Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Градоэкология и геоэкологический подход 16
1.1. Эволюция города - эволюция градоэкологических идей 16
1.1.1. Урбанизация-путь в экологический тупик? 16
1.1.2. Город и ландшафт. Особенности градостроительной парадигмы 26
1.1.3. Эволюция градоэкологических идей 29
1.2. Градоэкология и геоэкологический подход 40
1.2.1. Сущность ландшафтного подхода 40
1.2.2. Ландшафтоведение или ландшафтная экология? 46
1.2.3. Основы ландшафтно-экологического анализа. Концептуальные модели 49
Глава 2. Пространственно-функциональные модели городской территории 71
2.1. Урбогенез как тип техногенеза 71
2.2. Модели районирования городской территории 75
2.2.1. Градостроительные таксономические построения 76
2.2.2. Градотаксономические системы в ландшафтной географии и геоэкологии 85
2.2.3. Синтез различных моделей 91
Глава 3. Основные этапы и методы градоэкологических исследований 101
3.1. Этапы и задачи ландшафтно-экологических исследований городской территории 101
3.2. Создание и анализ природно-ландшафтной модели 116
3.2.1. Анализ и оценка геоструктурного каркаса 117
3.2.2.Изучение водосборных бассейнов 141
3.2.3. Построение экспозиционной и ярусно-катенной моделей 156
3.2.4. Создание нуклеарной и экотонной моделей 158
3.3. Создание и анализ эколого-функциональной модели 165
3.3.1. Матрично-сетевой анализ 165
3.4. Интегрированная урболандшафтная модель 187
3.5. Методические требования и результаты градоэкологических работ 190
3.5.1. Микроклиматические наблюдения 193
3.5.2. Результаты изучения городских почв 202
3.5.3. Изучение растительного покрова 223
Глава 4. Изучение загрязнения и нарушенности городской территории 230
4.1. Поллютометрический анализ 230
4.2. Результаты изучения загрязнения воздушного бассейна городов с применением прямых и косвенных методов 240
4.3. Оценка загрязняющего воздействия производственных территорий 273
4.4. Загрязнение воздушного бассейна транспортом 279
4.5. Изучение электромагнитного загрязнения 296
4.6. Оценка других видов загрязнения. Комплексная оценка загрязнения городской территории 297
4.7. Анализ и оценка нарушенности городского ландшафта 302
Глава 5. Оценка экологической устойчивости 313
5.1. Виды устойчивости и методы оценки экологической устойчивости городских земель 313
5.2. Проблема элементарного территориального выдела городской территории 318
Глава 6. Ландшафтно-градоэкологический диагноз и ретропрогнозные исследования 331
6.1. Ландшафтно-градоэкологический диагноз 331
6.2. Историко-градоэкологические исследования 333
6.3. Ландшафтно-градоэкологический прогноз 342
Глава 7. Применение геоинформационных технологий в градоэкологических и медико-экологических исследованиях 350
7.1. Геоинформационные технологии. Понятия и определения 350
7.2. Информационные ресурсы градоэкологических ГИС 353
7.3. Структура ГИС. Принципы и содержание комплексного градоэкологического картографирования 360
7.4. Медико-экологический аспект градоэкологических исследований 375
7.4.1. Цели и задачи медико-экологических исследований 375
7.4.2. Методы геоинформационного картографирования в медико-экологическом изучении города 377
Заключение 398
Список литературы 406
- Эволюция градоэкологических идей
- Анализ и оценка геоструктурного каркаса
- Виды устойчивости и методы оценки экологической устойчивости городских земель
- Структура ГИС. Принципы и содержание комплексного градоэкологического картографирования
Эволюция градоэкологических идей
Как уже отмечалось, экологический аспект функционирования и развития городов лишь относительно недавно стал предметом пристального внимания градостроителей и выделился в самостоятельный раздел градостроительной теории. Сейчас внутри градостроительной экологии существуют два направления, которые условно можно назвать «санитарно-гигиеническим» и «природоохранным» (Владимиров и др., 1986; 1988). Основные цели первого направления - сохранение и укрепление здоровья человека, создание условий для его гармоничного развития, защита от неблагоприятных воздействий как природной, так и техногенной среды, поддержание санитарно-гигиенических нормативов состояния городской среды, обеспечение продуктами питания, питьевой водой, уменьшение негативных воздействий путем внедрения рациональных градостроительных решений.
