Геоэкологические проблемы северных мегаполисов и крупных городов

3/2007 МГСУНИК

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕВЕРНЫХ МЕГАПОЛИСОВ И КРУПНЫХ ГОРОДОВ

Корецкий В.Е.

Среди неотложных задач охраны окружающей среды на одно из первых мест выдвигается проблема снижения темпов экологической деградации больших городов. В нашей стране в городах проживает до 70% населения, при этом площади, занятые городами, составляют 1% территории страны. Города, как известно, представляют собой особую, искусственно поддерживаемую среду обитания. Поток средств существования населения, включая солнечную энергию, чистый воздух и воду, поступает в эту среду извне, а внутри нее образуется огромный объем отходов. В урбосистемах резко изменены все факторы гомеостаза, угнетены естественные биоценозы, идут процессы накопления вредных веществ в почвах, воде, подземной среде, т.е. в биотопе, вместе с тем проблемы больших городов самым непосредственным образом связаны с социумом: с человеческой деятельностью, с вопросами управления и принятия решений; они включают в себя географические, биологические, экономические, физические, химические, социологические, медицинские, и даже философские аспекты.

Большие города в настоящее время сосредоточили в себе огромные массы людей, промышленные предприятия и транспорт, сформировали качественно новую среду жизне-обигания человека. Она характеризуется в первую очередь набором различных, чаще всего негативных, воздействий на ее составляющие: высокий уровень загрязнений, специфический тепловой режим, эффекты взаимодействия примесей, загрязнение почвы и подстилающих грунтов на значительные глубины, угнетение биоценозов. Этот далеко неполный перечень воздействий создает в урбосистеме новые геоэкологические и экологические условия. Возникает необходимость проведения неотложных мероприятий по охране окружающей среды на территориях размещения крупных населенных пунктов. Поэтому в широком смысле слова города могут послужить своего рода полигоном для отработки новых, различных по природе и принципу действия методов охраны окружающей среды.

Постепенное и все нарастающее переселение человечества в города, активное строительное освоение территорий, привело в конечном итоге к тому, что строительная (в т.ч. градостроительная) и сопутствующая ей производственная деятельность по масштабам, интенсивности воздействий, а главное по последствиям, сравнялась с важнейшими геологическими процессами и стала оказывать разрушающее влияние на стабильность главных биосферных процессов, вплоть до глобального биогеохимического круговорота, функционирования биомов, климата, ландшафтов и др., что полностью отвечает воззрениям В.И.Вернадского. В историческом аспекте на границе эпох металла и камня строительство обладало способностью гармонично «вписываться» в окружающую среду как в части архитектурных, градостроительных решений, так и по применяемым материалам. Поэтому покинутые жителями по разным причинам города очень быстро - в течение десятилетий - исчезали в природной среде практически бесследно, становясь впоследствии предметом археологической науки. Сооружения созданные до эпохи индустриализации, после того как становились ненужными и «вырабатывали» свои моральные и материальные качества, очень быстро ассимилировались окружающей их средой. Продукты разрушения зданий и сооружений за редким исключением вовлекались в биосферные кругово-ротные процессы. В то время отсутствовало понятие «строительный мусор», бытовые и промышленные отходы. Существенно иной характер имеет современное индустриальное строительство, которое должно рассматриваться как основной элемент техногенеза, в частности, значительная доля техногенных грунтов является продуктом, прежде всего строительной деятельности и по большей части именно градостроительства.

В отличие от малых городов, экологические условия которых во многом определяются состоянием всего региона, большой город представляет собой в значительной сте-

ВЕСТНИК МГСУ

3/2007

пени изолированную систему с иными специфическими закономерностями - урбосисте-му. Для мегаполиса существуют определенные критические размеры (в частности, экологическая емкость), при переходе через которые процесс выхода урбосистемы из гомео-стаза резко ускоряется. Можно также говорить о критических характеристиках и для таких геосферных оболочек или элементов биотопов, как атмосфера, открытая и подземная водная среда, почвы, промышленные зоны, полигоны отходов, а также состояние биоценозов, здоровье населения.

