Н.П.Анучина и С.Г.Синицина, должна быть в пределах 5 - 3 % от лесопокршюй площади. Анализ динамики покрытой лесом площади по основным областям таежной зоны за период с 1927 года показал, что наблюдается устойчивая тегэденция увеличения покрытой лесом площади для всего региона. Для прогнозных расчетов при современном уровне ведения леснох^о хозяйства за минимальный показатель не покрытой лесом площади следует принять площадь в 3-4 % от лесной или 5 % ст лесопокрытой площади.

Показателем, характеризующим экологическув устойчивость природно-экономического района и потенциальные юзмспности лесопользования, является лесистость (И.П.Суролг, М.А.Дветков, М.М.Орлов, Н.П.Анучин, В.В.Анзанайтис, Н.А.'иоисеев). При изучении динамики лесистости этот показатель в работе оценивается через отношение площади, покрытой лесом, к обдай площади территории. В послевоенное время лесистость территории региона увеличивалась, и средние годовые темпы увеличения составили:

для Архангельской области и Кош АССР - 0,3 для Вологодской области - 0,С %. В настоящее время динамическая лесистость этих областей составляет соответственно 38" ., 74 . и 73

Оценивая лесной фонд по приведенным выше показателям, х арахт ери зудням терри? ощалъноо размещение лесов, следует отметкгь незначительные по размеру, но устойчише тенденции их увеличения.

Важнейшими показателями, характеризующими качество лесного фонда, является породный состав и производительность древостоев. Усиленная эксплуатация таенных лесов европейской часи: страны в течение более полувекового периода приводит к смене хвойных лесов на иягколиствешше. Изменение породного состава под воздействием рубок, характер этого процесса в за-шсшлости от ряда техногенных, биологических и экономических-факторов отмечены в работах рада авторов: Г.Ф.Морозова, М.Е.Ткаченко, С .В. Алексеева, И.С.Мелехова, Н.П.Анучина, В.Л.Бугаева, А.М.Бузыкина, В.Г.Хлебопроса, П.В.ВоропаноЕа, Н.К.Генко, С.Л.Днренкова, Н.И.Казишрова', П.Н.Львова, Л.'Ь.Платою, А.А.Плохоза, В.С.Осетрош, Л.В,Побединского, В .Г.Чертовского н др. Этот процесс нашел отражение в уменьшении площади хвойных пород в лосах Ш группы и увеличении площада хвойных в лесах I - П групп..

. . В многолесннх районах произошло ухудшение состава молод-. ня1сов и средневозрастных насаждений, что явилось следствием несбалансированности лесопользования и лесовосстановления в данном регионе.

Интенсивное лесопользование нашло отражение в структуре лесного $онда, перераспределении насаждений по возрастным группам, уменьшении среднего возраста древостоев, изменении древесных запасов. В целом по региону за последнюю четверть века произошло увеличение общэго запаса древесины за.исключением Волго-Вятского экономического района, а также увеличение запасов хвойной древеси щ в Северо-Западном

■и Уральском эконо!,шческих районах соответственно на 9 и 18 %. Наряду с абсолютным увеличением запасов наблюдается ухудшение качественного состава лесов, характеризующееся . соотношением запасов хвойной и лиственной древесины: по Северо-Западному природно-экономическому' району на 6 %, Цент-

ратьному - 5 %, Волго-Вятскому - 9 % и Уральскому - 15 %.

В целом по региону наблюдается снижение общего запаса эксплуатационного фонда на 0,5 млрд.м3 и на 0,9 млрд .хвойных ■ пород. Наиболее значительное уменьшение запаса эксплуатационного фонда хвойных пород произошло в Северо-Западном экономическом районе - 0,4 мярд.м , Волго-Вятском - 0,25 гдлрд.м3 и Уральском - 0,28 млрд.м^.

Уменьшение доли хвойных пород в расчетной лесосеке за этот период составило: по Северо-Западному району - 12 по Центральному - 9 %, по Волго-Вятскому - 14 % и по Уральскому --6 %, а в вывозке древесины соответственно 5,8,21 и 12 %, Увеличение эксплуатационной нагрузки на леса И группы в данном регионе обусловлено тасте постоянным увеличением площади лесов рекреационного, защитного и культурного назначения.

В перспективе планируется снижение расчетной лесосеки по данному региону на 15 - 20 %. Уменьшение лесопользования произойдет в Архангельской и. Вологодской областях, Карельской и Кош АССР, где использование среднего прироста составляет соответственно III, 127, 153 и 103 %, В то яе врегля возможно увеличение пользования в центральных областях. Но это потребует увеличения объемов переработки древесины мяпсолиственных пород.

Анализ текдещий в переработке древесини, потребности в лесных материалах к 2005 году показывает, что основная проблема лесопользования связана с производством хвойной древесины. Вводимые с 1990 года цены на' хвойную и лиственную древесину не стимулируют использование лиственной древесины в лесопилении и домостроении, т.к. I м^ заготовок из древесины лиственных пород обходится предприятию-изготовителю на 25/30 руб. дорояе, чем из древесины хвойных пород.

Анализ современного состояния лесопользования показывает, что основное влияние на ухудшение качественных характеристик лесного с^нда Европейского Севера оказывают разбалансирован-ность объемов рубки и восстановления леса, а также нерацио -нальная структура переработки и потребления древесины.

2. Объект, программа 1г основные методические положения исследовагпш

В главе дается краткое описание объекта, объема и основных методических положений исследования. Главное внимание уделяется исследовании ыетодаческих проблем оденшг состояния лесного (Тонда, прогнозирования динамики породного состава и оптимизации лесопользования.

В качаство объекта исследования выбран лесной фонд Северного, Северо-Западного, Уральского и Волго-Вятского экономических районов. С цельа сценки эффективности и обоснованности существующее теоретических и практических предпосылок проведен статистический анализ характеристик лесного фонда II областей: Архангельской, Вологодской, Ленинградской, Новгородской, Псковской, Мурманской, Московской, Владимирской, Костромской, Кировской, Пермской, а такке Коми АССР,Карельской АССР. Основным исходным ыагер1алом для анализа служили данные государственного учета лесного фонда, материалы целевого учета молодняков, лессу строительные проектные и план о -выв материалы, цубликацш, научные отчеты.