Природоохранное направление преследует такие цели: сведение к минимуму техногенных нарушений природной среды на городской территории, использование естественного потенциала ландшафтно-экологических систем и происходящих в них процессов для совершенствования градостроительной деятельности, восстановление (экологическая рекультивация-реконструкция) уничтоженных и трансформированных экосистем с целью воссоздания экологического равновесия. (Яргина и др.,1986). Два этих направления имели разное значение на различных этапах исторического развития городов.
На первых этапах развития общества человек, создавая свои поселения, приспосабливался к природе и защищался от ее стихийных процессов, создавая различные сооружения. Известно, что уже в городах Египта, Двуречья, Древней Греции при разбивке планировочной сетки учитывались характер рельефа, господствующие ветры, гидрологические особенности, возводились инженерные сооружения для защиты от подтоплений, наводнений.
По мере роста городов, концентрации населения, задача защиты от негативных природных факторов дополнилась проблемой защиты населения от вредных результатов его жизнедеятельности. Озабоченность санитарно-гигиеническим состоянием городов прослеживается в одном из первых трудов по теории градостроительства - трактате Л.Б. Альберти «Десять книг о зодчестве» (1485), где он подчеркивает необходимость выноса за пределы города экологически вредных производств, в частности «зловонных ям кожевников» (Альберти,1935).
В тоже время во всех теоретических воззрениях на градостроительстве вплоть до XVII века вопросам оздоровления городской среды уделяется очень мало внимания. Для мыслителей эпохи Возрождения город это, прежде всего, некая идеальная конструкция, решенная по законом математической гармонии и социальной иерархии, что в полной мере отразилось в многочисленных проектах идеальных городов того времени. В представлениях о городе социалистов-утопистов господствует социально-эстетический подход -их проекты городов это модели общества будущего, живущего по принципам равенства, сотрудничества, коллективизма. Практическое градостроительство эпохи Барокко трактовало город как произведение искусства и занималось, преимущественно созданием престижного, парадного облика главных городских пространств, мало волнуясь о «прозе жизни» - санитарно-гигиеническом состоянии основных мест проживания и работы тысяч горожан.
Первые попытки обустроить города с учетом санитарно-гигиенических требований, а также и первые попытки эти требования сформулировать приходятся на XVIII век, период расцвета классицизма. В это время развивались рациональные основы градостроительства, была сформулирована необходимость планомерного упорядочения планировки и застройки городов, которая реализовалась, прежде всего, в столицах крупнейших европейских государств. Так для Берлина, Парижа, Лондона, Санкт-Петербурга на протяжении XVIII века были сформулированы и внедрены в практику регламентирующие правила, касающиеся ширины улиц, высоты построек, организации благоустройства и инженерного оборудования.
И все-таки современный город, со всеми его существующими проблемами, это детище XIX века, это следствие промышленной революции, урбанизации, развития транспорта. До XIX века города развивались постепенно, эволюционируя вместе с изменением общественных потребностей и экономических возможностей. Революция в промышленном производстве привела к колоссальной концентрации населения в городах и, как следствие, к ухудшению условий жизни в них. Она вызвала распад целостного ранее городского организма на несвязанные между собой, враждебные друг другу части: зоны производства и жилья для тех, кто занят на этом производстве; зоны деловой и культурной жизни; зоны комфортабельного жилища для имущих слоев населения.
В XIX веке завершился длительный процесс образования сплошных индустриальных барьеров на окраинах больших городов. Вместе с ними также стихийно сложились районы трущоб. Жилищное строительство хронически отставало от роста городского населения. Переуплотнение жилищ, отсутствие светлых вентилируемых помещений, а также водопровода, канализации и вывоза нечистот способствовали распространению туберкулеза и губительных эпидемий. Второй, все более острой проблемой крупных городов, была транспортная проблема.
В 1830 году была построена первая железная дорога. Железнодорожные линии становятся каркасом городов и целых регионов. В 1880 - 1890 годах появились первые трамваи и электрические железные дороги, подземные линии метро (Лондон). Сложились приемы проектирования и строительства улиц, как сложных коммуникационных каналов совмещающие рельсовый и автомобильный транспорт, инженерные сети.
