17

Лекция 11. Мониторинг городских территорий

Отличительной особенностью современного развития цивилизации является рост городов и городского населения. В первую очередь, это связано с процессами урбанизации, когда происходит рост и развитие индустриально-городских экосистем и повышение их роли в развитии общества. Общая площадь урбанизированных территорий к 2007 году составила 19 млн. км² (12.8 % всей территории суши). Предполагается, что к 2030 году все население земного шара будет жить в городах или поселках городского типа. Однако такой подход ведет к отрыву человека от природной среды и приводит к нарушению естественных экосистем, а также условий существования в рамках этих систем самого человека. Эти нарушения связаны с изменением его социальных и биологических условий существования, то есть социальной и природной сред индустриально-городских экосистем.

 Существенное увеличение городских территорий требует постоянного совершенствования систем управления, что неразрывно связано с учетом динамики изменения условий обитания. Отличительной чертой современного подхода управления территориями является его привязка к конкретным инвестиционным проектам, осуществляемым при строительстве новых и реконструкции существующих объектов. В первую очередь, это относится к работам, выполняемым в ходе разработки перспективных планов развития территорий, а также проведения инженерных изысканий для целей строительства. Реализация этих работ включает: зонирование территорий по назначению; инженерно-геодезические изыскания; инженерно-геологические изыскания; инженерно-гидрометеорологические изыскания; инженерно-экологические изыскания; изыскания грунтовых строительных материалов; изыскания источников водоснабжения на базе подземных вод.

Успешное выполнение этих работ на всех этапах реализации проектирования возможно лишь при наличии полного информационного обеспечения, основополагающим звеном которого является геоинформационное обеспечение. Именно геоинформационное обеспечение интегрирует всю информацию, относящуюся к конкретным территориям. Данный вид информации лежит в основе подготовки практически всего спектра управляющих решений, связанных с развитием городских территорий. Создание геоинформационного обеспечения возможно на базе использования геоинформационных технологий, ориентированных на решение всего спектра задач в рамках специализированных геоинформационных систем.

В основе создания геоинформационного обеспечения лежат технологии геоинформационного мониторинга, обеспечивающие получение всего спектра информации об интересующих территориях. Основной целью мониторинга является информационное обеспечение процедур принятия решения в области управления территории, оценки рисков реализации инвестиционных проектов, а также контроль за текущим состоянием наблюдаемых территорий.

Сегодня геоинформационные системы являются единственным комплексным «инструментарием», выполняющим всесторонний сбор информации о городских экосистемах, ее обработку, анализ и отображение в виде, обеспечивающим принятие управляющих решений. Успешное решение задач мониторинга городских территорий, в рамках ГИС, требует использования системного подхода, обеспечивающего:

- учет структуры, состава, динамики и эволюции природной, хозяйственной, демографической составляющих окружающей среды;

- анализ временных (исторических) характеристик изучаемых объектов, процессов и явлений в системе «природа- человек - производство»;

- выявление и исследование причинно-следственных отношений в указанной системе и ее отдельных блоках.

Особое внимание при проведении геоинформационного мониторинга должно быть уделено оценке текущего состояния объектов, оказывающих непосредственное влияние на здоровье населения и на инфраструктуру наблюдаемых территорий. Проводимые наблюдения должны описывать природные, градостроительные, социально-экономические, демографические и медицинские процессы, происходящие на исследуемых территориях. Они должны учитывать множество факторов, связанных с динамикой изменения их инфраструктуры. Их интеграция с социально-экономическими моделями развития территорий позволяет выработать стратегии устойчивого развития городских экосистем, как в рамках отдельных регионов, так и в рамках всего государства в целом.

По мере развития индустриально-городских экосистем в них происходит функциональное разделение на промышленные, транспортные, селитебные и лесопарковые зоны.

 К промышленным относятся зоны расположения крупных промышленных предприятий, оказывающих значительное влияние на окружающую среду. Они включают предприятия электроэнергетики, металлургической, химической, машиностроительной, нефтегазовой отраслей промышленности.

