автордың кітабын онлайн тегін оқу Строительная экология
Л. В. Андреева, А. Н. Гульков, С. А. Москаленко, Е. Г. Автомонов, А. В. Никитина
Строительная экология
Учебно-методический комплекс
Информация о книге
УДК 574
ББК 20.1
С86
Рецензенты:
Головин В. Л. — канд. техн. наук, профессор, зам. директора ДальНИИГиМа;
Духановская Г. В. — ведущий специалист Ростехнадзора по Приморскому краю.
Андреева Л. В., Гульков А. Н., Москаленко С. А., Автомонов Е. Г., Никитина А. В.
Учебно-методический комплекс разработан в соответствии с требованиями образовательного стандарта Российской Федерации к дисциплине «Строительная экология». Изложены основы экологии, сочетающие исследования общей экологии и экологии города; рассмотрены вопросы охраны природы и окружающей среды при размещении и строительстве жилых и общественных, промышленных и других видов объектов, при производстве строительных материалов; даны основные элементы и конструктивные схемы гражданских зданий.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Экология и природопользование», «Инженерная экология», «Защита окружающей среды», а также для преподавателей и аспирантов.
УДК 574
ББК 20.1
© Дальневосточный государственный технический университет, 2008
© ДВФУ, 2015
© ООО «Проспект», электронная версия книги, 2015
ПРЕДИСЛОВИЕ
Города, крупные поселения – это центры возникновения основных экологических проблем и вместе с тем места сосредоточения жителей Земли, призванные удовлетворить их потребности и обеспечить достаточно высокое экологически обоснованное качество жизни.
Все разделы строительной экологии пронизывает экология человека, экология создаваемой для человека среды и удовлетворения его многочисленных потребностей. Таким образом, строительная экология состоит из ряда органично связанных между собой и взаимопроникающих друг в друга разделов. Инженер-эколог должен обладать как общими знаниями, формирующими экологическое мышление, так и специальными, дающими возможность проектировать и строить в согласии с природой, не загрязнять и восстанавливать среду при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.
От знания законов развития природы, основ экологии будет зависеть профессиональное умение специалиста исключить негативное воздействие зданий и сооружений на природу, органично вписать их в природную среду, помочь развитию природных систем и одновременно повысить качество жизни человека.
Перед специалистами – инженерами-экологами – стоят две важнейшие задачи: создать высокое качество жизни и одновременно обеспечить экологичность городов, снизить поступление загрязнений в среду и достичь экологического равновесия между городами и природой. Современный специалист любого профиля должен не только владеть определенным комплексом и уровнем специальных знаний, но и обладать соответствующим уровнем экологического мировоззрения и мышления, который позволит анализировать и оценивать собственную производственную деятельность относительно ее воздействия на природную среду, обеспечит понимание глубинных процессов этого взаимодействия и поможет принимать обоснованные решения. Основой для развития экологического мышления и мировоззрения могут служить знание и понимание задач и методов экологии, понятий и законов экологии, законов взаимодействия живых организмов и неживой природы, четкие представления о биосфере и ее эволюции, факторах, способствующих превращению биосферы в ноосферу и техносферу.
Современное строительное производство и использование природных ресурсов невозможно без экологических знаний. Изучение предмета «Строительная экология» – задача в некоторой степени сложная, но необходимая. Вопросам экологии при проектировании и строительстве жилых зданий стали уделять внимание только в последние годы, когда резко перешли на качественную оценку строительной продукции. Прежде всего встали вопросы: из каких материалов мы строим и какими отделываем здания, каковы их особенности в эксплуатации, влияние на людей и среду обитания? Уровень отделки и комфорта все более соотносят с экологическими условиями, причем это связано не только с ухудшением экологических характеристик населенных мест, но и с привнесением в жилые помещения вместе с некачественными строительными материалами вредных веществ, проявлением негативных воздействий от насыщения жилища различными электробытовыми приборами и оборудованием, не всегда отвечающими санитарно-гигиеническим нормам и стандартам.
На качество жилища с позиций экологии оказывают влияние внешние и внутренние факторы: физические (радиоактивность, геопатогенность, ветер, влажность, температура, вибрация, шум); химические (выбросы автотранспорта и предприятий, пыль и аэрозоль); биологические (бытовые и биоценоз); эстетические (природное и архитектурное окружение). Поэтому в проектировании жилища главная задача с точки зрения охраны здоровья сводится к обеспечению микроклиматического комфорта, в том числе за счет теплоэффективности зданий и защищенности воздушной среды от загрязнения вредными веществами. Влияние на качество жилища физико-химических факторов обеспечивается архитектурно-конструктивными средствами, а гигиенические аспекты (естественное освещение, инсоляция, воздухообмен, шум, качество строительных материалов, электромагнитные излучения) регламентируются нормативами.
В процессе изучения предмета «Строительная экология» студенты получают фундаментальные знания о природе, влиянии человека на природу и окружающую среду, знания по охране окружающей среды в строительном производстве. Развитие строительного производства невозможно без внедрения принципиально новых подходов к природопользованию. Эти подходы связаны с разработкой инженерно-технических задач на основе экологических законов и строительной экологии – новой научной дисциплины, изучающей взаимодействие общественного производства с природной средой обитания.
Экологизация строительного производства требует повышения подготовки квалифицированных специалистов, внедрения эффективных методов и форм обучения. Выпускник высшего учебного заведения должен уметь применять экологические знания при проектировании и строительстве того или иного объекта, давать правильную оценку экологической обстановке на строительной площадке, проводить соответствующую экологическую экспертизу, опираясь на действующие в России правила охраны окружающей среды, законодательные и правовые акты природопользования, и делать экономические выводы.