Анализ опубликованных материалов показал, что в различных областях существуют разные подходы к оценке системы лесопользования и лесовосстановления. Отсутствие единого критериального базиса оценки эффективности мероприятий по уф чтению ■ лесного фонда, дашшх, отражающих не только средне статистические характеристики, но и дисперсии процессов лесовосстановления, затрудняют оценку достоверности прогноза. В связи с втим основная цель исследования состоит в выявлении закономерностей и тенденций развития лесного фонда таежной зоны Е вроп ей ск о-Урал ь ск ой части РСФСР, особенностей возобновительного процесса, разработке теоретических и методических положений оценки состояния и прогнозированию динамики породного состава, оптимизации ^лесопользования и реализации их на ЭВМ. Для достижения указанных целей программа исследовательских работ включала решение следующих вопросов:

1. Количественное описание динамических процессов развития лесного фонда Европейсхо-Уральской части РСФСР. 1

2. Разработка методологических основ оценки состояния

и прогнозирования породного оостава лесов на концентрирован-

них.вырубках. , _

3. Исследование закономерностей лесовосстановительного

■ процесса на концентрированных вырубках Как основы прогнозирования воспроизводства лесных, ресурсов,'разработка нормативов оценки хвойного подроста я качественного состояния молодняков.

4. Разработка метода вероятностного моделирования динамики породного состава.

5. Определение основных принципов и параметров лесопользования, обоснование требований к методике расчета. Разработка метода расчета размера лесопользования, позволяющего учитывать характер естественного лесовосстановления и динамику породного состава лесов, эффективность лесохозяйст венных мероприятий.

6. Разработка програшно-алгоритмнческого обеспечения для проведения расчетов по прогнозированию породного состава и оптимизация лесопользования.

В процессе исследований применен комплекс методов: системный анализ, метод цепей Маркова, корреляционно-регрессионный анализ, метод Рунге-Кугта, методы линейного и динамического программирования, теория, оптимальных решений. При этом лес рассматривается как слояная динамическая саморегулирующая система с большим' числом состояний составляю!!?« элементов и функциональных связей. Тшсая система относится к макромоделям, а'для ее описания требуется использование системного анализа и методов описания сложных структур. Применение структурной и с|уикциональной .декомпозиции -позволяет представить лесной фонд как етройнуй и в определенной степени соподчиненную систему, в которой все несущественные связи и факторы исключаются за счет логических и математических методов пошагового поиска экстремумов частных показателей но каядому уровни иерархии с выходом на верхний уровень (методы динамического и линейного программирования, целенаправленного поиска, метода штрафов а др.).

Учитывая, что существующие оценки лесного фонда в основном используют среднестатистические характеристики, потребовалось специальное методологическое решение, учитывающее динамику переходах процессов.

Развитие лесного фонда как сложной динамической системы описывалось методами теории кассового обслуживания с системных позиций. Воспроизводство лесных ресурсов'описывалось как

под влиянием процессов естественной динамики породного состава, так и целенаправленного воздействия хозяйственных мероприятий.

При разработке математической модели лесосеки главного подьзовашш целесообразно использовать методы линейного и динамического' программирования, трансформированные в виде итеративного пошагового процесса.

3. Теоретические и методологические основц прогнозирования развития лесного бонда

Процесс управления развитием лесного фонда связан с обработкой большого количества данных по определенному алгоритму, выработкой решения и плана реализации мероприятий по улучшению его количественных и качественных показателей.

Основу этого управления должна составлять математическая модель, в структуру которой необходимо заложить показатели эффективности, методы их расчета и критерии принятия решения. Показатели эффективности управления лесным фондом должны удовлетворять ахвдрши требованиям: они должны характеризовать физическую сущность выходного эффекта; быть чувствительными к изменении характеристик лесного фонда в рамках 'выбранной модели; учитывать цену вклада по улучшении состояния лесного фонда; быть вычислимы. С учетог,! этих требований и цели исследования в качестве показателей эффективности управления развитием лесного фонда целесообразно использовать: . . - вероятность получения заданной целевой породы Я, на

заданной площади за определенное Бремя • »

где г- доля й целевой порода.

В качество критерия оптимизации достижения заданного эффекта целесообразно шшмнзировать стоимость Ср , г

Ср /Й1« , при /3 ( /О ъ ), Породный состав лесного фонда, как система, описывается "К" возмскныш. соотношениями, переходящими из одного качественного состояния в другое, и может быть описана уравнениями Колмогорова. Для решения задачи оптимизации породного состава по достижению заданной вероятности Р3 ( Я) целесообразно использовать метод статистического прогнозирования.

Связь между Ср и эффектом улучшения лесного фонда носит статистический характер.; Для подбора экстраполирующих функций в зависимости от вида статистик могут быть использованы линейные, показательные и др. функцин.Оптимизация путей достижения заданной эффективности по критерию "эффективность - стоимость" должна проводиться по двум^ направления!.?: выбор оптимального пути достияегшя Р3 (п ni) = { (ä,X); оптимизация стоимости Ср = { ( а, Я ), Где х = (X, вада лесохо -зяйственных мероприятий; О. - коэффициенты ("вес" мероприятия). л _

Задача оптимизации функции Р ( W/) ■« f ( Ct, Х^ )_ сводится к составлению уравнений вида Р{ ( л > nj > X ),

t = I, 1 . Задача расширенного воспроизводства лесных ресурсов таекной- зоны предполагает максимальное получение хвойной древесины, что обеспечиваете увеличением площадей лесного фонда, занятых этими породам!, и качеством породного состава. В этом случае задача оптимизации сводится к достижению /> а {(а, Я у , при СР min.

Необходимым условием для описания динамики породного состава является наличие на входе системы потока, подчиняющегося закону Пуассона. В.М.Ивакога, А.И.Бузыкин, В.Г.Хяебопроо отмечают, что заселение территории и распределение древесных пород по площади модно описать пуассоновскими фондами.

Проведенные нами исследования также показали, что число учетных площадок по количеству- экземпляров всех древесных пород может быть описано данными функциями.

Полное описание динамики разштия породного состава достигается заданием вероятностей Рк ( Ъ ), где К = п - случайное число событий на интерзале (О, i ). Для каждого К вероятности Рк С i ) могут быть получены путем решения дифференциального уравнения вида

äSiSü + wu)«^ (о.

С{i

Применительно к задаче прогнозирования динамики развития породного состава ({) будем рассматривать как вероятность пребывания системы в состоянии i - О, I, 2, 3,«.., а Л -интенсивность перехода из одного состояния в другое.