Мегаполис зачастую пытаются рассматривать как открытую систему, что на первый взгляд вполне объяснимо наличием массового и энергетического обмена города с окружающим регионом. Это относится к потокам воздуха, воды, загрязнениям, продуктам жизнеобеспечения населения и предприятий города, готовой продукции. В этом плане экологические проблемы мегаполиса неразрывно связаны с проблемами всего региона. Но мегаполис - это типичная закрытая система, так как кроме геоэкологических факторов, унаследованных и включенных в урбосистему из природной среды или ею обеспечивающихся, в урбосистеме есть факторы, которые действуют только при наличии управляющих действий человека. Еще более сложным становится вопрос отнесения мегаполиса к закрытым или открытым системам, когда в урбосистемах изучению подвергаются биоценозы, поскольку большинство фитоценозов мегаполиса создано человеком и функционирует только при его поддержке, не говоря уже о зооценозах и микробоцено-зах, из последних многие настолько мутировали в урбосистеме, что только в ней и могут обитать. Сегодня нет достаточного научного обоснования для отнесения мегаполиса к открытым системам, скорее все больше фактов свидетельствует о том, что мегаполис сложнейшая закрытая система, функционирующая по сходным с природными системами закономерностями.

При изучении городских экосистем особенно в мегаполисах в рассмотрение вводятся не только собственно территории, но и акватории, так как в пределах значительных площадей мегаполисов формируется специфическая водная система, некая урбогидро-сфера, состоящая из природных водоемов и водотоков, болот, горизонтов подземных вод различной степени загрязненности, а также вновь созданных водохранилищ различного назначения, прудов-охладителей ТЭЦ, прудов-отстойников, шламохранилищ, хранилищ промышленных стоков и т.п. Городская водная система является составляющей биотопа урбосистемы мегаполиса. В пользу данного утверждения говорит также тот факт, что в урбосистеме крупного города складывается своя специфическая система атмосферных выпадений, их площадного распределения и удаления за пределы города, как в виде водной субстанции, так и в виде снежно-ледяной массы, при очень больших объемах этих потоков и в условиях их специфического, «городского» загрязнения. Создание системы инженерной защиты водной среды мегаполиса может быть реализовано главным образом путем строительства, разработки и проведения природоохранных мероприятий, что в полной мере отвечает перечню «Примерного классификатора видов строительной деятельности и работ...» (Приложение к приказу Госстроя России от 26 декабря 1997 г. №17-140) , а именно:

¡.РАЗРАБОТКА ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ:

1.РАЗРАБОТКА ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛАНИРОВОЧНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ:

- планировочная (генплан, ПДП, схемы районной планировки);.

- транспортные схемы.

2.РАЗРАБОТКА СХЕМ ИНЖЕНЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОСЕЛЕНИЙ И ТЕРРИТОРИЙ.

З.РАЗРАБОТКА ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСНЫХ СХЕМ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Даже эта краткая выборка из «Классификатора видов строительной деятельности.» без подробных комментариев, показывает для специалистов, работающих как в области непосредственно строительства или, что более верно градостроительства, так и в обла-

3/2007

ВЕСТНИК

сти охраны окружающей среды, что сохранение уникальной и важнейшей для гомеоста-

за урбосистемы мегаполиса, водной гидросферы возможно только при комплексном использовании методов экологического строительства и принципов охраны окружающей среды. Охрана среды и строительство в условиях мегаполиса не могут быть разорваны, -это единый многоаспектный процесс, в какой-то мере представляющий собой реализацию «квазиглобального» строительного проекта.

Рассмотрение комплекса экологических факторов формирующих состояние урбоси-стем крупных городов и особенно мегаполисов является необходимой задачей в разработке управляющих действий человека в антропогенной закрытой экосистеме мегаполиса, не только для поддержания её гомеостаза, но и вообще для обеспечения возможности существования собственно урбосистемы, не говоря уже о качестве жизни населения.

Формирование уровня загрязненности элементов природной среды города определяется рядом закономерностей. Выявление этих закономерностей и целенаправленное воздействие на процессы загрязнения с учетом их особенностей и интенсивности, вытекающих из обеспечения жизнедеятельности города является наиболее реальным способом улучшения экологического состояния городской среды.

Экологические проблемы мегаполиса существенно усложняются при его расположении в северных широтах, когда, наряду с обычными проблемами и общими геоэкологическими условиями, появляются новые, связанные с необходимостью обеспечения функционирования урбосистемы при атмосферных выпадениях и низких температурах окружающей среды в зимний период.

