К вопросу использования локальных ьиоинженерных систем в градостроительной деятельности

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ БИОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

LOCAL BIOENGINEERING SYSTEMS IN URBAN AREAS

C.B. Кривицкий, H.A. Опекунова

S.V. Krivitskiy, N.A. Opekunova

ГОУ ВПО МГСУ

В статье обсуждаются биоинженерные технологии, используемые в задачах экологической реабилитации нарушенных природных ландшафтов и городских территорий.

The article presents the modern bioengineering technologies for ecological restoration of the natural landscape in urban areas.

Введение

В связи с возрастающей антропогенной нагрузкой на окружающую человека природную среду возник ряд новых сложных комплексных задач восстановления природных ландшафтов, для которых не существовало предшествующего опыта и не было разработано методологий экологической реабилитации. Так, применительно к задачам рационального природопользования возникла деятельность человека, связанная с реконструкцией и воспроизводством природных ландшафтов, а именно: созданием особо охраняемых природных территорий, рекреационных зон, водных объектов, освоение участков, занятых овражно-балочной системой, и т.п. При этом приходит понимание, что все усилия по защите окружающей среды с помощью традиционных инженерно-технических средств оказываются недостаточны для реабилитации нарушенных природных комплексов. Необходимо одновременно с известными техническими способами защиты и восстановления природной окружающей среды использовать технологии, основанные на механизмах самоочищения природных экосистем.

Биоинженерные технологии

Для снижения антропогенной нагрузки на природные комплексы предложен ряд природозащитных мероприятий и технологий [3-5], которые можно выделить в рамках науки «геоэкология» в новый прикладной раздел под названием «биоинженерная геоэкология». Любой объект окружающей природной среды, испытывая на себе влияние техногенных воздействий, вырабатывает защитные механизмы, чтобы противостоять негативным воздействиям. Научившись использовать процессы самоочищения природных экосистем, можно предложить технические и технологические биоинженерные решения, способные восстанавливать нарушенные природные ландшафты с наименьшим ущербом для окружающей среды и финансово менее затратные. Таким образом, в рамках прикладного направления «биоинженерная геоэкология» формиру-

5/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

ется класс дружественных природе биоинженерных технологий, способных обеспечить экологическую реабилитацию природных комплексов и тем самым обеспечить комфортное проживание людей.

Биоинженерные технологии более всего соответствуют законам биосферы и поэтому не причиняют такого большого вреда, как традиционная инженерия. Использование таких технологий способствует решению задачи устойчивого развития территории и, в конечном итоге, позволяет подойти к проблеме перехода к ноосфере [1], поскольку, по мнению авторов: «...ноосфера - это объективная необходимость развития общества в качественно новое состояние как закономерное продолжение освоения людьми организованной и структурированной биосферы».

Место биоинженерных технологий на пути перехода к устойчивому развитию показано на рис.1.

Рис.1. Место биоинженерных технологий на пути перехода к устойчивому развитию

Основные цели и задачи биоинженерной геоэкологии можно сформулировать следующим образом:

- комплексное изучение закономерностей процессов и механизмов самоочищения и восстановления природных экосистем;

- разработка природоохранных биоинженерных методов и технологий (биоинженерных систем), основанных на использовании защитных процессов самоочищения, происходящих в природе;

- восстановление и поддержание устойчивости природных экосистем и природно-техногенных систем посредством запуска механизма самоочищения природных объектов, в т.ч.:

формирование механизма поддержания качества воды, биоинженерная очистка сточных вод, биоинженерное восстановление плодородия почвы, биологическая рекультивация нарушенных ландшафтов, очистка воздуха с использованием зелёных насаждений, утилизация промышленных и бытовых отходов (с получением биогаза, биотоплива, биогумуса).

Таким образом, основную цель «биоинженерной геоэкологии» можно сформулировать как восстановление и экологическая реабилитация деградированных человеком природных объектов, экосистема которых уже не обладает необходимыми ресурсами для самоочищения.

В статье приводятся примеры использования таких технологий при решении задач экологической реабилитации нарушенных ландшафтов.

Биоинженерная защита береговых откосов

Для укрепления береговой зоны от волнового размыва предлагается выполнять задернение откоса и одновременно производить посадку влаголюбивых зеленых насаждений, а в приурезовой зоне производить посадку околоводных растений (рис.2).

Такая конструкция позволяет достаточно быстро и сравнительно недорого укрепить приурезовую зону водоема, а также стабилизировать гидрогеологический режим в системе "берег-водоем", не нарушая его искусственными (каменными) инженерными сооружениями [3]. Кроме того, предлагаемая технология эстетична, поскольку позволяет применить принципы ландшафтного дизайна при проведении озеленительных работ.

Основные задачи, которые решает предложенный биоинженерный метод:

- стабилизация приурезовой зоны водоема;

- сохранение естественного гидрогеологического режима в системе "водоем-берег;

- противоэрозионная защита подводного склона водоема;

- защита от создаваемой отдыхающими антропогенной нагрузки прибрежной зоны рекреационного водоема;

- использование принципов ландшафтного дизайна для усиления экологической составляющей.

