Введение к работе
Актуальность темы Глобальным социально-экономическим процессом начала третьего тысячелетия можно смело назвать урбанизацию Развитие городов -процесс объективный, сопровождающийся глубоким антропогенным изменением природы, заменой естественных экосистем природно-техногенными системами, а для городов — урбосистемами Управление урбосистемой города должно опираться на принципы планирования экологической градостроительной деятельности, на подходы экологического строительства, то есть, иными словами, следовать методологии Н Ф Реймерса об экологизации, в данном случае — экологизации градостроительного планирования
Необходимость экологизации градостроительного планирования приобретает особое значение для крупных населенных пунктов с многомиллионным населением и развитой промышленностью Тем более, если эти населенные пункты, и особенно мегаполисы, такие как Москва, расположены в северных областях со сложной климатической обстановкой, с длительным зимним периодом Развитие и функционирование крупного северного города неизбежно приводит к необходимости удаления снега и борьбы с обледенением дорог Для северных мегаполисов характерен значительный объем применяемых противогололедных реагентов и разнообразие поступающих с ними химических элементов, что приводит к существенным изменениям химического состава городских биотопов, вызывает изменение и деградацию видового состава обитающих в них сообществ организмов (городских биоценозов) Применительно к Московскому региону особенно опасным в этой связи является загрязнение открытой водной системы реки Москвы и прилегающего Окского бассейна
Правильный выбор комплексных методов защиты окружающей среды, осуществление строительства на экологических принципах и обеспечение экологической чистоты, в частности водных систем мегаполиса, является актуальной задачей для всего мирового сообщества и в особенности для стран, расположенных в северных широтах земного шара
Необходимость обеспечения требований охраны окружающей среды в части экологической безопасности жилищно-коммунальных услуг определены государственным стандартом РФ (ГОСТ Р 51617-2000) В этой связи в настоящее время представляется весьма актуальной задача разработки теоретических и практических основ инженерно-экологической защиты водной системы северного мегаполиса в зимний период и ее реализация в масштабах такого крупного города как столица России — Москва
Объектом исследований в диссертационной работе является природно-техногенная система (урбосистема) крупного северного мегаполиса и ее важнейшая геоэкологическая составляющая — водная система, а именно, водная система Московского региона Предмет исследования — комплекс методов инженерно-экологической защиты водной системы мегаполиса в зимний период
Цель и задачи исследований Целью работы является теоретическое обосно-
вание и разработка методов эффективной инженерной защиты водной системы северного мегаполиса в зимний период для обеспечения ее экологической безопасности на базе принципов экологического строительства и охраны природно-техногенной среды
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи
выявить закономерности формирования природно-техногенной системы (ПТС) мегаполиса и основные геоэкологические факторы, влияющие на ее гомеостаз,
обосновать возможности применения принципов экологизации строительной деятельности, градостроительного экологического планирования и управляющих действий человека в поддержании гомеостаза ПТС мегаполиса,
обследовать экологическое состояние гидросферы северного мегаполиса с использованием физико-химических и микробиологических методов,
на основе анализа статистических данных провести оценку объемов и периодичности выпадения снега и рекомендовать номенклатуру эффективных противогололедных реагентов для применения на дорожных покрытиях мегаполиса в зимний период,
разработать физико-математические модели процессов дробления и плавления снежно-ледяных масс города и на их основе дать практические рекомендации по реализации научно обоснованных конструктивно-технологических решений при проектировании городских объектов утилизации снежно-ледяных масс перед сбросом их в водную систему региона,
разработать для непосредственного использования комплексную систему мероприятий и рекомендации по строительному обустройству и конструктивным решениям охраны гидросферы северного мегаполиса от антропогенных нагрузок в зимний период
Методика выполнения исследований
теоретическое обобщение и анализ процесса формирования урбосистем мегаполисов с выявлением главных особенностей их функционирования в сложных географо-климатических условиях (в северных широтах и в зимний период),
анализ эколого-градостроительных особенностей формирования урбосистем,
обобщение и анализ геоэкологических и экологических особенностей гидросферы северного мегаполиса,
физико-математическое моделирование процессов дробления и плавления загрязненных снежно-ледяных масс для разработки практических рекомендаций по решению конструктивно-технологических вопросов проектирования сооружений по утилизации снега,
разработка оптимальных требований к применяемым в условиях мегаполиса противогололедным реагентам и их композициям, исходя из определенного баланса реагентов, экологической емкости территории и стоимостных показателей,
— внедрение комплекса мероприятий по уборке снега и применению проти
вогололедных реагентов и проверка их технико-экономической эффективности
в условиях функционирования мегаполиса
Методологической основой работы явились современная теоретическая база общей и инженерной экологии, геоэкологии, фундаментальные работы отечественных и зарубежных ученых по проблемам экологии и геоэкологии Реймерса Н Ф , Моисеева Н Н , Осипова К А, Осипова В И , Кононовича Ю В , Минина А А , Потапова А Д , Пупырева Е И , Теличенко В И , Систера В Г , Соколовского В В , Яншина А Л , Броека Д , Карслоу Г , Егера Д и др
