Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
ЕКОЛОГІЯ МІСЬКИХ СИСТЕМ
Конспект лекцій для студентів спеціальності 6.040106 “Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”
денної та заочної форм навчання
Л
уцьк
2011
УДК 316. 334. 5
К-27
Екологія міських систем. Конспект лекцій для студентів спеціальності 6.04010601 “Екологія та охорона навколишнього середовища” денної та заочної форм навчання / О.Ф.Картава, А.Г. Картавий – Луцьк: ЛНТУ, 2011. - 108 с.
Укладачі: к.геог.н., доцент О.Ф.Картава;
асистент А.Г. Картавий
Рецензент: к.і.н., доцент В.В.Іванців
Відповідальний за випуск : к.г.н., доцент О.Ф.Картава
Затверджено науково-методичною радою ЛНТУ,
протокол № від 2011 р.
Рекомендовано до друку радою факультету екології та приладо-енергетичних систем,
протокол № від 2011 р.
Затверджено на засіданні кафедри екології,
протокол № від 2011 р.
© Картава О.Ф., Картавий А.Г., 2011
Тема1. Місто і міське середовище.
Екологія міських систем, її предмет і завдання.
2. Сутність процесу урбанізації.
3. Історія та перспективи урбанізації.
4. Місто та його оточуюче середовище.
5. Міське господарство.
6. Ресурсоспоживання міст.
1. Екологія міських систем – це наука, яка вивчає екологічні проблеми міст і формує оптимальні шляхи їх вирішення.
Об'єктом вивчення дисципліни є урбогеосоціосистеми в їх сукупності, а також окремі біотичні і абіотичні компоненти міського середовища.
Предметом досліджень є стан і прогнозування шляхів розвитку урбогеосоціосистеми в цілому і вплив на неї окремих компонентів.
Основними завданнями дисципліни є:
вивчення масштабів антропогенного та техногенного впливу на урбогеосоціосистему;
визначення допустимого рівня цього впливу;
розробка заходів, що забезпечать стабільну підтримку допустимого рівня впливу.
2. Сутність урбанізації полягає в постійному збільшенні площі та чисельності населення міст, формуванні міського населення, що веде своєрідний спосіб життя, надбання сільськими поселеннями міських ознак. Показником урбанізації країни чи регіону є частка населення, що проживає в містах. В наш час найбільш урбанізованими державами (не рахуючи окремих міст-держав, таких як Сінгапур або Гонконг) вважаються Великобританія (92% населення проживають у містах), Кувейт (91 % населення), Ізраїль (90%), Австралія (85%), Швеція (83%).
В Україні показник урбанізації – 40% населення проживають в містах.
Найменші показники урбанізації в країнах Африки та Південної Америки.
Демографічний ріст населення в 20 сторіччі породив збільшення чисельності міського населення. Проте збільшення кількості міст і зростання міського населення не можуть рахуватись дійсними показниками урбанізації. Дуже часто в країнах, що розвиваються, спостерігається явище “обманної урбанізації”, коли частина міського населення швидко зростає, але ступінь урбанізації в дійсності не збільшується, так як мігранти з сільської місцевості довго зберігають попередній устрій життя на окраїнах міста або існують в прошарку жебраків.
В розвинутих країнах показник урбанізації залишається високим і без приросту міського населення.
Тому міським називають населення, яке веде особливий, міський спосіб життя. Міський спосіб життя відрізняється від сільського. Кожний з цих способів має свої певні переваги та недоліки. Так, міський житель має значно більший вибір товарів споживання, користується більшою кількістю послуг. Міське населення значно більше користується громадським і особистим видами транспорту для переміщення в своєму населеному пункті. Місця проживання мешканців міст в більшості значно віддалені від місця роботи, в той же час як в сільській місцевості садиба і земельна ділянка як правило розташовані поруч. Рівень споживання електроенергії і води у міського населення значно вищій, ніж в сільській місцевості.
З іншого боку, висока щільність населення міст і постійна конкуренція на ринку праці робить життя міських жителів постійно насиченим стресами і нервовим напруженням. Інтенсивний розвиток промисловості і транспорту в містах призводить до надмірного забруднення середовища, що є причиною високого рівня захворюваності і підвищеного рівня смертності. Крім того, в містах значно вищій рівень соціальних хвороб суспільства, таких як наркоманія, токсикоманія, бандитизм тощо.
Завдяки високим темпам життя в містах значно звужується коло спілкування між людьми, вони стають більш замкнуті, збільшується кількість сімейних розлучень.
