Содержание к диссертации
Введение
1. Экологические функции природного ландшафта на территории города. Основные определения и понятия 13
1.1 Экологический каркас города: эволюция представлений, структура и функции 13
1.2 Ландшафтно-экологический подход к оценке экологических функций ..22
2. Структурно-функциональный анализ долинной сети г. Саратова 31
2.1 Особенности ландшафтной структуры и градостроительного освоения территории г. Саратова 31
2.2 Структурно-функциональная характеристика долинных комплексов ...38
2.2.1 Состояние изученности долинной сети на территории исследования...38
2.2.2 Ландшафтные свойства долинных комплексов 39
2.2.3 Функциональное использование и экологическое состояние долинных комплексов 43
2.3 Выводы 66
3. Историческая реконструкция экологических функций долинной сети 67
3.1 Ландшафтно-экологическая ситуация на момент основания города 67
3.2 Экологическая периодизация функционально-планировочного развития г. Саратова 74
3.2.1 Торгово-аграрная эпоха: конец XVII - середина XIX вв 76
3.2.2 Промышленно-торговая эпоха: середина XIX - начало XX вв 80
3.2.3 Эпоха индустриализации и промышленного строительства: 30-е — 70-е годы XX в 86
3.3 Сравнительный анализ функциональной структуры городской территории и долинных комплексов в XVIII, XIX и XX веков 93
4. Интегрированная модель оценки компенсаторной функции долинных комплексов 96
4.1 Интегрированная модель: принципы конфигурации, цели и возможности 97
4.1.1 Структура интегрированной модели 98
4.1.2 Методические процедуры и этапы структурно-функционального анализа 106
4.2 Оценка компенсирующей функции Токмаковского долинного комплекса 108
4.3 Выводы 135
Заключение 136
- Ландшафтно-экологический подход к оценке экологических функций
- Структурно-функциональная характеристика долинных комплексов
- Экологическая периодизация функционально-планировочного развития г. Саратова
- Оценка компенсирующей функции Токмаковского долинного комплекса
Введение к работе
Актуальность проблемы.
На сегодняшний день можно констатировать, что крупные и крупнейшие города являются одной из основных пространственных форм расселения человечества. Доля городского населения к 2025 г. превзойдет долю сельского населения мира и достигнет 61,1% [«The Urban Environment», 1997].
Россия является одной из высоко урбанизированных стран. В Российской Федерации удельный вес городского населения к общей численности населения составил в 1999 г 73,2% [«Регионы России», 1999]. В России на 1 января 2000 года было 33 города с численностью населения более 500 тыс. человек, в которых проживает 37702,4 тыс. человек [«Демографический ежегодник России», 2000].
Экологический кризис, охвативший большинство крупных промышленных городов России, проявляется в виде следующих основных проблем: техногенное загрязнение природных сред, опасные геотехнические процессы, недостаток рекреационных пространств в непосредственной близости от жилой зоны, утрата природного наследия и ландшафтного разнообразия городской среды [«Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1999 г.»].
Решить эти проблемы лишь с помощью мероприятий административно -регулирующего и санитарно-гигиенического характера до сих пор не удалось, да и вряд ли возможно, так как их причины были предопределены идеологией градостроения индустриальной эпохи. Выходом из сложившейся ситуации является концепция экологического градостроения, основанная на принципах устойчивого землепользования [«Повестка дня на XXI век», Глава 7, п. 7.27].
Бесконфликтное взаимодействие города и природы подразумевает наличие системы адаптации населения и инженерно-строительного комплекса к условиям "среды обитания". Такая адаптация должна достигаться различными средствами: культурно-образовательными, технологическими, градостроительными. К градостроительным средствам относится создание "природного" или "экологического" каркаса города.
Понятие "экологический каркас", хотя и широко используется в градостроительной парадигме, не имеет общепризнанного толкования. В зависимости от конкретных задач, оно отражает различные представления о наиболее ценных для жизни города объектах и компонентах ландшафта. В общем случае, под экологическим каркасом понимается пространственно-связная
система зелёных насаждений, хотя к элементам природного каркаса относят и наиболее выраженные грани рельефа, и культурно-исторические объекты, интегрированные в природную среду. Сходимость подходов наблюдается лишь в понимании того, что ценность той или иной части ландшафта заключается в её способности к выполнению определённых экологических функций. Под экологическими функциями подразумевается позитивная роль компонентов культурного ландшафта в формировании городской среды. Однако существует информационный разрыв между присущим биологам и ландшафтоведам пониманием возможностей природно-территориального комплекса выполнять экологические функции и требованиями социологов, медиков, архитекторов-градостроителей, эти функции задающих. Совершенно очевидно, что необходимы научно-методические разработки, определяющие алгоритм оценки способности того или иного природно-территориального комплекса к выполнению экологических функций [«Повестка дня на XXI век», Глава 10, п. 10.14]. В настоящем исследовании проведена ландшафтно-экологическая оценка функциональной структуры долинных комплексов с позиций использования их в качестве сетевых элементов экологического каркаса города.