Как показывает статистика лесного фонда, величина Л па

больших интервалах зависит не только от д I , но и от времени I , т.е. набладается неоднородный пуассоновский процесс. В этом случае при обработке•данных целесообразно использовать выражение ейдэ

\и г'

которое позволяет оценить вероятность любого £ -го состояния породного состава при нелинейной ([ункции Л . Методология моделирования Марковских процессов с дискретными состояниями сводится к определению переходных и начальных вероятностей, со -ответ ствующих определенным состояниям системы. На основе этих данных составляется матрица состояний. Вероятность того, что система в момент времени t Л / находится в состоянии • определяется (Горелой полной вероятности

Для определения вероятности каждого состояния целесообразно воспользоваться схемой независимых событий с применением ЭВМ на основе метода статистических испытаний.

При непрерывных функциях динамики развития породного состава, характеризующих нелинейным законом, для минимизации пути получения вероятности любого состояния р{ ^^целесообразно использовать численный метод Рунге-Кутта.

Приведенные выше методы моделирования процесса развития породного состава лесов позволяют при дискретных й непрерывных исходных данных прогнозировать и оценить состояние по временным периодам до возраста рубки. Однако, учитывая, что ошибка прогнозирования увеличивается с возрастанием времени прогноза, целесообразно обновление исходных по начальному состояния вероятностей. Оптимизация временного интервала, через который додана обновляться информация, определяется уровнем ошибки прогноза.

Все указанные метода относятся к решению задачи анализа и прогнозирования динамики развития породного состава. Задача синтеза сводится к управлению породным составом и улучшением состояния лесного фонда» Для оптимизации структуры лэсопользо-

вания, объема мероприятий по лесовосстановяению и формированию цела них насяздсний необходима база данных, которая сводится: к оценке достизсимого уровня лесных ресурсов на каздый момент времени: анализу потребностей и возможностей улучввния качественного состояния лесных ресурсов, определении оптимального объема рубки, разработке оптимального объема лесовос-становительных работ и мероприятий по формировании насыщений требуемого состава.

Для оценки достижимого уровня лесных ресурсов, в процессе естественного развития целесообразно использовать показатель, характеризующий вероятность получения заданного объема древесины Р { V, = К,- , где '/?/ - доля I - Л древесной породы площадыо 6 ; К; - качество запаса / - й породы. Последний показатель является функцией хозяйственных мероприятий по повышению продуктивности лесов: уход за лосом, охрана от пожаров, зашита от вредителей и болезней, внесение удобрений и т.д.

С точки зрения оптимизации лесопользования в идеале, необходимо, чтобы скорость поступления древесины в рубку (определенного сортимеитного состава) должна равняться скорости

етао,: • ЫР.Щ) _ Ы Р, Ш) СП г.п

При переносе этого требования на определенный оборот рубки можем записать . ' { ■

гмтл.ГмШси.

I аЬ I с1г

При этом допускается возможность получения древесины как по главному, таге и по промежуточному пользованию.

Таким образом, оптимизация по коэффициенту К'у сводится к поддержанию системы или запаса древесины в определенном состоянии: с определенными количественными и качественными показателями (соотношение пород, диаметр и т.д.), т.е.

К-,, (О - к. (I) * А К —>— О,

Задача выполнения усяощя Д К-*- О с учетом стоимостных затрат может быть решена методом "штрафов", который сводится к итеративному процессу платы за выигрыш на каждом шаге итерации, т.о.

| А К,, Л К,. Д К,.....а К„;

[ Сз, , , , • •' • £3п .

Оптимальным является вариант, при котором Л К-о, С^тш,

В свою очередь "плата за выигрыш" в виде стоимостных оценок дожгла решаться методом корреляционно-регрессионного анализа:

к »^ГгД ХГ..... х?),

. дк ■

Анализ зависимостей С{ ~ / (¿1;, ЭГ, ).показывает на возможность их описания линейным множеством регрессий, вида

С91 о,

Коэффициенты отражают трудоемкость лесохозяйствен-ных мероприятий на единицу конечного эффекта. Величина этих коэффициентов в разных зонально-типологических условиях зависит от вида работ и условий' местопроизрастания.

В диссертации приведены численные оцейси эффективности-разлитое видов лесохозяйственных мероприятий для ряда экономических районов.

Использование указанного магематячоского аппарата с учетом системного анализа, структурной н функциональной де-• композиции, -итерационной процедуры позволяет решать задачу оптимизации лесопользования при расширенном воспроизводстве лесных ресурсов.

Для моделирования процесса динамики породного состава к получения оценок необходимо ^писать данные системы на входе. Такими данными является качественное состояние молодня-ков, сформировавшихся на концентрированных вырубках. С целью управления воспроизводством лесных ресурсов следует дать оценку эффективности мероприятий, напрааяеинкх на качественное улучшение молодняков на дачном этапе лесохозяйствешюго

производства.

4. ЛесовосстшоЕИтелькне процессы на . концентрированных внгубках

В современном лесном хозяйстве одной из основных проблем является проблема смены пород. Процесс смет пород вызван как вековыми изменениями климата, так и хозяйственной деятельностью человека (Морозов Г.ф. , 1913).

В многочисленных работах отечественных лесоводов (Гешсо Н.К., Орлова М.М., Кравчшского Д.М., Ткаченко U.E., Мелехова И.О., Анучина H.1I., Молчанова A.A., Алексеева О.Б., Побединского A.B., Лосицкого К.Б. и др.) дается анализ смены пород в различных аспектах, подчеркивающих хозяйственную деятельность человека, применение сплошных концентрированных рубок. Лесовосстайовительные процессы на. концентрированию: вырубках зависят от природных условий, ряда факторов техногенного характера, наличия подроста под пологом леса, сохранности. подроста, обеспеченности последующего возобновления леса.

Повышение продуктивности и улучшение качественного состава таежных лесов в значительной мере определяется решением задач лесовосстановяения на площадях, вышедших из под рубок главного пользования. При этом одним из основных мероприятий является сохранение подроста, находящегося под пологом материнского насаждения.