І хоч у світі росте кількість противників урбанізації, вона має соціально-економічні і біологічні корені. Основними причинами, що викликають зростання міст називають:
концентрація виробництва;
накопичення і необхідність розподілу природних та людських ресурсів, необхідність управління з метою більш ефективного їх використання;
більш повне задоволення суспільних та індивідуальних потреб людини – економічних, духовних, культурних, соціальних.
Якими б не були різні точки зору на сутність урбанізації та її наслідки, однак, в процесі урбанізації відбуваються зміни як біологічних, так і соціальних характеристик людини, а також середовища її існування.
3. Перші міста з'явились на нашій планеті більше 5000 років тому. Це були невеликі компактні поселення людей, об'єднаних загальною метою - безпека життя. Перші міста для захисту мешканців були обнесені дерев'яною огорожею або земляним валом. Населення таких міст складало декілька сотень, а іноді і тисяч мешканців, які обробляли землю, розводили худобу. Тому територія навколо міста була оточена пасовищами. Розміри поселень лімітувались відстанню, яку людина могла пройти пішки.
Виникали стародавні міста в основному в долинах рік, таких як Нил, Тибр, Євфрат, Тигр. Покращення умов життя в таких містах, значна безпека життя, а також можливість спілкування між людьми сприяли росту міст. Так почали виникати досить великі міста-держави, такі як Рим, Афіни, Спарта та інші. Наприклад в Римі на початок нашої ери проживало біля 1 млн. чоловік. Однак це ще не були міста в сучасному розумінні, оскільки являли собою сільські поселення з окремими великими будівлями.
Процес формування міст можна поділити на три стадії. На перший стадії урбанізації, яка тривала до 16-17 століття міські жителі в основному використовували місцеві джерела харчування та води, енергію водяних, повітряних млинів, коней та іншої домашньої худоби. У виробництві використовувалась ручна праця. Відходи, що потрапляли в навколишнє середовище були в основному, продуктами життєдіяльності людей і домашньої худоби. Екологічні проблеми старовинних міст були пов'язані з забрудненням цими відходами джерел водопостачання, і як наслідок - епідемії різних хвороб.
Друга стадія урбанізації співпала з розвитком наземного та водного транспорту, з розгалуженням транспортних шляхів, з відкриттям можливості використання теплової енергії для виробництва товарів.
В 16 столітті спостерігається значний ріст кількості міст і чисельності їх населення. На цій стадії рівень впливу людини на навколишнє середовище був незначний і природне середовище легко самовідновлювалось.
Початок третьої стадії урбанізації відноситься до 19 століття і пов’язаний з промисловою революцією. Різко збільшився вплив людини на навколишнє середовище. До другої половини 20 століття практично усі індустріально розвинені держави перетворилися в урбанізовані. Прискорений темп урбанізації на сучасному етапі пов'язаний з подальшим розширенням енергетичних потреб суспільства, появою і розвитком нових видів транспорту і технологічних процесів, збільшенням системи комунальних послуг, підвищеним рівнем комфорту життя, розвитком інтелектуального спілкування і обміну інформації.
На межі 20 і 21 століть населення планети досягло 6 млрд. чоловік, причому чисельність мешканців міст склала 3 млрд., тобто половину населення Землі. В 1997 році у світі нараховувалось 94 міста, населення яких перевищувало 2 млн. мешканців. Чисельність великих міст збільшилась практично в усіх країнах світу.
Особливістю сучасного етапу урбанізації стало об'єднання близько розташованих міст в одно величезне місто – мегаполіс. Прикладами їх є Великий Нью-Йорк, Вашингтон, Бостон, Мехіко. На Україні подібні міські об'єднання сформувались в Донбасі: Горлівка, Донецьк, Краматорськ, Слов'янськ та інші.
За деякими прогнозами, в перспективі все населення планети в майбутньому буде жити в містах. Однак, в багатьох країнах заможні шари населення селяться за межею міста, на екологічно чистих територіях, використовуючи місто , як місце роботи.
4. Місто – це місце компактного поселення людей, відокремлене умовним кордоном від зовнішнього, по відношенню до нього, простору.
Сучасне місто – це досить крупний населений пункт, жителі якого зайняті в сфері промисловості, послуг, управління, культури, науки і тому подібне.
Істотними ознаками міста є:
забудована територія переважає над незабудованою, штучне покриття ґрунту над природним;
наявність багатоповерхової забудови;
розвинута система громадського транспорту;
розвинута система торгівлі;
високий рівень забруднення навколишнього середовища;
поширення так званих ”хвороб урбанізації”, в тому числі інфекційних хвороб при високій щільності населення;
наявність спеціально створених рекреаційних територій загального користування;
висока щільність розміщення державних установ;
наявність культових споруд (як правило – декількох);
наявність місцевих засобів масової інформації (газет, радіостанції);
наявність приміської зони.
