Лекция №12. Урбоэкология

Урбанизация (от лат. Urbanus – городской) – процесс роста городов, численности городского населения и распространения городского образа жизни.

Предпосылки урбанизации – рост индустрии в городах, развитие их культурных и политических функций, углубление территориального разделения труда. Для урбанизации характерен приток в города сельского населения, нарастающие объемы миграции населения из сел и маленьких городов в крупные.

Город – это населенный пункт, жители которого заняты, как правило, вне сельского хозяйства. Отнесение населенного пункта к категории города оформляется в законодательном порядке. При этом критерий численности населения города различается от 250 человек в Дании до 30 тыс. человек в Японии. В России город должен иметь не менее 12 тыс. жителей и не менее 75% населения, занятого вне сельского хозяйства.

Городская агломерация – скопление вокруг большого города или нескольких городов близко расположенных городских и сельских поселений, объединенных устойчивыми функциональными связями (хозяйственными, трудовыми, культурными). Агломерания может быть моноцентрической (вокруг одного крупного города – например, Московская агломерация) или полицентрической (вокруг нескольких городов - например, скопление городов в Рурском бассейне в Германии). Крупные городские агломерации с численностью населения более 1 млн. жителей называются мегаполисами.

Процесс урбанизации ускорился с середины 18 – начала 19 веков, что стало следствием индустриальной революции. В начале 21 века численность городского населения увеличивается на 5-7% в год. При этом в развитых странах появляется тенденция переселения горожан в пригороды (рурализация) (например, экопоселения, общины).

Темпы урбанизации превышают темпы прироста населения в эпоху демографического взрыва, то есть относительная доля горожан в мире возрастает, а сельского населения – падает. Так, в 1800 г. в городах мира проживало около 5% населения Земли, в 1900 году – около 14%, в 1950 году – около 29%, в 2000 – более 48%. В развитых странах доля городского населения достигает 90%. Россия относится к странам с высоким уровнем урбанизации: 75% населения России (100 млн. человек) живет в 1095 городах. К началу 21 века на территории России сформировалось 30 агломераций.

Миграция из села в город и преобразование сельских поселений в городские будут основными детерминантами ожидаемого высокого роста городского населения в наименее развитых странах мира.

Процесс урбанизации в наиболее развитых регионах мира уже почти закончился. В середине прошлого века в городах там проживало около 55%, а по оценке на 2003 г. - 74% населения. К 2030 году доля горожан в этих регионах поднимется до 82%.

В развивающихся странах удельный вес городского населения в 1950 году составлял всего лишь 18%, к 1975 году он возрос почти до 27%, а к 2003 году превысил 42%. К 2007 году, согласно прогнозным оценкам, число горожан сравняется с числом сельских жителей и в развивающихся странах, а к 2030 году достигнет 57%.

Несмотря на общий спад производства, во всех регионах России в большинстве городов и агломераций сохраняется неблагоприятная экологическая обстановка. Особенно остро эта проблема стоит для агломераций Уральского, Центрального, Западно-Сибирского и Поволжского экономических районов.

В связи с увеличением урбанизации, своеобразными экологическими проблемами городов, в современной экологии появилось отдельное направление – экология городов или урбоэкология. В пределах этого направления введен термин «урбоэкосистема» (или городская экосистема). Урбоэкосистема – пространственно ограниченная природно-техногенная система, сложный комплекс взаимосвязанных обменом вещества и энергии живых организмов, абиотических элементов, природных и техногенных, создающих городскую среду жизни человека, отвечающую его биологическим, психологическим, этническим, трудовым, экономическим и социальным потребностям (Лихачева и др., 1996). Основными системообразующими факторами (элементами системы) являются человек (он сам и все виды деятельности, осуществляемых в пределах городской территории) и природная среда (рельеф, горные породы, климат, воды, почвы, организмы). Изменения в этой системе происходят в основном в результате антропогенного управления и в меньшей степени за счет саморазвития. Природные процессы на территории города протекают в основном под контролем человека, но при катастрофических природных процессах возможно и уничтожение города.

