Оценка и картографирование качества окружающей среды в городе (Краснодар)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кубанский государственный университет»

Факультет географический

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

ОЦЕНКА И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ГОРОДЕ (КРАСНОДАР)

Работу выполнил А.В. Бутов

Научный руководитель А.В. Погорелов

Краснодар 2015

Содержание

• Введение
• 1. Принципы и подходы информационного обеспечения картографирования городской среды
• 1.1 Городская среда как объект исследования
• 1.2 Краткий исторический анализ изучения проблем качества городской среды
• 1.3 Основные подходы к исследованию состояния городской среды
• 1.4 Принципы и подходы геоинформационного и картографического изучения состояния городской среды
• 2. Методы геоинформационного картографирования
• 2.1 Опыт экологического картографирования городской среды
• 2.2 Геоинформационное обеспечение исследований состояния городской среды
• 2.3 Геоинформационная система - основа для изучения и оперативного картографирования состояния городской среды
• 3. Геоэкологическая характеристика города Краснодара
• 3.1 Природные условия города Краснодара
• 3.2 Размещение населения города
• 3.3 Экологическая ситуация города Краснодара
• 4. Комплексная оценка комфортности проживания населения в городе
• 4.1 Методика создания ГИС «Городская среда»
• 4.2 Оценка природной комфортности проживания населения на территории города Краснодара
• 4.3 Оценка качества окружающей среды в городе Краснодар
• 4.3.1 Загрязнение воздушной среды
• 4.3.2 Загрязнение водной среды
• 4.3.3 Специфическое загрязнение городской среды Краснодара
• 4.4 Социально-экономические факторы городской среды
• 4.4.1 Транспортная доступность города Краснодара
• 4.4.2 Функциональное зонирование городской среды
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Современный город - это сложноорганизованная система, которой свойственно многообразие внутренних и внешних связей естественного, технического, социального происхождения. На урбанизированных территориях наиболее остро проявляются проблемы качества окружающей среды (ОС).

Качество окружающей среды - это свойства ОС, которые определяются как в результате объективных измерений параметров ОС, так и с помощью субъективных оценок [1].

Особо важное место в исследовании качества городской среды отводится картографированию, особенно новым геоинформационным методам его обеспечения, открывающим широкие возможности для комплексного и оперативного отображения, анализа и моделирования. Изучение географических особенностей городской системы требует адекватных современных методов, среди которых одну из ключевых позиций занимает комплекс геоинформационных методов.

Отсутствие концепции и методов геоинформационного обеспечения картографирования качества городской среды выдвигает проблему исследования ОС в число наиболее актуальных. Актуальность данного исследования возрастает в связи с широким внедрением и развитием современной компьютерной техники, обеспечивающей оперативное построение моделей, отражающих явления в динамике и развитии, что особенно важно проведения экологических оценок.

Цель работы заключается в разработке оперативного геоинформационного картографирования городской среды. В качестве объекта исследования выбран гор. Краснодар, а предметом исследования - состояние городской среды и методы оперативного геоинформационного картографирования.

Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:

- исследовать опыт картографирования состояния окружающей среды крупных городов, а также проанализировать современные методики геоинформационного картографирования в целях оценки качества городской среды;

- изучить методику и произвести измерения шумового загрязнения городской среды с целью построения соответствующей карты для гор. Краснодара;

- составить тематические карты экологического состояния городской среды для территории Краснодара;

- оценить экологическое состояние городской среды Краснодара по комплексу полученных показателей.

Согласно поставленным задачам дипломный проект разбит на 4 главы. Основное геоинформационное «наполнение» работы заключается в картографировании геоэкологических характеристики городской среды. Следует отметить, что построение карт ограничивалось, прежде всего, недостатком исходных данных, не все из которых представлялось возможным измерить или найти в доступных источниках. Тем не менее, ряд карт, позволяющих оценить и детализировать характеристики окружающей среды города Краснодара, построен впервые.

