Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История развития и современные подходы к оценке состояния и решения экологических проблем городов 9
1.1. Социально-экологический подход к исследованию городской среды 11
1.2. Городская среда как объект экологического исследования 19
1.3. Городская среда как объект градостроительной экологии 37
Глава 2. Оценка роли и свойств городской среды как фактора, определяющего экологическое состояние городов Урала 54
2.1. Исторические предпосылки формирования и современные особенности среды городов Урала 55
2.2. Комплексная оценка факторов экологического состояния городов Урала 68
2.2.1. Методика оценки экологической напряженности городов Урала 69
2.2.2. Анализ экологической напряженности городов Урала 76
2.3. Оценка экологической ёмкости городской среды и предельных уровней антропогенного воздействия 87
2.3.1 Методика оценки экологической ёмкости городской среды 87
2.3.2. Анализ экологической ёмкости городской среды на примере городов Челябинской области 89
Глава 3. Эколого-экономическая оценка и оптимизация территориально-планировочной структуры Екатеринбурга, Челябинска и Перми 105
3.1. Определение целевых показателей оптимизации экологической ситуации в Екатеринбурге, Челябинске и Перми 108
3.2. Оценка потенциала улучшения экологической ситуации технологическими и градостроительными методами 112
3.2.1. Оценка потенциала компенсации антропогенного воздействия технологическими методами 113
3.2.2. Оценка потенциала компенсации антропогенного воздействия эколого-градостроительными методами 116
3.2.2.1. Определение потенциала снижения загрязнения путем оптимизации условий транспортного сообщения в городе 120
3.2.2.2. Определение потенциала снижения загрязнения путем эколого-градостроительного регулирования элементов экологического каркаса 138
3.2.2.3. Оценка вклада каждой из трех групп природоохранных мероприятий
в улучшение экологической ситуации городов 147
3.3. Территориальная стратегия улучшения экологического состояния городской среды 151
3.3.1. Территориальная локализация мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ 152
3.3.2. Стратегические направления совершенствования улично-дорожной сети 161
3.3.3. Стратегические направления совершенствования системы озеленения городов 168
Заключение 173
Список литературы 181
Приложения 203
- Городская среда как объект экологического исследования
- Методика оценки экологической напряженности городов Урала
- Анализ экологической ёмкости городской среды на примере городов Челябинской области
- Оценка потенциала компенсации антропогенного воздействия эколого-градостроительными методами
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Российские города стоят перед необходимостью обновления экономики, решения социальных и экологических проблем. Крупнейшие города в настоящее время обладают преимуществами для экономического развития: высокой концентрацией населения, широким разнообразием предложений на рынке труда, сравнительно более стабильной экономической ситуацией. Однако одновременно в них формируется особая техногенная среда, нередко неблагоприятная для жизни. Причинами экологических проблем городов является как чрезмерная антропогенная нагрузка, так и недостатки унаследованной территориально-планировочной структуры, сформированной в основном в индустриальный период, когда приоритет отдавался размещению промышленных объектов.
В настоящее время особенно актуален поиск комплексного решения экологических проблем городов на основе анализа эффективности улучшения экологической ситуации, как путем снижения антропогенного воздействия, так и с помощью увеличения потенциала самоочищения среды. Применение комплексного подхода - это один из путей согласованного решения экологических и экономических проблем городов.
Для достижения цели комплексного решения экологических проблем городов центральным элементом исследования должна стать городская среда. Свойства устойчивости городской среды задают пороговые значения антропогенной нагрузки, а анализ особенностей территориально-планировочной структуры городской среды позволяет оценить потенциал дальнейшего улучшения экологической ситуации эколого-градостроительными методами.
В качестве региона для проведения анализа и апробации разработанных методик был выбран Урал, который рассматривается в рамках экономического района и включает Пермский край, Свердловскую, Челябинскую, Оренбургскую, Курганскую области и Республику Башкортостан. Урал - это исторически сложившийся промышленный район, в городах которого на протяжении веков концентрировались промышленные предприятия, возникшие на базе богатых месторождений полезных ископаемых. В результате в регионе сформировался один из самых сложных и многообразных комплексов антропогенного воздействия, а
разнообразные природные условия обусловили различные уровни накопления загрязнений. Поэтому города Урала можно рассматривать как модель для исследования сложных взаимосвязей в системе «общество - природа» на урбанизированных территориях. Кроме того, на Урале сконцентрировано наибольшее в России число городов - признанных зон экологического бедствия и чрезвьшайной экологической ситуации. Решение экологических проблем для многих из них сегодня является приоритетной задачей.
