Завдання для самостійної роботи

Для заданої території розселення описати екологічну ситуацію і оцінити рівень екологічної рівноваги, якщо такий стан природного середовища спостерігається. Запропонувати природоохоронні заходи загального характеру, щодо поліпшення стану навколишнього середовища даної території, в разі наявності ознак порушення екологічної рівноваги.

Алгоритм виконання завдання:

1. Характеристика району: географічне положення; адміністративно-територіальний устрій; орогідрографія і рельєф; кліматичні умови; геологічна будова; геоморфологія; ландшафти; щільність населення; лісистість.

2. Аналіз виконання п’яти умов екологічної рівноваги на території заданого району.

3. Оцінка стану природного середовища по табл. 1.1. Випадки, що не ввійшли до таблиці, характеризують порушення екологічної рівноваги.

4. Для порушеного стану природного середовища запропонувати природоохоронні заходи загального характеру, які дозволяють відновити стан екологічної рівноваги.

Таблиця 1.1

Оцінка рівня екологічної рівноваги

Умова	I	II	III	IV	V
Заштрихувати, якщо умова виконується
Шаблон для оцінки екологічної рівноваги
Рівень I
Рівень II
Рівень III

Контрольні питання:

1. Назвіть принципи формування урбоекосистем.

2. У чому суть екологічної рівноваги?

3. Назвіть умови екологічної рівноваги.

4. Назвіть рівні екологічної рівноваги.

5. У чому суть повної екологічної рівноваги?

6. У чому суть умовної екологічної рівноваги?

7. У чому суть відносної екологічної рівноваги?

8. На якому рівні розселення можлива екологічна рівновага? Відповідь обґрунтувати.

Рекомендована література

1. Градостроительная экология: Учебное пособие для строительных вузов / Н.В. Маслов; Под ред. М.С. Шумилова. – М.: Высшая школа, 2002. – 284 с.: ил.

2. Экология города: Учебник / Под общей ред. докт. техн. наук, проф. Ф.В. Стольберга. – К.: Либра, 2000. – 464 с.

3. Кучерявий В.П. Урбоекологія. – Львів: Світ, 1999. – 360 с.

Занятия 3, 4

Визначення демографічної ємності території на основі оцінки екологічної рівноваги

Мета заняття: познайомитися з поняттям демографічної ємності території і методом її оцінки.

Завдання заняття:

1. Вивчити поняття екологічної ємності території.

2. Вивчити поняття демографічної ємності території.

3. Освоїти методику оцінки демографічної ємності території.

Міське середовище є сукупністю антропогенної і природної підсистеми, або природно-антропогенна система.

Урбанізовані утворення, як правило, є залежними екосистемами, споживання природних ресурсів в яких здійснюється на значних територіях. Чим більше місто, тим значніше ареал його впливу, в якому виникають передумови порушення екологічної рівноваги в природній підсистемі.

У практиці оцінки екологічної рівноваги на території досліджуваного регіону вирішують пряму або зворотну задачу.

Пряма задача полягає у визначенні екологічної ємності території з існуючим антропогенним навантаженням.

Зворотна задача полягає у встановленні розмірів території, яку необхідно включити в урбанізоване природокористування для забезпечення стану динамічної стійкості всій природно-антропогенній системи.

Екологічна ємність території – це природна здатність території, залежно від репродуктивності екосистеми, зазнавати антропогенне навантаження без істотного порушення природної (екологічної) рівноваги.

При вирішенні прямої і зворотної задачі використовують величину гранично допустимого антропогенного навантаження.

Гранично допустиме навантаження визначається поєднанням антропогенного навантаження і екологічної ємності природного середовища. Таким чином, вирішується завдання про екологічну сумісність антропогенної і природної підсистеми, зіставляючи продуктивність абіотичних і біотичних компонентів екосистеми (природної підсистеми) з потребами поселень в природних ресурсах.

У якості кількісної величини екологічної ємності використовується величина демографічної ємності територій (ДЄТ), величина якої за цим методом визначається в першому наближенні.

Демографічна ємність територій – це поріг розрахункової кількості населення на одиницю площі, збільшення якого можливо лише при одночасному виконанні ряду екологічних умов. До них відносяться, з одного боку, підвищення репродуктивності зеленої маси і родючості ґрунтів. З іншої – впровадження безвідходних виробництв, сучасних локальних систем очищення, які ефективно видалять забруднюючі речовини з відходів.

