Техносистема міста

1. Техногенне навантаження міста.

2. Джерела техногенного навантаження.

3. Паливно – енергетичний комплекс міст

4. Антропогенний ресурсний цикл у містах.

5. Техногенно – екологічна безпека міст України.

6. Техногенне навантаження міст на Полтавщині

Технічна підсистема міста, яка включає промислове виробництво, транспортні потоки і інші види господарської діяльності суспільства, створює техногенне навантаження на природну систему. В залежності від величини даного навантаження, а також стійкості природного середовища до нього створюються різні умови для функціонування міст, існування людей.

Техногенне навантаження включає забруднення атмосфери, підземних та поверхневих вод, грунтів, загальне накопичення промислових та побутових відходів, зокрема непридатних та заборонених для застосування пестицидів, внаслідок технічного переоснащення міських територій, а також включає технічне навантаженні від самого населення (будинки, технічне оснащення побуту тощо).

Оцінка рівня техногенного навантаження здійснюється на основі показників (за Барановським):

• Обсягів емісій у навколишнє середовище, віднесених до 1км² площі території:

  • викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря (А);

  • скидання забруднених стічних вод у поверхневі водні об’єкти (В);

  • загального утворення промислових відходів (ПрВ);

  • накопичення непридатних пестицидів (НепрП);

• Ступеня навантаження пестицидів на 1га ріллі (НавП);

• Густоти населення району (Г).

• Дані приймаються за:

• Ю.С.Голік, О.Е.Ілляш, М.В.Асаул, А.А.Мосейчук, О.В.Горішна, Т.М.Бригада. Екологія та здоров’я (Інформаційно-аналітичні матеріали). Випуск 1. – Полтава: Полтавський літератор, 2004. – 166с.: див. дод. 5.2 – 5.16 “Картографічних матеріалів”;

• Статистичний щорічник Полтавської області за 2002 рік (частина І). Державний комітет статистики України. Полтавське обласне управління статистики. – Полтава, 2003.: стор.19 (табл. 1.3).

Аналіз рівня техногенного навантаження території заданого району (міста), завершується побудуванням гістограми з виділенням найдійовіших факторів. Формула гістограми:

ТН = А + В + ПрВ + НепрП + НавП + Г .

1. забрудненість атмосферного повітря (А), оцінка якої проводиться за показниками:

• сумарною величиною викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря стаціонарними джерелами забруднення, тис. тонн;

• об’ємами викидів основних забруднювачів: вуглеводних, окислів азоту, окислу вуглецю, сірчаного ангідриду, легких органічних сполук.

Дані приймаються за [Ю.С.Голік, О.Е.Ілляш, М.В.Асаул, А.А.Мосейчук, О.В.Горішна, Т.М.Бригада. Екологія та здоров’я]: стор. 39 – 44 (г), дод.5.1, 5.2 “Картографічних матеріалів”.

2. забрудненість водних ресурсів (В), оцінка якої проводиться за:

• станом поверхневих вод (ПовВ), що визначається об’ємами водовідведення та обсягами скидання забруднених зворотних вод у поверхневі водні об’єкти);

• станом підземних вод (ПідВ), що оцінюється окремо за показниками найвищого рівня нітратів у підземних джерелах, тобто у колодязях (джерелах децентралізованого водопостачання);

• якістю води в усіх джерелах водопостачання (ДжВ) (централізованих, децентралізованих, комунальних і сільських водопроводів) відповідно за:

• хімічними показниками;

• бактеріологічними показниками;

Дані приймаються за [Ю.С.Голік, О.Е.Ілляш, М.В.Асаул, А.А.Мосейчук, О.В.Горішна, Т.М.Бригада. Екологія та здоров’я]: стор. 45 – 52, дод.5.3 - 5.12 “Картографічних матеріалів”.

3. поводження з відходами (ПрВ), що аналізується та контролюється за обсягами:

• загального утворення відходів на території району (міста), тис. тонн;

• розміщення відходів (окремо в місцях організованого і неорганізованого складування), тис. тонн;

• утворення та розміщення токсичних відходів, тис. тонн;

• накопичення непридатних пестицидів, тис. тонн.