Использование предложенного биоинженерного способа укрепления берегового откоса позволяет существенно снизить негативную антропогенную нагрузку на водоем и, в конечном итоге, замедлить процесс его эвтрофикации.

5/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

Очистка стоков

Известно, что самоочищение воды в водных экосистемах происходит в результате протекающих физико-биохимических процессов с участием гидробионтов: растений и живых организмов. Проведенные ранее исследования показали, что в водных объектах высшие водные растения выполняют важную функцию: они способствуют улучшению качества воды [8]. Одним из достаточно эффективных методов очистки поверхностных стоков служит технология, основанная на создании искусственных водно-болотных участков (constructed wetlands) [4]. Такая гидроботаническая площадка (ГБП) с высаженной на ней высшей водной растительностью может служить в качестве биологического фильтра доочистки поверхностных стоков (рис.3).

Рис.3. Схема гидроботанической площадки: 1- высшие водные растения, 2- грунт, 3- гидроизоляция, 4 - переливная плотина.

ГБП представляет собой мелководный водоем, засаженный высшими водными растениями, которые служат аналогом природной гидробиосистемы. Основной принцип доочистки стоков заключается в следующем: на ГБП происходит постепенное разложение (биодеструкция) загрязнённых веществ сообществом симбиотических микроорганизмов, образующихся в плёнке обрастания (перифитоне), прикрепленной к стеблям растений. В целом, процесс очистки на ГБП с участием гидробионтов происходит следующим образом:

- задержание и окисление пленки нефтепродуктов на стеблях высших водных растений;

- поглощение соединений тяжелых металлов макрофитами;

- окисление органических веществ кислородом из корневой системы макрофитов;

- очистка загрязняющих веществ в корнях растений-макрофитов (перколяция);

- удаление сообществом макрофитов биогенных органических веществ.

Система отведения стоков с территории

В России проблеме сохранения и развития водных ресурсов уделяется особое внимание. В частности в 2010 году в РФ началась реализация государственной программы "Чистая вода". Среди задач программы - сохранение водных ресурсов России, а также технологическое и инновационное развитие водной инфраструктуры в стране. Так, в докладе [2] делается вывод, что на мировом рынке в ближайшем будущем будут развиваться сектора интенсификации водопользования: водосберегающих и водоэф-фективных технологий, - а также методов обеспечения высокого качества воды в природных объектах.

Водоотведение различных стоков с территории промышленных предприятий и селитебных зон обычно осуществляется на рельеф или в ближайшие водотоки. Однако в связи с ощущающейся в настоящее время нехваткой пресной воды необходимо

совершенствование системы управления водоснабжением и сточными водами.

Развитие экологически безопасных систем при комплексном подходе к утилизации загрязнённых стоков при рассмотрении всего водного цикла - от водопотребления до водоотведения, очистки и повторного использования - является оптимальным вариантом водосберегающей технологии.

Авторы предлагают биоинженерные технологии сохранения и обеспечения высокого качества воды с использованием локальных биоинженерных систем, осуществляющих цикл водоотведения, очистки и депонирования водных ресурсов для последующего вторичного использования (рис.4).

Рис.4. Схема водоотведения с территории

Предлагается отводимую с любой селитебной территории воду посредством дренажных, ливнёвых и хозяйственно-бытовых сетей после очистки на локальных сооружениях сбрасывать не на рельеф или в водоток, а собирать в пруды-накопители (с учётом имеющихся свободных площадей) для дальнейшего использования в рекреационных целях, для рыборазведения, пожаротушения и др.

Использование биоинженерных технологий при реабилитации нарушенных

ландшафтов

Применение биоинженерных технологий часто направлено на решение целого комплекса проблем. Так, например, на базе построенных очистных сооружений поверхностного стока биологического типа, включающих 2 гидроботанические площадки (ГБП), в одном из районов Природного парка в Куркино (Москва), были запроектированы защитные заросли с целью восстановления среды обитания водоплавающих птиц и земноводных [6]. В данном случае ГБП представляли собой пруды площадью около 2000 м2, глубиной около 0,5 м, засаженные водно-болотной растительностью (рогоз широколистный, тростник обыкновенный). Биотоп ГБП является приемлемым для обитания видов птиц, жизненный цикл которых тесно связан с водоёмами. Проектом было предусмотрено также формирование защитных зарослей из кустарников, посаженных вокруг водотоков, вытекающих из ботанических площадок в ручей. Эти заросли кустарника - «ремизы» - служат для изоляции и защиты обитающих здесь земноводных от людей и животных. Созданные защитные заросли одновременно являются потенциальными местами для гнездовий малых околоводных птиц. В результате выполненных работ данная территория прекрасно вписалась в окружающий ландшафт природного парка, а не обособилась от окружающей территории, как это часто бывает при стандартном «городском» озеленении.