Исследованиями Н.П.Львова, Н.П.Калиниченко, А.И.Писарен-ко, В,Б.Чертовского, Н.М.Нефедова, Е.Г.Тюрина установлено, что в таежных лесах европейской части страны удовяетворитель-ного хозяйственно ценного подроста под пологом спелых и перестойных насаждений имеется на уровне 45-60 % площади сосновых, 50-70 % еловых и 30-80 % березовых и осиновых насаждений, Наибольшее количество подроста наблюдается в зеленомои-ной группе типов леса, меньше - в долгомопной и сфагновой.

Обеспеченность хвойным подростом носит зональный характер, с продвижением с севера на юг количество увеличивается, в то зке время процент вырубок, возобновиважхся хвойными породами, уменьшается, что в значительной степени обусловлено повилением среднего бонитета насаждений, ворасгакием конкуренте! хвойным со стороны мягколпственных пород.

Количество подроста в значительной степени зависит от структуры материнского насаждения: наибольшее его количество соответствует полноте 0,5-0,7; с увеличением доли участия в материнском пологе ели о? <1 до 0 единиц количество благонадежного подроста уменьшается на 45-50 %. Большое влияние яа возобновительную способность оказывает высота и благонадежность подроста под пологом леса. С ухудшением условий произрастания уменьшается количество мелкого подроста я увелича -веется количество среднего п крупного подроста. Мелкий под - -рост ели имеет возраст около 20 лет с максимальным возрастем 40-60 лет, средний соответственно 35 и 60-70 лет, крупный -60 и 90-100.лет. При оценке успешности возобновления следует учитывать его хозяйственный возраст и благонадежность.

Приведенные данные показывают, что под пологом материнских насаждений имеется достаточнее количество подроста для-формирования хвойных молодняков на 75 % площадей лесосочного фонда. Б то кз время возобновление вырубок.хозяйственно ценными породаш обеспечивается на 20-50 % площади лесосек в зависимости от подзоны тайги. Сохрашгость подроста в процессе разработки лососей при сплошщх рубках зависит, от применяемой техижк и технологии, высоты подроста, сезона лесозаготовок и типа лоса.

Результаты целевого обследования лесосек показывают,что по данное региону технологии с сохранением подроста позволят получить удовлетворительнее лссовосстановление на 53,4 % вирубой, в т.ч. 19,9 % хвоЯтши породами, а технологии без сохранешш подроста - соответственно 50,2 % и 12,4

По данным В.И.Обидешшкова_,при разработке лесосек агрегатными машинами в летний период по технологии с сохранением подроста остается пригодным для лесовозобновления. 58,8 % от первоначального .количества, а по технологии без сохранешя кодроста-7,9 % ц с частичным сохранением-36,3 %.

Г/сиеаность адаптации хвойного подроста к изменениям среда зава ест от его состояния под пологом материнского полога. Анализ сохранности подроста и его вкягвгемости на вырубка:-: показывает, что в форглнровашш насаждений на вырубках принимает участие 35 % мелкого, % среднего и крупного подроста от его первоначального количества под пологом материнского насаждения; Ира равномерном распределении на площади

возобновительная ценность крупного подроста в 1,5-2 раза шшэ чем среднего, п более чегл в 5 раз - мелкого.

Анализ литературных данных и наш исследования позволили обосновать нормативы необходимого количества подроста для ус-пеиного возобновления вырубок хвойными породами.

Оценка состояния подроста под пологомлеса по данным норматива:.! показывает, что предваритальное возобновление обеспечено на 20-40 % вырубаемых площадей в зависимости от подзоны тайги и условий местопроизрастания, а на остальной площади долгам проводиться лесовосстановителыше мероприятие.

Средний период восстановлешш леса на вырубках в целом по региону составляет 9 лег и варьирует от 4 до 10 лет.

Результаты целевого учета молодняков, проведенного в 1973-1980 гг. на площади более 20 млн.га,показывают, что только 1/5 часть вырубок, оставленных под естественное зара-щнвание, возобновляется хвойными породах.®.

На 1/4 площади годичной лесосеки региона создаются лесные культуры, при этом большая часть лесных культур создается посадкой. Целевое обследование лесных культур показало, что из каэдих созданных 10 га лесных культур погибает или зарастают мягколпетвешшми породами в Карельской АССР 1,0 га, Архангельской к Пермской областях - 2,5 га, Вологодской области и Кош АССР - 3,8 га и Костромской области - 4,4 га, а в среднем по рогаояу - 2 га.

Лесные культуры, переведенные в покрытую лесом площадь, имеют значнтелкг/ю примесь лиственных пород. Средняя высота .листвошшх пород естественного происхождения превышает высоту лесных культур в 2 и более раза. Средний состав лесных культур в возрасте до 10 лет составляет 18С17Е44Б160с5Проч, а в возрасте 11-20*лот ЗЗС14Е34Е12 ОеТПроч.

Обсле ;озйлия показали, что в рубках ухода в обследуемом регионе щадится 20 % сосновых молодняков, 40 % елозж, 20 % березовых п 25% осиновых» Фактическая интенсивность рубок ухода по региону составляет 15-20 $,что соответствует 40 % оптимальной нормы изрсйивания. Химуходы, с помощью которых монно целенаправленно сформировать молодые насазденпя на больших площадях, на получили в регионе нирокого распространения и применяются толы;о на 1,3 % от общей площади рубок ухода.

Из приведенного анализа можно заключать, что развитие насаждений новой генерации, возникших на концентрированных вы -рубках, проходит в таежных лесах в основном естественным путем, количественные и качественные параметры которого являются отправным моментом при прогнозировании данашки породного состава насаждений,

5, Прогнозирование динамики породного состава лесного Донда с помоишг) ЭВМ

Практическое применение методологии прогнозирования породного состава лесного, фонда связано с необходимостью решения ряда вопросов по разработке прогр&'®.шо-алгорктшческого обеспечения машинного эксперимента, получения оценок по динамике развития лесного фонда и решения оптимизационных задач. Решение этих вопросов предусматривает выполнение следующих этапов: сбор исходных данных для получения оценок; проверка на стационарность входного потока; проверка на непротиворечивость теоретического и'1 экспериментального распределений; формирование блок-схемы я алгоритмов расчетов показателей динамики развития лесного фонда; расчет на ЭВМ динамических характеристик развития лесного фонда на основе теоретических положений главы Ш; анализ результатов машинного эксперимента и выработка рекомендации по управлению развитием лесного фонда.