Долины городской гидросети являются обязательным элементом в проектах экологических каркасов как регионов, так и городов. Это объясняется многообразием экологических функций долинной сети - от коммуникационных до ресурсных. Как правило, на долины малых рек, ручьев, крупных овражно-балочных комплексов возлагается роль "связующих звеньев" между городом и окружающим ландшафтом [Вергунов, Денисов, Ожегов, 1991]. Ландшафтная архитектура имеет многообразный опыт использования долинных комплексов в садово-парковом строительстве. В пригородах российских городов широко распространено сельскохозяйственное использование долин для разбивки садов и огородов. Существуют разработки и опыт практического применения биологической очистки поверхностного стока в водоёмах долин [Вдовин, Мальсанов, Рашевская, 2001]. Однако широкого применения данные разработки, к сожалению, в настоящее время не имеют.
В тоже время, в долинах накапливаются бытовые, строительные и промышленные отходы, наиболее ценные свойства долинных комплексов как биогеоценозов утрачиваются [«Экологические проблемы. Саратов на рубеже XX и XXI веков», 1996]. Налицо противоречие между целями градостроительного проектирования и существующей экологической ситуацией. Разрешить данное
противоречие можно с помощью внедрения в процесс экологического обоснования Генеральных планов городов механизма определения экологических функций долинных комплексов как ключевых элементов экологического каркаса. В перспективе это позволит дать комплексную оценку ландшафтному объекту, в том числе и экономическую — путем определения выгод от эксплуатации естественных свойств объекта и затрат на его рекультивацию в случае их утраты. Но на сегодняшний момент городские долины изучены в основном в плане геоморфологических и гидрологических исследований. Первоочередное внимание уделялось процессам линейной эрозии и их влиянию на строительные сооружения. Наиболее полно данные вопросы освещены в монографиях Р. Леггета (1976 г.) и Ф.В. Котлова (1977 г.). Проблемами овражной эрозии на территории городов занимались также Б.Ф. Косов, Е.Ф. Зорина, Б.П. Любимов (1989 г.); В.К. Некрасов (1954 г.); Н.В. Осинцева (2001 г.) и др. Достаточно хорошо разработаны полевые и полустационарные методы определения качества поверхностных вод [Новиков, 1990; Муравьев, 1999; Колбовский, Жихарев, 2000]. Однако изучение форм землепользования в городских долинах не получило широкого распространения. Необходимы исследования структурно-функционального состояния долин и их свойств как архитектурно-ландшафтных систем.
На первоначальном этапе наиболее актуальна инвентаризация современного и реконструкция прошлого функционального использования «внутреннего» пространства долин. Это позволит определить многообразие типов экологических функций долинных комплексов, их морфометрические характеристики и пространственное распространение, динамику функционального состояния. Таким образом, будет понятно общее состояние природного ресурса и сложившиеся практики его использования в процессе градостроительного освоения территории. Опыт наиболее эффективного функционального использования долин в прошлом может быть учтён в градостроительном проектировании будущего. Наконец, выработка практических рекомендаций по освоению и реконструкции долин должна основываться на существующих и перспективных аспектах эксплуатации ландшафтных свойств.
Целью исследования является изучение экологических функций долинных природно-территориальных комплексов на территории крупного
промышленного города с позиции оптимизации их использования в качестве элементов ландшафтно-экологического каркаса.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
Путем обобщения ландшафтно-экологического, градостроительного и природоохранного подходов выработать методологические принципы выделения элементов экологического каркаса города и процедуру оценки экологических функций природно-территориальных комплексов на территории градостроительной системы.
Определить экологические функции основных долинных комплексов на территории крупного исторического города Саратова. При помощи ГИС-технологий проанализировать морфометрические показатели функциональной структуры парадинамических систем «водосборный бассейн - долинный комплекс».
На основе анализа изменений функционально-планировочной организации провести экологическую периодизацию развития г. Саратова. Выявить экологические функции долинных комплексов в границах градостроительного освоения в периоды трех эволюционных эпох.
Разработать модель очистки поверхностного стока с городской территории с использованием долинной сети в качестве естественной канализационной сети с интегрированными в неё биологическими компенсаторами.
Объектом исследования являются долины малых рек и овражно-балочных комплексов на территории г. Саратова.
Предметом исследования является оценка функциональной структуры долинных комплексов, анализ функциональной зависимости между характером градостроительного освоения и экологическими свойствами долин, историческая реконструкция градоэкологических ситуаций в период трех эволюционных эпох, разработка рекомендаций по использованию долинных комплексов для очистки городских водотоков.
Полевые и камеральные работы выполнены в период с 1997 по 2002 г. Они носили комплексный характер и включали маршрутные обследования долинных комплексов г. Саратова, гидрологические, геоморфологические, почвенные и геоботанические исследования, историко-архивные изыскания.
Основным методом исследования является структурно-функциональный анализ городской территории. Он включает в себя следующие методы исследования:
Метод маршрутных обследований долинных комплексов.
Метод полевого картографирования.
Метод геоинформационного картографирования.
Методы историко-градоэкологических реконструкций.
Метод пространственно-временных аналогов.
Материалами для исследования служили полевые бланки и дневники, топографические и тематические карты различных масштабов, фондовые материалы научно-исследовательских лабораторий урбоэкологии Саратовского государственного университета (зав. лабораторией проф. В.З. Макаров), гсоинформатики и тематического картографирования (научный руководитель проф. А.Н. Чумаченко, зав. лабораторией А.В. Фёдоров), архивные материалы, литературные источники. Основная часть материалов собрана автором в ходе полевых исследований.
Работа поддержана грантом РГНФ 00-00021 а/в «Историческая градоэкология: принципы, методы, практическая реализация (на примере г. Саратова)».