1. Принципы и подходы информационного обеспечения картографирования городской среды

1.1 Городская среда как объект исследования

Рост промышленного и сельскохозяйственного производства, использование в сфере человеческой деятельности все новых материалов и свойств природы, новых источников энергии, рост численности населения и все большая концентрация его в городах приводят к усилению влияния общества на природную среду, к истощению природных ресурсов и увеличению прямых и опосредованных воздействий на природу и общество.

Экологические последствия хозяйственной деятельности человека весьма разнообразны и могут быть значительно отдалены от непосредственных источников воздействия на природную среду и в пространстве, и во времени, но наиболее ярко они проявляются на урбанизированных территориях, особенно в крупных городах [27].

В ходе урбанизации растет не только население городов и занимаемая им территория, но и интенсивность воздействия городов на все составляющие окружающей их природной среды. Влияние городов на пригородные системы выходит далеко за пределы их собственных границ, оно распространяется не только на прилегающие территории, но и на всю биосферу нашей планеты. И все же наиболее сложной оказывается экологическая ситуация внутри самих городов, особенно в крупных, где наблюдается повышенный уровень загрязнения всех элементов окружающей среды (воздуха, воды, почвы, интенсивность шумового загрязнения и т.д.).

Вместе с тем загрязнение окружающей среды влияет и на сам город, ускоряя разрушение зданий, сооружений, промышленного оборудования, коммуникаций, практически всех материально-технических объектов города.

В городах и промышленно-развитых регионах наблюдаются множество отрицательных последствий антропогенных изменений окружающей среды.

Например, с увеличением асфальтовых покрытий городских территорий происходят изменение режима почвенных вод и нарушение режима фильтрации поверхностного стока, крупные здания влияют на ветровой режим, солнечную инсоляцию и многое другое. Таким образом, далеко не только рост промышленного производства, как это принято считать, воздействует на экологическую ситуацию в крупных городах, а вся система города с его инфраструктурой, планировкой, жилищно-коммунальным хозяйством, образом жизни горожан оказывает огромное влияние на окружающую среду. И экологическая проблематика городов далеко не исчерпывается только загрязнением окружающей среды.

Наиболее важно то, что в результате сформировавшегося воздействия отрицательной обратной связи между загрязненной и измененной средой, самим городом и его населением, городские экологические процессы приобретают саморегулирующий характер.

Город является крупнейшим потребителем различных ресурсов, но в нем практически нет условий для утилизации отходов. Поэтому, если сельское поселение в большинстве случаев еще не нуждается в целенаправленной организованной экологической деятельности по сбору, утилизации уничтожению отходов, то существование городского поселения без таковой невозможно.

При анализе взаимодействия человека и окружающей природной среды в современном крупном городе можно выделить три группы проблем.

Во-первых, это проблемы связанные с воздействием антропогенно измененной окружающей среды на городское население.

Во-вторых, проблемы, возникающие при воздействии загрязненной среды городов на природу, как в самих городах, так и на прилегающих к ним территориях.

В-третьих, проблемы, образующиеся в результате воздействия загрязненной окружающей среды городов на их материально-технические объекты [27].

Для определения городской среды необходимо уточнить суть понятия «окружающая среда». Установлено, что целесообразно различать не одно, а несколько понятий: как природное явление, в определенной мере измененное деятельностью человека (общества); как природное и социально-экономическое явление одновременно [8].

Таким образом, основываясь на вышеизложенных высказывание под окружающей средой мы понимаем часть природы, с которой взаимодействует общество и которая изменяется в результате этого взаимодействия, создавая условия для жизни человека. Следовательно, городская среда есть разновидность окружающей среды, совокупность условий жизнедеятельности людей в пределах урбанизированных территорий.

Под антропогенным воздействием на среду подразумевается как непосредственное так и опосредованное влияние на нее человеческой деятельности. В результате этого происходит изменение окружающей среды, понимаемое [31] как перемены в средообразующих компонентах или их сочетаниях.

В ходе изменения окружающая среда переходит из одного состояния в другое. Поэтому с помощью определения «состояние окружающей среды» фиксируется момент ее статики по достижении определенной ступени в ее развитии (изменении).