Постепенно стало складываться новое представление о городе, ни как о композиционной схеме, сочетании архитектурных ансамблей, а как о неком организме, имеющем свои органично присущие ему законы развития.
Если до конца XIX века город был самым крупным объектом проектирования, рассматривался как законченное образование, все проблемы которого замыкались внутри него, на переломе XIX и XX веков город все чаще трактуется как часть более крупной системы, как объект (организм) в среде. Колоссальный рост населения городов, начавшиеся процессы их сращивания, агломерирования породили интерес к вопросам расселения.
Проблема «город - окружающая местность», вероятно, впервые была осознана шотландским биологом Патриком Геддесом, который в 1915 году опубликовал книгу «Эволюция городов», где, опираясь на идеи французской школы «географии человека» (Видаль де ля Блаш; Альбер Деманжон) и английского географа Х.Дж. Маккиндера, тесно увязал проблемы городских поселений с природными особенностями и ресурсным потенциалом окружающего город ландшафта, с его социально-экономической спецификой. Основной единицей регионального и городского планирования по Геддесу является природный район (ландшафт), что, спустя 86 лет, представляется революционной идеей. Геддесу принадлежит авторство термина «конурбация», означающего процесс слияния городов и формирования урбанистических районов. Он же предложил рассматривать как единое целое город и зону его влияния (Холл, 1993).
Первые концепции «современного градостроительства» пытались дать принципиальный ответ на вопросы: как разгрузить крупные города, как приблизить горожан к природе, как использовать преимущества скоростного общественного транспорта, резко усилившего неоднородность городского пространства? Получили развитие два принципиально различных подхода к организации расселения: непрерывная и дискретная. Начало первой - в проекте линейного города А. Сориа-и-Мата (1882), который на уровне расселения превращался в сеть дорог (в основу модуля был положен треугольник), вдоль которых концентрировалась застройка, а пространства внутри треугольников предназначались для сельского хозяйства, промышленности, рекреации. Развил концепцию «непрерывного» расселения французский архитектор Ле Корбюзье (Корбюзье, 1976) и довел до логического завершения К. Доксиадис (1970), предсказавший формирование в третьем тысячелетии единого непрерывного города, охватывающего весь земной шар.
Идея «дискретного» расселения впервые была сформулирована в рамках концепции «города-сада» англичанина Э. Говарда (1898). Эта концепция родилась как реакция на обеспокоенность общественности непрерывным притоком населения в уже переполненные города и запустением сельских местностей. «Город-сад» призван был сочетать все преимущества деятельной городской жизни с красотами и благами села. Города-сады должны были быть окружены широким поясом сельскохозяйственных угодий и рекреационных земель. В дальнейшем эта идея была развита в концепции «крупного города» Э. Глойдена и затем, в схема дискретного расселения немецкого географа В. Кристаллера (50-е-60-е годы XX века). Последняя представляет собой сложную иерархию населенных мест, состоящую из пяти ступеней - от села до крупного города. Зоны влияния вокруг каждого, в зависимости от их величины и значения имеют радиусы от 4 до 40 км.
Анализ и оценка геоструктурного каркаса
Оценка геоморфологических, структурно-тектонических, литологических, инженерно-геологических, гидрогеологических свойств городской территории является одной из наиболее важных в содержании градоэкологических исследований. Данной тематике у нас и за рубежом посвящено много работ (Горшков, 1982; Котлов, 1977; Кофф, 1987; Леггет,1976; Лихачева,1983,1990; Осипов, 1993; Розанов, 1990; Симонов, Кружалин,1993; Тимофеев,1993 и др.).
На этапе структурно-тектонического анализа устанавливаются дизъюнктивные и пликативные нарушения различного типа и осуществляется блоковая «нарезка» изучаемой морфолитосистемы. Наряду с этим, анализируются «поля высот», выделяются геоморфологические уровни (ярусы рельефа), уясняется устойчивость горных пород формирующих структурные блоки, и выявляются и картируются зоны повышенной трещиноватости, развития оползневых тел, участков проседания, мульдовых понижений и т.п.
