Вводная лекция
 Скачать 0.67 Mb.
|
|
Вводная лекция Городская экосистема – это искусственно созданная человеком система, равновесие которой может поддерживаться только человеком. К концу XX века учёные пришли к выводу, что взаимодействие городов с окружающей природной средой имеет свои особенности. Городская среда обитания связана с высокой концентрацией материальных, энергетических и морских ресурсов, а также отходов производства и потребления на ограниченной территории, что негативно сказывается на здоровье и благополучии населения и экологической продуктивности. Город – это экосистема. Город не может существовать как замкнутая экосистема. На такой урбанизированной территории природа испытывает сильное антропогенное воздействие. Это приводит к частичной, а иногда даже к полной потере способности воздуха, воды и почв к самовосстановлению, разрушению геологического строения земной коры и гидрогеологических режимов. Если бы городская среда не компенсировала эту способность, используя прилегающие зоны, то в итоге своего развития она бы деградировала. В рамках дисциплины «Экология городской среды» рассматривают условия существования человеческого сообщества в особой экосистеме – городе, объединяющем созданные человеком сооружения и их комплексы с природными компонентами. В настоящее время актуальна проблема устойчивого развития городов. ООН приводит специальные конференции по этой проблеме, считая, что эта проблема является узловой, особенно для развивающихся стран, где, как правило, отсутствует бережное отношение к окружающей среде. Коммуникативный рост городов, отсутствие средств для инвестиций в охрану окружающей среды усугубляет положение вещей. Учитывая вышеизложенное в настоящем курсе рассматриваются механизмы распространения загрязнений в городской атмосфере, гидросфере и литосфере, мероприятия по охране и регулированию качества воздушной и водной среды, роль растительности и почв в инфраструктуре города, рекультивации техногенных загрязненных городских территорий и система управления ТБО, защита городской среды от физических загрязнений (шум, вибрация, электромагнитные излучения), управление качеством и контроль за состоянием городской среды, экологическая паспортизация и экологическая экспертиза городских объектов, основы экологического законодательства. Раздел 1. Городская среда обитания человека, общая характеристика, критерии качества Экологическая характеристика городов. Природная и антропогенная субсистемы городов, пофакторная оценка состояния городских субсистем и их подсистем. Ареалы проживания в городах. Понятие об экополисе и мегаполисе. ^ Влияние урбанизации на экологический природно-ресурсный потенциал естественных экосистем жизненный и экономический базис функционирования города. Формирование мезоклимата города. Рассеяние загрязнителей в различных средах (атмосферном воздухе, водной среде, почве и донных отложениях) по механизмам молекулярной и турбулентной диффузии Город представляет собой сложную среду обитания, где человек взаимодействует не только с природой. В силу необходимости горожане искусственно формируют эту среду, приспосабливая к своим потребностям. Возникает две субсистемы: природная и антропогенная. Природную субсистему делят на литосистему, гидросистему, аэросистему (атмосферу) и биоту. Антропогенная субсистема стратифицирует на следующие подсистемы: производственную, градостроительную и инфраструктурную. Естественно, что такие понятия, как, например, градостроительная система, объединяют в себе структуры более низкого ранга, а они – следующие ступени ранжирования. Территориальное образование – город – экологически можно охарактеризовать, представив в виде многоступенчатого «дерева свойств». Если последовательно, от уровня к уровню, расчленять эти свойства на частные факторы и показатели, то в результате открывается возможность исследовать их не только качественно, но и количественно. Город является урбанизированным ареалом проживания. Степень экологичности этого ареала зависит от того, какие субсистемы доминируют: природные или антропогенные. В городе с экстенсивной малоэтажной застройкой преобладают природные ландшафты: естественный рельеф местности, открытые водоёмы и водотоки, парки, лесопарки и другие зелёные насаждения. Природа как бы входит в состав городских территорий. Обеспечивается пространственное единство застройки, зелёных массивов и водных поверхностей. В результате обеспечиваются экологические потребности людей. Такие города рассматривают как экополисы – природно-антропогенные системы. Бытует мнение, что оптимальная плотность населения на их территориях не должна превышать 100 чел/га. В этом случае можно сохранить озеленённые пространства, по площади равные территориям, занимаемым асфальтовыми покрытиями, зданиями и различными городскими сооружениями. Однако такие поселения неэкономичны, поскольку требует протяжённых транспортных и ресурсообеспечивающих коммуникаций. Кроме того, экстенсивная застройка