Достижение поставленной цели и достоверность полученных, в том числе лично автором, результатов теоретических исследований основываются на базе использования математических методов, на сборе, обобщении и анализе, с использованием современных информационных технологий, обширных статистических данных по функционированию устройств обработки и утилизации снежно-ледяных масс как объектов антропогенного воздействия на водную систему города, на непосредственном участии автора в производственных экспериментах и во внедрении разработанной методологии в практику эколого-градостроитель-ной деятельности в Москве
Научная новизна работы определяется системным подходом к решению крупной научно-технической проблемы — разработке теоретических принципов и практических мер обеспечения инженерно-экологической защиты водной системы северного мегаполиса в зимний период и заключается в следующем
— дана новая теоретическая оценка специфических условий формирования
экологической системы северного мегаполиса как развивающейся формы урба
низации,
впервые теоретически обоснованы принципы формирования природно-техногенной системы мегаполиса, выявлены основные геоэкологические факторы обеспечения гомеостаза урбосистемы мегаполиса,
обоснованы новые подходы к градостроительному планированию мегаполиса на базе принципов экологического строительства и охраны природной среды,
выявлены главные экологические параметры водной системы северного мегаполиса (на примере Московского региона),
на основе статистического анализа впервые обоснованы характеристики формирования снегового покрова и загрязненности снежно-ледяных масс в городе,
проанализирован механизм возникновения зимней скользкости на дорожной сети города и применимости противогололедных реагентов,
на основе анализа теплофизических и физико-механических свойств загрязненного снега разработаны оригинальные физико-математические модели дробления и плавления снежно-ледяных масс при их утилизации на специальных городских сооружениях,
— впервые научно обоснованы рекомендации по внедрению вновь разрабо
танной комплексной сезонной инженерной защиты водной системы города
Практическая ценность работы
Результаты работы представляют собой теоретическую основу принятия эколого-градостроительных решений при создании эффективных комплексных инженерных систем снегоудаления и утилизации снежно-ледяных масс крупных северных городов и мегаполисов в целях обеспечения их экологической безопасности
При непосредственном участии автора была разработана стратегия сезонной инженерной защиты водной системы города и успешно внедрен комплекс мероприятий по снижению антропогенных воздействий на водную систему Московского региона, нашедший свое отражение в реализуемой Генеральной схеме снегоудаления в г Москве Разработанные принципы инженерной защиты водной системы и предложения по конструктивным решениям снегосплавных пунктов используются в других городах России - Санкт-Петербурге, Уфе
Материалы, полученные в диссертации, также вошли в учебное пособие «Инженерно-экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период» для студентов строительных вузов
Основные защищаемые положения
теоретическое обоснование закономерностей формирования природно-техногенной системы северного мегаполиса и необходимости сезонной инженерной защиты его водной системы,
теоретическое обоснование подходов к градостроительному планированию на принципах экологического строительства и природоохранной деятельности,
теоретические принципы инженерно-экологической защиты водной системы северного мегаполиса при обработке и утилизации городских снежно-ледяных масс,
теоретическое и экспериментальное обоснование оптимального выбора номенклатуры противогололедных реагентов по экологическим и технико-экономическим показателям,
теоретическое обоснование закономерностей процессов плавления загрязненных снежно-ледяных масс на базе созданных физико-математических моделей,
конструктивно-технологические, строительные и организационные решения по переработке загрязненных городских снежно-ледяных масс, как управляющие действия по поддержанию гомеостаза ПТС мегаполиса,
обоснование комплексного подхода к улучшению экологической ситуации мегаполиса при снегоудалении в целях защиты его важнейшей жизнеобеспечивающей геосферной оболочки — водной системы
Апробация работы Основные результаты проведенных исследований, изложенные в диссертационной работе, доложены и обсуждены на 3-м Международном конгрессе по управлению отходами ВЕЙСТЕК, М 2003, на 6-м Междуна-
родном Конгрессе «Вода экология и технология» - «ЭКВАТЭК-2004», М 2004, на 4-м Международном конгрессе по управлению отходами ВЕЙСТЕК, М 2005, на 7-м Международном Конгрессе «Вода экология и технология» - «ЭК-ВАТЭК-2006», М 2006, на 5-м Международном конгрессе по управлению отходами ВЕЙСТЕК-2007, М 2007
Публикации результатов исследований По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, в том числе 15 статей в научно-технических журналах и сборниках научных трудов, 5 докладов на международных научно-технических конгрессах, монография «Зимняя уборка магистралей города», М 2002, учебное пособие «Инженерно-экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период», М 2004, монография «Коммунальная экология Энциклопедический справочник», М 2007 Получено 3 патента РФ на изобретение
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы Работа изложена на 292 страницах машинописного текста, содержит 77 рисунков, 23 таблицы Список использованной литературы включает 235 источников, из них 190 отечественных и 45 иностранных авторов
Автор выражает глубокую признательность коллективам кафедры УПТС МГСУ, ГУЛ «МосводоканалНИИпроект» и МГУП «Мосводоканал» за большую помощь в подготовке диссертации, в организации экспериментальной части работы и оформлении результатов научных исследований
Автор особо благодарен научному консультанту чл -корр РАН, профессору, д т н В Г Систеру за большой труд по научному сопровождению выполнения данной диссертации