Объект исследования - города Урала как особый эколого-градостроительный тип.
Предмет исследования - эколого-экономические функции территориально-планировочной структуры городов Урала.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка концептуальных подходов и методик эколого-географической оценки городов для оптимизации их территориально-планировочной структуры.
В ходе исследования решались следующие задачи:
определение принципов построения системы показателей для количественных оценок качества среды в рамках экологии города и градостроительной экологии;
разработка методики оценки факторов экологического состояния городов;
разработка методики оценки экологической ёмкости городской среды и предельных уровней антропогенной нагрузки;
оценка потенциала улучшения экологического состояния городов путем снижения антропогенного воздействия посредством совершенствования технологий производства и расширения экологической ёмкости территории вследствие оптимизации территориально-планировочной структуры городской среды;
разработка рекомендаций по оптимизации территориально-планировочной структуры городов для обеспечения экологической безопасности.
Методы исследования. В процессе исследования были применены географические подходы и методы - сравнительный, историко-географический,
картографический, метод районирования, а также методы математического моделирования, статистический, ранжирования и группировки.
Теоретическая и методологическая основа. Научной базой для диссертационного исследования послужили теоретические и методологические разработки географической науки, содержащие исследования экологических проблем развития городов - Ю.Г. Саушкина, Г.М. Лаппо, Е.Н. Перцика, В.Г. Глушковой, Т.В. Бочкаревой, М.П. Ратановой; градостроительной экологии - В.В. Владимирова, О.Н. Яницкого, СБ. Чистяковой, А.Н. Тетиора, В.А. Колесникова; работы специалистов в области городского развития - В.Л. Глазычева, А.Г. Махровой, А.Э. Гутнова; оценки устойчивости городской среды - М.А. Глазовской, Э.Ю. Безуглой; концептуальным подходам к оценке взаимодействия человека и природы - B.C. Преображенского, Г.А. Приваловской, Н.Ф. Реймерса.
Информационная база исследования. В качестве информационной базы в работе использованы статистические сборники региональных отделений Федеральной службы государственной статистики (Росстата), база данных "Паспорта городов России" Вычислительного центра Росстата, база по предприятиям, предоставившим статистические формы отчетности 2-ТП АНО «НЭРА» или Гринпис России, доклады Госсанэпидемнадзора, комплексные доклады о состоянии окружающей среды отдельных субъектов и городов России, ежегодники качества поверхностных вод, атмосферного воздуха, загрязнения почв токсичными веществами промышленного происхождения Росгидромета, а также собранные автором материалы полевых исследований, топографические карты, литературные источники, список которых прилагается.
Научная новизна диссертационной работы состоит в новом подходе к рассмотрению в разных масштабах роли городской среды в качестве фактора, определяющего экологическое состояние городов. В ходе исследования были определены ключевые параметры, характеризующие особенности взаимодействия человека и природы на урбанизированных территориях: предельные уровни антропогенной нагрузки, экологическая ёмкость городской среды. Особое внимание было уделено мало разработанной теме оценки экологического эффекта градостроительного регулирования в крупном масштабе. Предложены подходы к определению наименее удачных с экологической точки зрения территориально-планировочных решений, которые являются причиной наибольшего
экологического ущерба окружающей среде крупных городов, а также методы количественной оценки потенциала улучшения экологической ситуации в городах благодаря мерам эколого-градостроительного регулирования.
Практическая значимость Полученные результаты исследования имеют как методическую, так и практическую значимость. Анализ в мелком масштабе важен для выявления городов с наиболее тяжелой экологической ситуацией, определения приоритетных направлений улучшения экологической ситуации, целевых показателей необходимого объема снижения антропогенной нагрузки. Крупномасштабная оценка позволяет определить потенциал улучшения экологической ситуации в городах в результате реализации природоохранных мер как по снижению объема выбрасываемых веществ, так и по изменению территориально-планировочной структуры, на основе чего могут быть приняты конкретные управленческие решения.
