ВВЕДЕНИЕ. Рецензенты: В.Я. Шевчук,д-р экономических наук, профессор, министр охраны окру­жающей природной среды и ядерной безопасности Украины

ББК 28.081я7 Э 35

УДК 504.75

Рецензенты: В.Я. Шевчук, д-р экономических наук, профессор, министр охраны окру­жающей природной среды и ядерной безопасности Украины

И.Г. Черванёв, д-р технических наук, профессор, зав. кафедрой соц.-экон. географии, природоохранного менеджмента и геоинформатики Харьковского национального университета, член УМ К по экологии Мин­образования Украины

Общее редактирование — Ф.В. Стольберг, д-р технических наук, профессор, зав. ка­федрой инженерной экологии городов Харьковской государственной академии городского хозяйства (ХГАГХ), лауреат Государственной премии

Научное редактирование — В.Н. Ладыженский, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной экологии городов Харьковской государственной академии городского хозяйства (ХГАГХ)

Э 35 Экология города: Учебник. — К.: Либра, 2000. — 464 с.

ISBN 966-7035-29-8

Рассмотрены экологические проблемы городов, которые к концу XX века стали преимущественным местом обитания человека. Описаны источники воздействия на природную среду города и мероприятия по защите атмосферного воздуха, поверхно­стных и подземных вод, почвенного покрова, геологической среды и зеленых насаж­дений в пределах городской черты. Дан анализ экологической обстановки более чем в 80 городах Украины.

Отличительной особенностью настоящего издания является комплексное рас­смотрение и инженерный подход к решению экологических проблем городов.

Предназначена для студентов высших учебных заведений по специальности "Эколо­гия и охрана окружающей природной среды", а также для специалистов-экологов, ра­ботников городской и районной администрации.

ISBN 966-7035-29-8 ББК 28.081я7

© Коллектив авторов, 2000

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.......................................................................................................................................................... 7

Раздел 1. Город и городская среда....................................................................................................... 9

1.1. Основные понятия.......................................................................................................................... 9

1.2. История и перспективы урбанизации..................................................................................... 18

1.3. Городское хозяйство................................................................................................................... 23

1.4. Ресурсопотребление городов.................................................................................................... 26

Контрольные вопросы.............................................................................................................................. 27

Рекомендуемая литература..................................................................................................................... 28

Раздел 2. Геологическая среда города.............................................................................................. 29

2.1. Антропогенные изменения рельефа......................................................................................... 29

2.2. Почвы городских территорий................................................................................................... 30

2.3. Литогенная основа городских территорий........................................................................... 38

2.4. Опасные геологические процессы на городских территориях........................................ 47

2.5. Защита городских территорий от опасных геологических процессов......................... 58

Контрольные вопросы.............................................................................................................................. 62

Рекомендуемая литература...................................................................................................................... 62

Раздел 3. Водная среда города............................................................................................................ 63

3.1. Водные объекты городов............................................................................................................ 63

3.1.1. Родники в городской черте................................................................................................. 65

3.2. Использование водных объектов города............................................................................... 68

3.2.1. Централизованное водоснабжение.................................................................................. 68

3.2.2. Децентрализованное водоснабжение.............................................................................. 70

3.2.3. Рациональное использование водных ресурсов........................................................... 71

3.3. Оценка состояния водных объектов........................................................................................ 74

3.3.1. Показатели качества воды.................................................................................................. 74

3.3.2. Методика оценки качества воды....................................................................................... 78

3.4. Источники воздействия на водные объекты......................................................................... 81

3.5. Системы водоотведения и очистки сточных вод................................................................. 86

3.5.1. Системы водоотведения....................................................................................................... 86

3.5.2. Общегородские очистные сооружения............................................................................ 90

3.5.3. Очистные сооружения небольших населенных пунктов........................................... 93

3.5.4. Методы очистки производственных сточных вод....................................................... 95