активно поглощает один из основных природных ресурсов – территорию суши, а на густо заселённых континентах свободных земель становится все меньше. В мире прослеживается тенденция уплотнения населения. Современные города – столицы государств, центры агломераций, промышленные и хозяйственные центры – все в большей степени представляют собой скученные урбанизированные образования. Рождаются поселения, занимающие большие интенсивно используемые территории. В мировой практике есть примеры повелений, в которых один город перетекает в другой и целые области превращаются в единый мегаполис. В крупных городах антропогенные системы оказывают весьма ощутимое давление на природную среду. Урбанизация преобразовывает её радикально, нарушая природное равновесие. Возникают антропоприродные системы, где преобладают антропогенные составляющие. Экологи и градостроители считают необходимым обеспечивать устойчивость таких систем, сохранять способность к восстановлению, хотя бы частичному и принудительному. Для этого необходима перманентная оценка состояния среды обитания. 1. Город – это динамично функционирующая экосистема. Она обладает такими развитыми подсистемами, как градообразующая база, жилищно-коммунальное хозяйство, система социально-бытового обслуживания, включая образование, медицину и услуги, учреждения досуга и отдыха, транспортную инфраструктуру. Поэтому города имеют особую притягательную силу. По мере социально-демографических изменений городские структуры преобразовываются, подсистемы модернизируются. Интенсифицируется эксплуатация этих подсистем. Города развиваются. Управление развитием основано на анализе градостроительной деятельности на всех стадиях: от разработки проекта до многолетнего мониторинга при эксплуатации и реконструкции. В поселениях доминирую люди, поэтому они искусственно создают и регулируют потоки вещества и энергии. В силу социального поведения человечество во многом влияет на эти процессы, формирует и развивает природные трофические цепи, например, газового и теплового обмена. Оно создаёт среду своего обитания, поскольку материальная сфера и архитектура города представляют собой результат деятельности человека и они давлеют над природными процессами. Это деятельность особо ощутима при эксплуатации городских структур, их функционального использования, беспрерывного преобразования и развития, а потребность в это возникает повсеместно под давлением экономической, социальной, демографической и транспортной ситуации. 2. Город – аккумулирующая экосистема. Баланс вредных веществ в его пределах, как правило, положительный и ведёт к накоплению предшествующих отходов и преобразований. Достаточно отметить рост культурного слоя. В некоторых городах его толщина достигает 10 м. Нарушается природный рельеф местности, появляются возвышенности, оползни и провалы. Природные поверхностные водотоки заливаются и меняют направление. Часто их превращают в подземные, текущие в коллекторах. Прекращается естественная самоочистка воды и поэтому содержание вредных примесей возрастает, меняется состав воды. Существует определённая закономерность накопления в городе такие не свойственных живой природе, явления. Атмосфера засоряется выбросами, почвы собирают вредные вещества. Возникают и другие отрицательные последствия урбанизации, с которыми природа не может справиться, поскольку теряется способность к самовосстановлению. 3. Город – зависимая экосистема. Если все экосистемы открытые, то города сверхоткрытые. Они полностью зависят от окружения, в чём и проявляется «экологический паразитизм» урбанизированных образований. Город не может прокормить своё население. Он дышит чужим воздухом и пьёт чужую воду. Одновременно с этим выбрасывает в биосферу большое количество продуктов своей жизнедеятельности. Это видно из таблицы 1, в которой приведены примерные объёмы некоторых природных ресурсов, потребляемых городом с населением 1млн. Человек и площадью 20 тыс. га. Показаны и размеры территорий, необходимых для сохранения устойчивости такой городской экосистемы и воспроизводства дефицита этих ресурсов. Из таблицы следует, что для этого необходимо порядка 8-11 млн. га территорий, т.е. в 1 тысячу раз больше, чем занимает сам город. Помимо потреблений природных ресурсов и энергии города производят огромное количество отходов. Так, по некоторым данным миллионный город ежегодно выбрасывает около 15 млн. т пыли, водяных паров и других токсичных веществ. Поэтому миллионы поселений на нашей планете выступают как основные очаги антропогенного возмущения в биосфере. 4. Город – неравновесная экосистема. На его территории нарушен естественный экологический баланс. Развитие и функционирование городских структур определяется, как правило, не законами природы, а потребностью людей. Такие структуры являются результатом разрушительной и созидательной деятельности многих поколений. Природа реагирует на преобразования неоднозначно. Ограниченное градостроительное воздействие на естественную среду обеспечивает экологическое равновесие. На местности сохраняется репродуктивность, т.