Градостроительная экология

РЕФЕРАТ

Градостроительная экология

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2.Основы градостроительной экологии

3. Экологическая характеристика городов

4. Новые термины новые задачи

5. Заключение

1.Введение

Человечество в течение тысячелетней эволюции привыкло потреблять природные ресурсы. До тех пор, пока такое природопользование не нарушало экологического равновесия в геосфере, проблемы охраны окружающей среды не существовало. Однако бурный технический прогресс XX века, внедрение новых технологий и расширение технических возможностей сформировали в обществе психологию вседозволенного потребления.

Интенсивное расходование природных  ресурсов, недостаточно эффективная очистка и утилизация отходов привели к нарушению естественного баланса в природной среде целых географических регионов и отдельных стран. Упала способность к восстановлению природных ресурсов на значительных территориях. Экология некоторых зон планеты находится на грани кризисного состояния.

В мире остро встал вопрос разумного  ограничения природопользования и экологически расчетливого давления на природу. На первых этапах рациональность природопользования исследовалась в рамках единой науки — «Охрана окружающей среды», предметом которой стала «большая экология». 
В дальнейшем, по мере развития науки, появились ее ответвления. Например, инженерная или коммунальная экология. В них изучаются отраслевые проблемы природопользования: промышленности, коммунального хозяйства и др.

Градостроительство, одна из наиболее ресурсопротребляющих отраслей, до последнего времени не была выделена в отдельную ветвь экологической науки. Экологические последствия размещения производительных сил и создания систем человеческих поселений рассматривались как географические проблемы.

В 70—80-х годах XX века ученые пришли к выводу, что взаимодействие городов и природы имеет свои особенности. Необходимо изучение последствий урбанизации и градостроительного потребления природных ресурсов, особенно территориальных.

Крупный, а тем более крупнейший город не может существовать как замкнутая экосистема. На такой урбанизированной территории природа испытывает сильное антропогенное давление. Это приводит к частичной и даже 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. Для обеспечения устойчивости необходимы специальные знания, где интегрированы традиционное градостроительное планирование и охрана антропо-экологических систем, объединяющих рукотворные планировочные образования и естественную природу.

Поэтому возникла новая ветвь экологической  науки — градостроительная экология. Она объединила знания о регионах и агломерациях, городах и их элементах. Некоторые ученые называют ее урбоэкологией и связывают с так называемой аркологией — наукой о взаимодействиях искусственных объектов, в том числе архитектурных, с окружающей средой, о методах проектирования «экологичных» зданий и сооружений.

Градостроительную экологию рассматривают  как дисциплину, в пределах которой  изучаются не только взаимодействия естественной среды с городами и  агломерациями. В рамках этой науки  исследуют и условия существования человека в особой экосистеме — городе, объединяющем рукотворные сооружения и их комплексы с природными компонентами.

В настоящее время стала весьма актуальной проблема устойчивого развития городов. Организация Объединенных Наций проводит конференции по этой проблеме. Считается, что она является узловой, особенно для развивающихся стран, где еще не стабилизировалось бережное отношение к окружающей среде. Кумулятивный рост городов, отсутствие средств для инвестиций в охрану окружающей среды усугубляет положение вещей.

2. Основы градостроительной экологии

 Предмет  и основные понятия градостроительной  экологии

Объекты градостроительной  экологии представляют собой пространственные системы расселения разного уровня. С одной стороны, но системы регионов, районной планировки и агломераций, города и другие населенные пункты, городские районы и микрорайоны. С другой—территории застройки кварталов и жилых групп, объемы, планировочные, конструктивные и конструктивно-планировочные элементы зданий как замкнутые среды обитания человека.

Предметом градостроительной  экологии является исследование процессов взаимодействия в системе «человеческая деятельность— окружающая среда на урбанизированной территории». Таким образом, рассматриваемая дисциплина — это комплекс градостроительных, медико-биологических, географических, социально-экономических и технических наук. В рамках этой дисциплины изучают взаимодействия искусственной и природной сред на территориях городов и зон их влияния.