Учебно-методический комплекс является руководством по освоению дисциплины «Строительная экология» и призван помочь студентам в организации самостоятельной работы. Данный комплекс содержит учебную информацию в виде рабочей учебной программы, лекционного материала, методических указаний к выполнению курсового проекта, практических работ. Учебная информация построена на принципах ясности и логичности. Практические работы основаны на методике поиска, требующего усвоения изученного материала в форме, удобной для запоминания. Контрольно-измерительные материалы представлены в виде тестов.
Рабочая учебная программа
Цели и задачи дисциплины
Цель изучения дисциплины – получение студентами знаний о тесной связи процессов урбанизации с процессами, происходящими в природных системах, о проблемах взаимодействия структур городских комплексов с природной средой.
Для достижения поставленной цели в программу включены курс лекций, самостоятельная работа студентов и практические занятия.
Задачи дисциплины «Строительная экология» заключаются в изучении:
• общих сведений об архитектуре и урбоэкологии;
• общих сведений о загрязнениях;
• рационального природопользования и его принципиальных положений при осуществлении инженерной деятельности;
• функционально-конструктивных элементов здания;
• архитектурной и городской среды;
• экосистемной интерпретации города;
• взаимодействия городской среды с природными системами.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Изучение и освоение дисциплины «Строительная экология» требуют достаточно глубоких знаний в области таких дисциплин, как «Общая экология», «История отрасли», «Наука о земле», «Физика», «Термодинамика и тепломассообмен», «Техника защиты окружающей среды» и др.
Изучив дисциплину «Строительная экология», студент в соответствии с требованиями стандарта должен понимать:
• проблемы градостроительной экологии;
• проблемы экологической сбалансированности на урбанизированных территориях;
• экосистемную интерпретацию города.
Студент должен знать:
• общие сведения о загрязнениях;
• общие сведения о зданиях и сооружениях;
• основы строительной физики;
• основные положения урбоэкологии.
В результате практического изучения дисциплины студент должен уметь:
• анализировать влияние загрязнения городской среды на здоровье населения;
• решать задачи по определению условий безопасности воздействия инженерных сооружений на окружающую среду и разрабатывать необходимые мероприятия по ее защите на основе знания нормативных требований;
• анализировать документацию, проекты и давать прогнозную оценку по применению конкретных градостроительных проектов.
Объем дисциплины и виды учебной работы
Очная форма обучения
| Вид учебной работы | Всего часов | Распределение по семестрам |
| 3 | ||
| Общая трудоемкость дисциплины | 162 | 162 |
| Лекции | 36 | 36 |
| Практические занятия | 18 | 18 |
| Курсовое проектирование | 108 | 108 |
| Итоговый контроль | Зачет | Зачет |
Заочная форма обучения
| Вид учебной работы | Всего часов | Распределение по курсам |
| 3 | ||
| Общая трудоемкость дисциплины | 162 | 162 |
| Лекции | 16 | 16 |
| Практические занятия | 4 | 4 |
| Курсовое проектирование | 142 | 142 |
| Итоговый контроль | Зачет | Зачет |
Содержание дисциплины
Распределение учебного материала по видам занятий
| Раздел дисциплины | Распределение по видам (час) | ||
| Л | ПЗ | КП | |
| Введение | 2 | - | |
| Охрана окружающей среды в градостроительной документации | 4 | - | |
| Охрана окружающей среды при строительстве зданий и сооружений | 4 | - | |
| Общие сведения об архитектуре и урбоэкологии | 6 | - | |
| Общие сведения о зданиях и сооружениях | 6 | 6 | |
| Функционально-конструктивные элементы здания | 12 | 12 | |
| Строительство в особых географических условиях | 2 | - | |
| Итого | 36 | 18 | 108 |
Содержание лекционного курса
Введение (2 часа)
Основные положения общей экологии, используемые в градостроительстве. Проблемы экологии города. Геоэкологические проблемы. Система качества городской среды.
Охрана окружающей среды в градостроительной документации (4 часа)
Экологические проблемы в территориальных комплексных схемах градостроительного планирования. Экологические задачи в генеральных планах промышленных предприятий. Конструирование оптимальной среды обитания в районах нового освоения.
Охрана окружающей среды при строительстве зданий и сооружений (4 часа)
Экологические требования при проектировании жилых зданий. Экологическая оценка строительных материалов. Экологические требования к проектам строительства. Экологические требования при строительстве автомобильных дорог и улично-дорожной сети. Шум и вибрации в окружающей среде. Нормирование величины шума и вибрации.
Общие сведения об архитектуре и урбоэкологии (6 часов)
Архитектура – специфическая деятельность общества. Развитие градостроительства. Архитектурные стили. Определение архитектуры. Архитектурная и городская среда. Архитектурная деятельность и проектирование. Понятие об архитектурной и городской среде. Содержание архитектурной деятельности и проектирования.
Общие сведения о зданиях и сооружениях (6 часов)
Здания и сооружения: определение и классификация. Целесообразность зданий. ОПР здания. Архитектурно-строительный проект здания. Унификация и стандартизация в строительстве. Модульная система и привязка конструктивных элементов к разбивочным осям. Стадии проектирования. Индивидуальные и типовые проекты. Основы строительной физики. Принципы конструирования ограждающих конструкций. Требования звукоизоляции. Конструктивные мероприятия по борьбе с воздушным и ударным шумом. Понятие о строительной светотехнике. Инсоляция.