В різних країнах існує різний підхід щодо мінімальної кількості жителів у місті. В колишньому Радянському Союзі, до складу якого входила Україна, містом міг бути населений пункт, в якому проживає не менш як 10 000 мешканців.
На Європейській конференції зі статистики, яка проходила в 1949 році у Празі, рекомендовано рахувати містом населений пункт з мінімальною кількістю населення – 2 тис. мешканців при умові, що сільським господарством з них займатиметься не більш 25% населення.
Однак єдиного світового критерію, що дозволяє віднести населений пункт до категорії міста, не існує.
У деяких країнах, наприклад в США, офіційно існують міста, де населення не перевищує декількох десятків осіб.
Щодо України, то в нашій державі прийнято виділяти наступні категорії міст за чисельністю населення: до 50 тисяч мешканців – малі міста, від 50 тис. до 100 тис. – середні, від 100 тис. до 250 тис. – великі, від 500 тис. і більше – міста-гіганти.
Оточуюче середовище міста - це частина географічної оболонки, яка обмежена територією, що займає місто, його приміською територією і пов’язаними з ними інженерними та транспортними спорудами. Міське середовище включає в себе природні та штучні компоненти, а також людей і їх соціальні групи.
Природні компоненти – це фізичні тіла і поля, що є об'єктами природного фізичного середовища, а також живі організми, які є об'єктами біотичного середовища. В свою чергу фізичне середовище поділяється на повітряне, водне і геологічне середовища. Фізичне середовище називають абіотичним.
Біотичне середовище включає в себе сукупність живих організмів – тварин, рослин, грибів, простіших, які входять до складу міського середовища.
Люди об'єднані у вікові, психологічні, соціальні, професійні та етнічні групи і складають соціально-психологічне середовище існування. Люди є одним з основних компонентів міського середовища.
Штучні компоненти – це фізичні або духовні об'єкти, предмети і результати діяльності людини. Сюди відносять: будинки, виробничі і культові споруди, системи комунікацій, засоби виробництва, транспортні засоби, енергоносії, продукти харчування, музика, а також промислові та побутові відходи.
Таким чином, міське середовище поділяється на: фізичне (абіотичне), біологічне (біотичне), штучно-технічне, штучно-духовне і соціально-психологічне середовища.
Місто являє собою відкриту систему, усі елементи якої пов'язані між собою і з зовнішнім середовищем потоками енергії, інформації і речовини.
Місто використовує ресурси енергії у вигляді палива, їжі та води, використовує інформаційні ресурси, що надходять із зовнішнього середовища. Внаслідок функціонування міської системи утворюються не тільки матеріальні і духовні цінності, а також і значна кількість твердих, рідких та газоподібних відходів. Місто невід'ємно вмонтовано в природною систему і разом утворює урбоекосистему.
Стан і стійкість цієї системи залежать від розміру міської території, її особливостей (характер ландшафту, наявність відкритих просторів, водойм, зелених насаджень), кліматичних умов, кількості забруднень від промислових підприємств міста. Таким чином місто є комплексна система, до складу якої входять:
урбоекосистема, тобто змінена діяльністю людини природна екосистема міської території;
соціальна підсистема, тобто функціонально диференційована сукупність людей або соціосистема міста;
промисловий комплекс або техносфера міста..
5. До складу міського господарства входять споруди, підприємства і установи, які забезпечують функціонування міста як складної соціально-еколого-економічної системи. До них відноситься мережа водопостачання, водовідведення, зв’язку, енергозабезпечення, газопостачання, теплопостачання, міський транспорт, санітарне прибирання міської території, а також міські водойми і зелені насадження.
Одним з основних завдань міського господарства є створення у місті сприятливої екологічної ситуації.
Водопостачання повинно забезпечувати цілодобову подачу води населенню і промисловим підприємствам в необхідній кількості, причому такої якості, що відповідає вимогам стандартів.
Вода, що використовується населенням і промисловими підприємствами, а також дощові і талі води, через системи водовідведення потрапляють у водні об'єкти. З метою захисту поверхневих водойм від забруднення , скид стічних вод без очищення забороняється.
Очищення стічних вод відбувається на загальноміських очисних спорудах. Пропускна здатність і ефективність цих споруд повинна відповідати об'єму води, що споживає місто. Система водовідведення міста повинна охоплювати не лише райони багатоповерхової забудови, а також і райони приватного сектору, де традиційно використовують вигрібні ями, що є джерелом забруднення підземних вод.
Навколо міських водних об’єктів організовують захисні прибережні смуги, в межах яких забороняється розміщувати звалища сміття, автостоянки, склади хімічних речовин та інших об’єктів, що є джерелом забруднення поверхневих вод.