Весь комплекс расчетов осуществляется на базе предлагаемой автоматизированной системы прогнозирования лесного фонда, в состав которой входят: блок расчета агрегированных данных' статистической модели лесного фонда, блок расчета вероятно -стей исходного состояния системы, блок расчета вероятностей перехода системы из состояния в состояние, блок прогноза состояния лесного фонда.

Информационное обеспечение для проведения оценок состояния и развития лесного фонда в рамках статистической модели предусматривает получение данных в виде структурированной совокупности площадей лесного фонда по преобладающим породш, бонитету, породному составу и возрасту по алгоритму:

М*

где

м

к(гп

- множаство элементарных участков лесного фовда, на котором представлены материалы лесоустройства;

- площадь т - го выдела, представленного хвойной породой с индексом г ( г 6 I'), в составе о другим! породами с коэффициентом К С к £ К") ,

у" - го бонитета {£ ). Определение исходного состояния обслуживаемой системы предлагается осуществлять на основе вычисления вероятностей распределения площадей насаждений определенных бонитетов и видов хвойных пород по единицам породного состава. Теоретически доказано и- экспериментально подтверждено, что распределение площадей дровостоев по единицам породного состава подчиняется закону Пуассона,

Иестационарность процесса развития породного состава лесного фонда потребовала аппроксимации г? кусочно-ли-ношлы функционалом. С учетом этого матрща исходного состояния системы и переходных вероятностей представлена в виде.

е-

22

ге;

к< ' хг

къ

• . А

кг ■

Процесс изменения породного состава лесного фонда подразделяется на два взаимосвязанных подпроцесса: I) перехода системы из состояния в состояние с сохранением качественной структуры и 2) перехода системы из состояния в состояние с изменением качественной структуры.

Определение вероятности перехода системы из состояния в состояние, т.е. определение матриц ?£ и Рз, осущеетатлется на основе использования метода Рунге-Кутта, позволяющего ре-пят ь систему дифференциальных уравнений с меньшими затратили машинного врем гни.

Б цело:,! предложенное программно-алгоритмическое обеспечение позволяет получить Есе необходимые характеристики исходного состояния сисгеюг и вероятностпне характеристики ди-

*

панического процесса ее развития.

Изложенные теоретические положения прогнозирования динамики развития лесного фонда послужили о скобой для создания блока динамического моделирования блока .прогноза состояния лесного фонда.

В целом указанная технология позволяет:

- оценить правильность и работоспособность теоретических положений, заложенных в основу оценки динамики развития лесного фонда,

- данные изменения состава молодняков за длительный период по шести лесхозам таежной зоны европейской части РСФСР показывают?

1) распределение елово-лиственнцх и лпствекно-еловых молодняков по единицам состава характеризуется левой асимметрией со средним значением от 3, до 5 единиц ели в составе;

2) в целом процесс накопления хвойных (ели) с возрастом существенно зависит о? начального распределения г,ягодников по единицам состава; .Доля участия хвойных в молодняках 2-4 единицы обеспечивает к возрасту рубки их преобладание;

3) динамика накопления еловых насаждений к возрасту рубки характеризуется конечным состоянием системы со средним значение?,! 7-8 единиц ели с правой асимметрией;

4) сосновые колодники по единицам состава характеризуются распределением со сраднием значением 4-6 единиц. Накопление сосновых насаждений с возрастом характеризуется более медленными темпами;

5) при лесохозяйственном проектировании дет формирования лесного фонда определенного качества необходимо учитывать трансформацию породного состава с возрастом.

6. Оптимизация лесопользования

В управлении лесным хозяйством важнейшая роль принадлежит регулирован™ процессов заготовки сырьевых ресурсов и продуктов леса, среди которых наибольшее значение принадлежит заготовко древесины. Необходимость улучшения средообра-зутощей рати леса не упраздняет пользование древесиной, а приводит к улучшендв требований по планированию лесопользования, уровню ведения лесного хозяйства и эксплуатации.

В современной теории и практике организации и планирования лесного хозяйства основополагающим признается принцип непрерывности, неистоадетельности и рациональности пользования лосом. Существенный вклад в развитие и применение этого принципа внесли Ц.М.Орлов, Н.П.Анушн, Н.Л.Моисеев, II.С .Мелехов, Н.Н.Сватов, Т.С.Лобошков, С.Г.Сишщин, А.Г.Мошкалев и др. На наш взгляд, в связи с постоянным ростом потребности народного хозяйства в древесине принцип непрерывности, неистощи -телыюсти и рациональности применительно к заготовкам древесины следует формулировать как принцип непрерывного, максимально возможного и неснижающегося во времени лесопользования с учетом главного, промежуточного и дополнительного.

В основах лесного законодательства определена необходимость соблюдения принципа неистовятельности лесопользования в гршшцах республики, края и области. Более сложным представляется вопрос о распределении этого принципа на более мелкие территориальные и структурные единицы. Это объясняется неоднородной структурой лесного фонда отдельных предприятий в гршшцах области, края или автономной области. Однородную возрастную структуру должны иметь леса не только крупных регионов, но и леса предприятий лесного хозяйства, поскольку при однородной возрастной, структуре обеспечивается равномерная эксплуатационная нагрузка на лесные массивы, в наименьшей степени изменяется экологическая обет анонс а и поддерживается более высокая продуктивность лесов. Таким образом, в современных условиях принцип непрерывности и не и ст ощпт е л ьно ст и лесопользования необходимо соблюдать в границах предприятия - лесо-фондодержателя. При разработке генеральных схем и прогнозов развития и размещения лесных отраслей на длительную перспективу объектами расчета могут быть и более крупные территориальные единит .однако эти расчеты на следует использовать для пересмотра действующих лесосек по предприятиям на ближайшее десятилетие.

Реализация данного принципа требует определенных экономических условий, среда которых .важнейшей является транспортная доступность участков лесного фонда, что обеспечивает воз-мохшость проведения комплекса лесохозяйственных мероприятий на протяжении всего оборота рубки. Расчеты лесопользования

должны проводиться по хозяйственным частям и укрупненным хоз-секциям, число которых долено быть мкшгмачьнш. В настоящее время лимитирующим условием является получение хвойной древесины. Соотношение шгощедоЛ Хвойных и лиственных пород с возрастом изменяется в сфррону увеличения хвойных.

Поэтому модель расчета размера главного пользования должна быть динамической, учитывающей особенности накопления хвойной древесины с возрастом и возможности перевода площадей из ыягксшиственных в хвойные посредством проведения хозяйственных мероприятий. Неравномерность лесопользования по расчетным периодам является основой для планирования лесохозяй-ственных мероприятий с целью поддержания заданного объема лесопользования.