Функционально-конструктивные элементы здания (12 часов)
Основные сведения и назначение. Основания и фундаменты. Понятие об основании здания и требовании к нему. Воздействия на фундаменты и требования к ним, их классификация. Глубина заложения, виды фундаментов, их принципиальное конструктивное решение. Гидроизоляция фундаментов и стен подвалов. Стены зданий. Основные воздействия на стены. Требования, предъявляемые к стенам. Типы, элементы стен и их основные конструктивные решения. Каркасы. Основные конструктивные элементы каркасов. Компоновочные схемы, область применения каркасов, их конструирование. Перекрытия и полы. Воздействия на перекрытия и требования к ним. Классификация и виды. Принципиальные конструктивные решения различных видов перекрытий. Требования, предъявляемые к полам, виды полов и конструктивные решения. Покрытия зданий. Воздействия на покрытия и требования к ним. Классификация и область применения покрытий. Принципиальные конструктивные решения. Кровли. Лестницы, перегородки, окна, двери, балконы. Назначение и принципиальные конструктивные решения.
Строительство в особых географических условиях (2 часа)
Сейсмостойкость зданий. Особенности объемно-планировочных и конструктивных решений. Особенности проектирования и строительства зданий на просадочных грунтах. Методы строительства, особенности объемно-планировочных и конструктивных решений зданий в условиях вечной мерзлоты.
Содержание практических занятий
Практические занятия включают в себя технологический расчет (6 часов), изучение влажностного режима ограждающих конструкций (4 часа), основ звукоизоляции в строительстве (4 часа), а также расчет освещенности помещений (4 часа).
Курсовое проектирование
Целью выполнения курсового проекта является решение частных проектноконструкторских задач, которые в совокупности представят проект двухэтажного гражданского здания из мелкосборных элементов.
Самостоятельная работа – непременное условие курсового проектирования. Студент не только решает тот или иной вопрос курсового проекта, но и обосновывает принятый вариант, что формирует у него инициативу и ответственность за порученное дело.
Поставленная цель осуществляется при решении следующих задач:
• обоснование выбора объемно-планировочных и конструктивных решений здания;
• привязка конструктивных решений к конкретным условиям;
• выполнение графической части в соответствии с требованиями ЕСКД;
• изучение характеристик и свойств современных экологически безопасных строительных материалов и инженерных систем, применяемых в жилых зданиях.
График изучения дисциплины
| Вид занятий | Номер недели | |||||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
| Лекции | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| ПЗ | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |||||||||
| КП | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||||||||
| Аттестация (промежут.) | + | + | ||||||||||||||||
Текущий и итоговый контроль
1. Перечислить группы потребностей человека.
2. Назвать основные закономерности экологии, являющейся основой урбоэкологии и экохомографии.
3. Дать экологическую характеристику городам: а) древнего мира, б) абсолютизма и индустриальной эпохи, в) постиндустриальной эпохи.
4. Что именуют архитектурным стилем? Перечислить их и дать краткую характеристику.
5. Дуалистическое представление и определение архитектуры.
6. Определение понятия «ресурс». Природные ресурсы и их классификация.
7. Ресурсный цикл: определение, сущность.
8. Классификация загрязнений.
9. Что именуют рациональным природопользованием? Инженерные принципы рационального природопользования.
10. Классификация зданий и сущность их целесообразности.
11. Объемно-планировочное решение здания. Условия, диктующие его решение.
12. Рассказать о модульной системе в строительстве.
13. Проект здания: разновидности, содержание и стадии проектирования.
14. Конструктивная система и схема здания. Строительная система.
15. Функционально-конструктивные элементы здания и их назначение.
16. Что называют основанием здания? Требования к основаниям.
17. Фундаменты зданий: классификация, глубина заложения.
18. Основные конструктивные решения фундаментов, их гидроизоляция.
19. Требования, предъявляемые к стенам здания. Классификация стен.
20. Швы в стенах здания.
21. Основные типы каркасов здания и область их применения.
22. Основные конструктивные элементы каркасов.
23. Перекрытия зданий, их назначение и классификация.
24. Принципиальные конструктивные решения перекрытий: а) по балкам, б) из плит-настилов, в) при монолитном исполнении.
25. Покрытия здания: назначение, классификация.
26. Принципиальное конструктивное решение покрытий.
27. Принципиальные положения экохомографии.
28. Перечислить способы использования зданием энергии среды.
29. Содержание архитектурной деятельности.
30. Экосистемное представление города.
31. Понятие об экополисе.
32. Загрязнение урбанизированной среды: воздуха, воды, почвы.
33. Понятие об экологическом равновесии.
34. Основные методы экологической компенсации (предотвращения загрязнений) на урбанизированных территориях.
35. Понятие «природный каркас территории».
36. Основные меры экологической компенсации на межгородских территориях (городских агломерациях).
37. Понятие об экологическом мониторинге и экологической экспертизе.
Рейтинговая оценка
Усвоение учебной дисциплины максимально оценивается в 100 рейтинговых баллов. Текущая работа по дисциплине в течение семестра оценивается не более чем в 70 баллов, итоговый контроль – 30 баллов. Посещаемость занятий учитывается поправочным коэффициентом, равным отношению количества часов посещенных занятий к плановым.
Распределение баллов по видам учебных работ
| Наименование работ | Баллы | |
| Очная форма | Заочная форма | |
| Теоретический материал | 20 | 30 |
| Практические занятия | 10 | - |
| Курсовое проектирование | 20 | 30 |
| Контрольные работы | 10 | - |
| Посещаемость | 10 | 10 |
| Экзамен/зачет | 30 | 30 |
| Итого | 100 | 100 |
Перевод рейтинговых баллов в пятибалльную шкалу
| Отлично | 85-100 |
| Хорошо | 71-84 |
| Удовлетворительно | 60-70 |
| Неудовлетворительно | менее 60 |
Примечание. При набранной общей сумме баллов менее 40 по результатам третьей аттестации студент не допускается к итоговой аттестации по дисциплине.
