ВВЕДЕНИЕ
Учебно-методическое пособие ориентировано на подготовку студентов по дисциплине «Экология». Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии – экосистемы – природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Современный подход к задачам экологии обозначил развитие новых научных направлений – инженерной экологии, биотехнологии, генной инженерии, геоэкологии и других наук. Любое вмешательство в окружающую среду может привести к непредвиденным последствиям. Важно учитывать состояние природных комплексов: свойства ландшафта данной местности, степень увлажненности, характер растительности и продуктивности, и многие другие факторы, от которых зависит устойчивость экосистем к техногенным воздействиям.
В пособии предлагается ряд практических работ, выполнение которых обеспечивает развитие навыков системного анализа и обработки экологической информации, закрепление и совершенствование знаний, применяемых в региональной экологии и смежных направлениях, способствует формированию экологической культуры.
Цель дисциплины – повышение качества подготовки бакалавров в области экологии и защиты окружающей среды путем получения ими практических навыков и умений для решения конкретных профессиональных задач.
Основные задачи дисциплины – получение обучаемыми теоретических знаний и практических навыков, необходимых: для реализации законов и других нормативных документов в области экологии и охраны окружающей среды; для разработки способов достижения устойчивого развития; для реализации организационных, правовых и экономических средств предотвращения экологического кризиса
Практическая работа 1. Демографическая емкость территорий
Цель занятия: получение практических навыков определения показателей экологического равновесия урбанизированных территорий.
Задачи:
- изучить общие вопросы урбоэкологии;
- изучить особенности, виды, источники загрязнения городской среды;
- изучить методы оценки состояния окружающей среды;
Учебные вопросы:
1. Понятие «урбанизированная территория».
2. Загрязнение атмосферы: кислотные дожди, истончение озонового слоя.
3. Мониторинг состояния городской среды
4. Демографическая политика Российской Федерации.
5. Концепция устойчивого развития
Изучив данную тему, студент должен:
иметь представление о:
- современных проблемах урбанизированных территорий;
- экологической безопасности городской среды;
знать:
- состав и свойства основных компонентов природной среды;
- источники загрязнения окружающей среды;
- обеспечение экологического равновесия;
- основные факторы воздействия техносферы на природную среду;
- принципы и методы защиты среды от негативного антропогенного воздействия.
уметь:
- оценивать изменения окружающей среды на урбанизированных территориях;
- разрабатывать проекты рекреационных территорий;
- оценивать ресурсы урбанистической системы;
Владеть навыками
- определения максимально возможной плотности населения;
- расчета уровня развития производительных сил;
- навыками принятия решений по обеспечению экологической безопасности,
- методами реализации мер экологической безопасности
Методические рекомендации по изучению темы:
При освоении темы необходимо:
- изучить теоретический материал;
- выполнить задание
- ответить на контрольные вопросы.
Теоретический материал:
Планировочная организация территории, т.е. рациональное и взаимоувязанное размещение в ее пределах зон различного функционального назначения, населенных мест, транспортной, инженерной инфраструктуры и других элементов, а также установление оптимальных режимов взаимного функционирования этих элементов являются основной составляющей схем и проектов районной планировки.
Последовательность работ по планировочной организации территории следующая:
- проводится комплексная оценка территории;
- определяется демографическая емкость территории;
- проводится анализ современной планировочной структуры (включая также ее ретроспективный анализ);
- разрабатывается перспективная структура (с учетом перспектив развития хозяйства);
- на основе результатов комплексной оценки и разработанной перспективной планировочной структуры с учетом демографической емкости территории составляется схема функционального зонирования;
- выделяется система площадок (в соответствующих функциональных зонах с учетом демографической емкости территории);
- характеризуются резервные площадки и производится их классификация;
- разрабатываются альтернативы (варианты) планировки района и выбирается оптимальный вариант;
- составляется проектный план района.