Например, при анализе неотектонической ситуации обнаружено, что территория Саратова и его пригородная зона расположены в пределах Присаратовского мегавала, осложненного Елшано-Сергиевским валом и рядом локальных антиклинальных поднятий (Соколовогорское, Елшанское). По мнению В.М. Сенюкова территория Саратова представляет неотектонический узел, где «...сходятся направления более древних и молодых складок» (Сенюков,1947,с.19). Важно отметить, что некоторые из этих складок, расположены непосредственно в городской черте или в зоне потенциальной застройки и оказались нефте-газоносными. В 40-е-50-е годы здесь были открыты месторождения - Соколовогорское, Елшанское, Гусельское, Атамановское, Багаевское, Трофимовское. Действующие в городской черте нефтепромыслы и выработанные газовые месторождения, которые ныне превращены в подземные хранилища газа, оказывают негативное воздействие на экологическую ситуацию в городе.
Рельеф Саратова имеет четко выраженную ступенчатость, оползневые склоны, значительный перепад высот (от 290 до 15 м) и сильную расчлененность склонов обращенных к Волге. Г.И. Худяков и А.Н. Никифоров выступили с гипотезой о «геоморфоблоковом строении территории Саратова» (Худяков, Никифоров, 1998). Действительно, территория Саратова расположена на стыке двух денудационных равнин олигоценового и раннеплейстоценового возраста (Четвертичные отложения, геоморфология..., 1982), находящихся на разных гипсометрических уровнях. Высота уступа между ними составляет 60-100м., а главный признак геоморфоблоков (литоморфоблоков) - резкое сочетание контрастных по высоте форм рельефа, разделенных линеаментами (разломами). Территория города, по мнению Г.И. Худякова и А.Н. Никифорова, разделена на пять основных геоморфоблоков: Елшанско-Курдюмский, Соколовогорский, Латрык-Лысогорский, Пристанско-Гусельский и Саратовско-Приволжский. Важно подчеркнуть, что между обозначенными литоморфоструктурами пограничные зоны выражены или крупными балками-оврагами, которые фиксируют разрывные нарушения, или резким перегибом профиля склонов, как в случае контакта Лысогорского плато с Приволжской котловиной. Зоны контакта литоморфоблоков тектонически подвижны, поэтому представляют наиболее опасные с точки зрения геодинамики участки, где развиты эрозионные процессы, оползни, абразия, суффозия, подтопление. При структурно-геоморфологическом анализе важно выявить «блоковое» строение литоморфосистем городской территории. Это достигается при изучении тематических карт - гипсометрической, геологической, геоморфологической, литологической, в процессе полевых наблюдений и при дешифрировании аэроснимков. В итоге на городскую территорию и пригородную зону составляются крупномасштабные тематические карты (масштаб 1 : 25 000; 1 : 50 000):
- гипсометрическая карта (рис. 3.3);
- геоморфологическая карта (рис. 3.4);
- карта дизъюнктивных нарушений и зон повышенной трещиноватости (рис. 3.5);
- карта ярусов рельефа (рис. 3.6);
- карта экзодинамических процессов, отражающая участки проявления активных и стабильных оползней, линейной и плоскостной эрозии, суффозионных процессов, явного и скрытого карста, береговой абразии и др. (рис. 3.7).
Перечисленные карты позволяют оценить степень мозаичности геоструктурного каркаса, сделать качественные выводы об интенсивности новейших и современных неотектонических процессов, характере разрывных нарушений, количестве и плотности морфоструктурных линий и узлов блоковой мозаики.
Морфометрический анализ включает разбиение рельефа на элементарные геоморфологические поверхности (Ласточкин, 1987), оценку характеристик густоты и глубины эрозионного расчленения с построением карт:
- экспозиций склонов (рис. 3.8);
- уклонов земной поверхности (рис. 3.9);
- линейной эрозии (рис. 3.10);
- вертикального расчленения рельефа (рис. 3.11).
На основе аналитических карт геоструктурного каркаса городской территории создаются предполевые ландшафтные карты с выделением литоморфоструктурных ячей - таксонов в ранге ландшафтных районов и подрайонов, местностей и урочищ. Это карта ландшафтного районирования и ландшафтно-типологическая карта (рис. 3.12; 3.13; 3.14; 3.15).