К транспортным относятся зоны, на которых расположены транспортные сооружения. Такие зоны включают, автомобильные и железные дороги, подземные линии метрополитена, автозаправочные станции, гаражи, аэродромы, с комплексом обслуживания.

К селитебным относятся зоны, в которых находятся жилые и административные здания, объекты культуры, просвещения.

К лесопарковым относятся зоны, предназначенные для отдыха человека. Они включают лесопарки, городские парки, стадионы, скверы, бульвары.

 Знание местоположения таких зон позволяет прогнозировать вид специфического антропогенного воздействия на соответствующие элементы природной среды биосферы и определить технологию мониторинга, находящихся на них объектов.

В настоящее время наибольшее развитие получают геоинформационные технологии, связанные с анализом экологического состояния городских территорий. Это, в первую очередь, относится к решению задач минимизации факторов негативного антропогенного воздействия на природную среду, которые в основном связаны с загрязнением окружающей среды городских территорий.

По характеру распространения различают локальное, региональное и глобальное загрязнения. По видам загрязнения различают: физическое, химическое, биологическое и механическое.

Физическое загрязнение приводит к изменению физических параметров окружающей среды. Оно включает: тепловое, шумовое, электромагнитное и радиоактивное.

Химическое загрязнение вызывает изменение естественных химических свойств среды, приводящее к изменению концентрации существующих или способствующих образованию новых веществ. Оно обусловлено нарушением концентрации органических и неорганических соединений в элементах биосферы: тяжелых металлов, пестицидов, отдельных химических веществ, пластмасс, аэрозолей.

Биологическое загрязнение связано с биогенными, микробиологическими и генетическими причинами.

Механическое загрязнение связано с засорением среды объектами, не приводящее к физико-химическим процессам. К ним относится размещение, в рамках границ экологической системы, посторонних предметов, в частности шахтных отвалов и терриконов, мусорных свалок.

Рассмотренные виды антропогенного вмешательства определяют характер изменений природной среды в городских экосистемах. Конкретный механизм вмешательства зависит от источников антропогенного воздействия и связан с функциональным предназначением городских зон.

Получение информации о текущем состоянии объектов земной поверхности выполняется в ходе геоинформационного мониторинга. Под общим геоинформационным мониторингом окружающей среды, понимают регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительности и животного мира, позволяющие оценить их состояние и динамику происходящих в них процессов на заданных территориях.

Наряду с общим геоинформационным мониторингом часто выделяют геоэкологический мониторинг, в ходе которого выполняется оценка экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов), оценка состояния экосистем и выработка управляющих воздействий их коррекции при наличии недопустимых оценок.

 В соответствии с этим основной целью геоэкологического мониторинга является информационное обеспечение процедур принятия решения в области природоохранной деятельности и экологической безопасности. Достижение отмеченной цели обеспечивается решением следующих определяющих задач:

- выделение источников антропогенного воздействия на экосистему и классификация характера их воздействия на человека;

- наблюдения за параметрами экосистемы и оценка ее состояния;

- выработка управляющих решений корректирующих воздействий при недопустимом нарушении параметров окружающей среды экосистемы;

- прогноз изменения параметров окружающей среды экосистемы и выработка управляющих решений для обеспечения их устойчивого развития.

В настоящее время в Российской Федерации для решения перечисленных задач существует несколько ведомственных систем мониторинга. К ним относятся службы мониторинга Рослесхоза, Роскомвода, служба наблюдения за загрязнением окружающей среды Росгидромета, служба агрохимических наблюдений и мониторинга Роскомзема; служба санитарно-гигиенического контроля среды обитания человека и его здоровья Госкомсанэпиднадзора России. Перечисленные службы и системы мониторинга ориентированы на наблюдения и оценку состояния отдельных элементов экосистем и функционируют по самостоятельным программам.