Оценка «состояния городской среды» определяется как процесс перевода значений состояния среды в шкалу качества среды, показывающую насколько то или иное состояние пригодно для населения, проживающего на данной территории. Деятельность по организации оптимального с позиции общества качества среды называется управлением качеством среды [12].

Городская среда - часть городского организма, от которой зависят качество жизни городского общества и выполнение им своих социально-экономических функций. С исследования городов под экологическим углом зрения находит свое отражение в исследовании природных, антропогенных и социальных компонентов, с одной стороны, и человека, с другой. Как известно, системой называют такой объект, который состоит из нескольких систем различного уровня, находящихся в определенном взаимодействии, обусловливающем целостность системы, ее организацию [12].

Любой город (городская агломерация, система расселения) характеризуется многими особенностями, которые необходимо учитывать в процессе его исследования, проектирования и управления им.

Город - это система, которой свойственно многообразие внутренних и внешних связей естественного, технического, социального происхождения. Город представляет собой иерархически организованную систему, состоящую из природной, антропогенной, социальной подсистем, каждая из которых в свою очередь подразделяется на ряд взаимодействующих подсистем более низкого уровня: природная - на геосистему, гидросистему, аэросистему, биосистему и т.д.; антропогенная - на производственную, градостроительную, инфраструктурную подсистемы и т.д.

Характер функционирования городской системы определяется динамикой процессов, протекающих в подсистемах, а также интенсивностью прямых и обратных, положительных и отрицательных связей между ними.

Так, природная подсистема характеризуется сложными геохимическими и биологическими процессами, идущими на территории города, и преобразованием горных пород, участием в регенерации кислорода и воды, почвообразованием и т.д. Антропогенную подсистему характеризуют создание и дальнейшее развитие структур техногенного происхождения, преобразование естественных ландшафтов в техногенные [12].

Взаимное влияние природной и антропогенной систем весьма велико, однако главное их различие заключается в том, что природная подсистема способна к самовосстановлению и не нуждается в активном воздействии на нее антропогенной подсистемы, а антропогенная - полностью зависит от деятельности общества. При этом человек как элемент природной подсистемы и одновременно социальное существо не просто влияет на антропогенную подсистему, но и создает ее, оказывая сильное влияние на природную подсистему и лишая ее способности к самовосстановлению. Таким образом, с точки зрения геоэкологии город можно представить как совокупность следующих основных подсистем: населения, экономической базы, сферы жизнеобеспечения и природной составляющей [12].

Используя природные компоненты, производство создает особую форму среды - городскую. В этой особой среде, основанной на принципиально ином соотношении элементов природы, городскому населению приходится вести жизнь, отличную от жизни в естественных ландшафтах, сохраняя при этом определенную независимость от местных, региональных условий биосферы и проявлений природных стихий.

Представление о городе как общественном явлении, как о среде жизни, а не только как производственном комплексе, требует четкого понимания что единство и целостность города являются основным условием жизни городского сообщества, которое пронизывает и наполняет его существование, придает ему действительность и осмысленность, заставляет развиваться в сторону удовлетворения потребностей людей. Кроме того, экосистема города имеет пространственный аспект, и специфика ее элементов определяется не только их качественным и количественным составом, но территориальным соотношением относительно друг друга [12].

1.2 Краткий исторический анализ изучения проблем качества городской среды

Экологические проблемы городов возникают практически одновременно с самими городами. Само по себе проживание на небольшой территории больших масс населения неизбежно требует учета природных факторов и строгого выполнения ряда норм и правил, а также проведения комплекса природоохранных мероприятий. Вся история взаимоотношения человека и природы свидетельствует о том, что люди рано или поздно должны были решать возникавшие экологические проблемы и только поэтому было возможно длительное существование сколько-нибудь крупных поселений [27].

В ходе исторического развития городов выделяют семь основных стадий изменения экологического состояния: древнейшие городские поселения (от возникновения первых городских поселений XXXV-XX вв. до н. э. до IV-III вв. до н. э.), античный город (от IV-III вв. до н. э. до IV-V вв. н. э.), средневековый город (от IX-X вв. до XV в город периода Возрождения (XV -XVII вв.), капиталистический город, образовавшийся период первой промышленной революции (XVII-XIX вв.), капиталистический город второй промышленной революции (от 20-х до 50-60-х гг. XX в.) и современный капиталистический город. Данная периодизация больше применима к Европе и отчасти к Ближнему Востоку, но по некоторым экологическим характеристикам она может быть применена и для других регионов [27].

