Стольберг Ф.В. Экология города (урбоэкология)

Подождите немного. Документ загружается.

Учебник

города

Под общей редакцией доктора технических наук,

профессора Стольберга Ф.В.

Допущено Министерством образования Украины

как учебник для студентов высших учебных заведений

Решение коллегии № 13/6-18 от 24 ноября 1999 г.

Киев "Либра" 2000

ББК 28.081я7

Э 35

УДК 504.75

Рецензенты: В.Я. Шевчук, д-р экономических наук, профессор, министр охраны окр>

жающей природной среды и ядерной безопасности Украины

И.Г. Черванёв, д-р технических наук, профессор, зав. кафедрой соц.

экон. географии, природоохранного менеджмента и геоинформатикр

Харьковского национального университета, член УМК по экологии Мин

образования Украины

Общее редактирование — Ф.В. Стольберг, д-р технических наук, профессор, зав. ка

федрой инженерной экологии городов Харьковской государственной академш

городского хозяйства (ХГАГХ), лауреат Государственной премии

Научное редактирование — В.Н. Ладыженский, кандидат технических наук, доцен

кафедры инженерной экологии городов Харьковской государственной академш

городского хозяйства (ХГАГХ)

•

Э 35 Экология города: Учебник. — К.: Либра, 2000. — 464 с.

ISBN 966-7035-29-8

Рассмотрены экологические проблемы городов, которые к концу XX века стали

преимущественным местом обитания человека. Описаны источники воздействия на

природную среду города и мероприятия по защите атмосферного воздуха, поверхно-

стных и подземных вод, почвенного покрова, геологической среды и зеленых насаж-

дений в пределах городской черты. Дан анализ экологической обстановки более чем

в 80 городах Украины.

Отличительной особенностью настоящего издания является комплексное рас-

смотрение и инженерный подход к решению экологических проблем городов.

Предназначена для студентов высших учебных заведений по специальности "Эколо-

гия и охрана окружающей природной среды", а также для специалистов-экологов, ра-

ботников городской и районной администрации.