3.5.5. Условия приема производственных сточных вод в городскую систему
водоотведения................................................................................................................................. 103

3.5.6. Условия сброса сточных вод в водные объекты......................................................... 104

3.6. Поверхностный сток с городской территории и территорий промышленных
предприятий........................................................................................................................................ 107

3.7. Процессы формирования качества поверхностных вод.................................................. 113

3.7.1. Гидравлические процессы формирования качества воды....................................... 114

3.7.2. Самоочищение водных объектов.................................................................................... 117

3.8. Методы защиты и восстановления поверхностных водных объектов....................... 124

3.8.1. Уменьшение внешнего воздействия на поверхностные водные объекты............ 124

3.8.2. Интенсификация внутриводоемных процессов........................................................... 125

3.9. Прогнозирование состояния поверхностных вод............................................................. 128

3.10. Формирование подземных вод на урбанизированных территориях........................ 139

Содержание

3.11. Охрана подземных вод от истощения и загрязнения..................................................... 144

3.12. Методы пополнения запасов подземных вод.................................................................. 145

3.13. Зоны санитарной охраны скважинных водозаборов.................................................... 146

3.14. Прогнозирование состояния подземных вод.................................................................... 147

3.14.1. Прогноз состояния подземных вод в связи с их эксплуатацией........................... 147

3.14.2. Прогноз загрязнения грунтовых вод вблизи хранилищ жидких отходов.......... 150

3.14.3. Самоочищение подземных вод...................................................................................... 152

3.14.4. Моделирование гидрогеологических процессов..................................................... 153

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 154

Рекомендуемая литература................................................................................................................... 155

1 Раздел 4. Воздушная среда города................................................................................................... 156

4.1. Атмосферный воздух. Основные понятия, определения и характеристики.............. 156

4.1.1. Состав, строение, свойства и функции атмосферы.................................................... 156

4.1.2. Характеристика загрязняющих атмосферу веществ и классификация
источников загрязнения................................................................................................................ 159

4.1.3. Нормирование качества атмосферного воздуха........................................................ 163

4.2. Основные источники образования и выбросов загрязняющих атмосферу веществ... 166
4.2.1. Источники образования и выбросов в атмосферу загрязняющих веществ

по отраслям промышленности................................................................................................... 167

4.3. Процессы формирования состава атмосферного воздуха в населенном пункте..... 179

4.3.1. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере..................................................... 179

4.3.2. Трансформация примесей в атмосфере........................................................................ 188

. J..3.3. Смоги........................................................................................................................................ 192

4.4. Мероприятия по защите воздушного бассейна................................................................. 193'

4.4.1. Санитарно-защитные зоны.............................................................................................. 193

4.4.2. Архитектурно-планировочные мероприятия.............................................................. 195

4.4.3. Инженерно-организационные мероприятия................................................................ 196

4.4.4. Малоотходные и безотходные технологии................................................................ 197

4.4.5. Технические средства и технологии очистки выбросов.......................................... 197

4.5. Контроль уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах................................. 209

4.5.1. Система контроля........:..................................................................................................... 209

4.5.2. Методы контроля и приборы для измерения концентрации примесей

в атмосфере и в промышленных выбросах............................................................................ 212

4.5.3. Статистические характеристики загрязнения атмосферы населенных пунктов... 215

4.6. Выполнение требований международных конвенций по защите атмосферы.......... 219

4.7. Микроклимат городской среды............................................................................................. 220

4.8. Вредные физические воздействия.......................................................................................... 225

4.8.1. Радиационное воздействие............................................................................................... 225

4.8.2. Магнитные, электрические и электромагнитные поля и излучения.................... 228

4.8.3. Акустические воздействия и вибрация.......................................................................... 232

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 234

Рекомендуемая литература................................................................................................................... 235

Раздел 5. Городская флора и фауна................................................................................................. 236

S.(. Пут и особенности фадмкроваккя флоры и фауны городов........................................... 236