Благодаря комплексному анализу структурно-тектонических, геоморфологических и литологических особенностей территории г. Саратова нами были выделены следующие крупные единицы районирования: Лысогорское плато, Приволжская котловина, Елшанско-Гусельская равнина и акватория Волгоградского водохранилища (рис. 3.12). Такое деление представляется наиболее естественным, поскольку дифференциация элементов природы в этих рамках происходит весьма четко. Дифференциация вызвана с одной стороны, разным гипсометрическим уровнем названных районов (размах высот составляет около 280 м), а с другой стороны, различной подстилающей поверхностью (от водной до древней коры выветривания).
Кратко остановимся на специфике ландшафтных районов (ландшафтных «ячей») территории г.Саратова.
Лысогорское плато является наиболее древней поверхностью выравнивания в черте города. Это олигоценовая равнина имеет абсолютные отметки поверхности 220 - 281,1 м, с общим понижением на юго-запад и довольно значительную площадь - свыше 4 тыс.га. По генезису плато является эрозионно-денудационным, для него характерна стабильная тектоническая обстановка в течение длительного времени, начиная с палеогена. Морфология плато выражена плосковыпуклой поверхностью с широким развитием в краевых частях грядовых водоразделов. Отличительные черты природы Лысогорского плато обусловлены не только и не столько гипсометрическим положением, сколько хорошей сохранностью и обнаженностью горных пород, представленных опоками, песчаниками и песками палеогенового возраста. Формирующиеся на них почвы имеют, как правило, каменистый характер, то же самое можно сказать о крутых склонах. Грубый механический состав почв способствует произрастанию древесной растительности, а повышенное гипсометрическое положение формирует более умеренный климат. В итоге г.Саратов оказался в кольце интразонального лесостепного ландшафта - «острова», благотворно влияющего на микроклимат городских застроек.
В пределах Лысогорского ландшафтного района нами выделены три урболандшафтных местности:
1. Лысогорская водораздельная лесная рекреационная;
2. Верхне-Латрыкская долинная дачная;
3. Лысогорская крутосклоновая лесостепная, рекреационная и девастированная (рис. 2.6).
Крупные формы рельефа, как известно, обусловлены геологическим развитием территории и в этом отношении необходимо подчеркнуть роль гидрографической сети в формировании гипсометрических уровней Лысогорского ландшафтного района.
Виды устойчивости и методы оценки экологической устойчивости городских земель
Наряду с данными о мелиорации и детериорации городской территории необходимо иметь сведения об экологической емкости и устойчивости урболандшафтных выделов к хозяйственной нагрузке. Данная проблема весьма сложна, существуют различные мнения о методах ее решения.
Согласно многим авторам, так или иначе касавшихся проблемы решения устойчивости географических систем (Глазовская,1976; Гришанков,1977; Дьяконов, 1974; Казанская и др.,1977; Куликов,1976; Светлосанов,1990; Шищенко,1988 и др.) понятие устойчивости связывается с представлениями «надежности», «стабильности» функций, процессов, структуры, способности выполнять «заданные» природой или человеком функции.
В.А. Светлосанов (1990), вслед за американским экологом С. Холлингом указывает на два вида устойчивости геосистемы: ее «стабильность» и «упругость». Стабильность подчеркивает способность сохранять структуру и функции системы при определенном воздействии. Упругость - способность возвращаться после окончания воздействия в прежнее состояние. Очевидно заимствование данных представлений из экологии (Ю.Одум,1986,т.1,с.66).
Понятие «надежность» геосистемы заимствовано из сопромата. С ним связано понятие «отказа» геосистемы (Шищенко,1988). Оцениваются мелиорирующие и детериорирующие факторы на территории, подлежащей уяснению устойчивости. Определяется площадь их проявления и амплитуда колебаний процессов как мелиорирующих, так и детериорирующих, затем выясняется соотношение мелиорирующих и детериорирующих факторов при «заданных» природой или человеком значениях для каждого выдела (Шищенко,1988,с.58).
Имеются и другие подходы к оценке потенциальной и актуальной устойчивости геосистем. Они основаны или на подсчете отношений площади детериорированного выдела к общей площади изучаемой геосистемы, или на учете отношения площади проявления данного процесса (фактора) к количеству выделов, в которых рассматриваемые процессы могут при определенном воздействии произойти. По мнению П.Г.Шищенко, определение потенциала устойчивости ландшафтов сводится к вычислению вероятности проявления процессов в выделе, где пересекаются воздействия всех учтенных факторов (Шищенко,1988.с.59).