ISBN 966-7035-29-8 ББК 28.081я7

П1ВДЕННИЙ Ф1Л1АЛ

"КРИМСЬКИЙ АГРОТЕХНОЛОПЧНИЙ

УНИВЕРСИТЕТ" НАУ

Коллектив авторов, 2000

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 7

Раздел 1. Город и городская среда 9

1.1. Основные понятия 9

1.2. История и перспективы урбанизации 18

1.3. Городское хозяйство 23

1.4. Ресурсопотребление городов 26

Контрольные вопросы 27

Рекомендуемая литература 28

Раздел 2. Геологическая среда города 29

2.1. Антропогенные изменения рельефа 29

2.2. Почвы городских территорий 30

2.3. Литогенная основа городских территорий 38

2.4. Опасные геологические процессы на городских территориях 47

2.5. Защита городских территорий от опасных геологических процессов 58

Контрольные вопросы 62

Рекомендуемая литература 62

Раздел 3. Водная среда города 63

3.1. Водные объекты городов 63

3.1.1. Родники в городской черте 65

3.2. Использование водных объектов города 68

3.2.1. Централизованное водоснабжение 68

3.2.2. Децентрализованное водоснабжение 70

3.2.3. Рациональное использование водных ресурсов 71

3.3. Оценка состояния водных объектов 74

3.3.1. Показатели качества воды 74

3.3.2. Методика оценки качества воды 78

3.4. Источники воздействия на водные объекты .Т...л $ 81

3.5. Системы водоотведения и очистки сточных вод 86

3.5.1. Системы водоотведения 86

3.5.2. Общегородские очистные сооружения 90

3.5.3. Очистные сооружения небольших населенных пунктов 93

3.5.4. Методы очистки производственных сточных вод 95

3.5.5. Условия приема производственных сточных вод в городскую систему

водоотведения ЮЗ

3.5.6. Условия сброса сточных вод в водные объекты 104

3.6. Поверхностный сток с городской территории и территорий промышленных

предприятий 107

3.7. Процессы формирования качества поверхностных вод 113

3.7.1. Гидравлические процессы формирования качества воды 114

3.7.2. Самоочищение водных объектов 117

3.8. Методы защиты и восстановления поверхностных водных объЛсгов 124

3.8.1. Уменьшение внешнего воздействия на поверхностные водные объекты 124

3.8.2. Интенсификация внутриводоемных процессов 125

3.9. Прогнозирование состояния поверхностных вод 128

3.10. Формирование подземных вод на урбанизированных территориях 139

Содержание

3.11. Охрана подземных вод от истощения и загрязнения 144

3.12. Методы пополнения запасов подземных вод 145

3.13. Зоны санитарной охраны скважинных водозаборов 146

3.14. Прогнозирование состояния подземных вод 147

3.14.1. Прогноз состояния подземных вод в связи с их эксплуатацией 147

3.14.2. Прогноз загрязнения грунтовых вод вблизи хранилищ жидких отходов 150

3.14.3. Самоочищение подземных вод 152

3.14.4. Моделирование гидрогеологических процессов 153

Контрольные вопросы 154

Рекомендуемая литература 155

Раздел 4. Воздушная среда города 156

4.1. Атмосферный воздух. Основные понятия, определения и характеристики 156

4.1.1. Состав, строение, свойства и функции атмосферы 156

4.1.2. Характеристика загрязняющих атмосферу веществ и классификация

источников загрязнения 159

4.1.3. Нормирование качества атмосферного воздуха 163

4.2. Основные источники образования и выбросов загрязняющих атмосферу веществ... 166

4.2.1. Источники образования и выбросов в атмосферу загрязняющих веществ

по отраслям промышленности 167

4.3. Процессы формирования состава атмосферного воздуха в населенном пункте 179

4.3.1. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере 179

4.3.2. Трансформация примесей в атмосфере 188

4.3.3. Смоги 192

4.4. Мероприятия по защите воздушного бассейна 193

4.4.1. Санитарно-защитные зоны 193

4.4.2. Архитектурно-планировочные мероприятия 195

4.4.3. Инженерно-организационные мероприятия *» * 196

4.4.4. Малоотходные и безотходные технологии 197

4.4.5. Технические средства и технологии очистки выбросов 197

4.5. Контроль уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах 209

4.5.1. Система контроля 209

4.5.2. Методы контроля и приборы для измерения концентрации примесей

в атмосфере и в промышленных выбросах 212

4.5.3. Статистические характеристики загрязнения атмосферы населенных пунктов ... 215