5/2011 ВЕСТНИК

.МГСУ

Основной целью работ по экологической реабилитации нарушенных ландшафтов является:

- восстановление ландшафта, близкого к естественному;

- создание условий для местообитания характерных для конкретного биотопа животных и птиц;

- сохранение максимально возможного в условиях города видового разнообразия лесных и луговых видов ландшафта.

Проведение биоинженерных мероприятий по экологической реабилитации нарушенных ландшафтов предполагает при благоустройстве территории использование природных материалов (деревянных и каменных конструкций), а в озеленении - виды зелёных насаждений, характерных для данной местности.

Заключение

Предложенные биоинженерные системы могут быть успешно использованы не только при организации ООПТ, но и в градостроительной деятельности, например, при формировании рекреационных зон на участках овражно-балочной системы, примыкающих к районам городской застройки. Так, в работе [7] делается вывод о том, что «...актуальным является разработка практических рекомендаций по рациональному освоению и безопасной эксплуатации овражно-балочных городских территорий». При решении данной задачи всегда встаёт вопрос об эффективных и недорогих способах укрепления эрозионных склонов, отведении ливневых стоков, создании рекреационных ландшафтных композиций и т.д. Для решения таких задач оптимальным способом инженерного обустройства могут служить обсуждаемые в статье биоинженерные технологии.

Таким образом, в рамках прикладной дисциплины «биоинженерная геоэкология» формируется класс дружественных природе технологий и методов, не только положительно влияющих на процесс экологической реабилитации природных комплексов, но и способствующих их устойчивому развитию и сохранению биоразнообразия.

Литература

1. Гирусов Э.В., Бобылев С.Н., Новоселов А.Л., Чепурных Н.В. Экология и экономика природопользования. М.: ЮНИТИ, 2000. 455 с.

2. Данилов-Данильян В.И. Водные ресурсы - стратегический фактор долгосрочного развития экономки России»/Научное сообщение на заседании Президиума РАН, Москва, 11.11.08./http://www.ras.ru/news/news_release.aspx?ID=446a0601-8451-4768-a07d-0efd2cfd4347.

3. Кривицкий C.B. Биоинженерная защита берега водоема/Экология и промышленность России, 2007. № 1. С.4-6.

4. Кривицкий C.B. Гидроэкология: улучшение качества воды в водоеме/ Экология и промышленность России, 2007.№ 7. С.18-21.

5. Кривицкий C.B. Методы биоинженерной геоэкологии при проведении экологической реабилитации природных объектов/Вестник МГСУ, 2009. № 4. С.285-291.

6. Кривицкий C.B., Тетевина И.О. Методы биоинженерной геоэкологии при проведении реабилитации природных объектов/Сб. докладов Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы экологии». - М.; Тула: Изд-во «Инновационные технологии», 2009. С.48-50 с.

7. Сенющенкова И.М. Эколого-генетическое изучение урболандшафтов на сложном рельефе в градостроительных целях/Автореферат дисс. на соиск. уч. степени доктора техн. наук. М.: МГСУ, 2011. 40 с.

8. Эйнор Л.О. Макрофиты в экологии водоема. - М.: Изд-во ИВП РАН, 1992. - 256 с.

Literature:

1. GirusovE.V., Bobylev S.N., Novoselov A.L., Chepurnykh N.V. Ecology and environmental economics. Moscow: UNITI, 2000. P. 455.

2. Danilov-Danilyan V.I. Water resources - a strategic factor in long-term development of Russia economic/Communication at the meeting of RAS, Moscow, 11.11.08./http:// www.ras.ru/news/news_release.aspx?ID=446a0601-8451-4768- a07d-0efd2cfd4347.

3. Krivitskiy S.V. Bioengineering protection of the reservoirs / Ecology and industry of Russia, 2007. № 1. P.4-6.

4. Krivitsky S.V. Hydroecology: improving the quality of water in the pond / Ecology and industry of Russia, 2007. № 7. P.18-21.

5. Krivitsky S.V. Bioengineering geoecology methods in the environmental restoration of natural objects / Vest. MGSU, 2009. № 4. P.285-291.

6. Krivitsky S.V., Tetevina I.O. Bioengineering geoecology methods for restoration of natural objects/Rep. jf the All-Russia scientific-technical conference "Modern problems of ecology." - M.; Tula, "Innovative Technologies", 2009. P.48-50.

7. Senyuschenkova I.M. Ecological and genetic studies in planning of complex topography of ur-bolandscapes/Abstract of doctor thesis. Moscow: MGSU, 2011. P.40.

8. Eynor L.O. Macrophytes in the ecology of the reservoir. - M.: IWP RAS, 1992. - P.256.

Ключевые слова: экологическая реабилитация, природоохранные инженерные мероприятия биоинженерные технологии, гидроботаническая площадка, локальные биоинженерные системы

Key words: ecological restoration, environmental methods, bioengineering technologies, constructed wetland, local bioengineering systems.

e-mail: ecopriroda@yandex.ru phone:8-910-4832134

Статья представлена членом Редакционного совета «Вестника МГСУ» проф. д.т.н.

Потаповым А.Д.