Из сказанного ясно, что для оценки потенциальной и актуальной устойчивости геосистемы требуется, по меньшей мере, ответить на два вопроса:
1. устойчивость «чего» следует оценить?
2. устойчивость «к чему» необходимо оценивать?
Итак, следует определять устойчивость компонентов или элементов городского ландшафта или в целом урбогеосистемы к определенному процессу (природному, антропогенному) или группе процессов. Поэтому сначала необходимо оценивать отдельные структурные составляющие геосистемы к отдельному виду (типу воздействия), а затем экспертным путем определять отдельный или суммативный эффект тех или иных воздействий (процессов, объектов, явлений). По данному пути пошли многие исследователи устойчивости геосистемы. Сначала оценивается устойчивость биотической, биокосной, мобиломной и геоматической частей геосистемы к разным видам воздействия - загрязнению, механическому (физическому) воздействию. Соответственно рассматриваются физическая (механическая) устойчивость, химическая (геохимическая) устойчивость и биологическая (биоценотическая) устойчивость.
Физическая устойчивость оценивается как способность компонентов геосистемы, т.е. горных пород, рельефа и почвенного и растительного покровов «сопротивляться» экзодинамическим и гидрологическим процессам. Имеются в виду процессы водной и ветровой эрозии, абразии, суффозии, оползневые проявления, подтопление, заболачивание, карстовые процессы и т.д. Для оценки физической устойчивости горных пород, рельефа, почвы и растительности выделяются группы процессов и факторов, способствующих её нарушению. К ним относятся: уклоны поверхности, показатели вертикального и горизонтального расчленения рельефа на единицу площади, интенсивность и частота ливней, мощность снежного покрова и быстрота его сезонного разрушения, скорость ветра, площадь задернованных и залесенных участков, наличие водоупорных и водоносных горизонтов горных пород, их мощность, обводненность и глубина залегания, экспозиция склонов, плотность, несущая способность горных пород, механический состав почв и т.д.
Геохимическая устойчивость к загрязнению оценивается при анализе литологических, геоморфологических, климатических, гидрогеологических, гидрологических, литохимических, биогеохимических характеристик. Оцениваются уклоны рельефа, влагопроницаемость почв, глубина и мощность водоупорных и водо-насыщенных горизонтов, объем, скорость и температура поверхностных водотоков и водоемов, потенциал самоочищения атмосферы (ветровой режим, частота гроз, туманов, количество и интенсивность осадков, частота и высота инверсий, число дней с антициклональным режимом погоды) (Безуглая,1980; Лапина и др., 1998).
Биологическая устойчивость рассматривается, как способность биоты восстанавливаться после воздействия на биоценоз - на уничтожение растительного покрова и популяций животных и фитоценозы. В городских условиях шансы на подобное восстановление весьма низки, но необходимо оценивать возможность (пусть гипотетическую) подобного восстановления. Если иметь в виду растительный покров, в частности древесные насаждения, то следует оценить благоприятность лесорастительных условий. Очевидно, в данном случае необходимо оценить сочетание благоприятных и неблагоприятных факторов - почвенное плодородие, водно-физические и водно-химические свойства почв и грунтов, климатические особенности, характер рельефа, другие экологические условия. Для животного мира подобные оценки имеют смысл для относительно крупных экотопов: зеленых матриц, ландшафтных районов и подрайонов. Отметим лишь, что синантропные виды, в частности, орнитофауна, имеют высокую пластичность («упругость») для сохранения популяции.
Характеристики каждого вида устойчивости фиксируются в виде таблицы - матрицы, в строках которой приводятся урболандшафтные выделы определенного ранга: ландшафтные подрайоны, урболандшафтные местности, водосборные бассейны, ярусы рельефа или урболандшафтные участки, а в столбцах дается оценка территориальных выделов к различным видам воздействия: механическому повреждению или загрязнению (физическая устойчивость, геохимическая устойчивость, биологическая устойчивость).
Оценка приводится в баллах - от крайне неустойчивого до устойчивого состояния за определенный промежуток времени. Комплексную балльную оценку устойчивости предваряют частные компонентные виды оценок: устойчивость к линейной эрозии и плоскостному смыву, оползневая устойчивость, устойчивость к загрязнению воздушного бассейна, поверхностных и подземных вод, почвенного покрова, устойчивость к рекреационной и пасквальной дигрессии и т.д.