Градостроительство  как область человеческой деятельности характеризуется высокой степенью природопотребления. Города используют ресурсы всех геосфер: литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы— флору, человеческие резервы и опосредованно фауну.

В результате урбанизации  создается новая среда обитания. В ней геосфера активно взаимодействует с техносферой, поскольку градостроительные системы представляют собой совокупность природных и искусственно-планировочных образований. В этих системах изменяются природные условия, нарушается экологический баланс, сложившийся в результате протекающей уже много миллионов лет эволюции. 
В современном мире численность горожан быстро возрастает. В начале третьего тысячелетия их доля составила 50% населения земли, которое уже сейчас перешло рубеж в 6 млрд. чел. Возрастают и потребности в природных ресурсах, причем не пропорционально численности населения, а более высокими темпами.

Последовательно увеличивается давление на геосферу. Значительные территории ранее нетронутой природы, сельскохозяйственных и лесных угодий осваиваются под города, жилые районы, промышленные и коммунальные предприятия, транспортные и инженерные коммуникации.

Экологические проблемы заключаются не только в  отчуждении территорий. Весьма отрицательное  воздействие оказывает загрязнение природной среды различными выбросами и отходами, которое во многих регионах мира достигло критического уровня. В результате этого в дальнейшем экологические системы могут деградировать.

Мировое хозяйство  ежегодно выбрасывает в атмосферу 200 млн. т оксида углерода, 150 млн. т диоксида серы, 120 млн. т золы, более 50 млн. т углеводов, большое количество оксидов азота, фтористых соединений, ртути и других токсичных веществ. По имеющимся оценкам общий объем выбросов в первые десять лет третьего тысячелетия может достигнуть 50 млрд. т.

Загрязнение атмосферы  сопровождается массовой Гибелью лесов— «легких планеты», снижением урожайности сельскохозяйственных культур, сокращением поголовья скота и исчезновением многих видов фауны, уменьшением репродуктивности рек и морей. Все это наносит невосполнимый урон здоровью людей и пищевым ресурсам. При этом общий экономический ущерб исчисляется десятками миллиардов долларов в год.

Возникли неизбежные противоречия между человечеством  и природой, между антропогенной деятельностью и естественными процессами. Диалектическое развитие взаимоотношений общества и природы заключается в смягчении этих противоречий и поиске разных методов их разрешения. Таким образом необходимо рациональное природопользование, позволяющее удовлетворить жизненные потребности человечества в сочетании с охраной природной среды и ресурсосбережением. 
Человеческая деятельность наносит ущерб природе в глобальном масштабе и на местном уровне. Вырубка лесного покрова, этого производителя кислорода, оказывает весьма негативные последствия для жизни на всей земле. Человечество разрабатывает мероприятия, направленные на сохранение лесов в бассейне Амазонки и Сибири, единственных оставшихся на планете крупных лесных массивов.

Для экологии земли не менее важно ее предохранение от вредных выбросов промышленности в атмосферу на локальных территориях, которые являются причиной кислотных дождей, нарушения озоновоголоя, повышения радиационного фона и других явлений, влияющих на экологическую ситуацию на целых континентах. Все эти проблемы изучаются в общих курсах экологии и охраны окружающей среды.

В градостроительной  экологии исследуются «местные» территориальные проблемы на разных планировочных уровнях. Рассматриваются частные и интегральные отрицательные факторы, возникающие в неживой и живой природе в результате таких преобразований, как:

• отчуждение территорий в результате роста городов и зон их влияния;
• перераспределение атмосферных стоков, изменение режимов функционирования поверхностных вод, рек и водоемов;
• интенсивное потребление промышленностью полезных ископаемых и других ресурсов неживой природы; 
  нарушение геологического строения местности и гидрологических режимов;
• засорение вредными отбросами атмосферы, грунтов, поверхностных и подземных вод;
• частичная или необратимая деградация живой природы, флоры и фауны;
• нарушение сложившихся социальных условий жизнедеятельности коренного населения.

Города —  это системы, функционирующие столетиями, и отличие градостроительной  экологии заключается в оценке не только последствий строительства объектов и их комплексов. Важно постоянное корректирование методов функционального и технического содержания этих комплексов, развития планировочных структур.