Береги міських водних об’єктів повинні укріплятись і облаштовуватись, так як водойми покращують мікроклімат міського середовища і є місцем відпочинку.
Санітарне прибирання доріг, тротуарів та інших територій міста сприяє зменшенню забруднення дощових стоків, знижує запиленість атмосферного повітря. Прибирання вулиць безпосередньо пов’язане з видаленням твердих побутових відходів. Для накопичення і тимчасового зберігання твердих побутових відходів облаштовують спеціальні майданчики з твердим покриттям, що дозволяє уникнути забруднення ґрунту. Періодичність видалення відходів залежить від пори року та температури повітря. Побутові відходи вивозять спеціальним автотранспортом, який проходить періодичну санітарну обробку. Складування відходів здійснюється на полігонах захоронення, які розташовані в приміський зоні. Полігони необхідно облаштовувати санітарно-захисними зонами шириною не менш 500 м., так як вони є джерелом забруднення підземних вод.
У великих містах (Київ, Одеса, Харків, Донецьк та інші) побудовані спеціалізовані заводи для спалюванню твердих побутових відходів (ТПВ). Експлуатація заводів для спалювання ТПВ пов’язана з виділенням в атмосферу великої кількості продуктів згоряння, що вимагає будівництва додаткових систем пило-газоочищення.
З метою утилізації ТПВ використовують заводи для переробки сміття, де передбачено сортування сміття за видами (скло, папір, чорні та кольорові метали, пластмаси). В подальшому ці відсортовані відходи в якості вторинної сировини відправляють для подальшої переробки в товарну продукцію.
В містах значним фактором негативного впливу на стан повітряного басейну є автотранспорт. Якщо рух електротранспорту супроводжується лише вторинним запиленням атмосфери, то автомобільний транспорт викидає в атмосферу такі шкідливі речовини, як оксид вуглецю, оксиди азоту, сполуки свинцю, сірки, сажу, бенз(а)сирен та інші. Питома вага автотранспорту в забрудненні повітря у великих містах складає 70% і більше. З метою захисту повітряного басейну від викидів автотранспорту створюють об’їзні автошляхи, транспортні розв’язки, обмежують в’їзд вантажного автотранспорту в центральну частину міста.
Для покращення екологічного стану повітря в містах котельні та теплоелектроцентралі переводять з твердого і рідкого палива на природний газ.
Значна роль в формуванні сприятливого середовища міста належить зеленим насадженням. В містах України їх площа займає від 15% до 60% міської території. Зелені насадження відіграють також і рекреаційну роль.
6. Швидкі темпи процесу урбанізації супроводжуються інтенсивним використанням природних ресурсів. Містам потрібно все більше енергії, води і продуктів харчування. В першу чергу міста потребують збільшення їх території. Місто забирає її у природи шляхом будівництва нових житлових мікрорайонів, автошляхів, спорудження аеродромів, вокзалів та інших споруд. Це супроводжується вирубуванням лісів, зміною течії рік, створенням водосховищ. Орієнтовно, площа міста з населенням 1млн. жителів складає близько 200 км2.
Для життєдіяльності людини необхідне повітря. Місту з населенням 1 млн. жителів потрібно 3 млн. т кисню в рік. Джерелом його постачання є фітопланктон Світового океану і масиви лісів. Однак, навіть при інтенсивному озелененні міської території неможливо забезпечити місто такою кількістю кисню. Додатковим джерелом постачання кисню є рослинність неурбанізованих територій (поза межами міста).
Необхідність мільйонного міста у воді складає 400-500 млн. м3 на рік. Запасів підземних вод, як правило, недостатньо. Тому місто отримує значну частину води із річок, озер і водосховищ.
Місто потребує великої кількості їжі. Людині необхідно від 1 до 2 кг харчових продуктів на добу. Місто з населенням в 1 млн. жителів щодня споживає біля 2 тис. т харчів, таку кількість вміщають 35 залізничних вагони. Щоб отримати таку кількість їжі, необхідно використати біля 2 тис. км2 сільськогосподарських угідь.
Місту також потрібна енергія. Джерелами енергії для міста є теплові, атомні та гідроелектростанції. В кінці 20 століття стало очевидно, що запаси традиційних джерел енергії вичерпуються і необхідно освоювати нові види енергії.
Сучасному місту необхідні рекреаційні ресурси, тобто місця для відпочинку жителів. Внутрішні рекреаційні можливості міста (зелені зони, парки, сквери) обмежені і не можуть забезпечити існуючі потреби. Площа рекреаційних зон повинна в 5-10 разів перевищувати площу міста.
Задовольнити потреби міст у воді, їжі, рекреації, енергії можливо лише за рахунок змін технологій їх отримання.