Дані приймаються за [Ю.С.Голік, О.Е.Ілляш, М.В.Асаул, А.А.Мосейчук, О.В.Горішна, Т.М.Бригада. Екологія та здоров’я]: стор. 56 – 59, дод.5.14 - 5.15 “Картографічних матеріалів”.

4. об’ємами внесення у грунт пестицидів (на 1га ріллі);

Дані приймаються за [Ю.С.Голік, О.Е.Ілляш, М.В.Асаул, А.А.Мосейчук, О.В.Горішна, Т.М.Бригада. Екологія та здоров’я]: стор. 53 – 57, дод.5.13 “Картографічних матеріалів”.

Важливим фактором для існування міст є стійкість природного середовища певного регіону до техногенного впливу (карта Барановського). Стійкість природного середовища – це його властивість зберігати свою структуру і характер функціонування при зміні умов, викликаних зовнішнім впливом.

Потенціал стійкості природного середовища оцінюється за метеоролічним потенціалом атмосфери, потенціалом стійкості поверхневих вод (В), грунтів (Г), біотичним потенціалом (Б).

1. ,

де Р_Ш – повторюваність днів (%) зі швидкістю вітру 0 – 1 м/с;

Р_В – повторюваність днів (%) зі швидкістю вітру понад 5 м/с;

Р_Т – повторюваність днів (%) з туманами;

Р_О – повторюваність днів (%) з опадами 0,5 мм і більше.

2. ,

де j – індекс кольоровості води;

h – коефіцієнт витрат води.

3. ,

С – бал по кожному показнику;

Q – максимально можлива сума балів;

g – порядковий номер показника;

n – кількість показників по адміністративних районах України:

• сума активних температур (вище 10⁰С);

• крутизна схилів, град;

• кам’янистість, м³/га;

• структурність (вміст фракцій розміром 0,25 – 10 мм, %)

• питомий опір, кг/см²;

• механічний склад (типи грунтів);

• вміст гумусу %;

• тип водного режиму (грунти за вологоємністю);

• реакція рН (кислотність);

• залісненість (% від оптимальної);

• ємність іонів, мг-екв/100 г;

• розораність (% до площі адміністративного району);

• господарська освоєність земель (% до площі адміністративного району).

4. ,

де W – середньорічне продуктивне зволоження території України, мм;

Т_В – період вегетації, декади;

R – середній річний радіаційний баланс, ккал/см2 в рік.

Тоді потенціал стійкості природного середовища рівний:

С=А+ В+Г+Б .

При визначенні показника С враховується одно направленість дії його складових.

По А.К.Запольському, техногенне навантаження також характеризується модулем техногенного навантаження, під яким розуміють обсяг стічних вод та твердих відходів промислових і комунальних об’єктів, рознесених по адміністративних одиницях областях), що вимірюються в тисячах тонн на квадратний кілометр у рік.

Для Київської області максимальний модуль техногенного навантаження становить 1000 тис. тонн/км² за рік. До техногенно напружених належать також Донецька, Дніпропетровська і Запорізька області, які мають модуль техногенного навантаження 100 – 1000 тис. тонн/км² за рік. Середні показники модуля техногенного навантаження (10 – 50 і 50 – 100 тис. тонн/км² за рік) мають Львівська, Івано-Франківська, Хмельницька, Вінницька, Одеська, Черкаська, Полтавська, Харківська, Луганська і Херсонська області та Автономна Республіка Крим. Мінімальне техногенне навантаження (1 – 10 тис. тонн/км² за рік) спостерігається для Волинської, Рівненської, Житомирської, Чернівецької, Тернопільської і Закарпатської областей.

Недоліком показника „модуль техногенного навантаження” є те, що в ньому не враховуються газоподібні викиди в атмосферне повітря, які спричиняють значні забруднення середовища. Тому модуль техногенного навантаження доцільно визначити як об’єм полютантів у газових викидах в атмосферне повітря, у стічних водах, що скидаються у водойми, та в неутилізованих твердих відходах антропогенної діяльності, який вимірюється в тис. т/км² на рік.