Отличие градостроительной  экологии от инженерной заключается в том, что предметом дисциплины является не отдельное предприятие, а территориальные комплексы и системы населенных мест. Таким образом изучается территориально-градостроительное природопользование.

С этих позиций  градостроительная экология является ключевой планировочно-технической дисциплиной. В ней исследуются методы достижения экологически оптимального компромисса между антропогенными системами разного уровня и природной средой. Решение этой многогранной проблемы возможно только на основе системного подхода. Необходимо комплексное взаимодействие ученых и практиков разных специальностей, поскольку рассматриваемая дисциплина стала не только биологической или географической. Она приобрела значение социально-политической, экономической и технической.

Понятийный  аппарат градостроительной экологии формируется на стыке многих областей знаний. Ниже рассматриваются только основные из них, имеющие принципиальное значение для формирования прикладной теории и практики.

Основным понятием является «биогеоценоз» — совокупность взаимосвязанных природных явлений в литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере (растительном и животном мире), имеющих внутреннее диалектическое единство. В отдельных зонах земной поверхности взаимодействие этих явлений имеют свою специфику, подчиняется определенным закономерностям своего развития, обеспечивающим природное равновесие. Рассматриваемое понятие отождествляют с природной средой.

В отличие от биогеоценоза биоценозом называют системную  совокупность всего живого (биоты), которая характеризуется относительным равновесием внутри компонентов зеленой массы (флоры), а также между флорой и представителями животного мира (фауны).

Следующим по значимости понятием является «экологическая система», относящаяся к классу сложных систем, где люди и природа сосуществуют и их выживаемость зависит друг от друга. Как среда обитания человека, вносящего значительные коррективы в природные взаимосвязи, она имеет свои специфические особенности:

• противоречивость поведения естественных и искусственных объектов, составляющих экосистему;
• многомерность формирующих и деградационных процессов, протекающих в системе;
• принципиальную неприменимость традиционных методов оптимизации по экономическим критериям хозяйственно-экономической целесообразности.

Экосистемы  часто идентифицируют с окружающей средой объединяющей природу и искусственно созданные материальные компоненты, где происходят производственные и социально-экономические процессы человеческой деятельности. Здесь изменяются природные условия, и это влияет на надежность функционирования природно-градостроительных систем. Надежность зависит от устойчивости, равновесия, живучести и безопасности. В эти понятия вкладывается следующее.

Устойчивость — внутреннее свойство, характеризующее способность экосистемы (окружающей среды):

• выдерживать изменения, вызванные внешними факторами, например техногенными воздействиями на природу;
• оказывать сопротивление внешним воздействиям, в основном техногенным;
• проявлять способность к самовосстановлению или принудительному восстановлению системы.

Равновесие — свойство экосистемы сохранять устойчивость в пределах регламентированных границ антропогенных изменений ее параметров.

Живучесть — свойство экосистемы, характеризующее ее способность к самовосстановлению и экологической защите от антропогенного вмешательства в природу.

Безопасность  — свойство, определяющее риск потерь устойчивости, равновесия и живучести экосистемы. 
Перечисленные свойства имеют структурную взаимосвязь. Она показана на рис. 1.1. Управление этими свойствами связывают с охраной окружающей среды. Часто градостроительную экологию отождествляют с этим понятием, но следует исправить бытующую в практике методическую ошибку и рассматривать охрану среды как средство достижения цели — устойчивой экологичности.

Кроме описанных  понятий, необходимо охарактеризовать еще следующие.

Репродуктивность  территории — это способность воспроизводить основные элементы природной среды: атмосферный воздух, воду, почвенно-растительный покров.

Воспроизводство природных ресурсов — совокупность мероприятий, направленных на восполнение (репродукцию) или увеличение возобновляемых ресурсов или усиление полезных свойств геосферы. Воспроизводство биомассы связано с сукцессией.

Антропогенная сукцессия — это смена биоценоза, замедленная или внезапная, вызванная воздействием человеческой деятельности. В отличие от антропогенной, природная сукцессия представляет собой последовательную смену биоценозов, преемственно протекающих на одной и той же территории под влиянием в основном природных факторов, в том числе внутренних противоречий развития самих биоценозов и опасных природных процессов (рис. 1.2).

