Application of the control theory for processing of environmental indicators and determination of the environmental sustainability index

Abstract

Göstergeler hemen görülemeyen bazı gerçekleri ya da eğilimleri öngörmek için kullanılan ya da bir konu ile ilgili gerçek anlamından öteye bazı önemli ipuçları veren terimler olarak tanımlanırlar. Göstergeler yönetim politikaları geliştirilmesinde önemli rol oynarlar ve yöneticiler ve halka değerlendirme için gerekli bilgileri sağlarlar. Çevresel göstergelerin geliştirilmesinde dikkate alınan en önemli kriterler, uygulanabilirlik, amaca uygunluk ve ölçülebilirliktir. Bu bağlamda, çevresel gösterge; çevresel şartların, baskıların veya çevrenin topluma olan tepkilerinin temsil edici bir resmini çizmeli; basil, anlaşılması kolay ve zaman içinde gelişen eğilimleri gösterebilir olmalı ve çevresel değişimlere ve ilgili beşeri eylemlere tepki vermelidir. Göstergeler kıyaslamalar için bir temel oluşturmalı; ulusal olmakla birlikte ulusal önemi olan bölgesel değerlere de uygulanabilmeli; kullanıcıların gösterge değerinin önemini anlayabilmeleri için bir hedef ya da eşik değeri bulunmalı; teorik olarak bilimsel ve teknik olarak doğrulanabilir olmalı; uluslar arası standartlara dayanmalı ve güvenilirliği hakkında uluslararası ittifak mevcut olmalı; ekonomik modellere bağlı, öngörü ve ekonomi modellerine uygun olmalı; ve makul bir fayda maliyet oranı ile elde edilebilecek, uygun olarak ve yeterli kalitede toplanmış ve depolanmış ve güvenilir yöntemlerle sürekli olarak güncelleştirilen verilere dayalı olmalıdırlar. OECD tarafından geliştirilen Baskı-Durum-fepki (PSR) çerçevesine göre, durum göstergeleri özellikle insan ilişkilerinden etkilenen çevrenin kalitesini ya da "'durumunu" ölçerler. Buna karşılık, baskı göstergeleri çevre problemlerinin sebeplerini işaret ederler; bozulma ya da aşırı kullanım dolayısıyla doğal kaynakların azalması, kirleticilerin ya da atıkların çevreye bırakılması ve doğal ekosistemlerin XIX başka amaçlarla kullanılması ve altyapı geliştirilmesi gibi ilişkileri gösterirler. Tepki göstergeleri ise toplumun ya da belirli bir kuruluşun çevreyi korumak veya bozulmayı önlemek üzere verdiği tepkilerin ölçüsüdür. Yani uluslar çeşitli anlaşmalar, bütçe planlamaları, araştırmalar, yönetsel araçlar, fınansal yönlendiricilerin kullanılması, ve gönüllü tavırların değişmesi gibi yönetim politikalarının değişimlerini gösterirler. Tarihsel ve teorik dayanakları incelendiğinde göstergelerin genellikle istatistikçiler ve sosyal bilimciler tarafından geliştirildiği, çevrecilerin, çevre bilimi ve teknolojisi uzmanlarının konuya katılımlarının çok daha az olduğu görülebilir. Bundan dolayı geliştirilen kavramlar nitel kalmaktadır ve nicel göstergeler sistematik bir biçimde geliştirilmemiştir. Çeşitli sınıflamalar için geliştirilmiş olan modeller mühendislik tanımları ve anlayışı kapsamında olan modeller değillerdir ve sadece durumu izah etmeye yarayan nitel modellerdir. OECD tarafından geliştirilmiş olan PSR çerçevesi işaret ettiği kavramın genel durumunu anlatmakla birlikte tüm süreç içinde göstergenin önemine dair bir fikir vermemektedir. En iyi geliştirilmiş yöntem olan bu çerçevede bile aynı göstergelerin farklı yöneticiler tarafından farklı yerlerde farklı şekilde yorumlanabildiği hayretle gözlenmektedir. Her özel durum için farklı göstergeler seçilmek durumunda kalınmaktadır ve çeşitli göstergelerin ve endekslerin içinden seçim yapmanın bir kuralı mevcut değildir. Bu nedenlerle, seçilen gösterge ve geliştirilen endekslerin karar verenlerin kalitesi ve altıncı hissi ile sınırlıdır. Gelişen ülkelerin gelişmiş ülkelerden göstergeler ithal etmeleri veya uluslararası organizasyonların gösterge önerilerini tartışmasız kabul etmeleri bu nedenle fonksiyonel olmayıp hatta bazı durumlarda yanıltıcıdır. OECD tarafından geliştirilmiş ve kullanımı teşvik edilen ve tüm çevresel gösterge sistemleri arasında en yaygın uygulamaya sahip olan PSR modeli (ki