В древних городах, население которых было, как правило, невелико, экологические проблемы были связаны в основном с необходимостью удаления бытовых отходов (отходы ремесленного производства, вывоз мусора), организацией водоснабжения, а также чрезвычайно ограниченной в пределах городских стен жилой средой. В древнейших городах существовали довольно строгие правила и законы, закрепленные не только государством и религией, но и общественным мнением, которые были прямо направлены на охрану окружающей среды, это позволяло городам избежать, хотя и не всегда, распространенных эпидемий.

Античный город по способу производства, по его роли в торговых и политических отношениях, по характеру экологических проблем мало отличался от древнего. Однако развитием ремесленных производств, торговли, с увеличением количества рынков, складов, постоялых дворов, численности населения общее воздействие человека на окружавшую среду заметно возросло, следовательно, и экологические проблемы проявились более масштабно. При этом существенно изменилась и сама экологическая деятельность за счет перехода от пассивной формы к активной. В соответствии с этим главную роль в решении экологических проблем стали играть общегородские коммунальные службы, финансировавшиеся за счет части налогов с постоянного и приезжего населения и использовавших труд государственных рабов. Рабы строили и обслуживали сложные и дорогостоящие инженерные сооружения, канализационные системы, обеспечивали вывоз мусора, организовывали водоснабжение, озеленение, очистку улиц. Таким образом, в античном городе отчетливо наблюдаем элементы активной экологической деятельности, которая становится еще более очевидной, если вспомнить, что в то время впервые появляются рекреационные объекты - открытые цирки, стадионы, сады, а также общественные бани - важнейшее средство личной санитарии и гигиены.

В значительной мере были решены и проблемы расширения жилой среды за счет повышения этажности зданий. Многие крупные города Древнего Рима, например Рим, Александрия были преимущественно застроены многоэтажными зданиями, и судами, среди которых встречались и десятиэтажные [24].

Только наличием подобной сложной и многогранной деятельности можно объяснить то, что крупнейшие античные города с населением, доходившим до миллиона человек, с огромным количеством пришлого народа из разных стран существовали в течение долгого времени, избегая опустошительных инфекций.

Переход от античного города к средневековому отразился на решении экологических проблем. С одной стороны, элементы экологической культуры сохранялись в ряде городов восточной части бывшей Римской империи, с другой - первые сколько-нибудь заметные города Западной Европы стали возникать в X-XI вв. и были отделены от античных городов не только столетиями, но и почти полным забвением обширных научных, инженерно-технических и чисто практических знаний, на которых основывались экологические службы в античности. Громадное воздействие религии на умы людей того времени, слепая вера в силу божественного провидения значительно ухудшили экологическую обстановку, так как главное средство борьбы с эпидемиями - массовые богослужения, безусловно, способствовали их распространению. Таким образом, острота экологических проблем в средневековых городах объяснялась не столько ростом объемов загрязнения среды, сколько экологическим невежеством населения и практически полным прекращением экологической деятельности. Забвение в средние века ряда экологических правил и навыков привело к тому, что европейские города стали центрами распространения тяжелейших инфекционных заболеваний, носивших характер эпидемий. В связи с этим, что численность населения городов в то время была незначительной и редко превышало 3040 тыс. человек [18]. Отсутствие экологической защиты городов от инфекций и накопление собственных отходов приводили к высокой смертности населения.

Специфика экологической проблематики городов периода Возрождения главным образом состояла в отказе от исключительно церковного толкования происхождения болезней, в особенности инфекционных. Коммунальное самосознание стало основной предпосылкой для организации в городах содержавшихся за счет магистрата экологических служб для благоустройства городов, проведения отдельных экологических мероприятий. Начавшееся развитие естественнонаучного знания определило правильное направление экологической деятельности.