Курс лекций
Тема 1. ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ ГОРОДА
Город как экосистема
Промышленная революция, начавшаяся в начале XIX в. и достигшая своего апогея в XX в., явилась, несомненно, новым ускорителем процесса городского развития. С ростом промышленности, применением паровых машин, работающих на угле, загрязнение воздуха, рек, озер, водоемов не только крупных городов, но и населенных пунктов возросло.
Процесс развития городов привел к появлению мегаполисов – гигантскому скоплению городов с населением в несколько десятков миллионов человек. Например, сейчас в Московском регионе проживает около 18…20 млн чел.; в мегаполисе Токио-Нагоя-Осака-Кобе – свыше 60 млн чел.; в высокоразвитой полосе вдоль Атлантического побережья США от Бостона до Вашингтона протяженностью около 1000 км – до 40 млн чел., почти все горожане; в российских городах – 109 млн чел. (или 74% населения).
Строительство небоскребов в США, Японии, а также непрерывное увеличение этажности зданий (следствие роста цен на землю) привело к образованию пронизываемых ураганными ветрами «бетонных ущелий», куда никогда не заглядывает луч солнца, что усугубило и без того острые проблемы этих городов. Ярким примером является Нью-Йорк – огромное скопление высотных домов с довольно узкими улицами, перегруженными до отказа чадящими автомобилями.
Перенаселенность, а также загрязнение окружающей среды в больших городах и мегаполисах автомобильным транспортом приняли настолько тревожные размеры, что общественное мнение начинает все шире выступать за чистоту городов. Концентрация промышленности, транспорта, населения в городах до неузнаваемости преобразовали природный ландшафт. При этом мощно и рельефно проявились экологические проблемы. На этом фоне люди всех возрастов и социальных слоев как бы объединены гигантским круговоротом городского образа жизни. Чистый воздух и прозрачные реки, как это было 50…60 лет тому назад, т.е. в середине XX в., зеленые холмы и тишина лесов – все это отдаляется, уходит от городского жителя. Надо, конечно, отметить, что человечество вступило в эпоху новой сферы жизнедеятельности.
Изучением городской среды, ее компонентов, факторов человеческой деятельности и истории формирования ансамблей, бульваров и прочих элементов города занимается новая научная область знания – урбоэкология. Городская среда материальна, одновременно она является носителем духовной культуры. Эмоциональное воздействие среды города на наше сознание бесспорно. Ведь гармоничные архитектурные сооружения, хорошо оформленные фасады зданий, размещение зданий, наличие парков и бульваров, озелененных дворов и улиц создают людям определенное настроение, состояние внутреннего комфорта.
На сессии общего собрания Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) на тему «Градостроительство России. XXI век» в апреле 2000 г. в Обращении к главам администраций субъектов и городов РФ говорилось, что «на современном этапе развития России приоритетным направлением в государственной градостроительной политике должен стать стратегический прогноз – стратегическое территориальное и градостроительное планирование». Это особенно важно в реализации принятой Правительством РФ Генеральной схемы расселения Российской Федерации как базового документа упорядочения сложившейся системы расселения, структуры и зонирования городов и поселений.
В рамках Обращения общего собрания РААСН отмечалось, что состояние многих городов и поселений по экологическим характеристикам очень тревожное, а в существующей практике градостроительства не принимаются во внимание проблемы окружающей среды. Улично-дорожная сеть в большинстве городов оказалась не в состоянии обеспечить потоки резко возросшего количества автомобильного и другого транспорта. Строительство жилых домов ведется зачастую по проектам, не учитывающим в полной мере региональные особенности места строительства, требования энергосбережения, снижение эксплуатационных затрат, сопоставимость долговечности и экологической чистоты применяемых материалов и конструкций.
В Обращении отмечалось также, что в градостроительной политике продолжает существовать принцип экстенсивного развития городов и поселений и в практике застройки территорий не выполняются положения генеральных планов, касающихся сохранения и развития участков с зелеными насаждениями. Были и другие рекомендации, смысл которых сводился к гуманизации (от лат. humanus – человечность) и эстетизации городов, основанных на традициях русского градостроения, соединяющих в себе историческое наследие и новаторство, охрану и реставрацию памятников архитектуры городской среды.
Сохранение своеобразия исторически сложившихся городов является основой духовного и культурного воспитания народа и ключом к пониманию экологической безопасности подрастающего поколения. Таким образом, город можно рассматривать как экосистему, изучающую закономерности взаимодействия человека с городской средой. За последние годы в рамках программы «Человек и биосфера» был разработан экологический подход к изучению городских поселений, учитывающий все разнообразие природных, социальноэкономических, рекреационных и других факторов, влияющих на городскую среду и здоровье жителей.
Влияние урбанизации на окружающую среду
Города существуют издревле, а городское население представляет собой неотъемлемую часть развития человеческой цивилизации. С середины XIX и в XX в. начался небывалый рост городов и их населения. В XX в. мы подошли к такому явлению, как урбанизация. Урбанизация (от лат. urbos – город) – это процесс роста городов и населения, сопровождаемый укрупнением их в агломерации (от лат. aglomerare – присоединять) и углублением городского образа жизни.
Анализ статистических данных показывает, что наиболее урбанизированными являются регионы, отличающиеся высоким уровнем экономического развития. Доля городского населения, например, в Европе составляет 77, Восточной Азии – 47, Южной Азии – 35, Северной Америке – 86, Латинской Америке – 75%.
Причинами урбанизации являются высокий уровень развития производственной и непроизводственной сфер экономики, их интеграция, интенсификация сельского хозяйства, развитие международных связей и торговли. Центрами такой концентрации промышленности и экономики становятся города.
Современные большие города, как правило, многофункциональны: это и центры крупной и малой промышленности, и центры развитой инфраструктуры, в том числе социальной, где сосредоточены учреждения здравоохранения, образования, культуры; это и административные, и информационные центры. Урбанизация сопровождается появлением новых функций, а это в большинстве случаев ведет к привлечению новых жителей для их выполнения.