diğerleri çok daha öznel ve pragmatıktır) klasik süreç kontrolü teorisiyle birçok benzerliğe sahiptir. Durum göstergeleri, orantılı kontrol sistemlerine benzer olarak, çevrenin anlık durumlarını kontrol ederler ve anılan evrenin gelecekteki birikimlerine ait bir fikir vermezler. Durum göstergelerinin varlıklarının nedeni herhangi bir anda bir eşik XX değerinin (Es) geçilip geçilmediğini bildirmek ve eğer böyleyse, sapmanın standart bir değerden (S) farkını göstermektir. Bu amaç orantılı kontrol tekniklerinin yapmak istediği ile tamamen aynıdır. PSR çerçevesi baskı kavramı altında zamanla değişen durumları ifade eder. Ancak bu kavramın asıl amacı zamana bağlı kavramları tanımlamak değil dış uzaydan sisteme gelen baskıları açıklamak için bir yaklaşım kurulmasıdır. Benzer şekilde süreç kontrolünün üçüncü boyutu olan entegral kontrol birimi tepki göstergeler ile büyük benzerliğe sahiptir Tüm varoluş göstergeleri hükümetler, devletler, belediyeler, dernekler gibi sorumlu kuruluşların çevre sorunlarını çözmek için yeterli altyapıya sahip olup olmadıklarını ya da yeterli taahhütlerin mevcut olup olmadığını işaret ederler. Bu göstergeler sadece iki değişkenle ölçülür: Evet ya da hayır. Bu göstergelerin nicel olmadığı düşünülebilirse de kontrol teorisindeki aç-kapa kontrolü ile büyük benzerliğe sahiptirler. Yukarıdaki tanımlamalar ile klasik kontrol teorisi ile analoji kurulduğunda aşağıdaki denklem geliştirilebilir: * HM c. aj\ p c 4 dt f j0 c di Burada birinci terim varlık, ikinci terim oransal, üçüncü terim türevsel ve son terim entegral bileşenleri göstermektedir. Varlık terimi şu şekilde tanımlanabilir:,, fO kritik altyapı mevcut j! kritik altyapı yok Küresel bir çevresel sürdürülebilirlik endeksi (ÇSE) geliştirilmesi için bileşimdeki göstergelerin seçimi sırasında bazı ön şartların dikkate alınması gerekmektedir Fonksiyonun doğru tanımlanması için: (i) seçilen çevresel göstergeler birbirinden bağımsız olmalı; (ii) farklı ağırlıklar taşıdıkları için basit bir aritmetik toplam alınmamalı; (iii) her gösterge kritik durumda bir birime eşit olmalı; (iv) göstergeler bağımsız olmakla birlikte aynı anda varolduklarında sinerjik etkiler yarattıkları xxî unutulmamalı; (v) pratik nedenlerle endeks optimum ve kritik durumlarda kolayca hatırlanabilecek değerlere sahip olmalı; (vi) bu değerler yanlışlılann önlemesi ve gösterge değerleri ile karıştırılmaması için bire eşit olmamalı; (vii) ÇSE pozitif bir sayı olmalıdır. Bu bağlamda ÇSE şu şekilde tanımlanmıştır: Burada En ÇSE'yi oluşturmak için seçilen göstergeleri ifade etmektedir. Her göstergenin değeri 0 ile 1 arasında değiştiğinden « = 10 olduğu takdirde ÇSE'nin değerinin 1 ile 1 0 arasında olacağı açıktır. Önerilen endeks iklim değişikliği, ötrotifikasyon, biyoçeşitlilik, katı atık üretimi, su kaynakları, orman kaynaklan, arazi kullanımı, nükleer atılar ve su kirliliği konusundaki Varlık-Oransal-Türevsel-Entegral (VOTE) bileşik göstergelerinden oluşmaktadır. Endeksin gerçeklenmesi OECD ilkelerinden toplanmış olan verilerle yapılmıştır. 1980-1995 yıllan arasında endeksin gelişimi Şekil 1 de gösterilmiştir. 10 7 -Kanada -Meksika ABD Japonya -Kore -Avusturya Belçika -Çek Cumhuriyeti -Danimarka Finlandiya Fransa Almanya Yunanistan Macaristan İzlanda İtalya -Hollanda -Norveç Portekiz İspanya İsveç -İsviçre »Türkiye İngiltere 1980 1985 1990 1995 Şekil 1 - OECD Ülkelerinde Çevresel Sürdürülebilirlik Endeksinin Değişimi Şekil l'de genel olarak dikkati çeken nokta ÇSE'nin 1980-1990 arasında düzenli olarak yükseldiği ve 1995 ÇSE değerlerinde ani bir düşme olduğudur. Bu düşmenin xxıı ana nedeni bu yıllarda çevrenin bozulmasına karşı tedbir almayı önleyen birçok uluslararası anlaşmanın yürürlüğe girmesidir. OECD ülkeleri üç gurupta toplanmaktadırlar. Sürekli yükselen bir Çevresel Sürdürülebilirlik Endeksine (ya da azalan çevresel sürdürülebilirliğe) sahip ülkeler; sürekli azalma eğiliminde olan ÇSE'ye sahip ülkeler; ve yıllara bağlı olarak düzensiz