Перевага методу полягає в тому, що, з одного боку, встановлюються масштаб господарської активності міського населення і структуру споживаних паливно-енергетичних ресурсів. Відбивається існуюче положення або проектні припущення.

З іншого боку, визначається допустиме навантаження на природні угруповання різних видів. Враховується їх виробничо-економічна ємність, яка залежить від виду рослинного угруповання.

Розглянемо порядок вирішення прямої задачі. Демографічну ємність території визначають за оцінкою системи критеріїв в три етапи.

1. Перший етап. Вибір і визначення вихідних показників, об’єднаних в чотири групи.

Територіальна група: загальна площа територія району розселення ; площа рослинного покриву без лісів і ріллі ; площа лісових масивів .

Гідросферна група включає меженні витрати в придатних для водоспоживання водоймищах і водотоках району. Швидкість течії води у водотоці повинна перевищувати 0,2 м/с, а витрата води – більше 5,0 м³/с.

Можливе водоспоживання залежить від гідрологічного і гідрогеологічного балансу даної території.

При використанні переважно поверхневих вод на території даного району досліджують гідрологічні умови у всіх водоймищах і водотоках.

В разі використання підземних вод водоспоживання досліджують за потужністю водонасичених горизонтів. За геологічною і гідрогеологічною будовою земної кори визначають межі безпечного вилучення води. Враховують не лише притоки підземних вод, але і можливості динамічних процесів в товщі порід: осідання і дифузії ґрунтів.

Біоценотична група показників характеризує властивості рослинних угруповань за провідними чинниками, які лімітують екологічну стійкість екосистеми, і залежить від репродуктивності рослинних біоценозів. Чинники характеризують природно-територіальні зони від лісотундри до напівпустелі і представлені в табл. 3.1.

Промислова і комунально-побутова група характеризує споживання природних ресурсів. До неї включені наступні показники: рівень господарської активності жителів населених місць, структура споживаних паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР), витрати води на житлово-комунальне і промислове споживання.

Таблиця 3.1

Характеристики природно-територіальних біоценозів

Рослинні угруповання	Мінімально допустима частка		Середньорічний радіаційний баланс , ккал/ (см2 · рік)	Інтенсивність газообміну, т/(га · рік)		Продукція маси сухої речовини , т/(га · рік)
	лісистості , %	зон, що особливо охороняються , %
Природні
Лісотундра	–	90	10–20	1,60	1,20	0,1
Північна і південна тайга	20	80	20–30	5,00	3,80	3,0
Південна тайга	25	45	30–35	7,60	6,00	4,8
Змішані ліси	25	30	35–40	9,00	6,70	5,7
Широколистяні ліси	30	25	35–40	14,50	10,20	9,0
Лісостеп	12	35	40–45	6,50	5,00	4,0
Степ	7	40	45–50	4,50	3,30	3,0
Напівпустелі	–	40	45–55	1,00	0,75	0,7
Антропогенні (в умовах змішаних і широколистяних лісів)
Сільгоспугіддя	–	–	–	4,8–7,2	3,5–5,4	3,0–4,5
Парки і лісопарки	–	–	–	6,3–8,2	4,7–6,2	0,7
Озелене населене місце	–	–	–	1,0–1,3	0,8–1,0	0,6–0,8

Рівень господарської активності жителів населених місць виражають коефіцієнтом . За значенням коефіцієнта визначають слідуючи рівні: низький – 1,5; середній – 2,0; високий – 2,5.

Структура споживаних ПЕР включає три види ресурсів: електроенергію; рідке паливо і природний газ; тверде паливо: вугілля, сланець і т. д. Сумарну величину ПЕР визначають як суму часток використовуваних видів в загальному балансі енергоносіїв і представляють у вигляді рівняння балансу ПЕР =   +  +   = 1.

З балансу ПЕР виключається електроенергія, яка отримується містом (або мережею міст) від ГЕС або ТЕЦ, розташованих поза даним районом, і здобуття якої не супроводиться небезпечними викидами, що впливають на екологічну ситуацію в даному районі.