Гигантские скопления агломераций, образующие сплошную полосу городского расселения, называются мегаполисами (от гр. megas – большой, polis – город). Примерами могут служить мегаполис от Бостона до Вашингтона на Атлантическом побережье США с населением около 40 млн чел. и агломерация Московской области, где насчитывается около 20 млн чел.
Попытаемся разобраться, в чем сущность городской среды как урбосистемы. Известно, что среда городов развивается в определенном природном ландшафте и поэтому включает в себя:
компоненты неживой (абиотической) природы – рельеф, климат, воду;
компоненты живой (биотической) природы – растительность, животный мир.
Помимо природных факторов городская среда содержит компонент, искусственно созданный человеком, – техносферу. Сюда относятся промышленные предприятия, жилые здания, транспорт. Все компоненты активно взаимодействуют между собой, это обеспечивает их тесную взаимосвязь и целостность. Человек, создавая промышленность, способствует формированию мощной техносферы и в то же время изменяет природную среду. Поэтому связи между компонентами могут быть прямыми, непосредственно влияющими на качество других, и косвенными, влияющими опосредованно.
Специфической особенностью городской среды как урбосистемы является ее «привязка» к определенному месту в географическом пространстве. Существует разница между средой городов, к примеру, в межгорной котловине или на равнине, на севере или в средней полосе. В жизни урбосистем велика роль фактора времени. Существование городов в современном виде есть результат длительного процесса исторического развития.
Урбосистемы относятся к открытым системам. А это значит, что они тесным образом связаны с окружающей их территорией и средой. Город, во-первых выступает как мощный потребитель вещества, энергии, информации, которые поступают извне; во-вторых, как источник выбросов в окружающую среду, по существу, тех же компонентов.
Отметим некоторые особенности урбосистем. Урбосистемы, в принципе, вероятностные, в них ответные реакции природы на антропогенное воздействие не удается спрогнозировать абсолютно точно. Они имеют двойственный характер развития: с одной стороны, они функционируют по законам природы, с другой – по законам социально-экономического развития общества. В этом их отличие от саморазвивающихся природных экосистем [44].
Урбосистемы – системы, управляемые человеческой деятельностью. При этом всегда имеется в виду повышение качества городской среды, обобщающим показателем которого служит физическое и духовное здоровье людей. Разумная организация урбосистемы предполагает обязательное соблюдение закона оптимальности. Суть его состоит в том, что любая система функционирует с наибольшей эффективностью в определенных характерных для нее пространственно-временных пределах. Очень важен размер урбосистемы, который должен соответствовать выполняемым ею функциям. Всякие крайности в размерах весьма опасны экологически и нерациональны экономически. Не случайно, видимо, американцы, имеющие в символике страны крупнейшие города с небоскребами, предпочитают жить в тихих и зеленых пригородах.
Не менее важное значение в основе устойчивости урбосистемы по отношению к внешним воздействиям имеет закон необходимого разнообразия. Никакая урбосистема не может сформироваться из абсолютно одинаковых элементов. Чем больше разнообразия в городской среде, тем большие возможности она имеет для развития и тем она устойчивее. Поэтому крупные города возникали на границах суши, моря и природных зон. Здесь создавались многообразные природные предпосылки для формирования города. Важную роль при этом играло функциональное разнообразие, а не абсолютное однообразие. Таким образом, из закона необходимого разнообразия вытекает закон неравномерности развития урбосистем за счет окружающей ее среды. Любая открытая экосистема может развиваться только за счет использования материально-энергетических возможностей окружающей ее среды, значит, абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.
Экологическое равновесие городской среды, как считают многие специалисты и ученые, будет более устойчивым при сохранении:
минимума видов, простейших абиотических образований в экосистеме;
оптимального состояния экологических компонентов;
видового разнообразия;
баланса между интенсивно и экстенсивно эксплуатируемыми участками.
Все условия среды, необходимые для жизни человека, играют равнозначную роль, и только их оптимальная совокупность обеспечивает процветание, а несоответствие параметров окружающей среды ведет к неминуемому вымиранию живых организмов. Поэтому экологические блага сейчас имеют наивысший приоритет в развитии общества.
Критерием и индикатором успешности социально-экономического развития городов (в рамках экологических ограничений) должны выступать показатели здоровья населения. Главными факторами, оказывающими влияние на здоровье городского жителя, следует назвать климатические и социальные условия.
Одной из наиболее важных характеристик городской среды является микроклимат города. Состояние города определяется главным образом степенью его загрязнения, снижения инсоляции, общей освещенности (длительность солнечного освещения сокращается на 5…15%); дневное освещение летом сменяется вечерним на 30 мин раньше, чем в сельской местности) и особенно степенью интенсивности ультрафиолетовой радиации, величина которой снижается из-за задымленности в среднем на 15…20% (зимой – на 30%, летом – на 5%, а в городах с металлургическими предприятиями ее потери возрастают до 35%) [44].
Уменьшение величины солнечной радиации отрицательно влияет на физиологическое состояние людей, повышая у них усталость, зрительное напряжение, раздражительность. Возникающий в связи с этим так называемый «световой голод» вызывает авитаминоз и уменьшает сопротивляемость человека простудным и инфекционным заболеваниям, ухудшает обмен веществ, самочувствие и настроение, снижает работоспособность. Отмечается, что чем больше город, тем более возрастает рассеивание ультрафиолетовых лучей. Поэтому в большом городе основная часть его жителей не получает достаточного количества ультрафиолетового облучения. С уменьшением количества ультрафиолетовой радиации возрастает бактериальная загрязненность воздуха. Уменьшение притока солнечного света замедляет процесс фотосинтеза зеленых насаждений и одновременно уменьшает бактерицидную защиту внешней среды от микробов, особенно от стрептококков и стафилококков, вызывающих наиболее тяжелые формы респираторных заболеваний, в частности хроническую пневмонию.
