Экология городской среды

Александр Антонович Челноков, Людмила Федоровна Ющенко, Елена Евгеньевна Григорьева и др

Экология городской среды

Допущено

Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования но естественнонаучным специальностям

Под общей редакцией К.Ф. Саевича

Авторы: А.А. Челноков, Л.Ф. Ющенко, Е.Е. Григорьева, К.Ф. Саевич

Рецензенты: кафедра общей биологии и ботаники Белорусского государственного педагогического университета имени Максима Танка (кандидат биологических наук, доцент В. В. Маврищев); доцент кафедры общей экологии и методики преподавания биологии Белорусского государственного университета кандидат биологических наук, доцент Г.А. Семенюк

Список сокращений

А – архитектурный проект

АЗС – автозаправочная станция

АСПР – автоматизированная система плановых расчетов

АСДНР – аварийно-спасательные и другие неотложные работы

АХОВ – аварийно химически опасное вещество

АЭС – атомная электрическая станция

ВПК – биохимическое потребление кислорода

ВВП – валовой внутренний продукт

ВИЧ – вирус иммунодефицита человека

ВДВ – временно допустимый выброс

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения

ВПУ – вихревой пылеуловитель

ВСВ – временно согласованный выброс

ВЭР – вторичный энергетический ресурс

ГВВ – газовоздушный выброс

ГИС – геоинформационная система

ГЛО – газовое лучистое отопление

ГН – гигиенический норматив

ГО – гражданская оборона

ГОУ – газоочистная установка

ГСЧС – Государственная система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций

ГПП – Генеральный план поселения

ГСКТО – Генеральная схема комплексной территориальной организации

ГФГО – гражданское формирование гражданской обороны

ГЭС – гидроэлектростанция

ДДТ – трихлорметилди(n-хлорфенил)метан (инсектицид)

ДПР – дочерний продукт

ДТП – дорожно-транспортное происшествие

ЕМЕП – совместная программа наблюдения и оценки распространения загрязнителей воздуха на большие расстояния в Европе

ЕРФ – естественный радиационный фон

ЕС – Европейский союз

ЕЭК ООН – Европейская Экономическая Комиссия ООН

ЗСО – зона санитарной охраны

ИЗА – индекс загрязнения атмосферы

ИЗВ – индекс загрязнения воды

КБП – коэффициент биологического поглощения

ККЗ – коэффициент концентрации загрязнения

КО – коммунальные отходы

КПД – коэффициент полезного действия

ДОС – летучие органические соединения

ЛПВ – лимитирующий показатель вредности

ЛРТ – ландшафтно-рекреационная территория

МСЗ – мусоросжигательный завод

МЧС – Министерство по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь

НДВ – норматив допустимого выброса

НМЛОС – неметановые летучие органические соединения

НМУ – неблагоприятные метеорологические условия

НПА – нормативный правовой акт

НПВ – неприятно пахнущий выброс

НСУР – национальная стратегия устойчивого развития

ОБУВ – ориентировочно безопасный уровень воздействия

ОВОС – оценка воздействия на окружающую среду

ОГП – опасный геологический процесс

ОДУ – ориентировочно допустимый уровень

ОИ – обоснование инвестиций (инвестирования)

ООН – Организация Объединенных Наций

ООПТ – особо охраняемая природная территория

ООС – охрана окружающей среды

ОПЗ – общая пояснительная записка

ПАВ – поверхностно-активное вещество

ПАН – пероксиацетилнитрат

ПАСО – пожарный аварийно-спасательный отряд

ПАСП – пожарный аварийно-спасательный пост

ПАСЧ – пожарная аварийно-спасательная часть

ПАУ – полициклический ароматический углеводород

ПБН – пероксибензоилнитрат

ПДК – предельно допустимая концентрация

ПДУ – предельно допустимый уровень

ПДС – предельно допустимый сброс

ПЗ – пояснительная записка

ПЗА – потенциал загрязнения атмосферы

ПО – производственные отходы

ПОС – проект организации строительства

pH – водородный показатель

РД – руководящий документ

РДУ – республиканский допустимый уровень

РОСН – Республиканский отряд специального назначения

РЦРКМ – Республиканский центр радиационного контроля и мониторинга окружающей среды