Апробация работы Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях: XI Международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2004» (Москва, МГУ, 2004); XII Международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2005» (Москва, МГУ, 2005). По теме диссертации опубликовано 6 научных работ (в том числе 2 статьи в издании перечня ВАК РФ). Материалы выполненного исследования были использованы при чтении отдельных лекций в курсе «Экология города» на кафедре экономической и социальной географии России географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Объем и структура работы
Городская среда как объект экологического исследования
Несмотря на чрезвычайную актуальность, экологические проблемы городов привлекли внимание широкого круга ученых и мировой общественности не так давно. Важную роль в этом процессе сыграл Центр ООН по населенным пунктам, Хабитат (The United Nations Human Settlements Programme, UN-HABITAT). С 1990 года он начал осуществлять программу устойчивого развития городов. Благодаря участию Хабитат в конференции ООН 1992 года в итоговый документ «Повестка дня на XXI в.» была включена глава «Содействие устойчивому развитию населенных мест». Фактически тогда было признано, что населенные пункты являются главными объектами политики, направленной на содействие устойчивому развитию. В 1996 году в Стамбуле состоялась конференция ООН по населенным пунктам - Хабитат-М, одной из тем которой было «Устойчивое развитие населенных пунктов в урбанизирующемся мире». Активная международная работа по анализу возможностей устойчивого развития городов заставила обратить внимание на особенности города как объекта экологического исследования.
Город представляет собой систему, и глубокое исследование его экологических проблем возможно только путем анализа всей цепочки причинно-следственных связей и процессов, происходящих в окружающей среде под влиянием деятельности человека. Понимание необходимости анализа взаимосвязей в окружающей среде привело к созданию схемы, которая бы способствовала структурированию данных и направляла бы исследование. Одной из наиболее известных схем, служащей средством отбора и организации показателей, является векторная триада: «воздействие - изменение - последствие», разработанная в 70-е годы Л. И. Мухиной, В. С. Преображенским (Рис. 6) [116].
«Воздействие» - это инициирующий фактор антропогенных преобразований в окружающей среде. Именно антропогенная нагрузка вызывает изменения в окружающей среде по сравнению с её исходным состояниям. Антропогенная нагрузка, направленная на преобразование окружающей среды, сталкивается с определенным противодействием, связанным со способностью геосистем4 сохранять состояние равновесия. Поэтому изучение «изменения» характеристик среды является вторым необходимым этапом анализа. Изменения могут затронуть различные аспекты функционирования геосистем: строение, состояние; текущую динамику и ход природных циклов и тенденций саморазвития; свойства устойчивости, механизмы поддержания устойчивости; перечень функций, степень надежности выполнения новых функций и управления геосистемами и др. Важнейшей характеристикой природных, природно-хозяйственных и хозяйственных систем является её устойчивость. Устойчивость обусловливает возможность существования геосистемы, её развитие и степень допустимой хозяйственной деятельности на данной территории. Именно устойчивость определяет соотношение между антропогенным воздействием и степенью произошедших под его влиянием изменений. При одном и том же уровне антропогенной нагрузки последствия для окружающей среды могут быть не одинаковыми. Однако, несмотря на некоторые возможности геосистем к саморегуляции, любое воздействие сопровождается «последствиями». Антропогенная нагрузка, выражающаяся в выбросах загрязняющих веществ, изъятии ресурсов, сопровождается негативными последствиями - загрязнением окружающей среды и, как следствие, ухудшением здоровья населения. Благодаря своей универсальности модель «воздействие - изменение - последствие» достаточно часто применяется в отечественной практике при анализе экологической ситуации. Во многих странах мира получила развития схожая система - «воздействие - состояние - реакция» - ВСР («pressure - state - response» - PSR) (Рис. 6). Модель ВСР была первоначально предложена в 1970-е годы Тони Фрэндом (Tony Friend) и Дэвидом Раппапортом (David Rapport) для анализа взаимосвязей между экологическими проблемами и проводимыми природоохранными мерами. Затем эта схема была воспринята Организацией Экономического Сотрудничества и Развития - ОЭСР (Organisation for economic development and cooperation - OECD) [209]. С начала 1990-х годов в соответствии со схемой ВСР ОЭСР начала деятельность по разработке системы экологических показателей [201]. Вариантом модели ВСР является схема, опубликованная Комиссией ООН по устойчивому развитию (Commission on Sustainable Development UN, CSD UN) также состоящая из трех компонент -«движущая сила - состояние - реакция» («Driving force - state - response frameworks» (DSR)) (Рис. 6). В данном случае «движущая сила» является синонимом «воздействия».