Известно, что снежный покров, аккумулируя значительную часть атмосферных загрязнений, является индикатором техногенной нагрузки на окружающую среду. Концентрация загрязняющих веществ в снеге иногда на два-три порядка выше, чем в атмосферном воздухе, что связано, в основном, с двумя процессами: влажной седиментацией пол-лютантов во время образования снежинок в облаке и выпадения их на земную поверхность и процессом сухого осаждения поллютантов из атмосферы.

По данным автора и работам других исследователей установлено, что основными загрязнениями, содержащимися в снежном покрове, являются ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, никель и другие тяжелые металлы. Помимо этих поллютантов, высокий уровень загрязнения может быть обусловлен присутствием в снежном покрове и гидросфере: анионов - хлоридов, сульфатов, сульфидов, нитратов и др.; катионов, например КЫ4+, Сг(Ш) и Сг(У1); взвешенных и органических веществ (например, формальдегид, нефтепродукты, синтетические ПАВ и др.).

Для обеспечения нормальных условий жизни города и его населения одной из важнейших задач городского хозяйства северного мегаполиса является уборка снега с городских магистралей в зимний период. Современные транспортные нагрузки на дороги даже в сельской местности требуют постоянного ухода за дорожным полотном в зимний период. Если же рассматривать крупные города, то зимнюю уборку магистралей смело можно сравнивать с ликвидацией последствий стихийного бедствия. Сильный снегопад и гололедные явления способны привести город к состоянию коллапса, когда «пробки» образуются на всех дорогах и даже специальный транспорт не в состоянии достичь места назначения [1, 2].

Большое влияние загрязненного снега на экологическую обстановку в городе обусловлено огромными площадями, занятыми транспортной инфраструктурой, с которых собственно и убирается снег. Загрязнение снега нефтепродуктами вызывается интенсивным движением транспорта и морозным выветриванием асфальтовых покрытий. Большое количество повторяющихся циклов «замораживания - оттаивания» при отсутствии постоянного снежного покрова, намного превышающее морозостойкость покрытия, приводит к его выветриванию и разрушению. Продукты выветривания асфальтовых покрытий осаждаются на дне водотоков и водоемов, вызывая загрязнение воды и нарушая трофические цепи экосистемы.

Отличие зимней уборки городских магистралей от уборки дорог за пределами города заключается в отсутствии мест для складирования снега. Современная мощная дорож-

ВЕСТНИК МГСУ

3/2007

ная техника способна сдвинуть снег к лотковой части дороги и отбросить его на необходимое расстояние за обочину. Однако на городской магистрали сразу за лотковой частью идет тротуар для прохода пешеходов, а за ним - дома. Поэтому снег с городских магистралей необходимо вывозить, а это - процесс дорогостоящий.

Второе отличие заключается в качестве городского снега. Формирование загрязненности снега, убираемого с дорог и тротуаров города, радикально отличается от формирования загрязненности постоянного снежного покрова за городом. Пылевые загрязнения из-за краткости периода вылеживания снега на дорогах мало существенны, зато на первый план выступают загрязнения от противогололедных смесей и продуктов разрушения дорожных покрытий.

Экологические факторы, влияющие на решение проблемы утилизации вывозимого снега, заключаются в необходимости ликвидации воздействия имеющихся в снеге загрязнений на окружающую среду. Недопустимо создание на газонах сугробов из убранного с дорог снега, поскольку он загрязнен хлоридами, используемыми в качестве противогололедных реагентов, и пагубно действует на зеленые насаждения. Если же использовать противогололедные реагенты на основе мочевины и нитратов, то может быть нанесен существенный урон водным объектам города. С экологической точки зрения все элементы процесса зимней уборки магистралей города взаимосвязаны и должны рассматриваться как единая, оптимальным образом организованная система [2].

Важнейший элемент зимней уборки - это противогололедная реагентная обработка автомагистралей мегаполиса. Являясь существенным фактором обеспечения безопасности движения в городе, она одновременно предопределяет комплекс негативных воздействий на урбосистему, сооружения и инженерные инфраструктуры мегаполиса. Подобные обстоятельства вызывают необходимость оптимизации методов обработки дорожных покрытий и номенклатуры используемых средств исходя из мирового и отечественного опыта их применения и стоимостных факторов. Требуется минимизировать отрицательные экологические последствия, а также предусмотреть возможность утилизации снежной массы, содержащей противогололедные реагенты [3].