С – строительный проект

СанПиН – санитарные правила и нормы

СВЧ – сверхвысокая частота

СДЯВ – сильно действующее ядовитое вещество

СЗЗ – санитарно-защитная зона

СКТО – схемы комплексной территориальной организации

СНБ – строительные нормы Республики Беларусь

СНГ – Содружество Независимых Государств

СНиП – строительные нормы и правила

СПАВ – синтетическое поверхностно-активное вещество

СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита

СТО – станция технического обслуживания

СУТКО – система управления твердыми коммунальными отходами

ТБО – твердые бытовые отходы

ТГ – техногенность

ТКО – твердые коммунальные отходы

ТКП – технический кодекс установившейся практики

ТМ – тяжелый металл

ТИПА – технический нормативный правовой акт

ТО – техническое обслуживание

ТР – технический регламент

ТС – транспортное средство

ТУ – технические условия

ТФ – технофильность элемента

ТХДД – тетрахлордибензодиоксин

ТЭЦ – теплоэлектроцентраль

УЗ – уровень звука

УЗД – уровень звукового давления

УФ – ультрафиолетовый

ФАР – фотосинтетически активная радиация

ХПК – химическое потребление кислорода

ЦГЭ – центр гигиены и эпидемиологии

ЧАЭС – Чернобыльская атомная электрическая станция

ЧС – чрезвычайная ситуация

ЭКГ – экологический каркас города

ЭКТ – экологический каркас территории

ЭМП – электромагнитное поле

ЭПРУ – электронное пускорегулирующее устройство

ЭРОА – эквивалентная равновесная объемная активность

ЭРУ СО – экологическая реконструкция урбанизированной среды обитания

ЮНЕП – Программа

ООН по окружающей среде

Предисловие

Экологические последствия хозяйственной деятельности человека в настоящее время наблюдаются повсеместно. Однако наиболее ярко они проявляются на городских территориях. Процесс урбанизации, под которой понимается рост и развитие городов, а также увеличение доли городского населения, носит глобальный характер и является мощным преобразующим фактором среды обитания. Урбанизация связана с чрезмерной концентрацией на сравнительно небольшой территории населения, транспорта, объектов хозяйственной и общественной деятельности, а также с образованием антропогенных ландшафтов, далеких от состояния экологического равновесия.

В связи с этим в настоящее время назрела необходимость в специалистах, способных всесторонне оценивать экологическую обстановку городской экосистемы; предлагать и обосновывать решения по снижению антропогенного воздействия урбанизации на природную среду; разрабатывать мероприятия по защите и восстановлению городских экосистем, созданию и поддержанию комфортной, экологически безопасной для человека среды жизни на урбанизированных территориях.

Экология городской среды как отдельное научное направление получила активное развитие в последние десятилетия. Она представляет собой комплексную дисциплину прикладного характера, научные основы которой составляют территориально-планировочные, инженерно-геологические, географические, технологические, гигиенические, биоэкологические аспекты. Изучение специфических подходов решения урбоэкологических проблем является важной составляющей при подготовке специалистов по естественнонаучным специальностям в учреждениях высшего образования.

В настоящее время ощущается нехватка специализированной учебной литературы по экологии городов, адаптированной к условиям Беларуси. Подготовка данного учебного пособия является попыткой в определенной степени восполнить этот пробел. В пособии не только представлен весь комплекс экологических проблем, вызванных процессами урбанизации, но также рассмотрены теоретические основы трансформации окружающей среды, описаны методы оценки состояния городской среды и пути ее оптимизации.

Пособие состоит из восьми логически взаимосвязанных глав и отражает основной программный материал в рамках экологии городской среды. В главе 1 приведены основные характеристики города и особенности городских экосистем. Глава 2 посвящена рассмотрению геологических факторов в городской среде, а также мероприятий по удалению, утилизации и складированию бытовых и производственных отходов. В главе 3 раскрываются вопросы водообеспечения городов, мероприятия по охране и восстановлению городских водных объектов. Глава 4 освещает состояние, принципы нормирования и пути оптимизации качества атмосферного воздуха. В главе 5 описываются особенности формирования и развития городской флоры и фауны. В главе 6 приводится краткий анализ видов и источников воздействия на состояние здоровья человека в городской среде. В главах 7 и 8 раскрываются вопросы управления экологической безопасностью городов с описанием правовых, организационных, экономических и экологических аспектов. Теоретический материал по каждой теме дополнен контрольными вопросами и заданиями.