Под демографической емкостью территории понимается то максимальное число жителей района, которое может быть размещено в его границах при условии обеспечения наиболее важных повседневных потребностей населения за счет ресурсов рассматриваемой территории с учетом необходимости сохранения экологического равновесия.
Наиболее актуальным следует считать определение демографической емкости районов крупных городов, развитых промышленных и курортных районов, поскольку от результатов исследований зависят необходимый уровень инженерного оборудования и благоустройства территории, а также режим ее использования.
Демографическая емкость не адекватна проектной численности населения, она служит лишь своеобразным порогом, предостерегающим от чрезмерного промышленного развития в том или ином районе.
Демографическая емкость районов устанавливается путем анализа наиболее важных для повседневной их жизнедеятельности природных компонентов:
- территорий, пригодных для промышленного и гражданского строительства;
- сельскохозяйственных земель, пригодных для организации пригородной сельскохозяйственной базы;
- ресурсов поверхностных и подземных вод;
- территорий, благоприятных для организации массового отдыха населения.
Важное значение в планировочной организации территории имеют планировочная структура и функциональное зонирование территории района - объекта районной планировки, разработка которых должна осуществляться на основе анализа территории.
На основе результатов комплексной оценки территории и природных ресурсов в сопоставлении с общими нормативами потребности народнохозяйственного комплекса и населения района в площадях для промышленного и гражданского строительства, воде, рекреационных ресурсах и продуктах пригородного сельского хозяйства выявляется ориентировочная демографическая емкость того или иного района. При этом частные демографические емкости района (по территории, воде, рекреационным ресурсам, пригородной сельскохозяйственной базе) должны быть тщательно проанализированы, на основании чего должно быть принято окончательное суждение об общей демографической емкости территории района (чаще всего по минимальному показателю).
Определение демографической емкости территории производится, как правило, в проектах районной планировки, хотя в схемах районной планировки сравнительно небольших по территории развитых в промышленном отношении областей также целесообразно определение этого показателя. Устанавливать демографическую емкость необходимо во всех случаях, когда перспективная плотность населения области или района превышает 50 - 60 чел. на 1 км2.
Определение демографической емкости по наличию территорий, пригодных для промышленного и гражданского строительства, следует производить из расчета территорий, получивших самую высокую оценку по комплексу рассмотренных факторов. При этом используют ориентировочный показатель потребности в территории для 1 тыс. жителей, который принимают равным 20 - 25 га (в зависимости от характера производственной базы района).
Демографическая емкость территории – условный порог, достижение которого совершенно необязательно в расчетный период. Демографическая емкость служит лишь своеобразным сигналом, предостерегающим от чрезмерного промышленного развития в том или ином районе. Возможны и более крупные масштабы развития некоторых районов, чем допускают их демографические емкости, но тогда такое развитие пойдет за счет определенного ущемления интересов смежных районов (что при высокой хозяйственной освоенности и плотной заселенности территории крайне нежелательно) или за счет значительного удорожания строительства и больших затрат на охрану окружающей среды в рассматриваемом районе. Демографическая емкость территории - переменная величина; с течением времени в условиях научно-технического и социального прогресса, с ростом национального богатства, повышением плодородия почв и продуктивности лесов показатели демографической емкости отдельных районов будут повышаться. Поэтому определение демографической емкости района необходимо проводить с учетом мероприятий районного, регионального значений, которые могут оказать существенное влияние на природные компоненты района.
Основная цель оценки территории в районной планировке заключается в установлении определенного взаимного соответствия между многообразными общественными потребностями и возможностями территории, в определении степени пригодности природного или природно-технического комплекса территории для определенного вида их хозяйственного использования.
Важные показатели экологической ситуации в районе или городе – урбоэкологические характеристики — репродуктивная способность, геохимическая активность, устойчивость к физическим нагрузкам и экологическая емкость территории. Эти характеристики, имеют между собой тесные взаимосвязи, служат необходимой исходной базой для анализа и прогнозирования состояния важнейших компонентов природной среды, а также выступают как общие экологические ограничения при определении перспективных параметров хозяйственного развития города или района, численности его населения и, в конечном итоге, могут влиять на характер намечаемых в районе мероприятий по охране окружающей среды.