Для оцінки екологічної ситуації певного міста, району користуються показником техногенного навантаження та стійкістю природного навантаження. За ступенем гостроти виділяють 5 видів екологічних ситуацій:

• катастрофічні – характеризуються глибокими і незворотними змінами природи, втратою природних ресурсів і різким погіршенням умов проживання населення. При цьому істотно погіршується стан здоров’я населення, втрачається генофонд біоти та унікальні природні об’єкти;

• кризові (критичні) – виникають значні зміни ландшафтів, наростає загроза втрати ресурсів та унікальних природних об’єктів і значно погіршуються умови проживання населення. Після припинення антропогенного впливу можлива нормалізація екологічної ситуації та часткове відновлення ландшафтів;

• при напружених ситуаціях спостерігаються негативні зміни окремих компонентів ландшафтів, деякі порушення природних ресурсів та умов проживання населення.

• задовільна ситуація характеризується незначними змінами ландшафтів, що мало впливають на здоров’я населення. Вона зникає в результаті процесів саморегуляції природного комплексу або вжиття природоохоронних заходів.

• умовно сприятливі ситуації формуються в ландшафтах, які мало зазнавали антропогенної дії або впливу екстремальних природних процесів.

Крім того, виділяють зони екологічного лиха, екологічної небезпеки та екологічної кризи.

Зона екологічного лиха – це ділянка території, де в результаті антропогенної діяльності відбулися незворотні зміни навколишнього природного середовища, за якими послідувало істотне погіршення здоров’я людей, порушення екологічної рівноваги, руйнування екосистем та деградація флори і фауни.

Зона екологічної небезпеки – територія, в межах якої систематично порушуються екологічні нормативи і регламенти, виявляються ознаки деградації компонентів природного середовища, в окремих групах населення рівень екологічно залежних захворювань вищий за середньостатистичний для даної місцевості.

Зона екологічної кризи – територія, в межах якої відбувається деградація основних екосистем, природні ресурси перебувають на межі зникнення, демографічні і медико – екологічні показники систематично нижчі, ніж середньостатистичні для даної місцевості.

2.

Основними джерелами антропогенного забруднення навколишнього середовища міст є промисловість, транспорт, комунальне господарство ( у приміських зонах і сільське господарство).

Серед забруднювачів промислових підприємств найбільший внесок роблять підприємства енергетичної галузі (ТЕС, АЕС, котельні), промислові об’єкти металургійної, нафтопереробної, хімічної та целюлозно – паперової промисловості, а також цементні та інші заводи будівельної індустрії. Великими забруднювачами є військово – промисловий комплекс, гірничо-збагачувальна промисловість та автомобільний, повітряний, морський, річковий і залізничний види транспорту.

Енергетика, металургійна промисловість і автотранспорт створюють близько 85% усього обсягу забруднень. Металургійна промисловість України створює близько 35% забруднень атмосфери і природних вод. У результаті спалювання викопного палива, зокрема вугілля, утворюються різні шкідливі для здоров’я речовини (діоксини, хлорвуглеводні). Окреме питання – накопичення промислових і побутових відходів. Величезні площі родючих земель займають шламосховища, терикони, звалища ті відвали порід. На значних територіях зберігаються токсичні, радіаційні відходи, а також непридатні та заборонені пестициди. Контейнері, в яких вони зберігаються починають протікати, а деякі речовини і першочергово не контейнерували.

Близько 85% забрудників повітря викидаються над промисловими районами, 10 – 15% над містами, 1 – 2 над сільською місцевістю, і 0,1% - над Світовим океаном. У великих містах на кожному км² за добу осідає 1,5 т пилу. Найбільш забрудненими містами України є Київ, Дніпропетровськ, Донецьк, Дніпродзержинськ, Одеса, Харків та інші промислово розвинуті міста.

Найбільшим забрудни ком міського повітря є міський транспорт, на частку якого в середньому приходиться 40% усіх забруднень. За рік автомобіль споживає понад 1 млн т кисню, якого вистачило б для дихання 30 млн чоловік. В атмосферне повітря попадає оксид сульфуру (ІV) – за рік 1 автомобіль викидає 3250 кг, оксид карбону (ІІ, ІV), оксиди нітрогену, гудрогенсульфід, сірковуглець, діоксани, фенол, формальдегід, хлор, аміак, сульфати, важку метали, бензапірен, пил та інші шкідливі речовини. При спалюванні 1 кг етилованого бензину в атмосферу випадає близько 1 г свинцю (ГДК його в повітря становить 0,0007 мг/м³ ( за рік 1 автомобіль викидає 1 кг свинцю, СО – 530 кг, 93 кг – вуглеводні, 23 кг – оксид нітрогену).