Материал учебного пособия изложен на основе действующих нормативных: правовых актов (НПА) и технических нормативных правовых актов (ТИПА) по экологической безопасности и рациональному природопользованию. Поскольку некоторые главы пособия по существу освещают материал самостоятельных дисциплин, которым посвящена обширная специальная литература, в нем приводятся лишь сведения, необходимые для усвоения общих закономерностей, относящихся к предмету изучения. Более полную информацию по рассматриваемым вопросам читатель может получить из оригинальных документов по соответствующим ссылкам в тексте пособия, а также литературе, которая использовалась при подготовке пособия и приведена в библиографическом списке. Учитывая ограниченность объема учебного пособия, приведены только основные ссылки на действующие НПА и ТНПА Беларуси в области градостроительства, экологической, санитарно-гигиенической и промышленной безопасности.

В связи с неоднозначностью трактовок терминов и определений в области общей и прикладной экологии терминология в учебном пособии приведена по И.И. Дедю (1989), Н.Ф. Реймерсу (1990, 1992) или по тексту первоисточников.

Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам рукописи учебного пособия: доценту кафедры общей экологии и методики преподавания биологии Белорусского государственного университета, кандидату биологических наук Г.А. Семенюку доценту кафедры общей биологии и ботаники Белорусского государственного педагогического университета имени Максима Танка, кандидату биологических наук В.В. Маврищеву, а также сотрудникам этих кафедр за ценные замечания, которые, безусловно, позволили улучшить качество книги.

Глава 1

Город и городская среда

В настоящее время в мире невероятными темпами растут площади городских территорий и численность населения городов, повышается их роль в социально-экономическом развитии общества. Сформировавшаяся специфическая городская среда с присущими только ей абиотическими и биотическими компонентами, усиливает антропогенное давление на окружающую среду, что в совокупности составляет сущность процесса урбанизации (от лат. urbanus – городской). Этот процесс с середины XX в. принял глобальный характер, в результате чего уже произошли существенные изменения социобиологических характеристик человеческой цивилизации.

Интенсивность процесса глобальной урбанизации зависит от уровня промышленного развития регионов, который проходит достаточно неравномерно в разных странах, но несмотря на это стал одним из основных факторов расширяющегося преобразования географической оболочки планеты.

В процессе урбанизации в зависимости от уровня развития хозяйственной деятельности и соответствующими экологическими последствиями принято выделять три стадии:

• 1-я стадия – от момента возникновения первых поселений и до XVI–XVII вв., когда для производства материальных ценностей использовались местные источники пищи, воды, сырья, энергии (водяные и ветряные мельницы, домашние животные), технологии ручного труда. Экологические воздействия были связаны в основном с образованием и накоплением отходов жизнедеятельности поселения (людей и скота), загрязнением источников водоснабжения органическими веществами. Последствиями загрязнения окружающей среды периодически становились массовые вспышки инфекционных заболеваний, а также локальные войны за территорию поселений, которые в большей степени отражались на численности населения, чем на качестве окружающей среды. Уровень загрязнения и антропогенной трансформации биосферы был минимальным;

• 2-я стадия – конец XVI–XVIII вв. характеризуется повсеместным развитием и распространением транспортных коммуникаций, существенным увеличением добычи природного сырья, возникновением промышленного производства с заменой части ручного труда на механический, использованием тепловой энергии для транспортных и производственных целей. Растут количество городов и поселений, численность их населения, увеличиваются пригородные территории, обеспечивающие жизнедеятельность горожан. Города с пригородами становятся источниками антропогенного загрязнения окружающей среды, однако на этой стадии уровень их воздействия на биосферу в основном не превышал пределов ее самоочищающей способности;

• 3-я стадия – начало XIX в. и по настоящее время. Основной чертой этой стадии является промышленная революция, характеризующаяся бурным развитием материального производства с использованием преимущественно искусственной энергии на основе природных ресурсов и резким увеличением антропогенного воздействия на биосферу. К началу XXI в. все индустриально развитые страны оказались вовлеченными в процесс глобальной урбанизации, формируя его глубину и направленность на трансформацию биосферы в иное образование – техносферу.

Дальнейшее расширение материальных и энергетических потребностей общества с целью обеспечения высокого уровня комфорта жизни, интеллектуального общения и доступности информации грозит углублением процесса глобальной урбанизации и, прежде всего, стремительным увеличением темпов роста населения планеты.

