Лекция 1. Экологическое равновесие на урбанизированных территориях

Литвенкова И.А.

У 91 Экология городской среды с основами промышленной экологии: учебно-методический комплекс/И.А.Литвенкова. – Витебск: Издательство УО «ВГУ им. П.М.Машерова», 2007 – с.

Учебно-методическое пособие подготовлено в соответствии с учебной программой по курсу «Экология городской среды» для студентов, обучающихся по специальности «Биоэкология». В пособии раскрыты вопросы экологии города как урбоэкосистемы. Рассматриваются различные виды и источники загрязнения городской среды, а также методы охраны и очистки воздушного бассейна, вод, проблемы утилизации отходов. Лекционный материал дополнен контрольными вопросами и заданиями для лабораторных работ.

Учебно-методический комплекс предназначен для студентов, обучающихся по биолого-экологическим специальностям вузов, учителям биологии и экологии.

 

 

УДК 502(075)

ББК 20.1 я73

 

Литвенкова И.А. 2007

УО «ВГУ им. П.М.Машерова», 2007

 

СОДЕРЖАНИЕ

Лекция 1. Экологическое равновесие на урбанизированных территориях………………………..………………………………………………….
Лабораторная работа 1. Оценка экологической совместимости населенных мест и природной среды……………………………………………………………..
Лекция 2. Экологические основы водопотребления и очистки сточных вод……………………………………………………………......................................
Лабораторная работа 2. Изготовление препаратов активного ила и оценка качества работы очистных сооружений по гидробиологическим показателям….
Лекция 3. Формирование атмосферного воздуха в городах………………………
Лабораторная работа 3. Определение зон рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере………………………………….................................................................
Лабораторная работа 4. Оценка шумового режима автотранспорта по эквивалентному уровню звука LА экв расчетным и графоаналитическим методами в условиях городской среды………………………………………………………………
Лекция 4. Экологическая оценка воздействия вредных веществ, особенности их кумуляции и регламентации поступления в окружающую среду………………………………………………………………………………….
Лабораторная работа 5. Исследование воздуха на содержание пыли вне и внутри жилого помещения …………………………………………………………
Лекция 5. Экологические проблемы городов Беларуси…………………………...
Лабораторная работа 6. Экологический анализ атмосферного воздуха городов Беларуси………………………………………………………………………………
Лекция 6. Энергетические объекты городов – основной техногенный фактор воздействия на биосферу…………………………………………………………….
Лабораторная работа 7. Функциональное зонирование территории жилого района…………………………………………………………………………………
Лекция 7. Оценка величины критических нагрузок на городские экосистемы....
Рекомендуемая литература…………………………………………………………..

 

Введение

 

Развитие любого общества основано на потреблении. Основой хозяйственной деятельности является производство. В результате производственной деятельности людей возникли сложные структуры взаимодействия технических и природных комплексов, называемые природно-техническими геосистемами. Это специфические новообразования, распространение которых ныне во многом определяет сущность географической оболочки Земли: состояние природных комплексов, процессы распределения и перераспределения веществ и энергии, баланса между природообразующими сферами. По выражению академика В.И.Вернадского, «человек становится крупнейшей геологической силой, меняющей облик нашей планеты».

Развитие производства немыслимо без использования природы и ее разнообразных ресурсов. Современная экологическая обстановка на планете характеризуется сосредоточением гигантского количества техногенных источников, сравнительно равномерно распределенных по поверхности Земли и обуславливающих ареалы антропогенных потоков различной мощности. Пожалуй, самое отрицательное воздействие производства на окружающую природную среду – это ее загрязнение, которое во многих районах мира достигло критического уровня для устойчивости экологических систем и здоровья людей. Весьма неблагоприятная экологическая ситуация, складывающаяся в настоящее время во многих городах мира, рост доли городского населения позволяет говорить о проблемах городской среды как о глобальных проблемах человечества. Город - это нарушенная экосистема, в которой изменяются природные условия, нарушается экологический баланс, что оказывает неблагоприятное влияние на здоровье человека.

В 1972г. В Стокгольме состоялась 1 Международная конференция по охране окружающей среды, на которой был принят ряд соответствующих документов, направленных на регулирование техногенного воздействия в целях охраны природы. В последние десятилетия в наукев связисростом промышленного производства, демагрофическим взрывом, резким усилением темпов урбанизации, а главное, небывалым ранее потреблением природных ресурсов получило развитиеспециальное направление -прикладная экология.