ÇSE'leri olan ülkeler. Birinci guruba Kore ve İngiltere girmektedir. İkinci gurupta Danimarka, Macaristan, İzlanda, İtalya ve Norveç mevcuttur. Diğer ülkeler üçüncü guruptadırlar. Türkiye'nin ÇSE'nin gelişmiş OECD üyeleri ile aynı davrandığı ilginç bir gözlemdir. Bu gerçeklik Türkiye'nin gelişmesinin makul ve olası maksimum limitlerde gittiğini ve daha öteye olabilecek hızlanmaların sadece aşın enflasyon ve sınıflar arası gelir dağılımındaki eşitsizliğin artmasına değil çevrenin bozulmasına da neden teşkil edeceğini göstermektedir. Şekil 2'de ÇSE'nin büyüme hızı ve nüfus artışı ile ilişkisi gösterilmektedir. Buna göre ÇSE büyüme hızı ile orantılı olarak değişmektedir. Bu da aslında dünyada gerçek anlamda sürdürülebilir gelişmenin başarılamadığını göstermektedir. Şekil 2 - ÇSE'nin Büyüme Hızı ve Nüfus Artışı ile Değişimi

An indicator is something that provides a clue to a matter of larger significance or makes perceptible a trend or phenomenon that is not immediately detectable. Indicators helps to develop public policy issues and creates the communicating information to the decisionmakers and the public. The most important criteria to be obeyed in developing environmental indicators are feasibility, policy relevance and readability. Therefore, an environmental indicator should: provide a representative picture of environmental conditions, pressures on the environment or society's responses; be simple, easy to interpret and be able to show trends of time; be responsive to changes in the environment and related human activities; provide a basis for international comparisons; be either national in scope or applicable to regional environmental issues of national significance; have a target or threshold against which to compare it so that users are able to assess the significance of the values associated with it; be theoretically well founded in technical and scientific terms; be based on international standards and international consensus about its validity; lend itself to be linked to economic models, forecasting and information systems; and be supported by such data which is readity available at a reasonable cost/benefit ratio, adequately documented and of known quality and updated at regular intervals in accordance to reliable procedures. According to the pressure-state-response (PSR) framework developed by OECD, state indicators measure the quality or "state" of the environment, particularly declines attributable to human activities. Pressure indicators, in contrast, show the causes of environmental problems: depletion of natural resources through extraction or overharvesting, releases of pollutants or wastes into the environment, and XIV interventions such as infrastructure development or the conversion of natural ecosystems to other uses. Response indicators gauge the efforts taken by society or by a given institution to improve the environment or mitigate degradation. Thus they take measure how policies are implemented by tracking treaty agreements, budget commitments, research, regulatory compliance, the introduction of financial incentives, or voluntarily behavioral changes. From the historic and theoretic background it can clearly be said that the indicators have been developed mostly by statisticians and social scientists and the contribution of the environmentalists, and environmental science and technology experts is much less. Therefore, the developed concepts are qualitative and quantifiable indicators are not developed in a systematic procedure. Models developed for the explanation of various classifications are not mathematical models as defined and understood by the engineers but qualitative models which can be used only for explanatory purposes. PSR framework proposed and developed by OECD does explain the nature of the indication, however does not give any idea how important the indicator is to define the total process. Even in this best developed framework, a confusing