Види ПЕР, які безпосередньо використовуються на території, включають в розрахунки. Враховують також питоме енергоспоживання (з розрахунку на одного жителя) на нужди транспортного обслуговування городян і служби житлово-комунального господарства. Сюди входять опалювання, холодне і гаряче водопостачання, електро- і газопостачання будівель, вуличне освітлення, робота суспільного і індивідуального транспорту. Цей вид енергоспоживання розраховується по загальновідомих формулах.

Житлово-комунальні витрати води визначають за встановленими нормами водоспоживання на одного жителя. Промислові витрати води враховуються підвищенням житлово-комунальних витрат за допомогою коефіцієнту ( ) залежно від загальної водоємкості виробництв.

2. Другий етап. Визначення окремих значень ДЄТ.

Демографічну ємність території , осіб/км², за визначенням, розраховують як відношення розрахункової кількості населення , осіб, за i-тим екологічним чинником до площі території даного району , км²,

(3.1)

Розрахункова кількість жителів , осіб, визначається як відношення ємності території за i-тим екологічним чинником до величини цього чинника з розрахунку на одного жителя даної території

, (3.2)

де – ємність території за i-тим чинником;

– питома величина i-того чинника з розрахунку на одного жителя.

За основні лімітуючи критерії ДЄТ прийняті величини, які представлені в табл. 3.1.

Окрема ДЄТ за витратами енергії.

Окрема ємність території за витратами енергії визначається як частка від середньорічного радіаційного балансу території

, туп/рік, (3.3)

де – безпечний максимум використання енергії у поверхні Землі, частка; становить 0,3 % від ;

1429 – перевідний коефіцієнт рівний відношенню 10¹⁰/(7 · 10⁶);

10¹⁰ – перевідний коефіцієнт 1/см² в 1/км²;

7 ∙ 10⁶ – питома теплота згорання тонни умовного палива, ккал/туп;

– середньорічний радіаційний баланс району, ккал/(см² · рік); приймається по табл. 3.1;

– площа території даного району, км².

Енергетичні ресурси обчислюються в тоннах умовного палива.

Річне споживання енергії одним жителем

, туп/(осіб · рік), (3.4)

де – коефіцієнт активності промислово-господарській діяльності населення;

– нормативна величина питомого річного енергоспоживання одним жителем на житлово-комунальні потреби в різних кліматичних умовах, туп/(осіб · рік).

, (3.5)

де – розрахункова температура зовнішнього повітря, яку приймають в розрахунку опалювання будівель в межах < –5 °С.

Розрахункову кількість жителів визначають по формулі (3.2), а окреме значення ДЄТ за витратами енергії – по формулі (3.1).

Окрема ДЄТ за умовою емісії діоксиду вуглецю в атмосферу.

Окрема ємність території за умовою емісії діоксиду вуглецю CO₂ визначається асиміляційною здатністю рослинного покриву території району. На державному рівні розробляються квоти емісії CO₂. Наприклад, в Європі базовим рівнем квот є 5 – 7 % від об’єму сумарної асиміляції CO₂ рослинністю на території (або сумарного біотичного газообміну для CO₂).

При розрахунку необхідно враховувати особливість рослинного покриву досліджуваної території, а саме те, що рослинні угруповання не однорідні і газообмін протікає з різною інтенсивністю.

Окрема ємність території за умовою емісії CO₂

т/рік, (3.6)

де 100 – перевідний коефіцієнт розмірності 1/га в 1/км²;

– квота емісії CO₂ від об’єму сумарної його асиміляції рослинністю на території, частка;

– поглинання CO₂ рослинним угруповання або інтенсивність газообміну, т/(га · рік); приймається по табл. 3.1;

– показник лісистості, частка; приймається по табл. 3.1;

– площа рослинного покриву без лісів і пашень, км²;

 і  – поправочні коефіцієнти до показника лісистості і площі рослинного покриву; приймаються по табл. 3.2.

Річна емісія CO₂ з розрахунку на одного жителя

т/(осіб · рік), (3.7)

де – споживана кількість рідкого палива і природного газу в структурі ПЕР території, частка;

– теж, твердого палива в структурі ПЕР території, частка;

1,2 и 3,3 – розмірні коефіцієнти, які враховують виділення CO₂ при спалюванні 1 туп другого і третього видів ПЕР, т/туп;

0,32 – середня кількість CO₂, яка виділяється в процесі життєдіяльності людини, т/(осіб · рік).