В данном учебном пособии излагаются прикладные аспекты экологии по таким направлениям как: урбоэкология, промышленная экология, мониторинг загрязнения природной среды. Комплекс включает основные, по мнению автора, аспекты экологии городской среды, связанные с проблемами загрязнения и очистки атмосферного воздуха, вод и почвы в условиях городской экосистемы. Рассмотрены вопросы экологического равновесия на урбанизированных территориях, приводятся методы оценки экологической совместимости населенных мест и природной среды. Уделяется внимание вопросам нормирования окружающей среды, основанного как на определении предельно допустимых концентраций веществ, так и на биогеохимиче­ских принципах (концепция определения критических нагрузок). Освещаются актуальные вопросы и проблемы традиционной и нетрадиционной энергетики, перспективы использования различных видов энергии в Республике Беларусь. Уделяется внимание экологическим проблемам городов Беларуси.

Теоретический материал, представленный отдельными темами лекций, дополнен контрольными вопросами; в комплекс включены лабораторные работы, отражающие практическое использование и закрепление усвоенного материала. Приведен список рекомендуемой литературы по данному курсу.

Рассматриваемый учебно-методический комплекс предназначен для студентов, обучающихся по экологической специальности университета.

Лекция 1. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

1. Экологическое равновесие в градостроительстве.

2. Экологический каркас страны и региона. Понятие БТС (биоэкономиче­ская территориальная система).

3. Концепция устойчивого развития городов.

1. Проблему устойчивости природно-антропогенных систем решают в двух плоскостях. Одна из них – создание благоприятного социального микроклима­та всамом городе. Эта проблема имеет несколько аспектов. Пер­вый – обеспечить многообразие возможностей в выборе рабочих мест, отвечающих устремлениям и предпочтениям людей. Вто­рой — удовлетворить возрастающие потребности в жилье и стратеги­чески ориентировать строительство на особенности этнических требо­ваний людей разных национальностей. Третий – гарантировать широ­кий набор высококачественных услуг, включая медицинское обслужи­вание и образование. Четвертый – расширить спектр учреждений досуга и отдыха. И пятый – обеспечить удобные транспортные связи в пределах города и агломераций.

Второй пласт проблем устойчивости связан с градостроительной экологией. К ним относится взаимодействие населенных пунктов с окру­жающей природной средой. В сферу рассмотрения включаются все большие территории, способные поддержать экологический баланс. В зависимости от их величины эти проблемы изучают на разных уровнях:

· всей планеты, государства или группы стран;

· урбанизированного региона страны, районной агломерации;

· города и его функциональных зон, микрорайона, квартала застройки.

Экологическое равновесие в урбоэкологии определяют как состояние природно-антропогенной среды, при котором обеспечивает­ся ее длительная устойчивость. При этом не нарушаются условия репродуктивности основных абиотических элементов геосферы: воздуха, воды и почв. Возможна сукцессия биотических компонентов биосфе­ры: флоры и фауны. Критерием экологического равновесия является эко­логическая емкость территории, т. Е. способность поглощать посторон­ние вещества и энергию без существенного изменения параметров ок­ружающей среды. Одним из факторов, положенных в основу градации антропо-природных систем, принята плотность населения. Различают три уровня: полного, условного и относительного равновесия [5].

Полное экологическое равновесие применительно к средней полосе России обеспечивается на территориях с плотностью населения не бо­лее 60 чел./км². Считается, что в системе расселения с такой плотно­стью обеспечивается достаточно сбалансированное соотношение меж­ду природой, урбанизированной средой и техникой. Однако влияют и другие факторы, например климат, гидрологическая и биосферная си­туации. Так, при указанной выше плотности леса должны занимать не менее 30% площади.

Условное экологическое равновесие создается, когда природные ре­сурсы естественно воспроизводятся, но не в полной мере. Это харак­терно для урбанизированных территорий с плотностью населения не выше 100 чел./км² и лесистостью 20—30%.

Относительного экологического равновесия в средней полосе стра­ны можно достигнуть в тех случаях, когда урбанизированная террито­рия оказывается нагруженной в пределах допустимых воздействий, но полное воспроизводство компонентов природной среды не обеспечива­ется. Тогда геохимическое и биохимическое равновесие частично на­рушается, поскольку ландшафты не способны полностью нейтрализо­вать загрязнение среды. Однако она не деградирует. Сохраняется ус­тойчивое взаимодействие элементов экосистемы.

Экологическое равновесие мо­жет быть достигнуто только на об­ширных территориях, поскольку плотно застроенный город не в со­стоянии обеспечить воспроизводст­во основных природных ресурсов. Охраняемые природные заповедни­ка и лесные массивы, почво- и во­доохранные зоны создают не только для сохранения ценных ланд­шафтов, редких видов флоры и фа­уны. Они приобретают новую фун­кцию — противовеса негативному воздействию индустриализации.

Охраняемые территории вклю­чают в природные системы регио­на. Считают, что нетронутые ланд­шафты должны уравновесить урба­низированные территории. Экологический каркас страны или региона рассматривают как природную составляющую пространственной организации расселения. Построение такого каркаса основывают на концепции, суть которой заключается в искусственной поляризации биосферы на обширных территориях. За поляризованными планировоч­ными образованиями закрепляют определенные хозяйственные и эко­логические функции. Это позволяет определять техногенную и демог­рафическую нагрузки на среду обитания.