4.6. Выполнение требований международных конвенций по защите атмосферы 219

4.7. Микроклимат городской среды 220

4.8. Вредные физические воздействия 225

4.8.1. Радиационное воздействие 225

4.8.2. Магнитные, электрические и электромагнитные поля и излучения 228

4.8.3. Акустические воздействия и вибрация 232

Контрольные вопросы 234

Рекомендуемая литература 235

Раздел 5. Городская флора и фауна 236

5.1. Пути и особенности формирования флоры и фауны городов 236

Содержан ие 5

5.1.1. Роль растительного и животного мира в урбоэкосистеме и жизни

городского населения 236

5.1.2. Роль городов в динамике ареалов видов флоры и фауны 239

5.1.3. Пути формирования флоры и фауны городов 245

5.2. Урбанизированные биогеоценозы 248

5.2.1. Антропогенный и урбанизированный ландшафт 249

5.2.2. Урбанизированные биотопы 253

5.3. Фитомелиорация городской среды 260

5.3.1. Функции растительного покрова в городах 260

5.3.2. Фитомелиоративные системы и их классификация 262

5.3.3. Свойства растений, используемых в составе городских и пригородных

насаждений 264

5.3.4. Принципы создания насаждений в городах и пригородных зонах 269

5.4. Комплексные зеленые зоны городов 271

5.4.1. Назначение, структура и статус комплексных зеленых зон городов 271

5.4.2. Выделение и определение размеров зеленых зон городов Украины 273

5.4.3. Охрана и использование лесов зеленых зон городов 274

Контрольные вопросы 276

Рекомендуемая литература 276

Раздел 6. Человек и городская среда 277

6.1. Преимущества и привлекательность городской жизни 277

6.2. Негативные воздействия городской среды на население 278

6.3. Городская среда и здоровье населения 280

Контрольные вопросы 282

Рекомендуемая литература 282

Раздел 7. Энергетические объекты городов — основной техногенный фактор

воздействия на биосферу А». 283

7.1. Структура и тенденции развития энергоснабжения 283

7.2. Традиционная энергетика 289

7.2.1. Основные типы электрических станций 289

7.2.2. Энергогенерирующие мощности Украины 291

7.3. Объекты малой энергетики 294

7.4. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии 295

7.5. Воздействие энергетических объектов на окружающую природную среду 296

7.5.1. Взаимодействие ТЭС и окружающей среды 298

7.5.2. Взаимодействие АЭС и окружающей среды 301

7.5.3. Взаимодействие ГЭС и окружающей среды 303

7.5.4. Экологические аспекты нетрадиционной энергетики 304

7.6. Энергоснабжение и экологическая ситуация в Украине 307

Контрольные вопросы 309

Рекомендуемая литература 309

Раздел 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов 310

8.1. Состав, свойства и объем твердых бытовых отходов 311

8.2. Сбор, удаление и утилизация ТБО 318

8.3. Уборка городских территорий 323

6 Содержание

8.4. Полигоны твердых бытовых отходов 324

8.5. Мусороперерабатывающие заводы 330

8.6. Мусоросжигательные заводы 334

8.7. Характеристика твердых промышленных отходов 337

8.8. Методы подготовки и переработки твердых отходов 338

8.9. Технология складирования твердых отходов 344

8.10. Утилизация промышленных отходов 348

8.10.1. Утилизация отходов топливно-энергетического комплекса 348

8.10.2. Утилизация отходов металлургического комплекса 353

8.10.3. Утилизация отходов машиностроительного комплекса 360

8.10.4. Утилизация отходов химического производства 362

8.10.5. Утилизация отходов переработки древесины 373

8.10.6. Утилизация отходов производства строительных материалов 376

8.11. Полигоны твердых промышленных отходов 377

Контрольные вопросы 379

Рекомендуемая литература 380

Раздел 9. Экологические проблемы городов Украины 381

9.1. Крупнейшие индустриальные центры 383

9.2. Крупные портовые города 390

9.3. Города с преимущественным развитием определенной отрасли производства 395

9.4. Города, пострадавшие от катастрофы на Чернобыльской АЭС 410

9.5. Города с относительно благополучной экологической обстановкой 412

9.6. Города-курорты и туристские центры 414

Контрольные вопросы 418

Рекомендуемая литература 418

Раздел 10. Управление экологической безопасностью города 419

10.1. Правовые основы управления 419

10.2. Организационная система управления 428

10.3. Экологический мониторинг городской среды 430

10.4. Экономический механизм природопользования 434

10.5. Экологическая экспертиза и экологический аудит 436

10.6. Общественные экологические организации и движения 438

Контрольные вопросы 440

Рекомендуемая литература 440

Раздел 11. Развитие городов XXI столетии 441

11.1. Общие положения и проблемы 441

11.2. Стратегии адаптации и выживания 444

11.3. Развитие теории урбанизации 447

11.4. Первые шаги в решении проблемы развития городов в будущем 450

Контрольные вопросы 457

Рекомендуемая литература 457

Список сокращений 459

Словарь терминов 460

Предметный указатель 463

ВВЕДЕНИЕ

•

Стремительное развитие городов во всем мире и рост их влияния на природу и

судьбу цивилизации обусловили активное развитие в последнее тридцатилетие науки

урбоэкологии. Она превратилась из отдельной научной ветви биологии в научную

дисциплину очень важного прикладного характера, обеспечивающую решение про-

блем локального и регионального планирования, а также экологизации человеческой

деятельности. Сегодня урбоэкология развивается с учетом вклада в формирование ее

концептуальных положений не только таких наук, как биология, почвоведение, ин-

женерная геология, геоморфология, гидрология, но и таких, как экономика, социо-

логия, демография, психология и др. Необходимость решения тесно взаимосвязан-

ных социальных и природоохранных проблем привела к высокой степени интегра-

ции, а новая наука — теория развития городов — ориентирована не только на изучение

вопросов и проблем, связанных с улучшением условий жизнедеятельности больших

и малых городов, решением специфических эколого-экономических национальных

вопросов, менеджментом региональных городских агломераций, но также и на гло-

бальное рассмотрение процессов урбанизации.

В связи с этим резко возросла потребность в специалистах-урбоэкологах нового

поколения, воспитанных и обученных с учетом новых подходов к решению урбоэко-

логических проблем современности.