situation is the possibility of being of same indicators in different categories regarding the view of the decisionmakers to the process. The indicators have to be selected for each case and there is no rule on selecting various indicators and developing indices. Therefore the quality in the indicator selection and index development is dependent to the quality and common sense of the decisionmakers of the subject. This is the most important issue for the developing countries they usually face the risk to import some indicators from the developed countries or from the proposal of the international organizations resulting with some data which can be nonfunctional and even misleading. The PSR frame produced and promoted under the guidance of OECD which has the broadest application for environmental indicators (all others are much less qualitative and much more subjective and pragmatic) has a lot of similarities with the control theory. State indicators control the spontaneous state of the environment (analogous to the proportional control) and do not reflect the future of the accumulation in the said xv universe. The main reason of the presence of the state indicators is to be informed for a certain instant whether some limiting value (Es) is over or not and if so, how big is the deviation from the standard value (Ö). This goal is completely synonym to the main idea of the proportional control technologies The PSR concept explains the time related changes under the pressure framework. It should be noted that the concept does not the aim to express the time depending effects, more it is trying to create an approach to explain the pressure from the outer space. Similarly, the integral control units which are the third dimension of the process control do have a lot of similarities with the response indicators. All availability indicators indicate that whether the responsible agency such as governments, states, municipalities, unions etc. have performed the necessary commitments for solving the environmental problems, or do not have the necessary environmental infrastructure yet. All of these indicators can be monitored with only two variables whether yes or no. Although such indicators does not seem very quantitatively they have a similarity to the on-off control technology. Following the above definitions the equation below may be derived using the analogy with the process classical control theory. d C c. aJ\ > p c d ^ f J0 c, j dt where f(A) = 0 in case the critical infrastructure is present f(A) = 1 in case the critical infrastructure is not present For the development of a global environmental sustainability index (ESI) several perquisites should be noted on while selecting the indicators included in the index. In order to define the function: (i) the selected environmental indicators has to be independent from each other; (ii) they have different weights so that a simple arithmetical addition is not suitable; (iii) each indicator will be equal to unity in the critical case; (iv) although the indicators are independent they have a synergetic effect when interact between each other; ( v) for practical issues the index should be XVI equal to an easy remembered number in optimum and critical cases; (vi) this number should not be unity in order to avoid confusion and misuse with the each indicator; and (vii) ESI should be a positive number. Regarding the above restrictions the ESI is defined as: fisr-VS x I±(eJ Where En are the indicators selected to compose the ESI. It is obvious that ESI should have a value between 0 and 10, in case of n=10, since each indicator is between 0 and 1. The proposed index has been composed from the APDI Indicators of Climate Change, Eutrophication, Biodiversity, Solid Waste Production, Water Resources, Forest Resources, Landuse, Nuclear Wastes and Water Pollution. For the evaluation purposes of the index data has been obtained from the OECD countries.