Относительное и тем более условное экологическое равновесие может быть достигнуто двумя путями: 1) внедрение технических нов­шеств, очистных сооружений и устройств новых поколений; 2) на ос­нове использования градостроительных методов создание экологиче­ски сбалансированных территориальных урбанизированных систем. Первое направление требует колоссальных затрат на приобретение и установку эффективной средозащитной техники. Второе направление менее затратное в том случае, если баланс со­ставляющих урбанизированных планировочных образований заклады­вается в проекты. Важно и полноценное осуществление этих проектов в натуре.

2. На степень экологического равновесия влияет соотношение зон с различными экологическими и хозяйственными режимами. Пространственные системы расселения в крупных регионах необходимо организовывать с учетом взаимодействия урбанизированных и природных структур. С экологических позиций регион можно представить как биоэкономиче­скую территориальную систему (БТС), в которой целесообразно выде­лить три урбоэкологические зоны: хозяйственной активности, экологи­ческого равновесия и буферную (Рис. 1).

Зоны наибольшей хозяйственной активности объединяют системы расселении с крупными городами — центрами регионов, агломераций и местных планировочных образований (Рис. 2). Это наиболее плотно заселен­ные территории и поэтому техногенное воздействие на природу здесь велико. Помимо промышленности эти районы могут включать зоны с интенсивным сельским хозяйством или предприятиями добывающей промышленности. Режим использования земель в таких зонах может быть определен в зависимости от функций градообразующей базы. Исходя из совокуп­ности социальных и экономических потребностей региона расчетным путем можно установить ресурсопотребление. Выделить не только зо­ны наибольшей активности, но и зоны ограниченного развития.

Зоны экологического равновесия. Здесь сохраняют ландшафты, необходимые для воспроизводства природных ресурсов. Проводят мероприятия по защите окружающей среды, со­хранению водного баланса, чистоты рек и других открытых водоемов. Ограничивают промышленное использование земель, запре­щают хозяйственную вырубку лесов, поддерживают лесистость в пре­делах 40—50%. Размеры зон экологического равновесия определяют расчетом. При этом решают задачу устойчивости природно-антропогенной системы по критерию ее функционального развития.

Буферные зоны несут функции компенсации экологической неполноценности региональных систем расселения в наиболее заселенных районах страны. Они также обеспечивают экологическое равновесие в перспективе при дальнейшем хозяйственном развитии регионов. Буферные зоны увязывают с внешними границами БТС, а ширину назначают в пределах 100—150 км. Стремятся установить хозяйствен­но-экономический режим по аналогии с зонами экологического равно­весия.

 

 

 

Рис. 1. Схема урбоэкологического зонирования региона (По Н.В.Маслову, 2002)

Компенсационные зоны призваны возмещать изъятие системами расселения природных ресурсов в масштабе страны. Для этой цели используют наименее освоенные территории, как правило, обладающие значительным экологическим потенциалом.

В результате природоохранного анализа и урбоэкологического зонирования территории, создают экологический каркас региона (Рис. 1).

Создание устойчиво развиваю­щихся городов, населенных пунктов и их агломераций основывается на разработке экологических каркасов (рис. 2). Они применимы для планировоч­ных образований различной величины. Природный каркас городов планировочно строят, учитывая его величину, профиль градообразующей базы и характерные особенности биосферы. Подходы к построению такого каркаса весьма индивидуаль­ны. Однако определенные рекомендации градостроителей и экологов учитывают обязательно.

Во-первых, объединяют крупные зеленые массивы города с эле­ментами экологического каркаса окружающей территории. Эти эле­менты расценивают как логическое продолжение природного каркаса города.

Во-вторых, увязывают элементы городского каркаса в единую сис­тему. Зеленые насаждения включают в «сетку» экологических связей, на пересечении которых стараются формировать зеленые массивы.

В-третьих, обеспечивают проникновение относительно автономных частей каркаса во все планировочные структуры города — жилые рай­оны и микрорайоны, промышленные и коммунально-складские зоны. Эти части каркаса формируют одновременно с развитием архитектур­но-планировочной структуры города, возведением новых городских массивов.

 

Рис. 2. Схема экологического каркаса пространственной организации расселения Примечание: 1 – зона наибольшей хозяйственной активности; 2 – то же, ограниченного развития; 3 – то же, экологического равновесия; 4 – буферная зона; 5 – компенсационная зона; 6 – города, центры планировочных образований; БТС – биоэкологическая территориальная система.