При оценке устойчивости отдельных компонентов ландшафта также строятся таблицы-матрицы, где в строках указываются урболандшафтные выделы, их площадь, а в столбцах отражаются виды негативных процессов, амплитуда их колебаний (интенсивность) в единицу времени и площадь проявления процесса в процентах от общей площади выдела. Каждый из негативных процессов в зависимости от интенсивности и площади проявления получает оценку в баллах от 5 до 1. Урболандшафтные выделы, наиболее пораженные каким либо процессом, получают пять баллов, наименее пораженные участки со слабой интенсивностью протекания процессов - один балл.
Деструктивные процессы и явления, в зависимости от их экологической, градостроительной и санитарно-гигиенической опасности (значимости) получают к балльной оценке поправочный коэффициент от 1 до 5. Наиболее опасное для города загрязнение воздушного бассейна оценивается коэффициентом 5. Процессы подтопления и проседания грунтов имеют повышающий коэффициент 4; оползневая неустойчивость - 3, способность накапливать загрязнения в почве и воде - 2, плохие лесорастительные условия имеют поправочный коэффициент 1.
Структура ГИС. Принципы и содержание комплексного градоэкологического картографирования
Следующим этапом создания экологически ориентированной городской ГИС является создание электронных баз данных, являющихся основой любой ГИС. Полученная в процессе полевых и камеральных исследований информация упорядочивается, в виде картографической базы данных (КБД) и атрибутивной (непространственной) базы данных (АБД). При выполнении градоэкологических работ важно выделить оптимальные масштабы базовых карт. Как уже отмечалось выше, мы предлагаем для городов с населением от 200 000 тысяч человек до 1 000 000 жителей базовые масштабы 1 : 50 000, 1 : 25 000; 1 : 10 000 и 1 : 2 000. Необходима актуализация, то есть проверка содержания карты на достоверность. Здесь важную роль играет свежая информация с аэро - и космоснимков. В лаборатории урбоэкологии СГУ для актуализации базовых топографических карт городов Саратов и Балаково были выполнены как натурные обследования, так и дешифрирование аэро - и космоснимков высокого разрешения (Макаров и др.,1995-9бг.).
Картографическая информация хранится в КБД в растровом, векторном и растрово-векторном форматах. Наиболее удобен для хранения и передачи, а так же для геомоделирования и геоанализа, векторный формат и сочетание растрового и векторного форматов. Последний вариант наиболее часто используется при одновременном использовании векторной топокарты и растровой «подложки» аэро -космоснимка. Данный прием позволяет уточнять и корректировать устаревшее содержания топографической базовой карты.
Важнейшим элементом ГИС технологий является ГИС -моделирование и приемы наложения различных тематических слоев карт (оверлей). По этому, кроме базовых цифровых карт, в КБД входят различные тематические карты указанных выше масштабов. Создание тематических карт - важнейший этап и конечный продукт градоэкологических исследований. Данное направление работ получено название автоматизированного картографирования (Сербенюк,1990).
Цель тематического электронного картографирования - создание серии электронных карт или атласа, раскрывающих различные стороны существующей градоэкологическои ситуации. Здесь важно соблюдать определенную концептуальную последовательность в разработке содержания экологического атласа крупного и крупнейшего города. Нужно исходить из базовых методологических принципов градоэкологического исследования:
1) понимание города как единства трех его подсистем- природной, техногенной и демопопуляционной;
2) учет последовательности методических этапов градоэкологического анализа: вначале инвентаризация (констатация) сложившейся градоэкологическои ситуации, затем её оценка и, наконец, предложения по стабилизации и улучшению;
3) сочетание аналитических, поэлементных и покомпонентных карт с синтетическими, интегральными картами, созданными с использованием оверлея и балльной оценки.
Атласное геоинформационное картографирование, равно как и создание специализированных градоэкологических систем типа «ГИС-эколог Саратов», «ГИС-эколог - Балаково», на наш взгляд, должно базироваться на определенных принципах.
Как представляется, основными принципами атласного градоэкологического картографирования должны быть: системность; экологичность; географичность (учет территориального разнообразия); историчность.