Урбоэкологические характеристики вместе с демографической емкостью территории помогают актуализировать и перевести на операционный уровень важнейшую природоохранную цель градостроительства - сохранение в районе экологического равновесия.
Репродуктивная способность территории – способность территории какого-либо района – объекта районной планировки воспроизводить основные элементы природной среды – атмосферный кислород, воду, почвенно-растительный покров. Определение репродуктивной способности основано на комплексной оценке и балансе территории района и достигается благодаря возможности установить продуктивность отдельных растительных сообществ, участков местности и т.д.
Важное значение для установления возможных масштабов промышленного развития районов имеет определение коэффициента репродукции, т.е. отношение показателей репродуктивной способности территории к показателям фактического или перспективного потребления основных составляющих биосферы. При коэффициенте репродукции, равном 1, можно говорить о сбалансированном потреблении того или иного компонента природной среды. Коэффициент репродукции менее 1 характеризует район как неблагоприятный, и в этом случае необходимо предусмотреть меры для восстановления экологического равновесия в районе. Эти меры могут быть весьма разнообразны: сдерживание промышленного развития, повышение лесистости района, проведение комплекса различных природовос-становительных мероприятий и т.д.
Большое значение при обосновании режима хозяйственного использования территории имеет и выявление ее геохимической активности, т.е. способности территории перерабатывать и выводить за свои пределы продукты техногенеза – минеральные и органические загрязнения, попадающие в атмосферный воздух, воду и почву со стоками и выбросами промышленных и энергетических предприятий, транспорта, жилищно-коммунального сектора. Геохимическую активность территории в первую очередь обуславливают интенсивность превращения органических и минеральных веществ в почвах и на их поверхности; интенсивность превращения химических веществ в атмосфере; интенсивность выноса техногенных элементов воздушными и водными потоками за пределы соответствующих ландшафтно-геохимических систем.
Устойчивость территории к физическим нагрузкам характеризует сопротивляемость тех или иных ландшафтов к физическим антропогенным воздействиям (транспортные, рекреационные нагрузки и др.). Поскольку в настоящее время наиболее полно определены предельные нагрузки на ландшафт в рекреационной сфере, они и используются для определения этой урбоэкологической характеристики.
Экологическая емкость территории – это максимально возможная в конкретных условиях данного района биологическая продуктивность всех его биогеоценозов, агро- и урбоценозов с учетом оптимального для данного района состава представителей животного и растительного мира. Особое значение здесь имеет установление экологической емкости естественных сообществ – биогеоценозов, где необходимо учитывать не только оптимальный состав растительного и животного мира, но и трофические цепи, минимально возможные в данных условиях численности популяций, заполнение экологических ниш, возможность интродукции полезных животных и т.д.
Конкретный выход экологическая емкость получает как плотность биомассы разного вида на единицу территории. Значение этой характеристики состоит в следующем. Во-первых, полноценный породный и видовой состав биогеоценозов — главная гарантия повышения их устойчивости к неблагоприятным воздействиям. В экологии, как известно, считается общепринятым, что чем сложнее биогеоценоз или экосистема, чем длиннее в них трофические цепи (цепи питания), тем лучше они противостоят различным внешним и внутренним воздействиям. Во-вторых, только путем достижения максимальной экологической емкости можно не только сохранить генофонд наиболее ценных растений и животных, но и сберечь целые их популяции. В-третьих, разнообразные в видовом отношении экосистемы, в том числе экосистемы преобразованных человеком ландшафтов, более всего приспособлены к антропогенным воздействиям и поэтому лучше всего соответствуют требованиям, которые предъявляют к природной среде научно-техническая революция и социальный прогресс в условиях прогрессирующей индустриализации и урбанизации.