Отличие описанных схем от модели Л. И. Мухиной и B.C. Преображенского заключается в отсутствии в международных схемах звена, характеризующего степень устойчивости среды к антропогенной нагрузке. Кроме того, в схеме ООН появляется новый компонент анализа -«реакция», который отсутствует в векторной триаде «воздействие -изменение - последствие». Под «реакцией» понимается ответ общества на существующую экологическую ситуацию, вызывающую озабоченность. «Реакция» может быть описана как меры, предпринимаемые по решению экологических проблем.
Следующим шагом в развитии модели ВСР, было её расширение с трех до пяти элементов анализа. Европейская система индексов и индикаторов воздействия на окружающую среду (European System of Environmental Pressure Indicators and Indices), разработанная 90-х годах Статистическим бюро Европейского союза (Eurostat) и Европейским агентством по охране окружающей среды (European Environment Agency, ЕЕА), включает 5 компонентов: «движущие силы изменений - воздействие - состояние - последствия - реакция» («Driving force - Pressure - State -Impact - Response», DPSIR). По сравнению с предыдущими западными разработками в системе Европейского Союза присутствуют два новых компонента: «движущие силы изменений» (driving force) и «последствия» (impact). «Движущие силы» характеризуются показателями, отражающими ключевые социальные тенденции, а также изменения во всех секторах экономики, которые в конечном итоге оказывают влияние на экологическую ситуацию (развитие автомобилизации, структурные сдвиги в экономике, изменение моделей потребления в обществе). При этом под «воздействием» понимается непосредственное влияние общества на окружающую среду, например, в виде выбросов загрязняющих веществ. Воздействие приводит к изменению состояния среды: накоплению парниковых газов в атмосфере, сведению лесов, распашке значительной территории и др. «Последствиями» в системе Европейского Союза названы те эффекты (во многом уже экономического характера), которые являются следствием произошедших изменения состояния окружающей среды. К таким «последствиям» относятся изменение урожайности, голод, вызванный неурожаями, ущерб от наводнений, ураганов, происходящих вследствие изменения климата.
Методика оценки экологической напряженности городов Урала
Валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу наиболее важный показатель для оценки антропогенного воздействия на окружающую среду. Преимуществом этого показателя для межгородских сравнений является то, что он рассчитывается по общей схеме для всех городов России. Показатель объема выбрасываемых в атмосферу веществ был также дополнен характеристикой структуры выбрасываемых веществ в зависимости от их опасности. Для этого был применен метод расчета объема загрязнения в виде «монозагрязнителя» при помощи коэффициента приведения (АО различных веществ к условным тоннам «монозагрязнителя» (Табл. 4).
Поправка объема выбрасываемых веществ в соответствии с уровнем их токсичности имеет чрезвычайно важное значение, так как опасность отдельных веществ различается в сотни и тысячи раз. Об этой резкой дифференциации опасности выбрасываемых веществ говорит разброс показателя А, который различается от 1 для оксида углерода до 12,6-105 для бенз(а)пирена (Табл. 4).
Второй показатель антропогенной нагрузки - объем сброса загрязненных сточных вод (без очистки и недостаточно очищенных), который также, как и объем выбрасываемых вредных веществ в атмосферу, рассчитывается в городах России по единой методике.
Объем выбрасываемых в атмосферу веществ и объем сброса загрязненных сточных вод достаточно полно характеризуют степень антропогенного воздействия, так как оказывают наибольшее влияние на состояние всех сред (воздушной, водной и как результат загрязнения первых двух - почвенной).
Второй блок показателей связан с оценкой условий городской среды с точки зрения её способностей к самоочищению и восстановлению. При этом характеристика городской среды включает два подблока: свойства природных компонентов (потенциал самоочищения атмосферы, расчлененность рельефа), территориально-планировочной структуры (соседство с другими городами (агломерационный эффект), внутреннее расположение функциональных зон в городе, наличие «зеленых зон», водных объектов).
Потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) отражает сочетание метеорологических параметров, обуславливающих тот или иной уровень загрязнения воздушного бассейна (концентрацию примесей в приземном слое воздуха при фиксированных объемах выбрасываемых веществ). Эта характеристика территории определяется исходя из местных метеорологических и климатических условий. Важнейшими компонентами комплексной оценки ПЗА являются: продолжительность и мощность приземных инверсий, повторяемость слабых ветров (0,1 м/с) и застоев воздуха, продолжительность туманов и другие. Для территории Урала этот показатель имеет очень существенную роль, так как при широком разнообразии природных характеристик региона существуют значительные территориальные вариации ПЗА, а, кроме того, наиболее густонаселенная и интенсивно освоенная часть Урала характеризуется неблагоприятными условиями для рассеивания атмосферы и высоким ПЗА. Оценки ПЗА в работе была осуществлена на основе данных Ежегодников Состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России, подготавливаемых Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова, Росгидромета, а также литературных источников [16].
Рельеф имеет важное значение для оценки экологической ситуации городов Урала, так как большая их часть располагается на территории со сложными орографическими условиями, неблагоприятно сказывающимися на мезоклиматических характеристиках местности. На Урале большинство городов было построено в понижениях рельефа на небольших речках, следовательно, для большинства городов высокий уровень расчлененности рельефа в пределах города негативно сказывается на экологическом состоянии атмосферы. Для ряда городов, основывавшихся на возвышенных участках, эта характеристика была взята с обратным знаком. Для оценки роли рельефа был выбран показатель перепада высот, так как от этой величины зависят эффекты, имеющие важное значение для формирования экологической ситуации в городах, например, низкие скорости ветра, температурные инверсии, снижающие интенсивность перемешивания воздуха. В условиях сложного рельефа и частых приземных инверсий наблюдается максимальное накопление примесей в долинах и котловинах в зоне "озер холода", где идет накопление более плотного и холодного воздуха. От расчлененности рельефа зависит интенсивность выпадения загрязняющих веществ на склонах долин (Рис. 13).
Анализ экологической ёмкости городской среды на примере городов Челябинской области
Городская среда состоит как из природных, так и из антропогенных компонентов, их особенности определяют экологическую ёмкость территории. Естественная экологическая ёмкость зависит от природных факторов (метеорологических условий, рельефа, растительности и др.)- В тоже время такие элементы антропогенной среды города как городская застройка, особенности размещения функциональных зон, конфигурации транспортной сети вносят свой вклад в изменение природного уровня экологической ёмкости среды. При условии оптимального эколого-градостроительного регулирования природный потенциал самоочищения среды может быть в большой степени сохранен и иногда даже усилен, в противном случае среда теряет часть способности к самоочищению. При этом недостатки территориально-планировочной структуры можно рассматривать как потенциал улучшения экологической ситуации в будущем. От уровня оптимизации территориально-планировочной структуры зависит возможность использования природного ассимиляционного потенциала и предотвращения экономического ущерба. Была проведена оценка по отдельности природного потенциала самоочищения территории расположения города и влияния на него конкретных градостроительных решений.
Рассматриваемые города изначально находятся не в одинаковых природных условиях и различаются по потенциалу загрязнения атмосферы. ПЗА влияет в первую очередь на рассеивание выбросов высоких источников антропогенной нагрузки. Поэтому дифференциацию устойчивости городской среды городов в зависимости от ПЗА можно оценить путем анализа изменения концентрации в атмосфере одного из загрязняющих веществ, выброс которого инициирован высокими стационарными источниками, например, сернистого ангидрида (Рис. 30, а).
В результате проведенной оценки было выявлено, что метеорологические условия в Челябинске и Перми схожи и более благоприятны для рассеивания примесей, чем в Екатеринбурге. При одном и том же приросте объема выбросов в городах рост концентрации загрязняющих веществ в Екатеринбурге происходит в 4 раза быстрее (Рис. 30, а). Этот результат подтверждается многолетними данными Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды данными Росгидромета России о повторяемости застоев воздуха (в Екатеринбурге - 31%, в Челябинске - 15%, в Перми -12%).