На рубеже XX и XXI в. население Земли по данным ООН достигло 6 млрд человек. При этом наиболее резко увеличились темпы роста населения.

На рис. 1.1 представлена динамика основных показателей роста урбанизации за период 1990–2010 гг.

Процесс урбанизации на современном этапе развития человеческой цивилизации остановить уже практически невозможно, поэтому главной задачей нашего времени является изучение законов и тенденций его развития с целью определения разумных пределов трансформации естественной окружающей среды в урбосферу.

Современный образ жизни в городах наряду с очевидными социальными преимуществами порождает множество проблем экологического, демографического и экономического характера, которые и являются предметом изучения урбо-экологии.

Рис. 1.1. Сравнительная динамика численности городского населения, площади городов и плотности городского населения:

– численность городского населения, млн чел.; ♦ – площадь городов, тыс. км2; ▲ – плотность городского населения, чел./км2 (Стольберг, 2000)

Урбоэкология – комплекс градостроительных, медико-биологических, географических, социальных, экономических и технических наук, которые в рамках экологии человека изучают взаимодействие производственной и непроизводственной деятельности людей с окружающей природной средой на территории населенных мест и их систем (Владимиров, 1999).

Одним из направлений урбоэкологии является экология городской среды, изучающая специфические экосистемы города и их связи с природными экосистемами.

1.1. Основные характеристики города

Город – один из видов социальной и пространственной организации населения, возникающий и развивающийся на основе концентрации промышленных, научных, культурных, административных и других функций (Владимиров, 1999).

С 1949 г. в соответствии с решением Европейской конференции по статистике (Прага, 1949) городом принято считать компактное поселение с минимальной численностью населения 2 тыс. человек, причем при количестве жителей менее 10 тыс. человек доля занятого в сельском хозяйстве населения не должна превышать 25 % от общей численности. Компактное поселение численностью более 10 тыс. человек автоматически считается городом. Однако какого-либо универсального критерия или совокупности критериев, регламентирующих отнесение того или иного поселения к категории «город», до настоящего времени не существует. Эта категория присваивается населенному пункту в соответствии с действующим национальным законодательством в области градостроительной деятельности.

В Беларуси в соответствии с ТКП 45-3.01-116-2008 населенные пункты подразделяются на города, поселки городского типа и сельские населенные пункты (в том числе агрогородки).

Городские поселения в зависимости от численности населения подразделяются на следующие типы:

• крупнейшие – свыше 500 000 чел.;

• крупные – от 250 000 до 500 000 чел.;

• большие – от 100 000 до 250 000 чел.;

• средние:

– I – от 50 000 до 100 000 чел.;

– II – от 20 000 до 50 000 чел.

Города как форма существования цивилизованного социума возникают в ответ на конкретные потребности общества для выполнения его определенных обязанностей. Скорее всего они впервые возникли порядка 6–8 тыс. лет назад в междуречье Тигра и Евфрата, хотя в настоящее время имеются научно подтвержденные данные о существовании развитых городов уже 11–12 тыс. лет назад на территории современных Индии и Пакистана. Факторами, определяющими возникновение и формирование поселений городского типа, являются их экономико-географическое расположение в сети транспортных коммуникаций, а также способность удовлетворять материальные, культурные и религиозные потребности общества. В теории архитектуры выделяют такие типы города как город-крепость, город-порт, город-центр торговли, город – религиозный центр, город-некрополь.

Город в современном понимании – это крупный населенный пункт, выполняющий промышленные, организационно-хозяйственные, управленческие, культурные и транспортные функции с населением, преимущественно занятым вне сельского хозяйства (Владимиров, 1999).

В градостроительстве города характеризуются рядом основных конструктивных элементов и понятий.

Планировочная структура – это строение и взаимосвязь планировочных элементов (линейных, узловых, зональных), определяющих пространственную реализацию основных функций жизнедеятельности населения на территории населенных пунктов и пригородных зон.

Основой планировочной структуры является планировочный каркас – система линейных и узловых планировочных элементов материальной среды населенных пунктов, выполняющая основные коммуникационные и регулирующие функции при организации планировочной структуры, развитии и реконструкции территории. Планировочный каркас городов формируется урбанизированными и природными осями. Он придает целостность городу, состоящему из функционально разных частей, и позволяет наиболее рационально использовать территорию города. Наряду с планировочным каркасом в городе неизбежно формируется экологический каркас, образованный зелеными насаждениями и водными пространствами, имеющий важнейшее оздоровительное и эстетическое значение.