Температурный режим в городе является одним из важнейших видов воздействий на человека. Из-за более высокой температуры снижается относительная влажность воздуха зимой на 2, а летом на 8%. Несмотря на более низкую влажность, присутствие большого количества загрязнителей в атмосфере способствует увеличению облачности и количества осадков на 5…10%, а также увеличению числа дней с туманом зимой на 100 и летом на 30%.
В городской среде наблюдается и ослабление ветровой вентиляции, что создает условия для устойчивой загрязненности воздуха. При штилевой погоде и слабых ветрах загрязненные выбросами промышленных предприятий слои воздуха как бы образуют над городом покрывало, насыщенное вредными газами и аэрозолями. Изменяется и сам характер ветрового режима из-за более низкого атмосферного давления в центре города.
Наибольшее значение из социальных факторов города имеют высокая плотность населения, насыщенность контактами, избыточность индивидуальной информации. Их действия на человека в основном отрицательны. Отметим лишь, что высокая плотность населения обусловливает эмоциональный стресс, оказывает наряду с другими факторами влияние на рост сердечно-сосудистых заболеваний, болезней нервной системы и других патологических явлений.
Несмотря на постоянно ускоряющийся темп жизни, образ жизни человека в городе, как это ни парадоксально, становится все неподвижнее. А это ведет к утрате устойчивости и перегрузкам сердца, развитию сердечной недостаточности. Малоподвижный образ жизни становится причиной обменных сдвигов и нарушений нервной регуляции. По данным российских и американских специалистов, потеря физической активности человека ведет к увеличению ишемической кардиопатии, детренированности сердца и многих систем, регулирующих кровообращение. Урбанизация, изменяя образ жизни человека, влияет и на демографические показатели: рождаемость, смертность, физическoe развитие, продолжительность жизни.
Люди из века в век решали, как расти городам, какими им быть. Каждое новое поколение людей в городе вынуждено было жить на улицах прошлого, не успевая построить своих, и только в мечтах создавало «город Солнца», как представлял его итальянский философ Т. Кампанелла (1568–1639), «города-сады», какими видел их англичанин Э. Говард, «лучезарные города», какими проектировал их французский архитектор Л. Корбюзье (1887–1965).
Лишь в конце XX в. стало возможным строить города при жизни одного поколения и проектировать реальные города будущего. Архитекторы и специалисты по градостроительству всегда рассматривали город как единое социально-экономическое целое, где люди должны иметь наилучшие условия труда, быта и отдыха. В обозримом будущем, очевидно, произойдет постепенное стирание различий между городом и деревней (как мы понимаем этот термин сегодня). Деревня все больше перенимает черты города (хорошие дороги, жилье со всеми удобствами, дома культуры, музеи, библиотеки и др.), но при этом стремится не утратить своих достоинств и преимуществ (близость к природе, меньше шума). А город в свою очередь заимствует позитивные стороны сельской жизни (наличие зелени, чистый воздух, малоэтажность).
Геоэкологические проблемы
Развитие городов породило ряд специфических проблем, одной из которых является повышенный прессинг на окружающую среду, приводящий к ухудшению жизненных условий и здоровья городских жителей.
В центре внимания при рассмотрении проблем окружающей среды современных городов, как правило, оказываются вопросы загрязнения атмосферного воздуха, водоемов, деградации парков и городских ландшафтов. В меньшей степени при застройке городов затрагиваются негативные процессы в геологической среде, поскольку считается, что земная твердь является наиболее консервативной частью окружающей среды.
Между тем, как отмечают специалисты, проблема устойчивости городских территорий, подверженных техногенным процессам, теснейшим образом связана с процессами, происходящими в толщах пород Земли, что приводит к интенсификации опасных природных явлений и широкому развитию так называемых природно-техногенных процессов. Наибольшую проблему для городских и промышленных районов представляют:
наведенная сейсмичность;
опускание территорий;
подтопление;
карстово-суффозионные провалы;
геологический и геохимический риски и другие явления [44].
Суть такого явления, как наведенная сейсмичность, заключается в том, что антропогенное вмешательство в земную кору может приводить к перераспределению имеющихся или к образованию дополнительных напряжений внутри Земли, а также может влиять на развитие природных процессов, т.е. увеличивать частоту природных землетрясений или, например, способствовать разрядке уже накопленных напряжений, являясь «спусковым крючком» подготовленного природой сейсмического события.
Наиболее характерными причинами наведенной сейсмичности являются крупные водохранилища, закачка флюидов в глубокие горизонты земной коры и подземные атомные взрывы. Механизм воздействия каждого фактора на наведенную сейсмичность является специфическим. Значительный урон природе могут причинить огромные водохранилища, создаваемые вблизи крупных городов и населенных мест. Специалистами установлено, что накопление большой массы воды приводит к изменению гидростатического давления в породах, к снижению сил трения на контактах земных блоков, что ведет к так называемому сейсмическому срыву.
Вероятность проявления наведенной сейсмичности возрастает с увеличением высоты плотины. Так, при строительстве плотин высотой более 10 м наведенную сейсмичность вызывали только 0,63% от общего количества, при высоте более 90 м – 10%, а у плотин высотой более 140 м эта величина достигала 21%. Увеличение активности слабых землетрясений зафиксировано при создании Нурекского, Токтогульского, Червакского гидроузлов. Случаи проявления относительно сильных наведенных землетрясений известны при возведении Асуанской плотины в Египте, Койна в Индии, Кариба в Родезии, Лейк Мид в США.