Содержание

■ /

5.1.1. Роль растительного и животного мира в урбоэкосистеме и жизни

городского населения................................................................................................................... 236

5.1.2. Роль городов в динамике ареалов видов флоры и фауны....................................... 239

5.1.3. Пути формирования флоры и фауны городов............................................................. 245

5.2. Урбанизированные биогеоценозы......................................................................................... 248

5.2.1. Антропогенный и урбанизированный ландшафт...................................................... 249

5.2.2. Урбанизированные биотопы........................................................................................... 253

5.3. Фитомелиорация городской среды....................................................................................... 260

5.3.1. Функции растительного покрова в городах................................................................ 260

5.3.2. Фитомелиоративные системы и их классификация................................................... 262

5.3.3. Свойства растений, используемых в составе городских и пригородных
насаждений...................................................................................................................................... 264

5.3.4. Принципы создания насаждений в городах и пригородных зонах...................... 269

5.4. Комплексные зеленые зоны городов.................................................................................... 271

5.4.1. Назначение, структура и статус комплексных зеленых зон городов.................. 271

5.4.2. Выделение и определение размеров зеленых зон городов Украины................... 273

5.4.3. Охрана и использование лесов зеленых зон городов............................................... 274

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 276

Рекомендуемая литература................................................................................................................... 276

Раздел 6. Человек и городская среда............................................................................................... 277

6.1. Преимущества и привлекательность городской жизни................................................... 277

6.2. Негативные воздействия городской среды на население............................................... 278

6.3. Городская среда и здоровье населения.............................................................................. 280

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 282

Рекомендуемая литература................................................................................................................... 282

Раздел 7. Энергетические объекты городов — основной техногенный фактор

воздействия на биосферу..................................................................................................................... 283

7.1. Структура и тенденции развития энергоснабжения........................................................ 283

7.2. Традиционная энергетика........................................................................................................ 289

7.2.1. Основные типы электрических станций........................................................................ 289

7.2.2. Энергогенерирующие мощности Украины.................................................................. 291

7.3. Объекты малой энергетики...................................................................................................... 294

7.4. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии................................................ 295

7.5. Воздействие энергетических объектов на окружающую природную среду............ 296

7.5.1. Взаимодействие ТЭС и окружающей среды............................................................... 298

7.5.2. Взаимодействие АЭС и окружающей среды............................................................... 301

7.5.3. Взаимодействие ГЭС и окружающей среды............................................................... 303

7.5.4. Экологические аспекты нетрадиционной энергетики.............................................. 304

7.6. Энергоснабжение и экологическая ситуация в Украине................................................ 307

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 309

Рекомендуемая литература................................................................................................................... 309

Раздел 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов................. 310

8.1. Состав, свойства и объем твердых бытовых отходов...................................................... 311

8.2. Сбор, удаление и утилизация ТБО........................................................................................ 318

8.3. Уборка городских территорий................................................................................................ 323

Содержание

8.4. Полигоны твердых бытовых отходов................................................................................... 324

8.5. Мусороперерабатывающие заводы..................................................................................... 330

8.6. Мусоросжигательные заводы................................................................................................. 334

8.7. Характеристика твердых промышленных отходов......................................................... 337

8.8. Методы подготовки и переработки твердых отходов..................................................... 338

8.9. Технология складирования твердых отходов.................................................................... 344

8.10. Утилизация промышленных отходов................................................................................. 348

8.10.1. Утилизация отходов топливно-энергетического комплекса................................. 348

8.10.2. Утилизация отходов металлургического комплекса............................................... 353

8.10.3. Утилизация отходов машиностроительного комплекса........................................ 360

8.10.4. Утилизация отходов химического производства..................................................... 362

8.10.5. Утилизация отходов переработки древесины........................................................... 373

8.10.6. Утилизация отходов производства строительных материалов........................... 376