Структура и объём работы.
Работа состоит из 4 глав, введения, заключения и списка литературы из 108 наименований общим объемом 147 страниц и включает 8 таблиц, 22 карты, 24 рисунка.
Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются цель и задачи исследования, указываются методы и материалы исследования. Излагается краткое содержание работы, её структура и положения, выносимые на защиту.
В первой главе проведён сравнительный анализ градостроительного, природоохранного и ландшафтно-экологического подходов к выделению экологического каркаса города. Прослеживается эволюция представлений о
каркасных эко-территориальных системах, их структуре и функциях. Обосновывается наибольшая адекватность ландшафтно-экологического подхода при оценке экологических функций.
Экологическая функция рассматривается как внешнее проявление свойств природно-территориального комплекса в системе экологических связей между городом и вмещающим его ландшафтом. Предлагается определение ландшафтно-экологического каркаса города, как системы природно-территориальных комплексов с наиболее важными экологическими функциями. Выдвигаются методологические принципы выделения элементов ландшафтно-экологического каркаса.
Во второй главе приводится краткая ландшафтно-экологическая характеристика территории, на которой проводились исследования, а также результаты структурно-функционального анализа долинной сети.
В ходе инвентаризационного этапа настоящего исследования на каждый долинный комплекс был составлен экологический паспорт, включающий электронные тематические карты парадинамической системы «водосборный бассейн — долинный комплекс», данные объектного мониторинга внутреннего пространства долин, материалы по градоэкологическим ситуациям в прошлом.
На основании картометрического анализа и маршрутных обследований
были установлены основные виды, морфометрические параметры и
пространственное распространение современного функционального
использования долинной сети.
В третьей главе приводятся результаты исследований по установлению генетических причин исторического характера современных экологических проблем города, предлагается экологическая периодизация развития города, обобщается местный опыт функционального использования долин, вскрываются основные закономерности урбогенеза в долинных комплексах. При этом в первую очередь акцентируется внимание на смене функций отдельных участков долинной сети и анализе роли долинных комплексов в функционировании ландшафтно-экологического каркаса города.
В четвертой главе разработана схема очистки поверхностного стока на основе использования долинной сети как места для размещения биологических компенсаторов.
Оценка компенсаторного потенциала Токмаковского оврага проведена на основе конфигурации бассейновой, ландшафтно-геохимической, катенной и
эколого-функциональной геокомплексных моделей. Определены структурно-морфологические характеристики водосборного бассейна, условия миграции загрязняющих веществ, путём определения площади функциональных зон рассчитаны качественные показатели техногенного воздействия на поверхностный сток. Предложена схема размещения биокомпенсаторов в долине Токмаковского оврага.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
Экологическая функция является понятием, позволяющим определять значение природно-территориального комплекса в структуре ландшафтно-экологического каркаса города.
Установлено, что долины малых рек и овражно-балочных комплексов на территории г. Саратова выполняют воспроизводящие, сельскохозяйственные, обводнительные, рекреационные и депонирующие экологические функции. Рассчитаны морфометрические параметры и пространственное расположение функциональных участков долин в функциональной структуре водосборного бассейна.
Реконструкция градоэкологических ситуаций показывает, что эволюционные эпохи развития градостроительной системы характеризуются определённым набором экологических функций долинной сети. Для г. Саратова наиболее распространенным является функциональный ряд: воспроизводящая функция — сельскохозяйственная функция - депонирующая функция.
Долинная сеть может быть использована для канализации загрязнения поверхностного стока с целью его очистки. Предложена схема геоэкологического анализа водосборного бассейна учитывающая свойства источников загрязнения плоскостного стока и направления его миграции.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: 1. Межведомственной научной конференции «Геологические науки — 99», Саратов, 1999;
Международной научно-практической конференции «Город и время», Уфа, 2000
Международной научно-практической конференции «Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов», Пенза, 2001;
Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы практической экологии», Пенза, 2002;
Всероссийской научной конференции «Геологи XXI века», Саратов, 2002;
Региональной научно-практической конференции «Безопасность и устойчивое развитие Нижнего Поволжья», Волжский, 2002.
Научная новизна и практическая значимость работы заключается в следующем:
разработана оригинальная методология определения структурно-функционального состояния долинных комплексов на территории крупного промышленного города; введены новые определения понятий «экологическая функция» и «ландшафтно-экологический каркас»;
определено структурно-функциональное состояние долинных комплексов на территории крупного промышленного города;
выполнена историческая реконструкция функционального использования долин в прошлом;
предложена модель геоэкологического анализа парадинамической системы «водосборный бассейн - долинный комплекс», позволяющая оценить потенциальную способность данной системы компенсировать загрязнение поверхностных вод.
Полученные результаты могут быть использованы при проектировании ландшафтно-экологических каркасов городов, а также в планировании природоохранных мероприятий г. Саратова. В настоящее время материалы диссертационной работы используются при чтении спецкурса «Экология города» на географическом факультете СГУ.