Для моделирования процесса расчета размера главного пользования лесом сформулируем необходимые и доотаточныа условия, определяющие допустимый размер главного пользования: рубки главного пользования Проводятся в васаздепиях, достигших возраста спелости; спелые!1 (перестойные) древостой должны поступать в рубку в соответствии со скорость® поспевания; на протяжении оборота рубки должно быть обеспечено непрерывное, несшшаащееоя лесопользование; расчетный размер главного пользования должен обеспечивать постепенное выравнивание возрастной структуры лесов; расчеты лесопользования долины проводиться по хозяйственным, частям и укрупненным хозсекциям ; объектом расчета размера главного пользования, является предприятие лесного хозяйства.

Модель оптимизации размера глашого пользования- использует следующую совокупность величин:

С£ - управляемая переменная (*= < £ ) ;

Uj - неуправляемая переменная (j s î~rn) ;

2* - технологический параметр ( К = /, R) i

Р„ - показатель эффективности (П - I, S).

В символическом виде модель расчетной лесосеки главного пользования можно представить в виде Рункции или множества функций, связывавщих С(. ; Ц^ ; ZK с Рп :

Р„ « f (С, Ц 2.

Адекватность 'модели в значительной степени определяется, корректностью определения границ системы, т.е. определения управляемых и неуправляемых параметров модели,. Введем следующие обозначения:

П - количество расчетных периодов лесопользования;

I - индекс периода лесопользования;

А - возраст рубки, равный возрасту спелости наса-

ядения;

де- - количество расчетных периодов лесопользования в обороте рубки;

Та ({) - вектор индексов классов возраста насаждений в обороте рубки;

- запаси древесины по классам возраста в I -м - > периоде лесопользования;

т' _ запасы древесины на I га в насаждениях ? -то

класса возраста в ■ / -м периоде лесопользования;

- площадь насаждений г? -го класса возраста в

I - м периоде лесопользования;

\ ¿с'~ объем -рубок глашого пользования в г' -м перио-4 * де лесопользования;

с/ - козффздиент варьирования ежегодного объема рубок в I -м периоде лесопользования (04 Ж 4 4 );

К1 - коэффициент управления качеством состояния на-4 сачдений I -го класса возраста насаждения в I -м расчетном периоде. При анализе ограничений в качестве неуправляемых переменных, отраяпющх структуру и состав лесного фонда, были выделе- ' ш следуюпдо:

у'-К)

запасы древесины по классам возраста в исходном состоянии системы, соответствующей матрице вероятности Р„ ; площади насаадений по классам возраста в исходном состоянии системы, соответствующей матрице вероятности Ра ;

Ьх'~ I - запас древесины на I га по классам возраста в исходном состоянии систе-

; £ - 7^71).

Следующим вопросом, который необходимо решить на этапе анализа ограничений модели, является вопрос определения управляемых переменных, зяачейия которых могут меняться под воздействием внешних факторов. В качестве управляемых переменных были определены следующие параметры:

- запасы древесины по классам возраста в £ -м периода лесопользования, соответствующие матрицам состояния системы Р,, Ра, где п -кол -п лпчаство расчетных периодов;

=} < ! ~ яяоивдй насаждений по класса? возраста в I -к периоде лесопользова-]_ япя, соответствующие матрщау состояния системы Р,,Рг, ;

- объем ргубкк главного пользования в г —м периоде.

Модель формировалась на а снохе использования нескашгпх типов соотношений между управляемыми и неуправляемыми переменными: аналитических соотношений общепринятых правил учета лесного фонда; эмпирических .соотношений, определяющих динамические характеристики процесса развития лесного фонда; соотношений нормативного характера, устанавливаниях требования, • которые предъявляются к качеству функционирования модели.

При гормкровании ограничений модели показатели, характеризующие динамику запасов древесины по классам возраста в расчетным периодам лесопользования, определялись на основе использования эмпирических данных развития лесного фонда.

Схема функционирования модели представляет собой прсцесс блочного шделирования расчета значений размера рубок главного пользования ( X*") » обеспечивающих максимальное лесопользование в динамической система развития леса.

На схеме показано, что размер рубок главного пользования в I -й период определяется на основе анализа состояния системы ( «5 ) в I -I перюд (блок I). В свою очередь состояние

•ч <}

системы I) I -I период ставится в прямую зависимость от объема рубок главного пользования в 4 -й период (блок 3). Регулирование размера рубок главного пользования (5яск 4) осуществляется за счет учета динамики развития лесного фонда в блоке 2, обеспечивающем расчет "значений вектора X ^' • В этом случае достигается эффект такого пользования лесом, при "котором наблюдается саморегулирование системы за счет наличия обратной связи.

Модель оптишзацш* лесопользования позволяет объективно учитывать динамику развития лесного фонда под воздействием рубок, обеспечивающих непрерывное п устойчивое лесопользование.

Анализ целей и границ системы развития лесного фонда, структуры и типов ограничений, определяющих связи мевду управляемыми и неуправляемыми переменными, позволяет заключить, что для основных показателей,, определязодах динамику развития лесного, фонда, выполняются условия пропорциональности,аддитивности и неотрицательности. Это означает, что выполняются требования, приводящие к линейным моделям системы.

Критерием оптшлальности при решении задачи расчета главного пользования предлагается пр1нять максимум заготосси древе сини в течение оборота рубки заданного качества.

С учетом ограничений, задачу выбора оптимальной стратегии . лесопользования можно сфора^улировагь в следующая постановке -определить набор лесосек главного пользования за время Т , обеспечивающих получе1ше максимального объема древесины заданного качества при относительной равномерности лесопользования по расчетным периодам.

Тогда в соответствии с постановкой задачи целевую функцию запишем как

Г =¿11^' —

Ограничения, смысл которых состоит в относительной равномерности лесопользования, запишем в виде

. УН <

> х! > ъг (у-сО; 1'и-Л

5п

Расчетная лесосека на £ -й расчетный период должна удовлетворять следующему требованию: находиться в установленных с помощью коэффициента пределах от динамической нормальной лесосеки, Динамическая нормальная лесосека (по запасу) представляет собой сумму спелых и перестойных насаждений в первом расчетном периоде и динамики поступления насаадений в спелые в следующих расчетных периодах.