Решительным образом изменился характер экологической проблематики в период первой промышленной революции. Достижения науки того времени привели к тому, что в городах была практически разрешена проблема предотвращения отрицательных последствий для здоровья человека биологического загрязнения окружающей среды. Однако на смену ей пришли новые проблемы, связанные главным образом с резким ростом загрязнения окружающей среды в результате развития хозяйственной деятельности, промышленного производства и транспорта.

Неблагоприятная экологическая обстановка, сложившаяся в крупных городах, объяснялась не только усилением воздействия на окружающую среду, ростом промышленности, транспорта и строительства, но прежде всего тем, что многие владельцы предприятий, стремясь к получению максимальной прибыли в кратчайшие сроки, практически пренебрегали экологическими интересами города и его населения.

Город периода первой промышленной революции решительно вторгся в литосферу, извлекая из нее все возрастающие объемы вещества и энергию, которые после недолгой переработки попадали в биосферу уже в виде отходов производства и потребления. Тем самым города стали вносить дисбаланс в природные биогеохимические процессы, в экологический круговорот вещества и энергии. Кроме того, природные системы, прежде всего биогеоценозы, а также организм человека стали получать из окружающей среды, загрязненной промышленными отходами, громадное количество элементов и соединений минерального происхождения, которые стали оказывать на них все более глубокие отрицательные воздействия.

Особенности экологических проблем второй промышленной революции (от 20 до 50-60-х гг. XX в.) были связаны с активным вторжением в окружающую среду двух новых мощных факторов:

- автомобильного и железнодорожного транспорта, резко повысивших уровни шумов и вибраций, загрязнение атмосферного воздуха;

- вызванного острым развитием химического производства поступления в окружающую среду разных химических веществ и соединений, ранее в природе не существовавших.

Но постепенная замена твердого топлива нефтепродуктами и природным газом, рост электроэнергетики, возрастающее благоустройство городов в некоторой, хотя и далеко не полной степени компенсировали вышеприведенные отрицательные тенденции. Суммарное антропогенное воздействие городов на все элементы окружающей природной среды сделалось настолько значительным, что вызвало серьезную тревогу среди самых широких слоев селения городов и прилегающих к ним территорий, тем более что доля городского населения в промышленно-развитых странах неуклонно возрастала, достигая 75-80%. Это привело к тому, что в начале 1960-х годов отношение общественности, государственных учреждений, да и некоторых фирм к проблеме охраны окружающей среды городов стало серьезно меняться.

Под давлением общественного мнения правительства многих развитых капиталистических стран мира издали специальные законы, обязывающие промышленников принимать меры по очистке городских территорий от промышленных отходов и ликвидации отрицательных последствий загрязнения окружающей среды [27].

Современный этап экологического состояния для крупных городов развитых капиталистических стран мира характеризуется не только снижением роста, но и в некоторых случаях сокращением загрязнения окружающей среды. Это объясняется рядом факторов. Во-первых, постоянное удорожание всех видов природных ресурсов делает экономите неизбежным процесс введения ресурсосберегающих технологий и выпуска менее материалоемкой и энергоемкой продукции. Это же делает все более выгодной утилизации многих отходов. Во-вторых, из-за высокого налогообложения на отходы многим фирм становится невыгодно развивать в крупных городах промышленные предприятия, сильно загрязняющие окружающую среду в крупных городах. Производства выносятся вдаль пригороды, где налогообложение ниже. Это приводит к снижению численности населения крупных городов, что также способствует снижению антропогенного давления на окружающую среду.

В-третьих, в развитых капиталистических странах наблюдается выраженная тенденция к выносу материалоемких производств на территорию развивающихся стран.

Резкий рост численности населения городов развивающихся стран был обусловлен тем, что большая часть сельского населения, не имеющего земли, чтобы прокормить себя, устремляется в города, где есть возможность найти себе заработки. Вызванный этим процессом резкий рост численности населения городов, особенно крупных, порождает множество проблем, в том числе и экологических. Специфическая проблема городов развивающихся стран связана с деятельностью транснациональных корпораций, которые проводят «грязные» и материалоемкие производства в развивающиеся страны и тем совершают свои экологические проблемы [27].