8.11. Полигоны твердых промышленных отходов................................................................... 377|

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 379

Рекомендуемая литература.................................................................................................................... 380

Раздел 9. Экологические проблемы городов Украины............................................................... 381

9.1. Крупнейшие индустриальные центры................................................................................. 383

9.2. Крупные портовые города...................................................................................................... 390

9.3. Города с преимущественным развитием определенной отрасли производства..... 395

9.4. Города, пострадавшие от катастрофы на Чернобыльской АЭС................................. 410

9.5. Города с относительно благополучной экологической обстановкой...................... 412

9.6. Города-курорты и туристские центры................................................................................. 414

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 418

Рекомендуемая литература................................................................................................................... 418

Раздел 10. Управление экологической безопасностью города................................................ 419

10.1. Правовые основы управления.............................................................................................. 419

10.2. Организационная система управления.............................................................................. 428

10.3. Экологический мониторинг городской среды................................................................. 430

10.4. Экономический механизм природопользования............................................................. 434

10.5. Экологическая экспертиза и экологический аудит........................................................ 436

10.6. Общественные экологические организации и движения.............................................. 438

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 440

Рекомендуемая литература................................................................................................................... 440

Раздел 11. Развитие городов XXI столетии.................................................................................... 441

11.1. Общие положения и проблемы............................................................................................. 441

11.2. Стратегии адаптации и выживания.................................................................................... 444

11.3. Развитие теории урбанизации.............................................................................................. 447

11.4. Первые шаги в решении проблемы развития городов в будущем.............................. 450

Контрольные вопросы............................................................................................................................ 457

Рекомендуемая литература................................................................................................................... 457

Список сокращений........................................................................................................................... 459

Словарь терминов.............................................................................................................................. 460

Предметный указатель..................................................................................................................... 463

ВВЕДЕНИЕ

Стремительное развитие городов во всем мире и рост их влияния на природу и судьбу цивилизации обусловили активное развитие в последнее тридцатилетие науки урбоэкологии. Она превратилась из отдельной научной ветви биологии в научную дисциплину очень важного прикладного характера, обеспечивающую решение про­блем локального и регионального планирования, а также экологизации человеческой деятельности. Сегодня урбоэкология развивается с учетом вклада в формирование ее концептуальных положений не только таких наук, как биология, почвоведение, ин­женерная геология, геоморфология, гидрология, но и таких, как экономика, социо­логия, демография, психология и др. Необходимость решения тесно взаимосвязан­ных социальных и природоохранных проблем привела к высокой степени интегра­ции, а новая наука — теория развития городов — ориентирована не только на изучение вопросов и проблем, связанных с улучшением условий жизнедеятельности больших и малых городов, решением специфических эколого-экономических национальных вопросов, менеджментом региональных городских агломераций, но также и на гло­бальное рассмотрение процессов урбанизации.

В связи с этим резко возросла потребность в специалистах-урбоэкологах нового поколения, воспитанных и обученных с учетом новых подходов к решению урбоэко-логических проблем современности.

Однако серьезным препятствием в деле подготовки высококвалифицированных урбоэкологов нового поколения продолжительное время было отсутствие соответст­вующих учебников и пособий по экологии городов.

Издание настоящего учебника является первой попыткой восполнить этот пробел.

Впервые подготовка инженеров-экологов в Украине была начата в Харьковской государственной академии городского хозяйства (в 1988 г. здесь был открыт факуль­тет инженерной экологии городов и создана одноименная кафедра). За этот период авторами накоплен значительный опыт в изучении урбоэкологических проблем и подготовке специалистов-урбоэкологов.

Новая ключевая идея подготовки инженеров-экологов на базе настоящего учеб­ника состоит в том, чтобы будущий специалист научился оценивать экологическую обстановку во всех элементах городской экосистемы: социосфере, биосфере, лито­сфере, гидросфере и атмосфере, предлагать и обосновывать инженерные решения по снижению техногенного воздействия на природную среду в целях нормализации эко­логической обстановки, проводить экологическую экспертизу действующих и проек­тируемых объектов, разрабатывать технологии защиты и восстановления городских экосистем.