Однако серьезным препятствием в деле подготовки высококвалифицированных

урбоэкологов нового поколения продолжительное время было отсутствие соответст-

вующих учебников и пособий по экологии городов.

Издание настоящего учебника является первой попыткой восполнить этот пробел.

Впервые подготовка инженеров-экологов в Украине была начата в Харьковской

государственной академии городского хозяйства (в 1988 г. здесь был открыт факуль-

тет инженерной экологии городов и создана одноименная кафедра). За этот период

авторами накоплен значительный опыт в изучении урбоэкологических проблем и

подготовке специалистов-урбоэкологов.

Новая ключевая идея подготовки инженеров-экологов на базе настоящего учеб-

ника состоит в том, чтобы будущий специалист научился оценивать экологическую

обстановку во всех элементах городской экосистемы: социосфере, биосфере, лито-

сфере, гидросфере и атмосфере, предлагать и обосновывать инженерные решения по

снижению техногенного воздействия на природную среду в целях нормализации эко-

логической обстановки, проводить экологическую экспертизу действующих и проек-

тируемых объектов, разрабатывать технологии защиты и восстановления городских

экосистем.

В учебнике впервые не только исследован весь комплекс важнейших экологичес-

ких проблем, порожденных процессами урбанизации, но также показаны пути норма-

лизации экологических условий в городских агломерациях, приведена характеристика

современных экологических условий большинства крупных городов Украины.

Учебник состоит из 11 логически взаимосвязанных разделов, в которых всесто-

ронне освещены наиболее актуальные экологические проблемы городов. В первом

Экология города

разделе приведены основные понятия урбоэкологии, предмет, объект, цели, задачи и

методология исследования. Второй раздел посвящен рассмотрению геологических

фундамента и процессов, мерам по защите геологической среды города. В третьем

рассматриваются вопросы водообеспечения горожан, мероприятия по охране и вос-

становлению городских водных объектов. Четвертый раздел освещает состояние и

пути улучшения качества атмосферного воздуха — наиболее значимого для горожан

компонента природной среды. В пятом описываются особенности формирования,

пути сохранения и развития городской флоры и фауны. В шестом дан краткий ана-

лиз экологических, психосоциальных и некоторых медицинских проблем горожан. В

седьмом разделе исследуются наиболее распространенные и опасные в экологичес-

ком отношении энергетические объекты городов. В восьмом предлагаются меропри-

ятия по удалению, утилизации и складированию твердых бытовых и производствен-

ных отходов. В девятом разделе на основе предложенной классификации анализиру-

ется экологическая обстановка в ряде городов Украины. В десятом дано краткое

описание правовых, организационных, экономических и социальных аспектов уп-

равления экологической безопасностью города. В одиннадцатом разделе сделана по-

пытка заглянуть в ближайшее будущее урбанизации, дать прогноз развития городов в

XXI веке.

При написании учебника учтен отечественный и зарубежный опыт преподава-

ния инженерно-экологических дисциплин, накопленный в результате многолетнего

сотрудничества кафедры инженерной экологии городов с высшими учебными заве-

дениями Украины и ведущими университетами Великобритании, Германии, Фин-

ляндии и ряда других стран, а также стажировок преподавателей кафедры инженер-

ной экологии городов в университетах США и Европы.

Учебник подготовлен авторским коллективом в составе:

Белявский Г.А. (11), Брыгинец Е.Д. (8.7—8.11), Вергелес Ю.И. (1.1; 5, кроме 5.4),

Дмитренко Т.В. (3.1.1), Евтухова Г.П. (4.1; 4.3.3; 4.6), Катков М.В. (10.4), Ковален-

ко Ю.Л. (1.3; 4.2; 4.3, кроме 4.3.3; 4.4; 4.5), Ладыженская Р.С. (6; 9.6), Ладыжен-

ский В.Н. (3.1, кроме 3.1.1; 3.2, кроме 3.2.2; 3.5, кроме 3.5.6; 9, кроме 9.6; 10, кроме

10.4), Маляренко В.А. (7), Немцова А.А. (3.4; 3.6; 3.9 совместно со Стбльбергом Ф.В.),

Пономаренко Е.Г. (3.3; 3.5.6; 3.7; 3.8), Саратов И.Е. (8.1—8.6), Свиренко Л.П. (2; 4.8),

Спирин А.И. (4.7; 5.4; словарь терминов), Стольберг Ф.В. (Введение; 1.2; 1.4; 3.9 сов-

местно с Немцовой А.А.), Яковлев В.В. (3.2.2; 3.10—3.14) под общей редакцией д.т.н.,

проф. Ф.В. Стольберга. Большую помощь в подготовке рукописи к изданию оказала

Т.П. Коваленко.