1.3 Основные подходы к исследованию состояния городской среды

Под научным подходом понимается стратегия исследования, опирающаяся на специфические системы понятий, принципов, показателей и методов.

Существуют различные взгляды на то, как выявлять междисциплинарные подходы к изучению городской среды. С. Бойден разработал стратегию исследования городских поселений, которую он назвал интегрированным экологическим подходом, О. Н. Яницкий выделил объектно-, субъектно- и проблемно-ориентированный подходы.

Можно сослаться еще на ряд попыток определения методологии экологического изучения городов, но более важным представляется поиск таких параметров, которые наиболее существенны для разграничения различных стратегий исследования. Анализ публикаций по экологии городов позволил выявить два таких параметра - вид исходной информации и способ удержания целостности объекта (городской среды). Исходная информация об окружающей городских жителей среде может быть получена путем измерения, субъективной оценки или обобщения различных проблем.

Сохранение целостности объекта достигается путем перечисления всех показателей среды, выделения ключевого показателя, вычисления производных характеристик среды и сведения всех показателей в единую причинно-следственную модель. Пересечение двух групп направлений дает сетку возможных подходов [12]. Инвентаризационный подход. Основная идея - учет всех показателей и их измерение, получение таким образом полного представления об окружающей городских жителей среде. Недостатки подхода вполне очевидны и связаны как с невозможностью исчерпать все многообразие факторов, формирующих городскую среду, так и с возрастанием неопределенности суждений о целостности среды при увеличении числа рассматриваемых показателей.

Применение данного подхода обусловливается его ролью как начального этап; многих исследований, выполняемых в рамках других подходов. Рассматриваемый подход лежит в основе покомпонентного анализа городской среды [46], статистики окружающей среды [22; 32] и принятой в градостроительстве факторной оценки состояния среды [33].

Комплексный подход. Основная идея заключается в том, чтобы с помощью определенных математико-статистических операций свести разнородные показатели в один комплексный и на его основе судить о целостности городской среды. Противоречивость подхода связана с тем, что целостность среды воспроизводится путем вычислений. При выделении районов в рамках подхода наибольшее распространение получил факторный анализ для обобщения разнообразной исходной информации и представления ее через ограниченное число факторов, отражающих некоторые интегральные характеристики городской среды. Существующие ограничения в проведении районирования связаны в основном с отсутствием обоснованных процедур интерпретации факторов. Наиболее успешное использование факторных моделей достигается при однородном районировании городской территории с ориентацией на функцию моделирования. Примеры реализации подхода связаны с индексным методом [23] и факторной экологией города [3; 25; 32; 47].

Модель. Основная идея - целостность городской среды можно удержать только с помощью модели, описывающей ее поведение. Сложность в реализации подхода связана с трудностью создания всеохватывающей модели. Примеры в рамках этого подхода приведены в работах [39; 42]. Индикаторный подход. Основная идея состоит в необходимости выявления такого индикатора, на основе которого можно получить интегральную оценку городской среды. Если бы удалось выявить такой индикатор, то все исследование свелось бы к простому измерению. Однако этого еще не произошло, хотя предпринимались попытки использовать в качестве индикатора здоровье населения лишайники, тепловое изучение города и т. д. [48].

Субъектный подход. Основная идея - только человеку присуще целостное восприятие городской среды. Основной недостаток подхода связан с субъективностью восприятия и понимания среды городским населением. Формы реализации подхода - социологический опрос населения и экспертные оценки [2; 32; 49].

Проблемный подход. Основная идея - перевод результатов междисциплинарного исследования на язык проблем позволяет понять целостность городской среды. Данный подход называемый еще проблемно-комплексным [8] - это стратегия исследования города, направленная на выявление, изучение и разработку рекомендаций по устранению комплексов проблемных ситуаций, вызванных загрязнением окружающей среды. Примеры реализации подхода изложены в рекомендациях по инженерно-экологическому зонированию в районной планировке [30], районировании для программно-целевого планирования [43], определении комплексов конфликтных ситуаций при экспертно-географическом районировании [Космачев] и проблемном средоохранном районировании [8].