Начиная с 1995 года, в России введена Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Основными задачами системы является формирование специализированных банков данных, оценка и прогноз состояния объектов и антропогенных воздействий на них, выработка управляющих решений по устойчивому развитию среды.

 Основными компонентами этой системы являются:

- подсистема мониторинга источников антропогенного воздействия;

- подсистема мониторинга абиотической компоненты окружающей среды;

- подсистема мониторинга биотической компоненты окружающей среды;

- экологические информационные системы.

Подсистема мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую природную среду включает посты и станции наблюдения за источниками выбросов и сбросов, которые выполняют организации и предприятия, содержащие источник загрязнения. Следует отметить, что организационное и производственное обеспечение контроля выбросов не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к автоматизированным информационно-измерительным системам и контроль осуществляется на основе инструментально-лабораторных методов анализа.

Подсистему мониторинга загрязнения абиотической составляющей ведет Государственная служба наблюдения за загрязнением окружающей природной среды. Эта подсистема состоит из центральной и 10 региональных лабораторий, а также экспедиционных обследований. В рамках этой подсистемы наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха ведутся в 284 городах на 664 постах, причем в 234 городах непосредственно подразделения Росгидромета. Режимные наблюдения за загрязнением поверхностных вод проводятся в 1928 пунктах, расположенных на 1363 водяных объектах, а морских вод на 500 станциях, расположенных на всех морях России. Подсистема мониторинга биоты находится в стадии разработки.

На уровне городских территорий используются как федеральные, так и городские службы мониторинга. Характерным представителем такого подхода является Москва.

На федеральном уровне мониторинг Москвы выполняется посредством:

• государственной системы мониторинга окружающей среды (атмосферы, поверхностных вод, почвы) и радиационной обстановки Росгидромета (МосЦГСМ);

• системы наблюдения за негативными геологическими процессами и системы контроля подземных вод (МНПЦ «Геоцентр-Москва»);

• системы социально-гигиенического мониторинга.

На уровне города мониторинг осуществляют посредством систем и подсистем локальных центров в НПО «Радон», МГП «Мосводоканал» и ЗАО «Прима».

Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха обеспечивает Московский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Для этих целей используется 16 стационарных постов, на которых выполняется контроль по 28 видам загрязняющих веществ. В настоящее время основными видами загрязнителей атмосферы являются: окись углерода, двуокись и окись азота, аммиак, формальдегид и фенол.

Мониторинг поверхностных вод выполняет МосЦГМС. Контроль за гидрохимическим и гидрологическим режимами осуществляется с 1935 года, а за гидробиологическими параметрами – с 1968 года. В настоящее время контроль за качеством воды в реке Москве осуществляется каждую декаду в шести створах на входе в город и на выходе из города, а в устье реки Яуза – каждый месяц.

Мониторинг геологической среды проводится Особым конструкторским бюро ОИФЗ РАН с 1989 года. Он включает: геодезический мониторинг движения земной коры; сейсмический мониторинг; мониторинг оползневых склонов.

Система геодезического мониторинга состоит из 250 постоянных пунктов и также включает специализированную сеть по геодинамическим наблюдениям современных движений земной коры и деформаций геологической среды.

Сейсмический мониторинг осуществляется на основе использования сети наблюдений, получаемой информации с 8 постоянных пунктов. Аналогичные наблюдения выполняет Центр региональных геофизических и геоэкологических исследований «Геон», который использует с1996 года также 8 пунктов наблюдений. В ходе сейсмического мониторинга изучается воздействия на объекты города сейсмических колебаний от естественных и искусственных источников.

Мониторинг оползневых склонов проводится с 50-х годов. Он обеспечивает получение информации о характере и активности оползневых процессов, происходящих в городской черте и их влиянии на объекты города.

Радиационно-экологический мониторинг обеспечивает наблюдение и оценку общей и локальной радиационной обстановки городских территорий. Он относится к классу санитарно-экологического мониторинга. Система мониторинга города состоит из двух основных подсистем – стационарной и мобильной.