Рассмотрим влияние отдельных природных факторов на города и обратное влияние городов на эти факторы.

Геологическое строение относится к наиболее сложно изменимым природным факторам. Поэтому при заложении нового города либо при функционировании уже существующего, человеку приходится во многом подстраиваться под имеющееся геологическое строение. Оно, прежде всего, влияет на архитектурные особенности (этажность, глубина фундамента зданий), на подземные коммуникации.

Влияние города на геологическое строение заключается в прямом воздействии: накопление антропогенного слоя отложений, увеличении статистической и динамической нагрузки;

и в косвенном воздействии: изменение и активизация природных процессов.

Антропогенные отложения – это новый Другое название антропогенных отложений, пришедшее из археологии – культурный слой. В городах он составляет: Одесса – 44 м, Киев – 44 м, Баку – 40 м, Москва – 24 м и т.д. Максимальные мощности приурочены к засыпанным долинам рек, ручьев, к давно обжитым районам. На антропогенных отложениях часто ведется строительство, примером тому служат районы на юге Москвы, построенные на свалках и полях фильтрации.

Свалки хозяйственно-бытовых отходов, как частный случай накопления антропогенных отложений, являются одним из наиболее неприятных видов влияния городов на геологическую среду. Свалки являются локальными загрязнителями подземных и поверхностных вод, особенно это относится к несанкционированным свалкам, где не были предприняты меры по инженерной подготовке территории. Свалки характеризуются также разложением органики с выделением метана, концентрация которого свыше 5% является пожароопасной, а свыше 20% - взрывоопасной. Даже после вывоза загрязненного грунта и рекультивации свалки остается остаточное загрязнение, которое самоликведируется за 20-30 лет.

Прямым воздействием на геологическое строение является увеличение в городах статистической и динамической нагрузки на горные породы. Это явление сопровождается уменьшением влажности и пористости грунтов. Под весом высотного здания МГУ произошла просадка поверхности земли под его центром в 4,7 см. В целом здание МГУ и другие московские высотки создали своей тяжестью депрессии, границы которых проходят на расстоянии 50-120 м от периметра здания. При плотной застройке депрессии проседания своими внешними краями смыкаются, и под городом возникает крупномасштабная депрессия сотообразного строения. По периферии образуется кольцевая зона поднятий (компенсационных). Средняя скорость деформации оценивается около 1 мм\год. Динамические нагрузки (вибрации, удары и толчки) уплотняют осадочные породы. Так, например, пески значительно больше уплотняются при пульсирующей нагрузке нежели при статистической. В Москве просадка домов вдоль оживленных магистралей и линий метро превышает на 3-8 мм просадку зданий, находящихся в переулках.

Косвенным воздействием города на геологическое строение и рельеф является изменение и активизация геологических (геоморфологических) процессов. Изменениям подвержены все процессы, мы поговорим лишь о некоторых. Так в городах активизируется оврагообразование из-за проточек водопровода, уничтожения почвенно-растительного покрова. В Москве, в микрорайоне Теплый Стан, за три года образовался донный овраг глубиной 5-7 м (это значительно превышает скорость природных процессов). Причина возникновения – уничтожение почвы и растительности при планировке района под строительство.

Провоцирование в городах оползней происходит из-за подрезки склонов, дополнительной нагрузки на неустойчивые массивы горных пород, обводнения горных пород, динамических нагрузок. На территории Москвы обнаружено 15 крупных участков развития глубинных (до 100 м) оползней и около 200 участков поверхностных оползней.

В местах развития карбонатных пород в городах активизируются карстово-суффозионные процессы. Это характерно и для Москвы, у нас наблюдается покрытый карст (то есть карстующиеся породы не выходят на поверхность). За последние 25 лет в северо-западной части Москвы зарегистрированы 42 провальные воронки диаметром от нескольких метров до 40 м и глубиной от 1,5 до 8 м. Периодически происходят деформации или даже разрушения объектов. В 1969 г. полностью разрушился пятиэтажный жилой дом на Хорошевском шоссе, в 1977 -–еще два в Новохорошевском проезде.