За кількістю промислових забруднень на душу населення Україна займає одне із перших місць у Європі. Щорічний обсяг шкідливих речовин, які потрапляють на 1 км² площі України у 6,5 разів вищий, ніж у США, і у 3,2 різи вищий ніж у країнах Європи. Це є наслідком нераціональної структури господарювання та недосконалих технологій. У країні переважають енерго- та матеріалоємні технології, що характеризуються значними обсягами забруднень. Зонами екологічного лиха оголошено понад 15% території країни. В ній функціонує 1700 шкідливих виробництв, у тому числі 4 АЕС. Близько 1000 хімічних виробництв є особливо небезпечними. Виявлено багато районів, де повітря, вода і грунти дуже забруднені нафтопродуктами (нафтобази, аеродроми, нафтогазовий комплекс, автопарки, нафтосховища, автозаправки, нафтові свердловини тощо).

До значних забрудників довкілля належить комунально – житлове господарство. Щорічний обсяг побутового сміття в Україні становить близько 40млн м³, яке знищується на 656 міських звалищах площею 2650га та на 4 сміттєспалювальних заводах. У 2000 році накопичення сміття наблизилося до 1,5 – 1,9 м³ на душу населення, і щороку його вміст збільшується. Майже 80% експлуатується без додержанням санітарно – гігієнічних умов (захисту довкілля).

Внаслідок значної забрудненостя довкілля України виникають різні епідемії хвороб (туберкульоз, гепатит т.д.), зменшилась середня тривалість життя до 62 років, тоді як в США, Японії, Швейцарії – 4-75 – 79 років. У країні значно збільшилась смертність населення, яка починаючи з 92 року, значно перевищує народжуваність. Упродовж останніх років чисельність населення зменшилась в середньому на 5 млн, і поступово зменшується далі. Забруднення довкілля спричиняє загибель лісів, парків, рослинного і тваринного світу. Забруднення повітря впливає на будівлі, пав’ятки культури, грунти і водойми, спричиняє корозію металів.

Сьогодні довкілля забруднюють більше ніж 40 тис хімічних сполук, що виділяються в процесі техногенної діяльності людини, які мають різний токсичний, мутагенний, канцерогенний та інші впливи, та вплив яких у більшості не досліджений.

До найпоширеніших і найнебезпечніших забруднювачів повітря належать діоксид азоту, бензол; води – пестициди, нітрати (солі азотної кислоти); грунту – полі хлоровані дифеніли, соляна кислота. Особливу небезпеку становлять важкі метали, які продовжують накопичуватися у грунтах, воді і продуктах харчування. До забрудників довкілля також належать різні шуми від виробництв та транспорту та іонізуюче випромінювання, вібрації, електромагнітне випромінювання, світло теплові впливи, радіація тощо.

Забруднюючі речовини у загальному вигляді класифікують за:

• походженням (механічні, фізичні, біологічні; або матеріальні – атмосферні, стічні води, відходи і енергетичні – те6плові викиди, шум, вібрації, ем випромінювання т.д.)

• за тривалістю дії (стійкі – довго зберігаються у природі, і нестійкі – швидко нейтралізуються)

• за впливом на біоту (прямої і непрямої дії)

• за характером – навмисні (заплановані), і ненавмисні – поступові зміни довкілля (парниковий ефект, озонова дірка, кислотні дощі тощо).

Короткі характеристики найбільш поширеніших і небезпечних забрудників – срб (Білявський стр, 179)

Небезпечна екологічна ситуація полягає в тому, що порушуються численні механізми гомеостазу (природи), якщо не в біосфері, то у великих екосистемах, наслідком чого є регіональні кризи. В стадію глобальної кризи біосфера, на щастя поки що не вступила, проте окремі великі збурення вона згасити вже не всилі. Наслідки – нестійкі урбасистеми, які довго не зможуть проіснувати в часі. За цим може наступити глобальна криза біосфери.

3.

Енергетика сучасного міста являє собою складну багаторівневу ієрархічну систему, мета якої – забезпечити комфортні умови проживання населення, а також нормальне функціонування розміщених на території міста промислових підприємств і установ. Лише на основі надійно і ефективно працюючої системи забезпечення міста необхідною енергією і енергетичними ресурсами можливе його існування як єдиного територіального комплексу. Енергетичні об’єкти є одним із головних факторів життєзабезпечення міста, але в той же час – здійснюють найбільш негативний вплив на природне середовище із всіх промислових об’єктів.