Условие формирования насаждений 1-го класса возраста задается ограничениями вида.

' 4- (М <4

Данное ограничение предусматривает восстановление насаждений первого класса возраста в следующем расчетном периоде па вырубаемых площадях и перестойных древостоев о запасом па I га, равным запасу на, I га насаждений первого класса возраста в текущем расчетном периоде.

К' - коэффициент, определяющий качество возобновления насаждений, создаваемая: на площадях, вышедших из-под рубок главного пользования. Величина этого коэффициента, как показано в гл. 3, непосредственно связана с объемом хозяйственных мероприятий

где С = / (О,, Ол , О,, ... , ОС\ V Хл,Хл,... )-~тсп;

_ вид хозмероприятия;

О- - коэйфщиент регрессии.

Условия рубки насаждений в классах возраста до второй половины приспевающих запишем как

3*' = 0; £ = Я'<5 ;

Необходимость рубки перестойных, спелых и приспевающих наса?.деннй выразим группой неравенств:

х'-г-О; { - а-1, £ + 3; I -- Сп.

7лка:з1ка ¡формирования запасов наса7денпй по Классам гозраста за оборот рубка задается соотношениями:

.4*

v'" t

Ограничение по размеру рубки главного пользования задаем выражением , ____

V' I = i - "i »

Неснижапщийся уровень главного пользования по расчетным периодагл зададим соотношениями: Ri-3 R+3

Таким образом, представленная модель позволяет реализовать основные прнщипы лесопользования с учетом состояния лесного фонда предприятия, эффективности хозяйственных мероприятий и динамики развития насаждений за оборот рубки.

Одним из ваяннх вопросов разработанной методологии является риск принятия решения о назначении уровня вероятности достижения заданного объема пользования. От уровня вероятности P(VzV$ ) зависит планируемый к вырубке объем лесосечного фонда.

В денном случае "риск" прогнозных оценок залояен в разнице ~1~Pt- (V>Vi), что складывается из показателя естественного развития лесного фонда л коэффициента качества, который является функцией затрат на лесохозяйственные мероприятия с целыэ v >етичеш!я заданного уровня лесного фонда. Исхода из этого шгдгдизэцш pi ска, т.е. стремление Рр -*- ttii't? , может потребовать от лесного хозяйства больших затрат, превышающего возможности. Поэтому при составлэшш планов лесопользования необходимо исходить из основного условия

dV„ dVP di di '

_ 30 —

■о

при этом стоимость лесохозяйогвенных мероприятий должна стремиться к минимуму, но варьирование его должно'бьггь в пределах ограничений, т.е. Срт0г £ Согр .

Б качестве второго условия назначаемого уровня риска является использование разницы /- А* как страхового резерва. Он должен определяться на основе статистических данных прошлых лет по возможным потеря:,1 лесного фонда из-за пожаров, неправильного планирования, лесовосстановдения и др.

Уровень Рр- можно определить экспертным путе^. По нашим оценкам значение вероятности Рр,- можно принять равным 0,02.

Одним из ванных вопросов эффективности методологии является точность прогноза развития лесного фонда. В вероятностной модели достоверность одежи достигается за счет использования большого числа реализаций (1000 и более) и проверки аппроксимирующего закона на вепротиворечивость опытным данным. Одним из достоинств предлагаемой модели является возможность назначения гарантированного^ уровня по вероятности Рг (У^- , который определяется дЬоустпмын урошем риска.

Все расчеты, проведенные на ЭКЛ 1030 по разработанному програтало-алгоритшческо1,(У обеспечению, приведены в приложении к диссертации. Расчеты подтверждают справедливость основных научных положений работы и могут быть использованы при составлении обоснованных планов по лесовосетановлэшзз и лесопользованию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I» На основз обобщения имеющихся материалов, литературных данных и проведенных исследований решена актуальная научно-техническая проблема разработки теоретических основ и методологии прогнозирования динамики развития лесного фонда и оптимизации лесопользования»

2. Проведенные теоретические 2 экспериментальные исследования позволили разработать:

- морфологическую п математические модели диналики развития лесного фонда;

- модели оптимизации лесовосстаношения и лесопользования;

- методы и нормативы оценки пригодности подроста естественным лесовосставовлением;

- программло-алгориткическоз обеспеченна расчетов оценок прогноза развития породного состава лесного фонда.

3. Морфологическая модель включает в себяг струге туру лесоустроительной информации о состоянии лесного фонда; динамику лесного фюнда; качественное деление лесов; состояние лесо~ пользования к потребление древесины.

В рамках модели с системных позиций приведен анализ динамики основных категорий лесного фонда, хозяйственного деления породного состава и производительности лесов за длительный период. Проведена сценка влияния естественного и искусственного возобновления в воспроизводстве лесных ресурсов, определены требования к количеству и качеству подроста при современных технологических ректалах освоения лесосек, базирующихся на есте-сгвошюм лесовосстансетешпь Получены количественные данные по оценке состояния молодняков, возникших на концентрированных рубках,!: влияния ласохозяйст венных мероприятий на формирование хозяйстгяшю ценных насаждений.

Анализ многолетних даншос по территориальному изменению лесов в европейской части страны показывает на устойчивую тенденцию увеличения дифференцированного по областям общей площади лесного фонда (5-10 %), покрытой лесом площади (4-8 %) и лесистости.

, По породному составу лесного фонда наблюдается уменьшение площади хвойных насаждений в лесах Ш группы и увеличение ее в лесах 141 групп . В многолесных районах такое изменение происходит за счет ухудшения состава молодняков и с рб дно возрастит: ласаздений.

4. Анализ факторов, влияющих на динамику развития лесного фонда, показывает, что лесной фонд мояло представить в виде сложной динамической системы, на вход которой поступает стационарный пуассоновскии поток. В связп с этим в качестве основного мате, этического аппарата выбран метод, оснований на теории цепей Маркова и уравнениях Колмогорова.

В качестве показателя оценки динамики породного состава лесов выбран критерий, характеризуют^ вероятность получения заданной доли едшпщ породного состава на заданной площади за заданное время; В качестве критерия оптимизации - достижение определенного уровня вероятности при минимизация задач на ле-

сохозяйственные мероприятия. Учитывая больщую размерность матриц для решения уравнений Колмогорова, в качестве •способа их вычислений рекомендован метод Рунге-Кутта. С целью уменьшения размерности модели в работе реализуются оптишзациошшо системные принципы структурной, параметрической и йункциональ-ной дэкомпозпции, методы пошагового поиска заданного уровня показателя эффективности.