Планировочный элемент – участок территории, ограниченный магистральными улицами, техногенными или природными преградами (овраги, реки, железные дороги) и отличающийся единством планировочной структуры. Основными планировочными элементами города являются район, микрорайон, квартал, группа кварталов.

Планировочные структуры городов исторически складываются под сильным влиянием природных условий местности, происхождения и промышленности города. Различные комбинации этих основных факторов определяют известное разнообразие планировочных структур городов, их характерные особенности. Выделяют следующие основные планировочные структуры городов:

• полосовидная – образуется в случае расположения городского поселения вдоль береговой линии реки или морского побережья при ограничении развития городской территории вглубь лесными массивами, горами, пустыней, иными объектами;

• многолучевая (звездчатая) – возникает в городах, располагающихся в узле транспортных путей;

• многоярусная – формируется при сближении (срастании) нескольких рядом расположенных поселков, городов в одно крупное образование (практически все столицы, областные, районные центры);

• кольцевая (поясная) – характерна для городов, равномерно формирующихся вокруг исторического центра – транспортного узла;

• расчлененная – характерна для городов, расположенных на местности с наличием естественных препятствий развитию планировочной структуры (реки, речки, глубокие овраги, рощи ценных пород деревьев И Т.Д.).

Центром и основой планировочной структуры любого города является его исторический центр.

Современные крупные города в большинстве случаев существуют в форме городских агломераций.

Городская агломерация – это пространственно и функционально единые группировки поселений городского типа, составляющие общую экологическую и социально-экономическую среду. Агломерация в пределах страны или региона характеризуется прочными функциональными связями, сформировавшимися в результате производственной деятельности и производственных отношений. Основу территориальной структуры агломерации образует опорный каркас – центральный город и радиальные транспортные магистрали, которые связаны с зоной городов-спутников. Зоны городов-спутников охватывают город-центр и в развитых агломерациях делятся на пояса, различающиеся по характеру и интенсивности взаимодействия, плотности населения, густоте сети дорог и населенных пунктов.

Различают два типа агломераций: конурбацию и мегаполис.

Конурбация – это группа близко расположенных и связанных между собой городов, образующих единое целое благодаря экономическим и культурно-бытовым связям, общим крупным инженерным сооружениям (транспорт, водоснабжение), характеризующаяся непомерно высокой скученностью населения. Примером может служить Лондонская, Японская, Московская конурбации и др.

Мегаполис – крупная городская агломерация, включающая многочисленные городские поселения, т. е. многофункциональное соединение ряда городских агломераций. Мегаполисы по сравнению с конурбациями характеризуют качественно иной пространственный уровень развития территории. Они занимают огромные площади; не являются территорией сплошной застройки (обычно под городскими видами пользования землей занято от 1/5 до 1/4 их территории); естественные ландшафты, сельскохозяйственные площади, рекреационные зоны, присутствующие в мегаполисе, дробятся городскими видами землепользования и не могут сохраняться в длительной перспективе. Основными чертами мегаполиса являются:

• линейный характер застройки, вытянутой вдоль транспортных магистралей;

• общая полицентрическая структура, обусловленная относительно близко расположенных друг к другу крупных городов;

• нарушение экологического равновесия между городской и природной средой.

В последние 100 лет развитие городов происходит преимущественно в сторону мегаполизации, что предопределяет мощность негативного воздействия селитебных территорий на природные комплексы и биосферу в целом, о чем будет подробно рассмотрено далее.

Территориальное формирование городов осуществляется прежде всего за счет естественного прироста населения, его миграции, административных преобразований (включение в состав города пригородных поселений, территорий иного землепользования). За счет территориального роста городов и возрастания числа агломераций увеличиваются площади урбанизированных территорий. Усиливается их влияние на прилегающие районы и природную среду всей планеты. Крупный город изменяет все компоненты природной среды – атмосферный воздух, почву, растительность, поверхностные и подземные воды. Он преобразует ландшафты, воздействует на рельеф, грунты, гидрологическую сеть, климат, способствует изменению биохимических циклов Земли. Таким образом, урбанизация способствует возникновению не только локальных, местных, региональных, но и глобальных экологических проблем.