Наведенная сейсмичность, опускание территорий и повышение гидростатического давления в земной коре могут быть вызваны не только строительством крупных водных резервуаров, но и закачкой флюидов в глубокие горизонты земной коры. Необходимость в этом, как показывает жизнь, возникает при захоронении загрязненных промышленных вод, создании подземных хранилищ жидкостей и газов, законтурном обводнении месторождений углеводородов в целях поддержания пластового давления и т.д.
Несомненно, мощным фактором возбуждения сейсмической активности являются подземные ядерные взрывы, которые сами по себе вызывают сейсмические эффекты, а в сочетании с разрядкой накопленных природных напряжений могут провоцировать весьма опасные наведенные землетрясения.
Техногенные факторы на многих территориях промышленных и городских зон влияют на процессы опускания земли. По своей скорости и негативным последствиям они значительно превосходят привычные нам тектонические движения. Отмечено, что одной из причин опускания урбанизированных территорий может быть дополнительная статическая и динамическая нагрузка от зданий, сооружений и оборудования.
Для городов Российской Федерации крайне важно иметь фактические данные о степени устойчивости городских грунтов в условиях их техногенного пресса. Многие грунты под влиянием техногенного воздействия деградированы. Об этом свидетельствуют многочисленные провалы и просадки грунта, например, в Москве в районах Тверской улицы, Арбата и в других местах.
На провалы, просадки грунта и трещинообразование зданий влияет следующий комплекс факторов:
срок существования здания;
методы строительства;
использованные строительные материалы;
размещение и состояние подземных коммуникаций;
природные особенности данной территории (русла рек, развитие карбонатных толщ в основании города, явления суффозии, оползни и др.).
Все эти явления и процессы приводят в ряде случаев к изменениям состава и свойств грунтов, что требует постоянного контроля и может быть использовано для качественной и количественной оценок грунтов при проектировании инженерных сооружений.
Опасным явлением становится извлечение подземных вод. Впервые на это обратили внимание японские специалисты в связи с опусканием территории г. Токио. Город обеспечивался водой не только из поверхностных источников, но и из системы скважин подземных вод. Следует отметить, что при интенсивной эксплуатации водоносных горизонтов земная поверхность может опускаться. Этому способствует не только выкачка воды, но и то, что город своей огромной тяжестью (зданиями и сооружениями) давит на занимаемую территорию. Изменение гидрогеологических условий вызвало опускание Токио в первой половине XX в. на 2 м, а в последующие 20 лет он погружался уже в два раза быстрее. Некоторые из городских мостов своими арками уже мешают прохождению под ними судов.
Другим примером опускания земли является г. Мехико. Начавшееся в конце XX столетия в связи с интенсивным забором подземных вод оседание земли на отдельных участках города в 1948–1952 гг. достигло 30 см/год. К концу 1970-х гг. вся территория города опустилась более чем на 4 м, а его северовосточная часть – на 9 м. Сейчас оседание земли удалось стабилизировать за счет сокращения объемов откачки подземной воды.
Приведем еще один пример. Китайский город Шанхай медленно погружается в море примерно на 1 см в год. Причинами такого явления стали как потепление климата, так и стремительное развитие миллионного города. Число жителей Шанхая быстро увеличивается, соответственно возрастает потребность в воде, падает уровень грунтовых вод. Строительство метро и глубоких подземных гаражей под небоскребами влечет за собой оседание почвы. Специалисты полагают, что до 2050 г. уровень воды в Южно-Китайском море, на берегу которого находится Шанхай, может подняться на 50...70 см.
Следует отметить и процессы подтопления территорий. Они выражаются в подъеме уровня грунтовых вод к поверхности земли. В результате такого явления повышается сейсмичность территории, снижается несущая способность грунтов, как следствие, появляются преждевременные деформации и выходят из строя здания и подземные коммуникации.
Подтопление нередко вызывает активизацию оползней, просадок, провалов и набухания грунтов, загрязнение грунтовых вод, усиливает коррозионные процессы в подземных конструкциях, приводит к деградации почв. На территориях, где подземные воды загрязнены нефтью и нефтепродуктами, подтопление вызывает подъем жидких и газообразных углеводородов к поверхности земли, что создает взрывои пожароопасную обстановку.
Процесс подтопления территории в России принял практически повсеместный характер, и в настоящее время им охвачено около 9 млн га земель различного хозяйственного назначения, в том числе 5 млн га сельскохозяйственных земель и 0,8 млн га застроенных городских территорий. Подтапливаются практически все крупные города: Астрахань, Волгоград, Иркутск.
Интенсивная откачка подземных вод и нарушение тем самым установившегося гидродинамического режима на территориях, сложенных толщами растворимых пород (солей, гипса, известняка, мела), в которых широко развиты процессы их локального растворения и образования карстовых пустот, могут вызвать снижение их устойчивости и развитие карстово-суффозионных процессов, приводящих к образованию воронок природно-техногенного характера. Эти процессы развиваются настолько быстро, что становятся опасными не только для зданий, размещенных на этих территориях, но и для людей. Провальные воронки глубиной от 1,5 до 5…8 м имеют диаметр до 40 м.
Развитие градостроительства в условиях геологического и геохимического рисков и ряда других природных процессов обусловливает необходимость разработки стратегии безопасности развития городов. Такая стратегия должна быть основана на градостроительном планировании и системе предупреждения и прогнозирования, т.е. речь идет о стратегии природной безопасности города. Элементами этой стратегии являются:
проведение инженерно-геологического районирования;
превентивные (предупреждающие, предохранительные) мероприятия;
мониторинг и прогнозирование;
принятие современных управляющих решений.
Кратко остановимся на первых двух мероприятиях, которые являются наиболее важными элементами.