По теме диссертационной работы опубликовано 8 работ:
1. А.Н. Башкатов. Эрозионная сеть в структуре природного каркаса г. Саратова. // Тезисы докладов на Межведомственной научной конференции "Геологические науки - 99", Саратов, 1999, с. 82
В.З. Макаров, Л.Г. Тарасова, А.Н. Башкатов, А.В. Фёдоров, А.Н. Чумаченко. Историческая градоэкология - новое направление научных исследований // Сб. мат. МНПК «Город и время», Уфа, 2000, с. 82-85
А.Н. Башкатов, В.З. Макаров. Использования метода делимитационного синтеза в оценке ландшафтно-экологических функций долинных комплексов г. Саратова // «Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов» Сб. мат. МНПК. Под редакцией Ю.И. Вдовина. - Пенза, 2001, с. 26-30
В.З. Макаров, Л.Г. Тарасова, А.Н. Чумаченко, А.Н. Башкатов, А.В. Федоров. Историческая градоэкология: концептуальная основа, методология и практическая реализация на примере Саратова // Известия Саратовского университета, Том 1, выпуск 1. Саратов, 2001, с. 89-101
А.Н. Башкатов. Овражно-балочная сеть как элемент ландшафтно-эко логического каркаса г. Саратова (методологические принципы и историческая реконструкция) // «Географические исследования в Саратовском университете». Под ред. Е.А. Полянской. Саратов: Изд-во СГУ, 2002, с. 97-107
А.Н. Башкатов. Природный каркас города: эволюция представлений, структура и функции // Сб. мат. ВНПК "Вопросы практической экологии" Под ред. А.И. Иванова. Пенза, 2002, с. 17-23
А.Н. Башкатов. Геоэкологический анализ долинных комплексов крупного промышленного города (на примере г. Саратова) // «Геологи XXI века». Материалы всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов. Саратов, Из-во СО ЕАГО, 2002, с. 292-294
А.Н. Башкатов. Экологические функции долинных комплексов на территории г. Саратова // Сб. мат. РНПК "Безопасность и устойчивое развитие Нижнего Поволжья", Волгоград, Изд-во ВолГУ, 2002, с. 56-58
Ландшафтно-экологический подход к оценке экологических функций
Как было показано выше, под экологическим каркасом города в настоящее время понимается пространственно-связная система наиболее ценных в природном отношении территорий. Причем ценность этих территорий определяется совокупностью выполняемых ими экологических функций. Для выявления наиболее ценных с точки зрения экологии города природных территорий, необходимо ответить на следующие вопросы: 1. Что такое экологические функции? 2. Что следует считать элементами экологического каркаса? 3. Каковы критерии оценки экологических функций? Ответ на первый вопрос лежит в определении понятия "функция". Под функцией (fiinctio - исполнение, совершение) понимается внешнее проявление свойств какого-либо объекта в данной системе отношений [«Философский словарь», с. 504]. Экологические функции городского ландшафта проявляются в процессе адаптации населения города к среде обитания. Пространственные и динамические характеристики данного процесса определяют участки городской территории, экологические свойства которых наиболее важны и которые собственно и должны составлять экологический каркас. Таким образом, экологическая функция ландшафта - это внешнее проявление его свойств в процессе адаптации населения города к среде обитания. Экологические функции могут быть как позитивными, так и негативными, т.е. ценность ландшафтных свойств зависит от адекватности адаптации к ним.
Понимание экологической функции как использование свойств ландшафта в градостроительном процессе позволяет сделать два принципиально важных вывода: 1. На территории города всегда существовали, существуют в настоящее время и будут существовать в будущем элементы природного ландшафта, обладающие наиболее важными для населения свойствами. Иными словами, экологический каркас города представляет собой не идеализацию, абстрактное понятие, использующееся в градостроительном проектировании, а объективно существующую реальность. 2. Ландшафт города должен рассматриваться как комплексный природный ресурс, наличие или утрата свойств которого подлежит экономической оценке. Для того чтобы выявить элементный состав экологического каркаса, необходимо понять, в отношении каких структурных частей ландшафта действуют наиболее существенные экологические связи города. Анализ структуры экологических каркасов показывает, что они состоят из участков городской территории с наименее деградированной или рекультивированной природной составляющей. Именно на природные компоненты возлагаются основные экологические функции. В первую очередь рассматривается растительность, стереотипно наиболее легко воспринимаемый природный компонент. Но наряду с зелёными массивами выделяются элементы рельефа, водные объекты, целые геокомплексы. С экологической точки зрения, именно геокомплексы могут осуществлять каркасную (опорно-распределительную) функцию, так как внутри них происходит взаимодействие естественных и искусственных компонентов городской среды. Поэтому в качестве каркасных элементов должны выступать природно-антропогенные территориальные комплексы (ПАТК) - структурные части урболандшафта различного таксономического ранга. Данное обстоятельство позволяет трактовать систему наиболее ценных в природном отношении городских природно-антропогенных территориальных комплексов как ландшафтно-экологический каркас (ЛЭК).