Принцип системности предполагает представление картографируемого объекта, в данном случае города, как сложной геотехнической системы (урбогеосистемы), включенной в ландшафтную структуру окружающей территории. Город предстает как системное единство природного ландшафта, «техногенного покрова» и населения. Поэтому картографируется не только природная часть урбогеосистемы, но и его инженерно-техническая составляющая, градопланировочная структура, демопопуляционные особенности.
Системный принцип предполагает, по меньшей мере, наличие трех тематических разделов атласа:
1) карт, отражающих природные, природно-техногенные, инженерно-технические и градопланировочные особенности города и ближнего пригорода. Сюда входят карты, рассматривающие природно-ландшафтную, функционально-планировочную и интегрированную урболандшафтную структуры;
2) карт, фиксирующих сложившуюся картину урбогенеза, то есть, экологическую обстановку в городе. Сюда, в первую очередь, относят карты поллютометрического и виолятометрического содержания, показывающих участки аномального загрязнения и деградации природных сред. Это, главным образом, аналитико-оценочные и синтетико-оценочные карты и карты прогнозно-рекомендательного характера, представляющие наибольший интерес для градопланировщиков;
3) карт, относящихся к т.н. «социальной экологии» или «экологии человека», рассматривающих демографические, социально-экологические и медико-экологические аспекты городской среды, уровень популяционного здоровья горожан. В качестве примера, можно привести карты заболеваемости туберкулезом в атласе «Туберкулез и окружающая среда в Саратовской области» (Саратов, 1997), и карты заболеваемости раком кожи и меланомой в Саратове, представленных в монографии О.М. Конопацковой, В.З. Макарова, А.Н. Чумаченко «Медико-экологический анализ распространения злокачественных опухолей кожи в Саратове» (Конопацкова и др.,2000).
Блок медико-экологических и демографических карт присутствует и в упомянутом выше «Экологическом атласе г.Балаково».
Весьма важно показать город как неотъемлемую часть окружающего его ландшафта. В данном случае реализуется принцип экологичности в создании градоэкологического атласа. Город рассматривается как некий «хозяин» по отношению к прилегающей территории и, соответственно, окружающие город природно-ландшафтные и геотехнические комплексы также должны оцениваться с позиций их возможного влияния на городскую территорию. В свою очередь, определенные фрагменты городской территории - «холодные» матрицы, пятна и сети, т.е. элементы экологического каркаса, также как и «теплые» и «горячие» матрицы, сети и пятна - элементы градостроительного каркаса могут быть рассмотрены в той же экологически ориентированной методологической схеме - «хозяин-среда». К примеру, многие, так называемые, экологически уязвимые объекты - детские дошкольные учреждения, школы, больницы, места массового отдыха, другие рекреационно-оздоровительные объекты должны быть выделены на карте и оценены по уровню воздействия на них неблагоприятных процессов и явлений.
Таким образом, экологический принцип требует определенной методологической схемы в организации структуры и тематического содержания экологического атласа города. Во-первых, необходимо создание карт, показывающих город и окружающий его пригород. В зависимости от размеров города это может быть 15-30 километровая зона вокруг города. На этих картах должны быть показаны характер природных территорий, уровень их денатурализации, средо- и ресурсовоспроизводящий потенциал. Во-вторых, в пределах городской черты должен быть выделен и оценен экологический каркас города, степень его организации, сплошности, связности, то, что А.П. Вергуновым определяется как система открытых пространств города и ее природоохранный потенциал, (Вергунов,1982). В-третьих, в центре внимания градоэкологического атласа должно быть население -его психофизическое и социальное благополучие. Отсюда понятна необходимость размещения карт атласа по схеме «источники экологического риска» - «факторы, усиливающие или ослабляющие экологический риск» - «реципиенты риска», т.е. живые организмы (население, полезные растения и животные), подвергающиеся экологическому риску. Впрочем, в качестве реципиентов риска могут выступать инженерные сооружения, техника, здания и пр.
Принцип географичности, учитывающий территориальное разнообразие, дифференциацию городской среды от места к месту требует разделения города на разнородные по ландшафтно-экологическим, инженерно-техническим, градопланировочным и демопопуляционным характеристикам фрагменты городской среды.