Таблиця 3.2

Значення поправочних коефіцієнтів до показників и

Тип рослинного угруповання	Значення поправочних коефіцієнтів
Змішані, широколистяні і тайгові ліси	1,3	0,85
Лісостепова і степова зони	1,4	0,90

Розрахункову кількість жителів визначають по формулі (3.2), а окреме значення ДЄТ за умовою емісії CO₂ – по формулі (3.1).

Окрема ДЄТ за умовою відтворення кисню атмосферою.

Окрема ємність території за умовою відтворення кисню атмосферою визначається нормою його вилучення. У практиці розрахунків норму вилучення кисню приймають приблизно рівною 12 % від величини відтворення кисню рослинним покривом території.

Окрема ємність території за умовою відтворення кисню

т/рік, (3.8)

де 100 – перевідний коефіцієнт розмірності 1/га в 1/км²;

– квота вилучення кисню від величини відтворення кисню рослинним угрупованням, частка;

– відтворення кисню рослинним угрупованням, т/(га · рік); приймається по інтенсивності газообміну кисню в табл. 3.1.

Річне поглинання кисню з розрахунку на одного жителя

т/(осіб · рік), (3.9)

де 2,5 – розмірний коефіцієнт, що враховує вилучення кисню стаціонарними і мобільними об’єктами, включаючи транспорт, при спалюванні органічного палива різного складу, т/туп;

– споживана кількість електроенергії в структурі ПЕР території, частка;

0,29 – середня кількість кисню, що поглинається людиною в процесі життєдіяльності, т/(осіб · рік).

Розрахункову кількість жителів визначають по формулі (3.2), а окреме значення ДЄТ за умовою відтворення кисню – по формулі (3.1).

Окрема ДЄТ по використанню водних ресурсів.

Окрема ємність території по наявності ресурсів поверхневих вод

, м³/добу, (3.10)

де 86400 – перевідний коефіцієнт розмірності 1/с в 1/добу;

– межа екологічно безпечного вилучення води всіма користувачами, частка; становить близько 10 %;

– меженна витрата води в придатних для водозабору водоймищах і водотоках, м³/с.

Якщо витрати гідрологічної системи району не забезпечують містобудівних потреб, то вдаються до використання водоймищ і водотоків прилеглих районів. Одночасно розглядають можливість споживання води з водоносних горизонтів.

Річне споживання водних ресурсів з розрахунку на одного жителя

, м³/(осіб · добу), (3.11)

де – планована норма середньодобового водоспоживання з врахуванням комунально-побутових потреб, м³/(осіб · добу); приймається в межах 0,35 <   < 0,5 м³/(осіб · добу);

– коефіцієнт збільшення водоспоживання, який враховує характер водоспоживання всіма користувачами.

За відсутності таких водоємних виробництв, як збагачення корисних копалини, металургія, електроенергетика, целюлозно-паперове та інші, а також зрошуваних земель, на підставі статистичних даних коефіцієнт збільшення водоспоживання приймають в межах 1,7 <  <1,9.

Розрахункову кількість жителів визначають по формулі (3.2), а окреме значення ДЄТ по використанню водних ресурсів – по формулі (3.1).

3. Третій етап. Аналіз окремих значень ДЄТ.

Аналіз окремих значень ДЄТ дозволяє оцінити варіанти вирішень районного планування, виявити найуразливішу їх ланку. Для спрощення такий аналіз рекомендується вести в табличній або графічній формі.

Збільшення ДЄТ можна досягти трьома шляхами:

1. Розширенням розрахункової території району. Якщо ситуація дозволяє, то до екологічного каркасу району включають зони екологічної рівноваги, буферні і компенсаційні, створюють заповідники, лісопарки і заповідники;

2. Екологічна стабілізація може бути досягнута переглядом структури ПЕР вбік використання енергетичних ресурсів, які виділяють менше небезпечних викидів в атмосферу. Замінити, наприклад, вугілля на газоподібне паливо або електроенергію;

3. Зменшенням рівня господарсько-промисловій активності за рахунок скорочення потужності енергоємних підприємств або забезпеченням енергозбереження. Бажано перейти на безвідходні і маловідходні виробництва. Крайнім заходом може служити закриття або перепрофілювання частини підприємств, що дозволить зменшити ступень антропогенного впливу на природне середовище.