Инженерно-геологическое районирование территории включает в себя ряд факторов: рельеф, свойства пород, гидрогеологические условия, развитие геодинамических процессов и др. Территория подразделяется на участки по степени их пригодности для хозяйственного освоения и устойчивости к воздействию опасных природно-техногенных явлений, что очень важно для принятия правильных строительных решений и освоения участков с соблюдением геоэкологической безопасности.
Превентивные мероприятия – это ряд работ, выполняемых до начала строительства объектов: создание защитных сооружений, инженерная подготовка территорий, куда входят работы по строительству дренажных и водоотводящих сооружений, подпорных стенок, отсыпка грунта и повышение уровня поверхности, закрепление грунтов и др. Все эти меры считаются социально приемлемыми и экономически оправданными. Тем не менее они повышают на 2…12% стоимость строительства, однако эффект превентивных мероприятий несравнимо выше, если учесть социальные и экологические факторы, являющиеся необходимыми компонентами общего облика района или города [44].
Современный город нельзя рассматривать изолированно от природы. Связанный с природным окружением, с другими городами и населенными пунктами района, он является лишь элементом, одним из объектов районной планировки. Поэтому важен анализ природных условий и ресурсов в районной планировке, особенно в их пространственном аспекте. Такой анализ необходим, так как районная планировка – это метод многоцелевого (а не только градостроительного) использования территории, который направлен на решение нередко противоречивых планировочных задач межотраслевого характера. Кроме того, особенно в районной планировке оцениваются животный мир и ландшафт, выявляются зоны распространения тех или иных природных явлений и различия между этими зонами и участками территории, характеризующимися степенью развития того или иного природного фактора или явления.
Главный вывод из анализа природных условий – это степень пригодности территории по тому или иному природному фактору для основных видов хозяйственной деятельности, будь то строительство города или населенного пункта либо освоение территории для сельского хозяйства или промышленности.
Обычно рассматриваются следующие природные условия: геоморфологические, геологические, гидрологические, климатические, почвенные, растительные.
Геоморфологические условия оцениваются в основном по морфологическим элементам рельефа – его формам, абсолютным и относительным высотам, глубине эрозионного расчленения, уклонам местности. Характер рельефа (наличие овражной сети и др.) может оказывать существенное влияние на условия строительства и застройку города, организацию массового отдыха населения.
Геологические условия характеризуются с точки зрения строения, структуры и литологии геокомплексов, закономерностей их распространения и мощности. Особое значение при этом придается анализу неотектонической активности, сейсмичности территории. С геологическими условиями связаны исследования по наличию минерально-сырьевых ресурсов, подземных вод. В районах вечной мерзлоты особое внимание уделяется анализу геокриологических условий – распространению, закономерностям развития, составу и глубине промерзающих мерзлых и протаивающих почв, а также анализу горных пород, температурного режима, вечномерзлой толщи. В сейсмоопасных районах, где возможны землетрясения, важное значение приобретают анализ сейсмической обстановки и вопросы микросейсморайонирования.
Гидрогеологические условия включают в себя анализ и характеристику водоносных горизонтов подземных вод, их распространения, глубины залегания и объема водоносного слоя, химического состава и агрессивности. Водообеспеченность территории оценивается подземными водами, эксплуатационными запасами вод и возможностями их как источников водоснабжения промышленности, городов, зон массового отдыха и прочих мест.
Характеристика природных ресурсов включает данные о минеральносырьевых, водных, лесных, биологических и других ресурсах. Такой анализ производится в целях определения объемов их использования на расчетную перспективу при развитии района и строительстве города. При комплексном анализе природных условий и ресурсов того или иного района учитываются их специализация и другие факторы.
Тема 2. ГРАДОСТРОИТЕЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ
Градостроительные аспекты охраны окружающей среды
Городская среда формируется под влиянием целого комплекса как природных, так и социальных условий. При этом огромная роль принадлежит географическому положению. Известно, что местоположение – это не просто «адрес» города, оно определяет важнейшие свойства природного окружения, хозяйства, населения, т.е. охватывает все компоненты урбосистемы.
Географическое положение всегда связано с выполнением городом тех или иных функций: промышленных, транспортных, рекреационных. Выгодность положения определяется законом географического разнообразия. Сущность этого закона в следующем: чем разнообразнее природные условия и природные ресурсы, тем больше возможностей предоставляется для развития города и улучшения среды обитания, что, прежде всего, определяет рост числа жителей.
По географическому положению город может занимать центральное место, периферийное, приморское и др. Центральное положение наиболее выгодно. Это можно проследить на примерах развития городов Москвы, Парижа, Берлина и др. Периферийное – значительно менее выгодно экономически, но более выгодно в экологическом аспекте. Выгодным во все времена было и приморское положение. Достаточно указать, например, западно-европейские города Венецию, Геную и российские Владивосток, Санкт-Петербург. На качество среды большое влияние оказывает эколого-географическое положение – положение относительно экологически важных объектов территории.
Географическое положение города определяется устойчивостью его природы к антропогенным воздействиям и способностью самих природных факторов ликвидировать результаты этих воздействий. Оно характеризуется и оценивается с позиций:
макроположения, когда город рассматривается относительно гидрографической системы, структурных форм рельефа, системы транспортных коммуникаций, природных и антропогенных источников экологической опасности;
мезоположения, когда рассматривается территория, в пределах которой размещается город (экономический, географический и климатический факторы);
микроположения, когда предполагается крупномасштабное изучение и города, и территории, на которой он сформировался.
В условиях интенсивной урбанизации и концентрации населения в городах среди вопросов градостроительной экологии все большее значение приобретают задачи создания и поддержания полноценной жилой среды в сложном городском механизме. Большое значение для улучшения состояния города имеет благоустройство: санитарная очистка, уборка городских улиц и озеленение. Все эти требования должны учитываться при новом строительстве и реконструкции от
...