Рельеф земной поверхности в городах подвержен достаточно активному изменению. Причем обычно за счет выравнивания, уменьшения относительных высот (то есть превышений положительных форм над отрицательными). Приспособление и изменение естественного рельефа городской территории к инженерно-транспортным нуждам и застройке называется вертикальной планировкой.

Подземные воды в разных городах используются по-разному. В России более 60% городов снабжается в основном за счет поверхностных вод. Но при активном росте города увеличивается доля подземных вод, используемых преимущественно в питьевом водоснабжении. Резкое увеличение отбора подземных вод во многих странах мира пришлось на 1950-80-е годы. Это привело к значительным изменениям гидрогеологических условий и других компонентов урбоэкосистем: изменение поверхностного стока, активизация карстово-суффозионных процессов, просадка земной поверхности и др. Кроме того, в городах с развитой промышленностью происходит загрязнение подземных вод. Это, прежде всего, касается первого водоносного горизонта (грунтовых вод), которые практически не защищены от притока загрязняющих веществ.

Поверхностные воды. Городские поселения издавна возникали по берегам рек и озер, которые служили источником водоснабжения, а зачастую удобным транспортным средством. Часто город основывался в месте впадения небольшой реки в более крупную либо в месте впадения реки в море или озеро. Это несло оборонительные цели (город оказывался защищен от пешего противника с двух сторон). Кроме источника водоснабжения реки служили для удаления отходов жизнедеятельности, что приводило к их загрязнению, реки становились разносчиками инфекционных заболеваний, таких как холера, дизентерия, брюшной тиф и пр. Понадобилось не одно тысячелетие, пока люди не научились предотвращать загрязнение водных объектов.

К водным объектам в городах относят водотоки, водоемы, моря и подземные воды. Водотоки подразделяются на реки, каналы, ручьи. Водоемы – на озера, водохранилища, пруды. Водные ресурсы на территории города используются многофункционально:для хозяйственно-питьевого водоснабжения, для лечебно-оздоровительных целей, для технических целей, для судоходства, для отведения сточных вод, для рекреации.

Пригодность вод для определенного вида водопользования оценивается по существующим нормативам.

Воздействие города на водные объекты заключается в: изменении структуры водосборной площади, регулировании стока, загрязнении водных объектов.

Изменение структуры водосборной площади. Если в прошлом населенные пункты «прижимались» к рекам, а водораздельные участки оставались нетронутыми, то в современном городе возникла обратная ситуация. Город почти полностью освоил водоразделы, превратив их в жилую застройку и промзоны. В процессе освоения пространства вырубались леса, засыпались малые ручьи и реки, спрямлялись русла средних и крупных рек. Это сказывалось на режиме как поверхностного, так и подземного стока. Часть рек, попадающих под застройку, полностью или частично забиралась в подземные коллекторы, другие реки перегораживались плотинами и превращались в цепочку прудов, которые со временем заполнялись наносами. На современной территории Москвы (в пределах МКАД) из 800 когда-то существовавших водотоков (реки и ручьи) уже исчезло с поверхности города более половины.

Регулирование стока. В городе к речному стоку существует ряд требований: обеспечение достаточным количеством воды для хозяйственных нужд во все сезоны года, предупреждение подтоплений во время половодий и паводков, сохранение достаточных глубин в сухой период для судоходства. Проблемы регулирования стока решаются путем строительства водохранилищ и каналов. В Москве многие изменения в гидрологическом режиме произошли после строительства в 1937 году канала Волга-Москва (канал имени Москвы). Канал обводнил обмелевшую и загрязненную реку Москву, а также Сходню, Яузу и др. Кроме того, канал снабдил город питьевой водой, дал дополнительный источник электроэнергии, превратил город в «порт пяти морей». Сток в реке Москве также регулируется водохранилищами (прежде всего, Можайским).