5. Для оцешси эфеТектишостк хозяйственных мероприятий предложен метод."штрафов", позволяющий обеспечить минимум затрат при соблюдет»! постоянства лесопользования. Оптимизация лесовосстаноаяения и лесопользования может быть достигнута при равенстве производных по скорости поступления спелых насаждений по единица!.! породного состава и скорости их рубки.

6. Для оптимизации размера главного пользования разработана специальная математическая модель, основанная на итеративном пошаговом поиске площади спелых насаждений и их рубке в соответствии с принципом равенства поспевания и рубки, а также минимизации затрат.

7. Разработано программно-алгоритмическое обеспечение, в основу которого положены теоретические модели анализа и синтеза лесного фонда как системы. Проведенные расчеты различных вариантов лесовосстанонленпя и лесопользования показали эффективность методов алгоритмов и программ.

Дчя практического применения предлагаются: .

Ц дифференцированно по областям оценки состояния и прогноза'развития лесного фонда,-предназначенные для использования при планировании воспроизводства лесных ресурсов^

21 нормативы пригодности предварительного хвойного подроста для успешного возобновления лесосек при современных технологиях их разработки}

3) методы и модели прогнозирования динамики породного состава и оптимизации лесопользования}

4} оптимальные объемы глазных рубок на перспективу, обеспечивающие неснияающийся уровень лесопользования в соответствии с динамикой развития лесного сТхвда и эффективностью хозяйственных мероприятий.

Ochoshoq содержание работы отракено в следующих публикациях: ,

1. Атвохин В.Г., Харин O.A. и др. Постепенные рубки на основе комплексной механизации. - Т.1.: Лесная промышленность, 1930. - 117 с.

2. Вагин A.B., Харин O.A. О таксационных показателях подроста// Лесное хозяйство. - 1964. - И 4.- С.30-34.

3. Харин O.A. Влияние постепенных рубок на текущий прирост древостоя // Научно-техническая конференция: Рефераты докладов. сс1сция лесного хозяйства и озеленения городов. -Москва, 1955. С.37-39.

4. Харин O.A. Оценка эффективности лесохозяйствешшх мероприятии по величине текущего прироста // Научно-техническая конференция: РесТоратн докладов, секция лесного хозяйства н озеленения городов. - Москва. 1966 .-0.47-50.

5. Харин O.A. Влияние постепенных рубск на возобновление леса п еловых и елово-лиственных насаждениях // Научно-тахни-чсская конаерзиция: Рефераты,докладов, секция лесного хозяйства и озеленения городов. - Москва, X8SG. ;

G. Харин O.A. Исследование текущего прироста деревьев и насаждений при постепенных и выборочных рубках: Автореф.дис. ... канд. c.-ii.!fayi:. - М., 1970. - 33 с.

7. Харин О.А.,Лнсешсов А.П. Днстанциошпга метода контроля национального использования лесного п лесосечного фонда //" Всесоюзная научно-техническая конференция: Рациональное и комплексное использование лесных ресурсов. - Москва, 1950,0.75-76.

8. Харин O.A., Тепляков В.К. Характер смены пород в таг-сглнх лесах. (На примере Вологодской области)// Сб.научп.тр. ШГГИ /Вопроси лесовыракрзатгя и рационального лесопользования.

- Ы., 1932. Вш. 139. 0.36-42.

9. Харик O.A., Глубии Я.М. Динамика потодного состава пасаздений Щелковского учебно-опытного лесхоза //Сб.научп.тр. МДТИ/ Вопроси лесовпрапивания и рационального лесопользования.

- Москва, 1982. Бып. 139. ,0.50-53. '

10. Харин O.A., Тепляков BJC. Шкала оценки естественного возобновления под пологом леса //Сб.научн.тр.ШГГИ/ Вопроси ле-совыващлва.т и рационального лесопользования, - Москва, 1983. Вып.* 140. (J.44-48.

11. Хатгн O.A. Яинашка лесного Зонда европейской части РСФСР //Сб.научн.тр.ШГШ/ Вопроси лесовыращивания и рационального лесопользования. - Москва, 1984..Вып. 165. G.9I-93.

12. Харин O.A., Топляков В.К. Оценка пригодности хвойного подроста дяя восстановления таежных еловых лесов //Лесное хозяйство. - 1984. J5 6.- С.56-58.

13. Харин O.A., Тепляков В.К. Дннашка типов леса и успе;*-посгь возобновления па концентрированных ыгрубках// Сб.нотчи. тр.ШГГИ/ Вопросы лесоведения и лесоводства. - Москва, 1985, Вш.176-С.10-16.

14. Харин O.A., Тепляков B.K. Методические основы моделирования развития насаждений по сосгацу //Сб.каучн.тв.КЛТИ/ Вопросы лесовырап51вага!я п рационального лесопользования. -Москва, 1985. Вкл. 167. С.7-9.

15. Харин O.A. Дапашка породного состава //Сб .научи .тр. ШГШ/Воиросы лесовыращвания п рационального лесопользования. - НоскваТ 1987. ВыпГТв?. С.6-9.

16. Харин O.A., Анисочкин В.Г. Состояние лесовосетаповле-пия в таежных ласах европейской части FCSCP по данным магема-тпко-статисгаческой инвентаризации //Всесоюзная научно-техническая конференция. Охрана-лесных экосистем и рагоюнальноэ использование лесных ресурсов: Тез.докл. Секция 2. Воспроизводство и сбережение лесных ресурсов, их учет и оценка. - Москва, 1987 .-С.33-34.

17» Харин O.A. Размещение и рехулировашю лесопользования // Сб.научн.тр.ШГШ/ Повышение эффективности лесного хозяйства я лесопользования. - Москва, 1988, Вып.199.-С.12-Г7.

18. Харш O.A., Волков В.Д, Принцип непрерывности, неио-тощнтельносги и рщионаяькосги в теория регулирования лесо -пользования // Лесной курнал. - 1988. -15, - C.I00-I03.

19. Харзк O.A. Оптимизация лесопользования в комплексных лесных предприятиях./^ печати/,

20. Харин O.A., Айисочкин В.Г, Информационное обосиечепко лесного фонда. /В печати/.