Циклическая сукцессия представляет собой вековую естественную динамику развития климаксовой экосистемы. Примером такого процесса может служить постепенное превращение лесного молодняка в спелый, а затем перестойный лес. Потом его заболачивание или саморазрежение (остепнение), затем естественное разболачивание или загущение молодняком того же видового состава.

Климакс — устойчивая фаза развития растительности, находящейся в полном единстве с почвенными и климатическими условиями местности. Иногда понятие трактуют шире, как финальную сукцессионную стадию развития биоценоза в данных условиях существования. Эта стадия характерна большой замедленностью процессов развития.

Кризисное состояние — потеря устойчивого взаимодействия элементов экосистемы, когда параметры этой системы приближаются к допустимым пределам изменений, переход через которые ведет к деградации.

Деградация природной среды — разрушение экосистемы, вызванное хозяйственной деятельностью за пределами норм ПДК и ПДВ (расшифровку см. ниже). Потеря устойчивого взаимодействия элементов геосферы, нарушение природного обмена веществ и энергии между природными и техногенными объектами (системами).

Экологический кризис — интегральные последствия накопления рисков до предельного состояния (деградации). Такой кризис выражается в неспособности преобразованной естественной среды выполнять функции обмена веществ и энергии, а социальной среды — исправлять это положение, опираясь на экологические законы. Экологический кризис является социальным явлением, вызванным отсутствием инвестиций в охрану окружающей среды. Он может быть и следствием экологической необразованности общества, влекущей за собой несоблюдение правил охраны природы и законов, регламентирующих хозяйственную деятельность людей.

Экологический риск — степень вероятности неблагоприятных для экологических ресурсов потерь любых естественных связей — последствий любых антропогенных изменений, нарушающих обмен веществ и энергии. Такие изменения могут быть преднамеренными или случайными, постепенными или катастрофическими. Они приводят к трансформации параметров среды или преображению объектов системы.

Охрана окружающей среды является практической реализацией целенаправленных действий, необходимых для обеспечения устойчивости градостроительных систем. Сюда относят управление состоянием городской среды на базе ее экологической оценки. Не менее важна обратная связь — экологический мониторинг градостроительной деятельности. Опираясь на оперативную информацию, можно принимать управленческие решения по ресурсопотреблению, сокращению и утилизации выбросов и отходов. Эти решения обосновывают не только оперативной информацией, но и нормативно-законодательными ограничениями. Поэтому необходима научная база разработки соответствующих норм и правил. Эти нормы выражают в виде предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в составляющих геосферы или предельно допустимых воздействий (ПДВ) на эти составляющие. Нормативными ПДК и ПДВ выражают минимальные и максимальные значения параметров загрязнения и воздействия. На их основе выявляют такие производные величины, как емкость, репродуктивность территории, воспроизводство природных ресурсов, деградация среды и экологический кризис. Базируясь на этих нормах, разрабатывают рациональные средства охраны природы.

Емкость территории — способность абсорбировать чужеродные внешние воздействия на природу без изменения ее состояния. Емкость измеряют плотностью населения на единицу площади, удельным весом посторонних веществ, избыточной энергией и т.п.

3. Экологическая характеристика городов

Город представляет собой сложную  среду обитания, где человек взаимодействуют  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 биосистему. Антропогенную субсистему стратифицируют на следующие подсистемы: производственную, градостроительную и инфраструктурную. Естественно, что такие понятия, как, например, градостроительная подсистема, объединяют в себе структуры более низкого ранга, а они — следующие ступени ранжирования.

Территориальное образование  — город — экологически можно  охарактеризовать, представив в виде многоступенчатого «дерева свойств» (рис. 1.3). 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. Последняя оценка является наиболее объективной, поскольку при численном выражении ограничений исключается субъективность.