Загрязнение водных объектов. Водные объекты в пределах города загрязняются прежде всего сточными водами. По способу образования они делятся на: бытовые сточные воды, производственные, дождевые.

В настоящее время бытовые сточные воды в чистом виде практически не встречаются, за исключением небольших населенных пунктов. В бытовых сточных водах содержатся как минеральные, так и органические загрязняющие вещества. Кроме того, особую форму загрязнителей составляют микроорганизмы, в том числе болезнетворные. В городах бытовые сточные воды отводятся организованно через системы канализации на общегородские очистные сооружения, где они проходят полный комплекс очистки.

Производственные сточные воды могут иметь разнообразный состав, в зависимости от характера производственного процесса. Производственные сточные воды, содержащие специфический загрязнитель в количествах превышающих допустимые нормы, проходят очистку на локальных очистных сооружениях, а затем поступают на общегородские очистные сооружения.

Дождевые сточные воды также как и промышленные характеризуются разнообразием загрязняющих веществ. Наиболее высокий уровень загрязнения дождевых сточных вод наблюдается на территориях плотной городской застройки, автомагистралях, территориях промышленных и автотранспортных предприятий, неупорядоченных строительных площадках. Поверхностный сток включает в себя дождевые, снеговые и поливомоечные воды. Он может быть организованным и неорганизованным. Организованный поверхностный сток собирается в сети ливневой канализации или прямо в водный объект через выпуски ливневых вод. Неорганизованный поверхностный сток стекает в водный объект по рельефу местности.

Атмосфера города. Многие вопросы экологии города связаны с атмосферой. Среди них рассматриваются влияние города на газовый состав атмосферы, мезо- и микроклимат, метеорологические явления. Известно также, что здоровье горожан во многом определяется загрязнением атмосферы города.

Одним из основных эффектов влияния города на климатические показатели является формирование так называемого «острова тепла», то есть повышение температуры воздуха. Тенденция к повышению температуры наблюдается в каждом маленьком и большом городе. Наиболее ярко контраст температуры город-пригород проявляется в ясную безветренную погоду и исчезает в ветренную облачную погоду. Температурный контраст резче вечером по сравнению с полднем, летом проявляется сильнее, чем зимой.

Причины формирования «острова тепла»:

1) уменьшение в городах альбедо подстилающей поверхности. Большая часть зданий и сооружений имеют более низкое альбедо, чем естественный ландшафт. Эта причина сильнее действует летом, чем зимой. В Москве суммарное альбедо на 20-30% ниже, чем в ее окрестностях.

2) Уменьшение расхода тепла на испарение за счет уменьшения количества водных объектов.

3) Формирование зон застоя воздуха. Нагретый воздух не выносится в верхние слои атмосферы.

4) Изменение прозрачности атмосферы. Это приводит к созданию местного парникового эффекта. То есть город как бы накрывается одеялом из парниковых газов и аэрозольных частиц.

Для умеренной зоны контраст температуры город-пригород составляет величину 1-3°. Однако в отдельные дни и часы при соответствующих погодных условиях остров тепла может иметь интенсивность до 10°С и более.

Результатами формирования острова тепла являются:

1) снижение летом комфортности пребывания населения в городе.

2) Зимой наоборот в городе более комфортно, минимумы температур повышаются.

3) «смещение» территории города по своим климатическим характеристикам в южном направлении. Для Москвы такое смещение составляет 300-400 км. Это дает возможность интродуцировать на территории города древесные и кустарниковые породы более южных территорий (каштан конский, тополь серебристый, липа крупнолистная).

4) Увеличение числа дней с оттепелями (переход температуры через ноль). Плохо и для дорог и для зеленых насаждений.