Под ландшафтно-экологическим каркасом города следует понимать систему природно-антропогенных территориальных комплексов, выполняющих наиболее значимые экологические функции. Ландшафтно-экологический каркас существовал всегда, с момента возникновения города. Однако его пространственная структура и элементный состав трансформировались во времени, в соответствии с развитием градостроительной системы. Синтез градостроительного и экологического подходов делает необходимым дополнить принципы архитектурно-ландшафтной организации, сформулированные А.П. Вергуновым, следующими методологическими принципами: Принцип функциональной обусловленности определяет перечень граничных условий, при соблюдении которых предлагаемый к выделению в качестве элемента ЛЭК участок городской и пригородной территории мог бы выполнять возлагаемые на него экологические функции. Успешность выполнения функций ЛЭК задается следующими условиями: 1. Структурные элементы ЛЭК должны быть интегрированы в систему природных, природно-техпических и социально-популяционных связей города. Элементы ЛЭК смогут выполнять свои функции только если будут находиться на путях движения вещества, энергии и информации. Например, геохимические фильтры должны располагаться в местах концентрации техногенного загрязнения, зеленые насаждения охватывать устойчивые пешеходные маршруты, а парковые комплексы окружать жилые зоны. 2. Ландшафтно-экологический каркас города должен быть экономически рентабельным, то есть выгоды от его существования должны перекрывать издержки на его создание и эксплуатацию. При этом встает проблема денежной оценки природных ресурсов во всем их многообразии. Рыночные подходы к исчислению стоимости природных ресурсов не могут быть применимы в данном случае. Необходимы комплексные методы оценки окружающей среды, учитывающие затраты на природоохранные мероприятия, поддержание популяционного здоровья горожан и стоимость социально-экономических действий населения, направленных на компенсацию дефицита общения с природой.
Принцип функциональной обусловленности является целеполагающим для всей логической конструкции ЛЭК. Принцип экологической устойчивости выделяет важнейшую функцию ЛЭК - поддержание гомеостаза городского ландшафта при определённом уровне техногенного воздействия и собственную экологическую толерантность. Гомеостаз ландшафта - способность ландшафта сохранять в основных чертах свою структуру и характер связей между элементами, несмотря на внешние воздействия [Преображенский, 1988, с. 153]. Экологическая устойчивость ландшафта определяет жизнеспособность биоценотических компонентов под воздействием техногенного давления и ограничивает параметры этого воздействия. Для оценки жизнеспособности необходимо изучить степень деградации биоценоза, характер и уровень техногенного и антропогенного давления на него и найти порог этого воздействия, за которым разрушение биоценоза будет необратимым.
Нетрудно видеть, что содержание этого принципа раскрывается через первые три «материальные» функции - компенсаторную, транспортную и продуктивную.
Структурно-функциональная характеристика долинных комплексов
Долинная сеть на изучаемой территории постоянно находилась в центре внимания исследователей. Долина р. Тайбалык (Глебучев овраг) упоминается в «Книге Большому чертежу», составленной в первой трети XVII века. Она указана на карте Адама Олеария, проплывавшего по Волге в 1636-1639 гг. Первое географическое описание Глебучева оврага сделал И.И. Лепёхин в 1769 г [Лепёхин, 1795]. Он дал геологическое описание пород, слагающих его склоны, а также указал на сельскохозяйственный характер функционального использования устьевой части оврага. О наличии в долинах Глебучева и Белоглинского оврагов садов и огородов в период с середины XVIII до конца XIX вв. неоднократно упоминалось в описаниях Саратова [Краснодубровский, 1891; Духовников, 1893 и др.]. С конца XIX века увеличивается количество замечаний об ухудшающемся санитарно-гигиеническом состоянии долин в центральной части города [Шустерман, 1922]. Подробное функциональное, топографическое и санитарно-гигиеническое описание Белоглинского и Глебучева оврагов сделал П.Н. Соколов в начале XX века [«Саратовская земская неделя», 1905, № 3]. Он отмечает повсеместную практику засыпки оврагов навозом и бытовым мусором, сброс сточных вод из бань. Особо указывается на превышение объёмов загрязнения способности водоёмов и почв к самоочистке.
В послевоенное время возникло ряд проектов по озеленению Саратова, среди которых следует отметить предложение Т.П. Годунова по созданию садовопарковых массивов вдоль основных долинных комплексов на территории города [Годунов, 1946]. Поверхностные водотоки на городской территории подробно изучались в 1993 г. в рамках городской экологической программы «Экологический мониторинг Саратова». Результаты биоиндикационных и геохимических исследований по программе экологического мониторинга водотоков и водоёмов публиковались в ежегодных «Докладах о состоянии окружающей среды города Саратова» в 1995,1996, 1997 гг. Анализ предшествующих исследований долин Саратова показывает, что долинная сеть занимает особое место в ландшафтно-экологической системе города. С одной стороны, долины малых рек и крупных овражно-балочных понижений представляют собой территории с добавочным увлажнением, на которых, в условиях интразонального сухостепного ландшафта приволжских котловин, произрастают байрачные леса и пойменные луга. Это обусловило интенсивное сельскохозяйственное использование долинной сети. С другой стороны, эрозионная сеть препятствовала транспортному строительству, ухудшала инженерно-геологические характеристики территории. В понижениях рельефа накапливались строительные и бытовые отходы, что привело к загрязнению поверхностных вод и образованию геохимических аномалий. Ландшафтные свойства долинных комплексов
Долины малых рек и овражно-балочных комплексов центральной и южной частей города простираются в юго-восточном направлении. Все они начинаются на склоне Лысогорского массива, разделены ступенчатыми водоразделами. Верховья оврагов с врезами до 60-100 м имеют V-образный поперечный профиль и представляют собой ущелья, прорезающие восточный склон Лысогорского плато. Ширина долин 0,7-2 км, строение симметричное. Склоны в верховьях выпуклой, вогнутой, прямой или ступенчатой формы, с уклоном от 6 до 20, в низовьях - 2,5. Линейная расчлененность территории составляет 1-3 км/км2. Наиболее крупными на севере г. Саратова являются долины рек 1 -й и 2-й Гусёлок. Обе долины рек Гусёлок асимметричные. Левые склоны узкие, с уклоном до 5 . Правые склоны широкие, выпукло-вогнутые, реже ступенчатые. Правые склоны эродированные, линейная расчленённость - 2-4 км/км2. Долины в плане древовидные. Сочленение основной долины с боковыми в верховьях отмечается в основном под острым углом, на остальном протяжении - чаще под прямым углом. Долина р. Елшанки имеет северо-восточное простирание. Общая протяженность реки составляет 23,5 км, средний гидравлический уклон - 0,00766. В верховье борта долины ассиметричны, ниже устья оврага Бахчев склоны выравниваются. Русло имеет незначительный, но постоянный водоток. Русловая часть отделена от поймы уступом высотой 1-2 м. Пойма широкая, участками заросшая камышом, плавно переходит в пологий склон. Линейная расчлененность склонов долины р. Елшанки достигает 2-4 км/км.