Учебный материал подготовлен при частичной поддержке Европейского союза

в рамках образовательного проекта TEMPUS—TACIS и исследовательского проекта

INKO—COPERNICUS.

Раздел 1

ГОРОД И ГОРОДСКАЯ СРЕДА

1.1. Основные понятия

Город — это место компактного поселения людей, отгороженное крепост-

ной стеной или условной границей от "внешнего" по отношению к нему

пространства. Изначально такие ограждения были неотъемлемой чертой го-

родов, служивших их жителям защитой от агрессивных соседей.

Современный город — это достаточно крупный населенный пункт, жите-

ли которого в основном заняты в сферах промышленности, услуг, управле-

ния, науки, культуры и др. Существенными признаками города являются:

• преобладание застроенной части территории над незастроенной, искус-

ственных и видоизмененных естественных покрытий над естественны-

ми неизмененными;

• наличие, а зачастую и преобладание многоэтажной застройки;

• наличие промышленных предприятий и предприятий сферы услуг;

• развитая система общественного транспорта, наземных и подземных

коммуникаций;

• развитая торговая сеть;

• высокий уровень загрязненности окружающей среды (на 1—2 порядка

выше, чем на прилегающей к городу территории);

• так называемые "болезни урбанизации", в том числе связанные с быст-

рым распространением инфекций при высокой плотности населения и

интенсивных контактах друг с другом;

• наличие специально созданных рекреационных территорий общего

пользования;

• высокая плотность размещения учреждений образования, здравоохра-

нения и культуры;

• культовые сооружения одной или нескольких конфессий;

• разнообразие социального выбора (по сравнению с сельской местно-

стью);

• наличие одной или нескольких ежедневных газет, распространяемых не

только в городе;

• наличие пригородной зоны — переходной между городом и прилегаю-

щей к нему территории с преобладанием сельскохозяйственного про-

изводства; в эту зону из города постепенно переносятся наиболее вред-

ные производства.

В разных странах исторически сложились неодинаковые подходы к опре-

делению минимальной численности жителей городского поселения — от не-

Экология города

скольких сот человек до нескольких тысяч (табл. 1.1). Тем не менее, показа-

тель численности населения городов широко используется в качестве класси-

фицирующего признака.

В Украине приняты следующие категории городов по численности насе-

ления: до 50 ООО человек — малые, от 50 ООО до 100 000 — средние, от 100 000

до 250 000 — большие, от 250 000 до 500 000 и от 500 000 до 1 000 000 -

крупные, свыше 1 000 000 человек — крупнейшие.

Таблица 1.1. Критерии численности населения для выделения городов

в разных странах (по Beaujeu-Garnier, Chabot)

Страны

Минимальная числен-

ность населения, приня-

тая для определения

статуса города, человек

Дополнительные критерии

Дания

250

Исландия

300

Канада, Малайзия, Шот-

ландия

1000

Ирландия

1500

Аргентина, Португалия,

Франция, Германия,

Чехия, Словакия

2000

США, Таиланд

2500

Южная Корея

4000

Индия, Турция, Грузия,

Туркменистан

5000 Менее 25% населения города

в Грузии и 33% в Туркменис-

тане заняты в сельском

хозяйстве

Украина, Молдова, Греция,

Испания

10 000 Менее 50% населения города

в Украине и Молдове заняты

в сельском хозяйстве

Российская Федерация

12 000 Менее 15% населения города

заняты в сельском хозяйстве

Израиль, Боливия, Бра-

зилия, Коста-Рика, Эква-

дор, Сальвадор, Гаити,

Гондурас, Никарагуа

Количественный кри-

терий не применяется

Городом считается центр не

сельскохозяйственного

производства и услуг

Англия и Уэльс, Болгария,

Венгрия, Новая Зеландия,

Норвегия, Парагвай, Поль-

ша, Румыния, Финляндия,

Швеция, ЮАР, Япония

Статус города определя-

ется законодательно

В Финляндии менее 50%

населения города занято в

сельском хозяйстве