Кроме влияния на температуру города влияют и на ветровой режим. В целом в городах увеличивается количество безветренных дней (скорость ветра меньше 2 м/с) на 10-30% по сравнению с пригородом. При этом в зависимости от застройки могут возникать местные струи ветра – по «каньонам» магистралей застроенных домами, обтекающие большие здания.

На территории города увеличивается количество выпадающих осадков из-за «псевдоорографического» эффекта (как на наветренном склоне горы) и из-за увеличения количества ядер конденсации (аэрозоли и пыль). Вообще осадки очищают воздух, но менее комфортные условия создаются для жителей.

В городах происходят физические воздействия на среду – акустические, вибрационные, электромагнитные.

Акустическое или шумовое воздействие наиболее ощутимое и распространенное. Шум – это звук, превышающий санитарно-гигиенические нормы и оказывающий отрицательное воздействие на состояние здоровья населения. Основными источниками шума в городах являются автомобильный и рельсовый транспорт. Интенсивность шума этих источников сильно зависит от скорости транспорта и интенсивности транспортного потока. Наиболее сильный шум создает плотный транспортный поток на большой скорости. Для железных дорог важно ограничение скорости для уменьшения уровня шума.

Кроме транспорта местными источниками шума служат тепловые пункты, трансформаторы, лифты, производственные объекты, авиация, речной транспорт.

В Москве 60-70% населения живет и работает при общем уровне шума, превышающем санитарно-гигиенические нормы (в основном автомобили). Это связано с состоянием дорожного полотна и самих автомобилей. В Европе шумовой эффект от такого же количества транспорта будет меньше.

Для защиты от шума разрабатывают специальную планировку архитектурных сооружений (экранирование магистралей застройкой), примагистральное озеленение, специальные стенки, экранируюшие шум. В домах для защиты от шума на торец здания выводят окна нежилых помещений и максимум одно окно комнаты в трехкомнатной квартире. Кроме того, должны устанавливаться специальные оконные рамы с защитой от шума.

Вибрации в отличие от шума передаются по твердой среде – грунту, строительным конструкциям. Вибрации улавливаются всем телом человека и также вредны, как и шум. Основные источники вибрации - метрополитен, железная дорога и трамваи, лифты, мощные компрессоры, насосы. Меры защиты от вибраций – специальные нормы строительства без жестких связей несущих конструкций с источником вибрации (трубопроводом и мусоропроводом). Избежать вибраций от транспорта сложно и экономически не выгодно. Только удаление зданий от магистрали. Метро снижает свои вибрации специальным оборудованием рельсов и подвижного состава.

Электромагнитное излучение искусственного происхождения проявляется в виде электромагнитных полей, формирующихся вокруг устройств, генерирующих, передающих и использующих электричество. Для всех устройств, формирующих мощные электромагнитные поля, устанавливаются защитные зоны, в которых запрещается строительство (например, под линиями высоковольтных передач).

Городские почвы. Большая часть почв в городах сильно изменена человеком. В Москве нетронутые почвы остались островками в лесах и лесопарках (Лосиный остров, Фили-Кунцево и др.). Остальные почвы изменены, значительная часть запечатана асфальтом (в Москве в пределах Садового кольца – 80-90%). Почвы теряют плодородие из-за удаления опада, отсутствия нормальной травянистой растительности, значительного загрязнения. Почвы становятся биотоксичными – подавляется развитие микроорганизмов, прорастание семян, развитие корневой системы. Во время озеленения на поверхность почвы подсыпают слой торфа, но это не решает проблемы так как эта почва не является естественной. Такая почва не выдерживает более 2-3 лет функционирования. Возможны другие методы реабилитации почв города. Например, высевание специальных растений, которые будут поглощать тяжелые металлы.

Растительность в городе. Растительность является мощным средством нейтрализации вредных последствий техногенного загрязнения. Растения обогащают воздух кислородом, задерживают тонны пыли и загрязняющих веществ, создают благоприятный микроклимат, снижают шумовую нагрузку. По своим функциям зеленые насаждения в городе разделяются на 2 основные группы: санитарно-гигиенические, декоративно-планировочные.