На территории г. Саратова выделяются следующие типы водосборных бассейнов: развитые, неполноразвитые и слаборазвитые (рис. 2.2). Водосборы оврагов Глебучева, Белоглинского, Мутный Ключ, Крутенького, Токмаковского, Дегтярного, Кладбищенского, Залетаевского относятся к типу слаборазвитых [Анисимов и др. 1997]. Данный тип характеризуется слабо выраженной структурой своих бассейнов: количество потоков разных порядков (обычно от 1 до 4, редко 5) измеряется первым десятком. Площади водосбора составляют от 8 до 12 км2. Продольный профиль тальвегов главных водотоков имеет ступенчатое строение или приближается к нему. В геоморфологическом плане долины основных водотоков данных бассейнов представляют собой сложные системы, порой не имеющие четко выраженных пойм и днищ, так как они или застроены жильем или заняты техногенными сооружениями. Наиболее геоморфологически развитыми являются или их верховья - представляющие собой ущелья типа Смирновского или Октябрьского, или низовья, имеющие крутые склоны. В средней своей части, там, где они пересекают пролювиальный шлейф, долины практически не выражены и имеют едва заметную форму. Это в первую очередь касается Кладбищенского, Дегтярного, Белоглинского, Крутенького и Залетаевского оврагов. Дренированность данного типа водосборов очень слабая, особенно в их средних частях. Она тем более подчеркивается слабой вертикальной расчлененностью этих участков, а также поверхности пролювиального шлейфа. Тип слаборазвитых водосборных бассейнов приурочен к Северному и Центральному подрайонам Приволжской котловины. Эта приуроченность объясняется как геоморфологическими, так и геологическими факторами данной территории, которые способствуют широкому развитию здесь участков подтопления грунтовыми и паводковыми водами.
Экологическая периодизация функционально-планировочного развития г. Саратова
Пространственный рост города и его усложнение (увеличение числа функций различных участков территории) не происходят линейно, с равной скоростью на всех направлениях роста. Общая теория развития градостроительной системы выделяет колебательные циклы и эволюционные эпохи [Гутнов, 1984]. Колебательный цикл - универсальный «механизм» развития градостроительной системы, представляющий форму взаимозависимости её количественных и качественных изменений. Один полный колебательный цикл включает две фазы - роста и структурной реорганизации. В фазе роста разрастание городской «ткани» опережает развитие каркаса, которое осуществляется в форме малых приращений (централизация системы). В фазе структурной реорганизации в развитии системы, исчерпавшей внутренние резервы территориального роста, происходит качественный скачок, принимающий форму активного пространственного рассредоточения каркаса. Эволюционная эпоха - длительный временной период, включающий серию колебательных циклов, на протяжении которого в целом сохраняются и воспроизводятся характерные черты структурно-функциональной организации градостроительной системы. Продолжительность эволюционной эпохи определяется принципиальными возможностями освоения пространства, которые в свою очередь обусловлены соответствующим уровнем развития общества (строительная технология, тип городских коммуникаций) [Гутнов, 1984].
История Саратова насчитывает несколько эволюционных эпох, каждой из которых соответствует определённое структурно-функциональное состояние ландшафта. Сущность последнего заключается в долговременном (соответствующем времени протекания эволюционной эпохи) сохранении структурных и функциональных свойств городского ландшафта, показатели которых колеблются вокруг определённого среднего значения. Эволюция градоэкологических ситуаций представлена в виде набора хроносрезов, каждый из которых фиксирует определенный период в жизни города. Время хроносрезов соответствует периодам гомеостаза градопланировочной и ландшафтной структур, устойчивым градостроительным и ландшафтно-экологическим ситуациям. Последовательность хроносрезов, отображающих устойчивые и переходные состояния ландшафтно-экологической системы города, составляет хронологическую шкалу урбогенеза. В развитии г. Саратова можно выделить три эволюционные эпохи, соответствующие основным градообразующим функциям. Это торгово-аграрная эпоха, продолжавшаяся с конца XVII до середины XIX веков, когда Саратов выполнял в основном административные и торгово-транспортные функции; промышленно-торговая эпоха в период становления промышленности с середины XIX до начала XX веков; и эпоха индустриализации и промышленного строительства, когда роль промышленности в развитии города стала доминирующей. Торгово-аграрная эпоха: конец XVII — середина XIX вв.