Енергію у вільній формі не можна накопичувати на деякий довгий час. Тому всі процеси виробництва і споживання повинні співпадати у часі або слідувати один за одним. Це відіграє важливу роль на характер виробничих, технічних, екологічних і економічних зв’язків енергетики з іншими галузями та підсистемами міста.

Енергозабезпечення – це сукупність послідовних процесів виробництва, передачі і використання енергії.

Паливо – це горюча речовина, яку економічно вигідно використовувати для отримання значної кількості теплоти.

Основними природними паливно – енергетичними ресурсами(ПЕР), на яких базується сучасна енергетика, є добувне паливо (вугілля, торф, нафта, сланці, горючі гази), продукти їх переробки (моторне томливо, мазут, брикети), водяні потоки (річки), ядерне горюче (уран, торій). Існують і інші джерела енергії, наприклад біомаса, енергія сонця, вітру, хвиль, гідроресурси тощо) – це відновлювальні, найбільш екологічно чисті джерела енергії.

Видом ресурсів, що споживаються, визначаються напрямки розвитку енергетики: теплоенергетика, яка використовує ПЕР; гідроенергетика, атомна енергетика (перетворення внутрішньоядерної енергії в інші види) та ін.

Всі ці види палива є первинними ресурсами, які далі проходять ряд енергетичних ланцюгів (перетворень) – рис. 1. На рисунку представлений шлях від джерела енергії до її споживача. Наприклад, сира нафта, що добувається із надр землі, є первинним джерелом енергії, але має обмежене використання. Вона може бути перетворена у більш енергетичні вторинні джерела енергія, як бензин, газ, нафта, мазут, важке дизпаливо тощо. Дана переробка пов’язана з певними втратами енергії. Доведення вторинної енергії також пов’язано із додатковими втратами енергії на перевезення і розподілення. На кінцевому етапі енергоносій перетворюється для отримання корисної енергії у подачі її в пункт споживання. (напр. в процесі згорання в котельні мазуту отримуємо теплоносії на тепло забезпечення і гаряче водоспоживання).

Рис 1– Структура енергозабезпечення міст

Структуру енергозабезпечення міст формують споживачі енергії і енергоспоживаючі процеси. До споживачів енергій відносять житлові будівлі, підприємства і установи коммунально – побутового обслуговування, підприємства суспільного харчування, зв’язку, установи освіти, здоров’я, культури, спорту, наукові тощо.

У міському комунальному господарстві споживання енергії забезпечує силові і теплові процеси, освітлення і споживання енергії на культурно – побутові потреби. Практично у всіх містах України склалася централізована система енергозабезпечення і теплопостачання населення.

Важливою системою енергозабезпечення міст є система газозабезпечення. Переведення місцевих теплових установок всіх видів на газове паливо сприяє відносному покращенню екологічної ситуації в містах.

Розвиток енергетики міст на сучасному етапі характеризкується наступними основними тенденціями:

• підвищення питомої витрати на потреби міського господарства;

• прискорення темпу росту електроспоживання по відношенню до темпу росту споживання ПЕР в цілому;

• зменшення долі безпосереднього використання палива за рахунок підвищення ролі перетворених ( вторинних) видів енергії

• підвищення рівня газифікації і збільшення долі природного газу у паливно – енергетичному балансі міст

• покращення екологічних показників виробництва енергії і енергокористування

• ріст концентрації споживання енергії у великих містах

• впровадження в основному централізованого електрозабезпечення і децентралізованого теплозабезпечення.

Забезпечення на дійного і стабільного енергозабезпечення народного господарства України електричною і тепловою енергією при значному впливі а довкілля можливе:

• шляхом технічного переоснащення і реконструкції діючих електростанцій, електричних і теплових сіток;

• вивченням нових технологій спалювання вугілля шляхом впровадження нових установок (внутрішня газифікація вугілля)

• подальшим розвитком ГЕС шляхом освоєнні водних ресурсів західної України;

• створенням в Україні повного ядерного паливно – енергетичного циклу;

• очистка вугілля, газифікація

• розширенням об’ємів використання нетрадиційних і відновлювальних ресурсів.