е. способность воспроизводить потребляемые элементы среды. Однако если интенсивность воздействий превышает экологическую ёмкость территорий, то репродуктивность нарушается, возникает вероятность экологического риска деградации природной среды. Город потребляет потоки вещества и энергии в значительно большей степени, чем производит. Экологическое равновесие объясняется искусственным привлечением извне огромного количества потоков вещества и энергии, поэтому экологическое равновесие экологических систем города крайне неустойчиво. На это накладывается несбалансированность биомасс. За счёт концентрации людей в городе отношение фитомассы к зоомассе иное, чем в естественной природе. Пищевые цепи нарушены, сети разомкнуты в основных звеньях. Процессы потребления ресурсов (включая продукты) и выделения отходов сильно отличаются от круговорота веществ в природе. Продуктивность городских экосистем ничтожна, фитомасса не обеспечивает зоомассу, и надёжность функционирования природно-градостроительных систем может быть достигнута другими средствами, нежели она обеспечивается в естественных условиях. Необходима пропитка продовольствием извне. Население крупных городов получаются сельскохозяйственные продукты не только из пригородов, но из других областей и регионов. 5. Город – конгломерат искусственных экологических микросистем: зданий и сооружений жилой, промышленной и коммуникативно-складской застройки. Эти архитектурные и инженерные объекты являются замкнутыми средами постоянного или временного обитания горожан. Гигиеничность внутренних пространств зданий во многом зависит от чистоты воздуха в помещениях и воздухообмена, т.е. выведения наружу вредных веществ. Существенно влияет и тепловлажностной режим: относительная влажность воздуха, его температура в помещении и на поверхности ограждений. Особое значение имеет теплообмен с наружной средой. С точки зрения гигиены он необходим в определенных пределах. Однако потери тепла ведут к неоправданному расходу энергетических природных ресурсов, поэтому эффективное содержание зданий должно основываться на энергосберегающих технологиях и конструктивных решениях ограждающих конструкций. В современных зданиях часто применяются конструкции, отделку, мебель и другое оборудование из токсичных материалов. Они отрицательно влияют на людей. Здания и сооружения, являясь замкнутыми, не представляют собой автономные экологические системы. Они связаны с окружающей средой. Газы, пыль и живы микроорганизмы переносятся в помещения из загрязненного наружного воздуха. В застройке не всегда обеспечиваются надлежащие аэрационные и инсоляционные явления, например рельсовый транспорт. Электромагнитное излучение и радиация отрицательно сказывается на внутренней среде обитания. Здоровье людей ставится под угрозу. Они начинают страдать разными болезнями, часто необратимыми. ^ Мезоклимат города В крупных городах формируется особый климат, который в летние знойные дни близок к климату полупустыни или даже скалистой пустыни. Не зря мегаполисы называют каменными пустынями с зелёными оазисами скверов, садов и парков. Так, летом в Москве температура на поверхности асфальта после полудня достигает 45-55°C , а температура красно-кирпичной стены равна 41°C , белой стены – 38°C , а газона – 25°C. Все эти различия вызваны неодинаковой поглощающей способностью поверхностей, испарением влаги растениями (транспирацией), в результате чего снижается температура воздуха. В безветренные дни над крупными городами на высоте 100-150 м может образовываться слой температурной инверсии, который задерживает загрязнённые массы воздуха над территорией города. Это наряду со значительными тепловыми выбросами и интенсивным нагревом каменных, кирпичных и железо-бетонных сооружений, приводит к нагреву центральных районов города. Например, в Париже из-за теплового загрязнения среднегодовая температура в центре города на 1,7°C выше, чем на окраинах. По той же причине среднегодовая температура воздуха в центре Москвы и Санкт-Петербурге в среднем на 3-4°C выше, чем в окрестностях, при этом в Санкт-Петербурге в зимние безветренные дни перепад температур между центром и окраиной может достигать 10°C. Заморозки в центре Москвы прекращаются весной на 8-10 дней раньше, а начинаются осенью на месяц позже. Цветы в центре Москвы распускаются на 7-10 дней раньше, чем на окраинах. В результате теплового загрязнения над крупными городами формируются зоны (острова) тепла, над которыми устанавливаются своего рода местная циркуляция воздушных масс, называется городскими бризами. В жаркие летние безветренные дни воздух в центре крупных городов нагревается и поднимается, что ведёт к его подтоку с окраин, как из лесопарковых зон, так и из промышленных зон, независимо от их расположения по отношению к розе ветров. В Москве скорость таких местных ветров достигает 3 - 5м/сек. Городские бризы дуют с