Основание Саратова на его современном месте (1674 г.) связано с расширением его функций: наряду с административно-оборонительными всё большее значение приобретали торговые. Традиционно города ставились у слияния двух рек, на выдающихся вперед мысах, что обеспечивало широкий обзор, лучшие оборонительные возможности, а также выполнение портовых и грузоперевалочных функций. Саратов был заложен на мысу у впадения в Волгу р. Тайбалык, позднее названной Глебучевым оврагом. Овраг в нижней своей части был обводнен и использовался как бухта для стоянки небольших судов. За короткий срок была построена деревянная крепость трапециевидной в плане формы. Основанием трапеция опиралась на бровку крутого волжского склона, одна длинная её сторона проходила вдоль бровки Глебучева оврага, другая -вдоль маленького безымянного овражка, проходившего по Князевскому взвозу [Осятинский, 1965]. Территория занимаемая крепостью составляла 45 гектар. За Глебучевым оврагом в 600-800 метрах от крепостного вала начинался крутой склон Соколовой горы (рис. 3.3). Из двух городских ворот выходили две главные дороги: одна шла вдоль Волги к Царицыну, другая - вдоль Глебучева оврага на Москву. Дороги направлялись к двум выходам из котловины: один проходил между Волгой и близко подходящим к ней Агафоновским увалом, второй - по седловине между Лысогорским и Соколовогорским массивами, которая собственно и обозначена Глебучевым оврагом. Таким образом, уже на первом этапе освоения территории были заложены «координатные оси» будущего развития города - Московский и Царицынский тракты. Рисунок сетки улиц внутри крепости также был обусловлен природной ситуацией: это две пары улиц, идущие вдоль Волги (Царицынская, Воздвиженская) и вниз по склону к Волге параллельно оврагу (Московская, Часовенная). На пересечении этих пар улиц располагалась Соборная площадь -общественный центр поселения, где находились все главные здания города: Троицкий собор, дом воеводы, лабазы, рынок [Максимов, 1998].
Уже в конце XVII - начале XVIII веков Саратов теряет свою оборонительную функцию и все более явственно заявляет о себе как о торгово-перевалочном пункте. Через него проходят пути из Москвы в Астрахань, из центральных областей России в Заволжье. Городу тесно в крепостных стенах, которые разбираются за ненадобностью, и городская застройка разрастается вдоль двух основных дорог ведущих из города. На противоположном склоне Глебучева оврага у подножия Соколовой горы появляется солдатская слобода. Освоение новых территорий, активное новое строительство связано с массовой вырубкой лесов вдоль Волги, по оврагам. Некоторая упорядоченность планировки, характерная для территории внутри крепости, сменяется стихийно складывающимся запутанным рисунком улиц на вновь осваиваемых территориях. К концу XVIII века город разросся в направлении вдоль Волги почти до Белоглинского оврага, в направлении от Волги освоил практически весь прибрежный склон (до нынешней ул. Радищева) и вышел на центральный водораздел северной субкотловины. Площадь, занимаемая городской застройкой составляла около 200 га, численность населения достигала 15 тысяч жителей [Хованский, 1892]. Город был на 90% деревянный, с немощеными улицами, без водопровода, канализации, уличного освещения.
Оценка компенсирующей функции Токмаковского долинного комплекса
Токмаковский овраг является одним из перспективных объектов ландшафтного строительства в Заводском районе г. Саратова и потенциальным элементом ландшафтно-экологического каркаса города. Его ландшафтно-экологические функции могут быть оценены только в раскрытии связей с окружающей его территорией (дренируемым им водосборным бассейном и прилегающими жилыми районами). Для оценки способности долинного комплекса к компенсации техногенного загрязнения поверхностных вод были осуществлены следующие процедуры. Создание интегрированной модели, состоящей из бассейновой, векторной, ландшафтно-геохимической и эколого-функционалъной моделей. На Рис. 4.2 и 4.3 отражена ландшафтная структура Токмаковского бассейна, определяющая естественные условия миграции техногенного загрязнения поверхностного стока. Здесь показаны карта водосборного бассейна и эрозионной сети, карта поверхностного стока и типы геохимических ландшафтов. На Рис. 4.4 показана эколого-функциональная карта, отражающая площадные источники загрязнения поверхностного стока и инженерно-строительные объекты, также влияющие на миграцию загрязнений с поверхностным стоком.
Подсчёт распределения углов наклона территории Токмаковского бассейна. Анализ карты поверхностного стока бассейна Токмаковского оврага показывает, что наибольшие величины скорости поверхностного стока приходятся на верховья оврага, лежащие в пределах восточного склона Лысогорского плато. Причем сток непосредственно с поверхности плато практически отсутствует, что связано с общим наклоном плато к западу. Почти половину площади бассейна (46%) занимают поверхности с наклоном до 3 градусов, что позволяет предположить, что поверхностный сток с них будет минимальным или вообще отсутствовать при недостаточном увлажнении. Поверхности с наклоном больше 3 градусов занимают 48% площади бассейна, почти половину и именно с них происходит основной смыв загрязнителей. Днище долины имеет в основном слабый наклон (около 3 градусов), но в нем происходит аккумуляция наносов с почти половины территории бассейна. Геохимическая структура Токмаковского бассейна. Общая площадь бассейна Токмаковского оврага составляет 8,675 кв. км. Площадь автономных элювиальных ландшафтов составила 2,331 кв. км (27%), трансэлювиальных - 3,421 (40%), трансаккумулятивных - 2,037 (23%) и супераквальных - 0,886 (10%) кв. км.