Санитарно-гигиенические функции:

А) снижение запыленности, загазованности и задымленности. Древесные насаждения уменьшают запыленность воздуха на 43% в вегетационный период и на 38% при отсутствии листьев. Различные породы деревьев защищают не одинаково – опушенные или клейкие листья задерживают до 6 раз больше пыли, чем гладкие. Газы поглощаются деревьями, происходит биологическое очищение воздуха. Посадки, расположенные поперек потока загрязненного воздуха разбивают его на различные направления, разбавляют чистым воздухом. В итоге концентрация загрязняющих веществ в воздухе уменьшается. Растительность поглощает из воздуха и связывает 50-60% токсичных газов.

Б) влияние на влажность воздуха и ветровой режим. В районах города, лишенных насаждений, относительная влажность воздуха в среднем ниже на 15-18%, чем в пригородном лесу и на 8-10% чем на бульваре. Насаждения изменяют и ветровой режим. Нагретый воздух над открытыми пространствами уходит вверх, на его место поступает прохладный воздух от насаждений. Происходит проветривание территории, рассеивание вредных примесей. Сильные ветра гасятся насаждениями.

В) Влияние на тепловой режим. Мы уже говорили, что для городов свойственно увеличение температур, особенно в летнее время. Зеленые насаждения затеняют территорию, транспирируют влагу и в итоге смягчают микроклимат. Температура воздуха над газоном в Москве на 4°С ниже, чем над асфальтом. Влияние насаждений распространяется в радиусе до 100 м. Но насаждения должны быть достаточно крупными, только они реально влияют на микроклимат.

Г) влияние на акустический режим. Зеленые насаждения являются гасителями шума. Эффект снижения шума зависит от густоты посадки, породы деревьев и кустарников, времени года. Высота деревьев в заградительных полосах должна быть не ниже 7 м, насаждение должно быть плотным, в несколько ярусов. Возможно несколько рядов посадок с разрывом, не превышающим высоту деревьев.

Д) обогащение среды фитонцидами. Растения уменьшают бактериальную загрязненность атмосферы, вырабатывая фитонциды (поражают болезнетворные бактерии). Воздух парков содержит в 200 раз меньше бактерий, чем воздух улиц.

Декоративно-планировочные функции. Зеленые насаждения могут иметь как самостоятельное значение (парки, лесопарки), так и входить в структуру застройки города в качестве ее компонента (скверы, бульвары и пр.). Городские насаждения служат средством индивидуализации районов и микрорайонов (преодолевается монотонность застройки). Очень хорошо для организации отдыха населения. Отдельное место – зеленые насаждения предприятий, больниц, учебных заведений.

Животный мир города. По состоянию животного мира города можно определить степень экологического благополучия. Важно количество синантропных видов и их соотношение с экзоантропными. Если первых очень много, а вторых практически нет, это говорит о значительной деградации ландшафта. Синантропные виды – серая крыса, домовая мышь, серая ворона, сизый голубь, домовый воробей. Кроме них встречаются виды, выносящие среднюю нагрузку – белки, водоплавующие птицы, хищные птицы, рукокрылые. Отдельная категория – бездомные животные (собаки и кошки). Эти животные потенциально опасны для человека (разносчики болезней, нападения), но их жалко. Поэтому сейчас принято постановление не отстреливать собак, а стерилизовать. Эффективна ликвидация мест потенциального разведения потомства (открытые подвалы, теплотрассы, заброшенные стройки. Создаются приюты для бездомных животных.

Таким образом, мы рассмотрели составные части и особенности функционирования урбоэкосистем. Поскольку они очень неустойчивы, необходим постоянный контроль и регулирование их состояния для создания комфортной жизни населения.

Лекция № 13, 14 «Антропогенные воздействия на природу»

Дата добавления: 2014-01-06