окраин, то они приносят в центр относительно чистый воздух. Но проявляются такие ветры не всегда. При мощном антициклоне1 в высоком давлении воздуха городские бризы могут и не возникать. Повышенная конвективность и техногенная запылённость воздуха над городом приводит к увеличению частоты гроз и, вообще, к росту интенсивности и общего количества осадков. Так, в Москве количество осадков на 25% больше, вне города. Пыль, выброшенная авиатранспортом, промышленными предприятиями, теплоэнергетическим комплексом резко повышает содержание в атмосфере ядер конденсации (частиц пыли, соединений серы и азота) абсорбирующихся капельки воды, образующая аэрозоли. Поэтому в больших городах больше облачных, пасмурных дней. Например, в Москве пасмурных дней значительно больше, чем в сельской местности Подмосковья, а снега в городе выпадает примерно на 25% больше, чем в области. Из-за задымленности, запылённости и загазованности воздуха в город поступает на 15% меньше солнечной радиации, на 65% чаще наблюдается смог, а относительная влажность воздуха на 6%, скорость ветра на 25% меньше, чем в сельской местности. В результате загрязнения воздуха продолжительность солнечной радиации в центре Москвы на 120 часов меньше, чем на окраинах. Следовательно, из малой прозрачности атмосферы крупные города умеренной зоны по количеству получаемой инсоляции (солнечного света) как бы смещены на несколько градусов к северу, а по тепловому режиму атмосферы (особенно летом) — на столько же градусов как бы смещаются к югу. Во всём мире в больших городах солнечная радиация за последнее столетие уменьшилась на 10-30%. Особенно значительно снизилось поступление ультрафиолетовой радиации, что приводит к увеличению содержания в воздухе болезнетворных бактерий. Это отрицательно сказывается на здоровье городских жителей, т.к. при пониженной инсоляции замедляется выведение из организма ряда токсичных веществ, в частности, тяжелых металлов и их соединений, а также — синтез в организме важных ферментов. Нестандартен в городах тепловой режим почвы. В жаркое летнее время асфальтовые покрытия, нагреваясь, отдают тепло не только приземному слою воздуха, но и вглубь почвы. При температуре воздуха 26-27°C температура почвы на глубине 20 см достигает 34-37°C, а на глубине 40 см — 29-32°C. Это настоящие горячие горизонты — как раз те, в которых обычно находятся окончания корневой системы растений. Поэтому самые верхние слои городских почв практически не содержат живых корней. То, для уличных растений создаётся необычная тепловая ситуация; температура подземных органов растений зачастую выше, чем надземных. В нормальных естественных условиях жизненные процессы у большинства растений умеренных широт протекают при обратной температурной стратификации. Зимой из-за уборки спавших листьев осенью и снега зимой городские почвы сильно выхолаживаются и глубже промерзают. На улицах городов, где регулярно убирают снег, а слой асфальта имеет большую теплопроводность (т.е. способность к потере тепла), почвы охлаждаются до 10-15°C, это может привести к повреждению подземных коммуникаций, а также к опасному перемерзанию корней. Установлено, что годовой перепад температур в корнеобитаемом слое городских почв достигает 40-50°C, в то же самое время в естественных условиях (для средних широт) он не превышает 20-25°C. Но не только микроклимат ухудшает жизнь растений в крупном городе. Важнейший экологический фактор в жизни растений — влага. Однако в городской среде растения часто испытывают недостаток в почвенной влаге из-за стекания её в канализацию. Вместе с тем, при дожде или обильном поливе возможно застаивание воды, при котором прекращается доступ воздуха к корням. Из-за стекания воды «мимо почвы» уменьшается количество влаги, испаряющейся с поверхности земли, что влечёт понижение влажности воздуха вплоть до так называемой «атмосферной засухи». ^ Роль крупных городов в осуществлении принципов устойчивого развития Принципы «Хартии устойчивого развития европейских городов» (1994 г.). Основные задачи по обеспечению условий перехода к экологически безопасному социально-экономическому развитию: Снижение негативного техногенного воздействия на окружающую среду; Обеспечение сбалансированного развития экологических, экономических, социальных и управленческих процессов; Необходимость учета взаимосвязи города с пригородными территориями. Качество городской среды оценивается системой совокупных санитарно-гигиенических и экологических требований. Эти требования выражаются системой показателей, позволяющих охарактеризовать ухудшение состояния окружающей среды и здоровья жителей. Нормирование качества окружающей среды – это установление показателей и пределов, в которых допускается изменение этих показателей (для воздушной и водной сред, почвы и т.д.). Адекватность критериев качества городской среды требованиям устойчивого развития. Содержание критериев, их количественные и качественные характеристики, степень значимости, взаимосвязи. |