 

3. Впервые термин «устойчивого развития горда» определен в докладе Комиссии ООН по окружающей среде и развитию в 1992г. Он подразумевает программы стабилизации численности населения и объемов промышленного производства, развития экономики, не разрушающей природу Земли. В концепции устойчивого развития понятие городской среды обитания не ограничивается экологи­ческими аспектами взаимодействия человека и природы. Город рас­сматривают как целостный антропоприродный комплекс, где обще­ством должны быть обеспечены и сохранены для потомков оптимальные условия существования. Не в ущерб экологической составляющей усилена привлекательность городской среды за счет упорядочения хо­зяйственно-экономической деятельности и расширения различного ви­да услуг.

Устойчивое развитие городов определено как гораздо более широкая концепция, чем защита окружающей среды. Это понятие имеет как социально-экономические, так и культурные и экологические характеристики. Проблема устойчивого развития городов включает проблемы, испытываемые внутри городов, проблемы, вызываемые или создаваемые городами, а также потенциальные решения, могущие быть найденными и представленными городами.

Приток населения в города связан с их притягательностью, которая заключается в том, что крупные населенные пункты являются центра­ми трудовой деятельности. Полифункциональные города обеспечивают многообразие средств существования и предоставляют возможность выбора рабочих мест. Одновременно открывается широкий спектр культурных и социальных услуг. Объединение разнообразных мест приложения труда и удовлетворение социально-бытовых потребностей очень важны для человека XXI века. Среду обитания, в полной мере обладающую такими свойствами, признают оптимальной, но только при условии обеспечения защиты от отрицательного воздействия, вы­зываемого концентрацией людей на небольших площадях.

Однако по заключению ООН большинство современных городов об­ладают отрицательными свойствами, основными из которых являются:

· интенсивное загрязнение окружающей среды продуктами хозяйственной деятельности, сконцентрированной в одном месте;

· нарушение баланса в использовании трудовых ресурсов коренного населения, изменения свойств занимаемой аборигенами «экологиче­ской ниши»;

· недостаточный уровень жилищных, лечебных и санитарно-гигиени­ческих услуг, вызванный перенаселенностью и скученностью;

· расширение городских территорий, что влечет за собой удаление друг от друга пунктов притяжения населения и связанное с этим ухуд­шение транспортного обслуживания, если не решены проблемы интен­сификации и организации движения;

· недостаточное водо- и энергоснабжение, водоотведение и утилизация твердых отходов.

В связи с изложенным, можно определить узловые проблемы устойчивого развития городов. Одна из них – это долгосрочное планирова­ние экономической и производственно-хозяйственной деятельности. Существует потребность в развитии градообразующей базы с со­зданием разнообразных мест приложения труда. Это важно для жителей, поскольку открываются широкие возможности выбора рабочих мест. При определении состава производств следует учитывать сложившиеся у населения стереотипы. Задействовать в производстве и хозяйстве людские ресурсы в соответствии с их демографо-трудовыми особенностями и квалификацией.

Другая проблема формирования градостроительной базы связана с экологической безопасностью среды обитания. Необходимо внедрение во все производства ресурсосберегающих, мало- и безотходных техно­логий. Нужно совершенствовать и строить сооружения очистки и ути­лизации твердых и жидких отходов.

Еще она проблема – это рациональное развитие инженерных инфраструктур жизнеобеспечения города. Цель их развития заключается в удовлетворении потребностей населения в таких ресурсах, как чистая вода, электричество и другая энергия.

К системам инженерной инфраструктуры относится и транспортная. Необходимо постоянное улучшение транспортного обслуживания горожан путем реконструкции существующей улично-дорожной сети, совершенствования организации городского движения и связей с внешним транспортом. Социальную политику рекомендуют ориентировать на увеличение палитры культурно-бытовых услуг. Рационально всеми средствами расширять систему объектов культуры, отдыха и торговли. В связи с возникшей потребностью в религиозно-культовых сооружениях восстанавливать их и строить новые. В городах весьма остра проблема сохранения ландшафтов. В целях предотвращения их деградации следует щадящее использовать земель­ные ресурсы. Оптимально сочетать освоение новых территорий с уп­лотнением существующей застройки. Учитывать, что расширение го­родов, помимо прочих следствий, влечет за собой проблему транс­портных перевозок на большие расстояния.

Устойчивая и экологически оптимальная городская среда обитания может быть создана только при рациональном сочетании хозяйствен­ной деятельности с природоохранными мероприятиями. Поэтому по рекомендациям ООН стратегию и тактику содержания и развития го­родов необходимо строить на принципах комплексного подхода к объ­емно-планировочной организации территорий. Такая организация яв­ляется предметом градостроительного планирования. Следовательно, в соответствии с концепцией ООН градостроительство неразрывно свя­зано с организацией оптимальной среды обитания, экологически до­статочно чистой и обязательно устойчивой во времени.

Лабораторная работа № 1