В учебнике впервые не только исследован весь комплекс важнейших экологичес­ких проблем, порожденных процессами урбанизации, но также показаны пути норма­лизации экологических условий в городских агломерациях, приведена характеристика современных экологических условий большинства крупных городов Украины.

Учебник состоит из 11 логически взаимосвязанных разделов, в которых всесто­ронне освещены наиболее актуальные экологические проблемы городов. В первом

Экология города

разделе приведены основные понятия урбоэкологии, предмет, объект, цели, задачи и методология исследования. Второй раздел посвящен рассмотрению геологических фундамента и процессов, мерам по защите геологической среды города. В третьем рассматриваются вопросы водообеспечения горожан, мероприятия по охране и вос­становлению городских водных объектов. Четвертый раздел освещает состояние и пути улучшения качества атмосферного воздуха — наиболее значимого для горожан компонента природной среды. В пятом описываются особенности формирования, пути сохранения и развития городской флоры и фауны. В шестом дан краткий ана­лиз экологических, психосоциальных и некоторых медицинских проблем горожан. В седьмом разделе исследуются наиболее распространенные и опасные в экологичес­ком отношении энергетические объекты городов. В восьмом предлагаются меропри­ятия по удалению, утилизации и складированию твердых бытовых и производствен­ных отходов. В девятом разделе на основе предложенной классификации анализиру­ется экологическая обстановка в ряде городов Украины. В десятом дано краткое описание правовых, организационных, экономических и социальных аспектов уп­равления экологической безопасностью города. В одиннадцатом разделе сделана по­пытка заглянуть в ближайшее будущее урбанизации, дать прогноз развития городов в XXI веке.

При написании учебника учтен отечественный и зарубежный опыт преподава­ния инженерно-экологических дисциплин, накопленный в результате многолетнего сотрудничества кафедры инженерной экологии городов с высшими учебными заве­дениями Украины и ведущими университетами Великобритании, Германии, Фин­ляндии и ряда других стран, а также стажировок преподавателей кафедры инженер­ной экологии городов в университетах США и Европы.

Учебник подготовлен авторским коллективом в составе:

Белявский Г.А. (11), Брыгинец Е.Д. (8.7—8.11), Вергелес Ю.И. (1.1;5, кроме 5.4), Дмитренко Т.В. (3.1.1), Евтухова Г.П. (4.1;4.3.3; 4.6), Катков М.В. (10.4), Ковален­ко Ю.Л.(1.3; 4.2; 4.3, кроме 4.3.3; 4.4;4.5), Ладыженская Р.С. (6; 9.6), Ладыжен­ский В.Н.(3.1, кроме 3.1.1; 3.2, кроме 3.2.2; 3.5, кроме 3.5.6; 9, кроме 9.6; 10, кроме 10.4), Маляренко В.А. (7), Немцова А.А.(3.4; 3.6; 3.9 совместно со Стольбергом Ф.В.), Пономаренко Е.Г. (3.3;3.5.6; 3.7; 3.8), Саратов И.Е. (8.1—8.6), Свиренко Л.П. (2; 4.8), Спирин А.И.(4.7; 5.4; словарь терминов), СтольбергФ.В. (Введение; 1.2; 1.4; 3.9 сов­местно с Немцовой А.А.), Яковлев В.В.(3.2.2; 3.10—3.14) под общей редакцией д.т.н., проф. Ф.В. Стольберга.Большую помощь в подготовке рукописи к изданию оказала Т.П. Коваленко.

Учебный материал подготовлен при частичной поддержке Европейского союза в рамках образовательного проекта TEMPUS—TACIS и исследовательского проекта INKO-COPERNICUS.