Пермь и Челябинск имеют схожие показатели важнейших метеорологических характеристик, поэтому их графики функций уязвимости максимально близко расположены друг к другу (Рис. 30, а). В силу метеорологических особенностей функция уязвимости Екатеринбурга отражает более быстрый рост загрязнения по мере увеличения объема выбрасываемых веществ по сравнению с Челябинском и Пермью. Для сравнения на графике представлены данные по городам с умеренным потенциалом загрязнения атмосферы - Нижнему Новгороду и Ярославлю, которые имеют значительно более благоприятные метеорологические условия рассеивания загрязняющих веществ (повторяемость слабых ветров (0-1 м/с) в Ярославле - 4%; повторяемость застоев воздуха в Нижнем Новгороде - 9,5%).
Однако возможности самоочищения городской среды определяются не только природными особенностями той территории, где расположен город, но и свойствами антропогенной среды, в частности взаиморасположением источников выбросов загрязняющих веществ относительно друг друга и наличием «каналов» поступления чистого воздуха (долин рек, обширных лесо-парковых массивов и др.). На графике (Рис. 30, б) уровень загрязнения охарактеризован индексом загрязнения атмосферы (ИЗА) центральных районов города, а выбросы - общим объемом выбрасываемых в атмосферу веществ.
Анализ был проведен по центральным районам городов для того, чтобы продемонстрировать наличие негативных последствий таких территориально-планировочных решений как неупорядоченное размещение промышленных объектов, чрезмерная площадь и плотность застроенной территории. В рассматриваемых городах именно центральные районы имеют описанные планировочные недостатки. При этом важно отметить, что между Екатеринбургом, Челябинском и Пермью велики различия. Устойчивость территории центральной части города Челябинска по отношению к антропогенной нагрузке значительно ниже, чем в других городах (Рис. 30, б). Например, одинаковый рост объема выбросов в Екатеринбурге и Челябинске приводит к 2,5 раза большему увеличению загрязнения центральных районов Челябинска. Это объясняется тем, что центр Челябинска оказался практически в кольце промышленных предприятий, и подвержен загрязнению при ветрах различных направлений, в то время как в других городах ветры отдельных направлений несут чистый воздух пригородов, снижая тем самым среднегодовую концентрацию загрязняющих веществ.
По отношению к передвижным источникам антропогенной нагрузки наиболее важны особенности улично-дорожной сети. В зависимости от улично-дорожной сети меняется средняя скорость и характер движения автомобилей, а, следовательно, и объем удельных выбросов, приходящийся на одно автотранспортное средство, и суммарный объем выбрасываемых в атмосферу веществ. Однако в соответствии с официальной статистикой объем выбросов загрязняющих веществ рассчитывается в зависимости от размера и структуры парка транспортных средств и никак не отражает изменение удельного выброса в зависимости от характера движения автомобильного транспорта. По этой причине на графиках функций уязвимости разных городов при равных выбросах загрязняющих веществ от автотранспорта, фиксируемых статистикой, можно видеть неодинаковый уровень загрязнения (Рис. 30, в). Для анализа особенностей улично-дорожной сети был выбран формальдегид, выбросы которого во всех городах в наибольшей степени определяются работой автомобильного транспорта. Наибольший рост концентрации по мере возрастания антропогенной нагрузки характерен для Перми. Ниже будут подробно рассмотрены недостатки улично-дорожной сети Перми, которые обуславливают серьезное отставание эффективности улично-дородной сети города от Челябинска и Екатеринбурга.
Таким образом, можно сделать общий вывод, что тот природный потенциал, которым обладает территория расположения города, может быть сохранен в случае соблюдения экологических принципов территориального планирования. В противном случае природный потенциал самоочищения будет снижен, уменьшена экологическая ёмкость территории, что приведет к необходимости чрезвычайно больших инвестиций в улучшение экологической ситуации.
Оценка потенциала компенсации антропогенного воздействия эколого-градостроительными методами
Для непосредственной количественной оценки потенциала улучшения экологической ситуации в связи с развитием улично-дорожной сети необходимо определить эталон для сравнения и дать количественную оценку величины «отставания» эффективности улично-дорожной сети центров Урала от эталона. Для сравнения были выбраны города США, Западной Европы, Республики Корея, Саудовской Аравии и др. [214]. Для количественной оценки существующей эффективности улично-дорожной сети по сравнению с эталонными городами был использован метод построения нагрузочных кривых. Нагрузочные кривые представляют собой функциональную зависимость скорости движения автомобильного транспорта от уровня загрузки дорог. Нагрузочные кривые впервые были предложены лауреатом Нобелевской премии по химии Иосифом Пригожиным. В течение десяти лет вместе с американским физиком Робертом Херманом он работал над теорией транспортного потока, основанной на газодинамических аналогиях20 [193, 19]. Предложенная учеными модель, позволяет построить для любого участка улично-дорожной сети города нагрузочную кривую - функцию, с помощью которой может быть определен градиент падения скорости с ростом транспортной нагрузки. Сегодня источником данных для построения такой модели может служить приложение «Яндекс-карты», которое позволяет получить сведения о скорости движения автомобилей на любых участках улично-дорожной сети в любое время суток (приложение создано для всех рассматриваемых городов). Источником данных об уровне загрузки транспортной сети стали результаты натурного обследования интенсивности автомобильного движения, проведенные в Екатеринбурге, Челябинске и Перми компанией ЗАО «ЭСПАР-Аналитик».