Важно также установить коэффициент экологической емкости, для чего надо фактическую величину биомассы района поделить на его экологическую емкость. Значения этого коэффициента менее 0,5 свидетельствуют о сильном ослаблении экосистемы района и необходимости ее целенаправленного совершенствования.
Урбоэкологические характеристики изменчивы. Их можно улучшить проведением комплекса природовосстановительных мероприятий – инженерной подготовкой территории, лесотехническими, технологическими, биотехническими и другими мероприятиями, важное место среди которых занимает рациональная планировочная организация территории района.
Задание 1. Рассчитать демографическую ёмкость территории.
Демографическую ёмкость территории определяют как наименьшее из значений частных демографических ёмкостей по наличию территории, водных ресурсов, подземных вод, рекреационным ресурсам (для отдыха в лесу, для отдыха у воды, по условиям создания пригородной сельскохозяйственной базы.
По наличию территории:
, (1)
где
D1 – частная демографическая ёмкость, чел.;
Т – площадь территории, для которой рассчитывается
демографическая ёмкость;
Н – ориентировочная потребность в территории 1000 жителей (Н = 20–30 га).
По наличию всех водных ресурсов:
, (2)
в том числе поверхностных вод
, (3)
где
D2 – частная демографическая ёмкость, чел.;
Pi – минимальный расход воды в i -ом водотоке при входе в район, которую можно изъять для рассматриваемой территории из общего водохозяйственного бассейна, м3/сут;
К – коэффициент, учитывающий необходимость разбавления сточных вод (для наших широт К = 0,1),
Р – нормативная водообеспеченность 1000 жителей, м3/сут (2000 м3/сут).
Минимальный расход воды Pi (м3/сек) рассчитывается по формуле:
(4)
где
В – минимальная ширина реки (определяется как треть ширины реки в паводок),
h – средняя глубина реки в межень,
v – скорость течения, м/с.
По наличию подземных вод:
, (5)
где
D3 – частная демографическая ёмкость, чел.;
Еi – эксплуатационный модуль подземного стока i -го участка, м3/сут (площадь Тi в данном случае равна 1)
Р1 – нормативная водообеспеченность 1000 жителей, м3/сут (2000 м3/сут).
По рекреационным ресурсам:
Для отдыха в лесу
D4=TL0,5*1000/KHM, (6)
где
D4 – частная демографическая ёмкость, чел.;
Т – площадь территории района, га;
L – коэффициент лесистости района, %;
К – доля рекреантов в летний период (К = 0,4);
Н – ориентировочный норматив потребности 1000 жителей в рекреационных территориях, в среднем Н = 2 км2;
М – коэффициент распределения отдыхающих в лесу и у воды (М = 0,85-0,90 для умеренного климата, М = 0,3-0,4 для жаркого климата);
Для отдыха у воды
, (7)
где
D5 – частная демографическая ёмкость, чел.;
Ri – длина i-го водотока, пригодного для купания, км;
F – коэффициент, учитывающий возможность организации пляжей (в лесной зоне F = 0,5);
КП – ориентировочный норматив потребности 1000 жителей в пляжах, км (КП = 0,5);
М1 – коэффициент распределения отдыхающих у воды и в лесу (М1 = 0,10-0,15 для умеренного климата).
По условиям создания пригородной сельскохозяйственной базы
, (8)
где
D6 – частная демографическая ёмкость, чел.;
Тсх – площадь территории района, благоприятной для ведения сельского хозяйства, га;
q – коэффициент, учитывающий использование сельскохозяйственных запасов под пригородную базу, в среднем q = 0,2-0,3;
h – ориентировочный показатель потребности 1000 жителей района в землях пригородной сельскохозяйственной базы, га, h = 500-2000.
Рассчитать демографическую ёмкости территории по данным таблицы 1.