В Москве работы по созданию комплексной системы снегоуборки и противогололедной обработки территорий города начались в 2000 г., при этом большое внимание уделялось выбору номенклатуры противогололедных реагентов, допустимых для использования в городе и созданию мощностей по утилизации снега. В настоящее время построено и эксплуатируется более 50 снегосплавных пунктов на сетях городской хозяйственно-фекальной канализации, сбросных водах ТЭЦ и других источниках тепла. Создан парк ав-тореагентовозов, обеспечивающих внутригородскую транспортировку реагентов; существенно расширена номенклатура автотранспортных средств для распределения и обработки растворами реагентов дорожных покрытий города; определена номенклатура реагентов, существенно снижающих комплекс негативных последствий их применения.

В то же время, анализ итогов реализации первоочередных этапов схем снегоуборки и противогололедной обработки дорожных покрытий города выявил необходимость выработки дополнительных мероприятий и подходов к указанным проблемам [5]. Так, в частности, номенклатура существующих отечественных реагентов недостаточно удовлетворяет возможным и требуемым показателям снижения их негативных воздействий на природную среду по содержанию хлора и азотофосфатов. Количество выпускаемых промышленностью относительно безопасных реагентов недостаточно для удовлетворения потребностей города, как в валовом, так и в номенклатурном выражениях. Неудовлетворительно положение с обеспечением городских служб средствами малой механизации процессов снегоуборки и противогололедной обработки. Недостаточна дифференциация методов реализации указанных схем для различных функциональных территорий, а также районов города и, особенно, его центральной части.

Указанные обстоятельства определили необходимость продолжения работ по созданию новых противогололедных реагентов и их композиций, а также технологии их применения в условиях города, с учетом определенных показателей и лимитов емкости территории мегаполиса по различным реагентам.

3/2007 МГСУНИК

Обзор состояния вопроса показывает, что проблема обеспечения экологического благосостояния северного мегаполиса сложна и многогранна. Решение этой проблемы не может быть достигнуто какими-либо односторонними действиями, т.к. принятие мер в направлении решения локальной задачи неизбежно приведет к дисбалансу всего «экологического поля» и не даст возможности достичь требуемого эффекта. Только проведение комплекса разносторонних и многоплановых мероприятий, основанных на научной оценке их взаимного влияния друг на друга, позволит обеспечить успех в решении поставленной задачи.

Прежде всего, необходимо оценить количество выпадающих осадков и состояние дорожных покрытий города в зимний период для проведения уборки снега с целью обеспечения бесперебойного функционирования автомагистралей и соблюдения безопасности движения автотранспорта. При этом требуется обоснованно подойти к определению номенклатуры противогололедных реагентов для снижения скользкости дорожного полотна до необходимого уровня.

Вывоз больших объемов снежно-ледяных масс с магистралей города на сооружения по их утилизации необходимо производить с наименьшими экономическими затратами на расход горюче-смазочных материалов и моторесурса. Выбор маршрутов движения снегоуборочных машин необходимо производить с учетом фактической загрузки автомагистралей городским и личным транспортом. Это обстоятельство определяет места размещения сооружений по утилизации снежно-ледяных масс.

Значительное место в решении проблемы должно быть уделено выбору типа утилизационных сооружении, обоснованию конструктивных и технологических решений при их проектировании, определению оптимальных режимов и параметров реализуемых процессов дробления и плавления снежно-ледяных масс. Решение этих сложных задач может быть выполнено только с использованием методов физико-математического моделирования реализуемых технологических процессов [4].

Практика показывает, что только комплексное решение всех указанных выше задач и оптимальное сочетание конструкторско-технологических решений по их реализации позволит добиться заданного эффекта в достижении высокой экологической чистоты водных бассейнов северного мегаполиса в зимний период.

Литература:

1. Пупырев Е.И., Корецкий В.Е. Утилизация снега в Москве. Экология и промышленность России. М.: 2001. 0,5 п.л.

2. Корецкий В.Е., Павлов Н.В. Зимняя уборка магистралей города. Прима-Пресс-М,

М.: 2002, З,1 п.л.

3. Корецкий В.Е. Методы утилизации снега, вывозимого с магистралей города. Чистый город. М.: 2004, № 1(25), 0,5 п.л.

4. Корецкий В.Е. Исследование теплофизических свойств снежно-ледяных масс городских территорий. Экология и промышленность России, сентябрь, 2005 М.: 2005. 0,5 п.л.

5. Пупырев Е.И., Корецкий В.Е. Анализ новых технологий утилизации городского снега. ЖКХ и строительство / Доркомстрой», № 1/2006, М. 2006