Анализ был проведен дифференцированно для двух уровней улично-дорожной сети: — улично-дорожной сети центра - улиц центральной части города с плотным светофорным регулированием и приоритетом пешеходов и общественного транспорта; — городских магистралей - городских трасс, обеспечивающих быстрое транспортное сообщение между периферийными районами города.
Для анализа низовой уличной сети были выбраны дороги, очерчивающие центры городов (Приложение 3, Табл. 1). Анализ нагрузочных кривых, построенных для центральных улиц городов, показывает, что различия между центральными частями анализируемых городов невелики (Рис. 33). Динамика падения скорости при увеличении плотности движения на автомобильных дорогах всех трех городов схожа и апроксимируется параболой. Однако способность дорог сохранять высокие скорости при росте загрузки значительно ниже, чем для улично-дорожной сети эталонных городов (данные по городам США, Западной Европы, Республики Корея, Саудовской Аравии и др.) [214]. При сравнении городов, видно, что центр Перми в наименьшей степени способен «выдерживать» транспортную нагрузку. На центральных улицах Перми при всех уровнях загрузки отмечаются меньшие скорости движения. Кроме того, уровень загрузки дорог в Перми достигает наибольших значений (Рис. 33). Учитывая, что центральные районы Перми, Челябинска и Екатеринбурга имеют прямоугольные сетки улиц, характеризующиеся высокой степенью связности и наличием альтернативных маршрутов, меньшая способность улиц центральных районов Перми «держать» нагрузку - это вопрос не столько планировки, сколько регулирования дорожного движения и организации парковки.
Возможности по расширению ёмкости уличной сети центральных районов городов значительно ограничены исторической застройкой и необходимостью обеспечения безопасности пешеходов. Поэтому общей приоритетной мерой для большинства крупных городов является всемерное снижение автотранспортной нагрузки в центральных районах. Важную роль в этом играет развитие магистральной дорожной сети в городе, обеспечивающей транспортные коммуникации между районами и «вывод» транспорта из центра.
В качестве магистральных в Перми, Челябинске и Екатеринбурге были выбраны дороги, связывающие периферийные жилые районы и разобщенные промышленные зоны. Нужно отметить, что в зарубежных исследованиях под магистралями обычно понимаются городские фривэи, инженерно отделенные от городской застройки без доступа пешеходов и без терминалов общественного транспорта. Однако в рассматриваемых городах к настоящему моменту нельзя выделить магистрали такого уровня, поэтому во всех городах были выбраны наиболее важные межрайонные автомобильные дороги (Приложение 3, Табл. 2). Анализ городских магистралей, демонстрирует значительные различия между городами (Рис. 34). Снижение средней скорости движения на магистралях Екатеринбурга и Челябинска по мере увеличения уровня загрузки апроксимируется прямыми линиями, что соответствует результатам анализа скоростных магистралей городов мира [214]. В Перми выделение магистрали во многом условно, так как значительная часть маршрута между районами города неизбежно проходит по центральным улицам города. Полученный для дорог Перми график апроксимируется параболой, как и для ранее рассмотренных улиц низовой транспортной сети Перми. Падение скорости при увеличении загруженности дорог в Перми происходит быстрее, чем в Екатеринбурге и Челябинске (Рис. 34). Основной причиной большей пропускной способности магистралей Челябинска и Екатеринбурга является организация на большей их части непрерывного бессветофорного движения, в то время как в Перми связь между удаленными районами может осуществляться по маршруту, проходящему через центр города с плотным светофорным регулированием.