Таблица 1. Данные для расчета ДЕТ.
| Вари-ант | Пло-щадь терри-тории, T, тыс. га, | Ширина реки в паводок, B м, | Глу-бина реки, h, м, | Ско-рость течения реки, V, м/с. | Эксплуат. модуль подз. стока с 1 га, Ei, м3/сут, | Коэф-фициент лесис-тости L,% | Длина водо- токов, пригод- ных для купания, Ri, км | Площадь, благопри-ятная для ведения с/х Tcx, га |
| 0,9 | 0,929 | 0,45 | 0,35 | |||||
| 1,2 | 0,122 | 0,32 | 0,45 | |||||
| 0,9 | 0,55 | 0,52 | 0,30 | |||||
| 0,5 | 1,786 | 0,63 | 0,25 | |||||
| 0,9 | 0,696 | 0,25 | 0,52 | |||||
| 1,0 | 0,499 | 0,36 | 0,48 | |||||
| 1,1 | 0,611 | 0,54 | 0,31 | |||||
| 0,8 | 0,587 | 0,46 | 0,32 | |||||
| 0,8 | 0,245 | 0,37 | 0,47 | |||||
| 0,9 | 0,44 | 0,39 | 0,54 | |||||
| 0,8 | 0,332 | 0,54 | 0,29 | |||||
| 1,0 | 0,316 | 0,63 | 0,33 | |||||
| 1,3 | 0,155 | 0,48 | 0,47 | |||||
| 1,5 | 0,243 | 0,49 | 0,30 | |||||
| 1,2 | 0,54 | 0,52 | 0,41 | |||||
| 1,2 | 0,245 | 0,46 | 0,28 | |||||
| 0,8 | 0,588 | 0,44 | 0,32 | |||||
| 0,5 | 0,332 | 0,57 | 0,29 | |||||
| 0,9 | 0,928 | 0,43 | 0,35 | |||||
| 1,2 | 0,123 | 0,37 | 0,45 | |||||
| 1,1 | 0,55 | 0,52 | 0,31 | |||||
| 1,78 | 0,63 | 0,25 | ||||||
| 0,9 | 0,689 | 0,25 | 0,52 | |||||
| 1,0 | 0,498 | 0,36 | 0,48 | |||||
| 1,2 | 0,614 | 0,54 | 0,31 | |||||
| 0,9 | 0,332 | 0,63 | 0,29 | |||||
| 1,2 | 0,928 | 0,25 | 0,35 | |||||
| 0,9 | 0,123 | 0,36 | 0,45 | |||||
| 0,5 | 0,55 | 0,54 | 0,31 | |||||
| 0,9 | 1,78 | 0,46 | 0,25 | |||||
| 1,0 | 0,689 | 0,37 | 0,52 | |||||
| 1,1 | 0,498 | 0,39 | 0,48 | |||||
| 0,8 | 0,614 | 0,54 | 0,31 | |||||
| 0,8 | 0,929 | 0,63 | 0,47 | |||||
| 0,9 | 0,122 | 0,48 | 0,54 | |||||
| 0,8 | 0,55 | 0,49 | 0,29 | |||||
| 1,0 | 1,786 | 0,52 | 0,33 | |||||
| 1,3 | 0,696 | 0,46 | 0,47 | |||||
| 1,5 | 0,499 | 0,44 | 0,30 | |||||
| 1,2 | 0,611 | 0,57 | 0,41 | |||||
| 1,2 | 0,587 | 0,43 | 0,28 | |||||
| 0,8 | 0,245 | 0,37 | 0,32 | |||||
| 1,2 | 0,44 | 0,52 | 0,35 | |||||
| 0,9 | 0,332 | 0,63 | 0,45 | |||||
| 1,2 | 0,316 | 0,25 | 0,31 | |||||
| 0,9 | 0,155 | 0,36 | 0,25 | |||||
| 0,5 | 0,243 | 0,54 | 0,52 | |||||
| 0,9 | 0,54 | 0,63 | 0,48 | |||||
| 1,0 | 0,245 | 0,25 | 0,31 | |||||
| 1,1 | 0,332 | 0,36 | 0,47 |