 Стационарная система радиационно-экологического мониторинга включает режимные и стационарные посты радиационного контроля, в также автоматические посты измерений радиационного фона. Режимные и стационарные посты являются базовыми элементами мониторинга, где контролируется наиболее значимые компоненты окружающей среды: воздух, почва, донные отложения, атмосферные выпадения, вода открытых водоемов, трава, листва. Автоматические посты измерений радиационного фона являются полностью компьютеризированным элементом мониторинга региона. Они выполняют непрерывное измерение радиационного фона в автоматическом режиме и отслеживание заданных пороговых уровней радиационного фона.

Мобильные средства радиационно-экологического контроля включают в себя автомобильный, водный и авиационный радиометрические комплексы. Он обеспечивает мониторинг на трех уровнях: региональном (общегородском), территориальном (муниципальном) и детальном.

Мониторинг зеленых насаждений осуществляется на основе использования наблюдательных площадок, выбор которых выполняется на основе архитектурно-планировочных, ландшафтно-геохимических и экологических критериев.

Аэрокосмический мониторинг городских территорий Москвы выполняется посредством использования средств дистанционного зондирования. В результате обработки материалов выделяются контура зеленых насаждений, автотранспортная сеть, промышленные зоны и их составляющие. Определяются площади территорий функциональных зон, что позволяет их сравнить с другими источниками данных.

Результатом выполнения мониторинга городских территорий г. Москвы является подготовка ежегодного государственного доклада «О состоянии окружающей природной среды Москвы». Недостатком такого подхода является ограниченные возможности пространственной привязки происходящих процессов к конкретным городским территориям, что затрудняет его использование при решении задач инвестиционного проектирования. Частично, отмеченные недостатки устранены в «Экологическом атласе Москвы», созданном под руководством И.Н. Ильиной. В нем впервые был представлен комплексный анализ состояния городских территорий г. Москвы по всем указанным направлениям мониторинга с пространственной привязкой к конкретным объектам городской территории. Однако такой подход имеет ряд существенных недостатков, связанных с аналоговой бумажной формой представления материалов. Он не позволяет осуществлять оперативный контроль за происходящими изменениями на наблюдаемых территориях, а также выполнить моделирование и прогноз перспективного развития территорий.

Устранение отмеченных недостатков возможно лишь при наличии геоинформационной системы, ориентированной на комплексное решение задач оперативного отображения результатов мониторинга объектов наблюдения, оценки рисков решаемых задач в рамках наблюдаемой территории, а также подготовки управляющих решений при реализации инвестиционных решений.

Принципиальное отличие представленной системы от традиционных ГИС является включение в систему модуля «Электронного атласа городских территорий». Он, наряду с традиционными топографическими картами и планами, ориентирован на хранение и отображение комплексной графической информации о геологической структуре территорий; уровне антропогенной нагрузки на городские ландшафты; источниках загрязнения городской среды; зонах воздействия природных, техногенных и экологических риск-факторов; характеристиках размещения населения по отдельным территориальным регионам; социально-экономических и демографических показателей; медико-географические характеристиках городского населения; характеристиках криминогенной обстановки.

В комплексе с модулями «Инвентаризации объектов», «Базы знаний объектов» он обеспечивает исходными данными оценку воздействия риск-факторов реализации инвестиционных проектов, а также выполнение моделирования сценариев развития территорий при различных воздействиях неблагоприятных риск-факторов.

Данная система по своему функциональному назначению ориентирована на решение задач, связанных с сопровождением реализации инвестиционных проектов в рамках городских территорий на всех этапах его «жизненного цикла» как со стороны инвестора, так и со стороны органов управления территориями. Кроме того, функциональные возможности системы обеспечивают выработку управляющих решений в ходе возникновения чрезвычайных ситуаций, возникающих на наблюдаемой территории.