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 водоемы и водотоки, парки, лесопарки и другие зеленые насаждения. Природа как бы входит в состав городских территорий. Обеспечивается пространственное единство застройки, зеленых 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 озелененные пространства, по площади равные территориям, занимаемым асфальтовыми покрытиями, зданиями и различными городскими сооружениями.

Однако такие  поселения не экономичны, поскольку  требуют протяженных транспортных и ресурсообеспечивающих коммуникаций. Кроме того, экстенсивная застройка активно поглощает один из основных природных ресурсов — территорию суши, а на густо заселенных континентах свободных земель становится все меньше.

В мире прослеживается тенденция уплотнения поселений. 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 поселений, в которых один город пе- I истекает в другой и целые области превращаются в единый мегаполис.

В крупных городах антропогенные  системы оказывают весьма ощутимое давление на природную среду. Урбанизация  преобразовывает ее радикально, нарушая природное равновесие. Возникают антропоприродные системы, где преобладают антропогенные составляющие.

Градостроители считают необходимым  всеми возможными средствами обеспечивать устойчивость таких систем, сохранять способность к восстановлению, хотя бы частичному и принудительному. Для этого необходима перманентная оценка состояния среды обитания. Ее выполняют пофакторно, используя схему, приведенную на рис. 1.3.

Город — это динамично функционирующая система. 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 зиждется на анализе градостроительной деятельности на всех стадиях: от разработки проекта до многолетнего мониторинга при эксплуатации и реконструкции. В поселениях доминируют люди, поэтому они искусственно создают и регулируют потоки вещества и энергии. В силу социального поведения человечество во многом влияет на эти процессы, формирует и разрывает природные трофические цепи, например, газового и теплового обмена. Оно создает среду своего обитания, поскольку материальная сфера и архитектура города представляют собой результат деятельности человека и они довлеют над природными процессами. Эта деятельность особо ощутима при эксплуатации городских структур, их функционального использования, беспрерывного преобразования и развития, а потребность в этом возникает повсеместно под давлением экономической, социальной, демографической и транспортной ситуации.

Город — аккумулирующая система. Баланс вредных веществ в его пределах, как правило, положительный и ведет 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 заиливаются 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 определенная закономерность накопления в городе таких не свойственных живой природе, явлений. Атмосфера засоряется выбросами, почвы собирают вредные вещества. Возникают и другие отрицательные последствия урбанизации, с которыми природа не может справиться, поскольку теряется способность к самовосстановлению.

Город—чрезвычайно зависимая экосистема. Если все экосистемы открытые, то города сверхоткрытые. Они полностью зависят от окружения, в чем и проявляется «экологический паразитизм» урбанизированных образований. Город не может прокормить свое население. Он Дышит чужим воздухом и пьет чужую воду. Одновременно с этим выбрасывает в биосферу большое количество продуктов своей жизнедеятельности. Это видно из табл. 1.1, в которой приведены примерные объемы некоторых природных ресурсов, потребляемых городом с населением 1 млн. чел. 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.

Таблица 1.1

Помимо потребления 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.

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 давление на естественную среду обеспечивает экологическое равновесие. На местности сохраняется репродуктивность, т. е. способность воспроизводить потребляемые элементы среды. Однако если интенсивность давления превышает экологическую емкость территории, 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 веществ и энергии, поэтому экологическое равновесие экологических систем города крайне неустойчиво. 
На это накладывается несбалансированность биомасс. За счет 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 надежность функционирования природ- но-градостроительных систем может быть достигнута другими средствами, нежели она обеспечивается в естественных условиях. Необходима подпитка продовольствием извне. Население крупных городов получают сельскохозяйственные продукты не только из пригородов, но из других областей и регионов.

Город — конгломерат искусственных экологических микросистем: зданий и сооружений жилой, промышленной и коммунально-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 тепловлажностный 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  применяют 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 живые микроорганизмы переносятся в помещения из загрязненного наружного воздуха. В застройке не всегда обеспечиваются надлежащие аэрационные и инфляционные режимы, что усугубляет экологическую ситуацию.

На экологическую комфортность внутренней среды существенно влияет шумовое загрязнение прилегающих к застройке территорий. Аналогично воздействуют и возмутители вибрационных явлений, например рельсовый транспорт.