Из приведенных цифр видно, что большую часть (почти половину) бассейна занимают трансэлювиальные ландшафты, расположенные на выпуклых частях склонов различной кривизны. Такого рода поверхности характерны для прибровочной части восточного уступа Лысогорского плато и верхних частей склонов пологих водоразделов, протягивающихся в широтном направлении от плато к Волге. Как правило, они покрыты чехлом делювиальных отложений, смытых на особо крутых поверхностях. Для них характерны процессы денудации и выноса химических элементов с поверхности. На основе карты геохимического районирования была построена схема КЛГС, показывающая структуру системы (рис. 4.6). Для Токмаковского модельного бассейна были выделены следующие оценочные полигоны: 1. Верхняя часть бассейна. Она включает в себя поверхность Лысогорского плато, входящую в бассейн Токмаковского оврага, залесенное ущелье на восточном склоне плато и всю территорию бассейна выше автодороги Саратов-Волгоград. Это наименее измененная часть бассейна, большую ее часть занимают лесные массивы и садово-дачные участки. Площадь полигона 2,2 км2. 2. Комсомольский поселок. Его границы определяются двумя геохимическими барьерами - сверху автодорогой Саратов-Волгоград, снизу железной дорогой. В основном территория занята малоэтажной усадебной застройкой, не оборудованной организованным сбором и вывозом бытового мусора и канализацией. Отсутствует также система ливневой канализации. На элювиальных поверхностях южного водораздела располагается микрорайон комплексной средне- и многоэтажной застройки. На аналогичных поверхностях северного водораздела находятся складские комплексы и не функционирующий песчаный карьер, на дне которого разместились гаражные кооперативы. Площадь полигона 1,85 км2. 3. Верхней границей третьего оценочного полигона является железная дорога, а нижняя проходит по линии правого отвержка Токмаковского оврага и продолжается вдоль пр-та Энтузиастов. Они пересекаются в притальвежной части оврага, образуя сетевой узел смешанного генезиса. Как отвержек, так и автодорога по пр-ту Энтузиастов представляют собой геохимические барьеры, четко разделяющие поверхностный перенос вещества на два самостоятельных подбассейна. Кроме того, по ним проходит граница смены функциональных зон с жилой на садово-дачную и с жилой на промышленную (аэродром авиационного завода). Площадь полигона 2,0 км2. 4. Нижняя часть бассейна. Этот оценочный полигон характеризуется яркой асимметрией функционального использования. Его северная часть занята в основном аэродромом авиационного завода, по периметру которого расположены садовые участки, небольшие склады и отстойники-накопители городской канализации. Довольно крутой (около 10 градусов) склон северной экспозиции южного водораздела занят садово-дачными участками и крупным парком. По склону также проходит автодорога «пр-т Энтузиастов», но здесь она пролегает перпендикулярно к вектору стока, преодолевается ливневыми и паводковыми водами по системе перепускных дренажей и геохимически не изолирует одну часть склона от другой. В верхней части южного водораздела расположен нефтеперерабатывающий завод и прилегающий к нему жилой массив среднеэтажной застройки. Площадь полигона 2,6 км2. Кроме того, в бассейне выделяются три крупных механических геохимических барьера: автодорога Саратов-Волгоград, железная дорога и лучи сетевого узла «пр-т Энтузиастов — правый отвержек Токмаковского оврага». Выделение урболапдшафтных участков. На территории Токмаковского бассейна было выделено 346 урболандшафтных участка, относящихся к основным функциональным зонам (жилой, промышленной, сельскохозяйственной и «природной зелёной»). Кроме того, два УЛУ отображают особо опасный в экологическом отношении объект -отстойники-накопители городской системы канализации. Создана электронная карта урболандшафтной делимитации бассейна, где каждый УЛУ проиндексирован по своей функциональной принадлежности и местоположению в геохимической катене (рис. 4.8). Построение урболандшафтиых профилей.
Для анализа вертикальной структуры Токмаковского бассейна на трехмерной цифровой модели рельефа была заложена нерегулярная сеть профилей. Один в продольном направлении (по тальвегу оврага), 7 поперечных по ключевым участкам и 3 по геохимическим барьерам. Урболандшафтные профили, проходящие по оценочным полигонам, отображают наиболее характерные для них функциональные выделы (крупные жилые массивы, промышленные зоны, особо опасные источники загрязнения поверхностных вод, садово-дачные кооперативы, обширные участки естественной растительности), определяющее экологическое состояние как всего полигона, так и долинного комплекса. Геохимические барьеры трассируются на всём протяжении. Все профили начинаются на линии юго-западного водораздела и заканчиваются на линии северо-восточного водораздела. Над линией профиля отмечены границы однородного функционального выдела, обозначенного индексом. Каждый индекс имеет коэффициент, пропорциональный оказываемому экологическому эффекту. Под линией профиля обозначены границы элементарной ландшафтно-геохимической системы, также обозначенной индексом. Границы наложения однородного функционального участка на элементарную ландшафтно-геохимическую систему показывают границы урболандшафтного участка на линии урболандшафтного профиля, обозначенного в нижней части профиля. Характер функционального использования показывает знаковое значение (негативное, позитивное, нейтральное) экологического эффекта, а тип геохимического ландшафта - подвижность техногенного загрязнения. Позиция урболандшафтного участка в системе склон - водораздел - долина определяет его связь с другими участками и со всей парагенетической системой.