Геоэкологический подход. Предмет исследования геоэкологии - последствия воздействия хозяйственной деятельности на геосистемы и их реакция на эти воздействия. Некоторые географы склонны называть геоэкологию «экогеографией». Биологи видят в геоэкологии пространственный раздел экологии, изучающий экосистемы ранга ландшафт и выше. В геологической литературе геоэкологию идентифицируют с направлением, изучающим влияние хозяйственной деятельности на литосферу. Так или иначе объектом геоэкологии выступают территориальные выделы поверхностной оболочки земли (геосистемы), включающие как природные, так и антропогенные компоненты.

Системный подход предполагает представление объекта картографирования как сложной территориальной системы, включенной в окружающую город ландшафтную структуру [42]. Город предстает как системное единство природного ландшафта, техногенной среды и населения.

Геосистемный подход требует создания по меньшей мере грех тематических блоков карт, отражающих природно-ландшафтные, антропогенные (инженерно-технические, архитектурно-планировочные), социально- экономические и другие особенности городской среды.

К важнейшим научным методам геоэкологии следует отнести методы пространственного анализа - картографический, графоаналитический, а также методы субстратно-функционального анализа - геофизический, геохимический, биоценологический, методы временного анализа.

Геоэкологическое картографирование предполагает учет разнообразных свойств территории по различным срезам - по природному, демографическому, техногенному, вертикально-пространственному, горизонтально-пространственному и др. При этом строится своеобразный конфигуратор моделей изучаемого объекта, синтез которых выявляет его системное качество и оценивает влияние объекта на антропобиоцентрическую подсистему изучаемого территориального выдела [14].

1.4 Принципы и подходы геоинформационного и картографического изучения состояния городской среды

Картографическое изучение городов вызывает множество проблем, связанных с методикой проведения работ, научной проработкой вопросов проектирования и составления карт и др. Сложность задач отражения различных аспектов жизни города вызывает необходимость создания как фундаментальных картографических произведений, так и оперативных карт, показа взаимодействия компонентов городской среды, учета прикладного характера проблем.

В настоящее время, несмотря на четкую переориентацию многих исследований с глобальных и региональных на муниципальные проблемы, до сих пор не разработана общепринятая концепция геоэкологического картографирования крупных городов. Не разработаны критерии оценки различных ее компонентов, методические приемы, отсутствуют унифицированные легенды и макеты карт различного содержания и масштаба, инструктивные документы по содержанию и организации работ.

Сейчас на первое место при изучении городской территории выдвигаются экологические факторы и условия, отражающие территориальные особенности и закономерности развития городской среды.

При этом постановка задачи не должна ограничиваться констатацией напряженности экологической обстановки, выявлением превышения допустимых норм по концентрации загрязняющих веществ в природных средах или объемах выброса промышленными предприятиями. Каждый из таких фактов должен сопровождаться конкретными медико-биологическими и медико-гигиеническими оценками качества окружающей среды, проведенными с учетом условий проживания населения, его здоровья и т.п.

Таким образом, комплексная оценка структуры и состояния урбанизированных территорий включает системное рассмотрение основных ее составляющих: природно-ландшафтной, инженерно-технической и демопопуляционной [13].

Исходя из принципа системности требуется создание трех блоков карт: базов карт природы, карт антропогенных факторов формирования городской среды, карг coциально-экономических факторов. Блок базовых карт природы. Природная среда во многом определяет привлекательность города, влияет на формирование облика юродской среды. Природные системы - это фундамент всех происходящих на поверхности процессов и явлений, поэтому изучение и картографирование являются важнейшей задачей исследования. Все компоненты природы - рельеф, климатические условия, почва, поверхностные и подземные воды, растительность и животный мир - необходимые ресурсы жизнедеятельности человека. Природный ландшафт служит территориальным базисом развития города. В некоторых случаях отдельные компоненты геосистем претерпели изменения, внесенной деятельностью человека, что должно быть отражено на картах. Здесь, наряду с необходимостью показа реального состояния тех или других компонентов природы, для понимания сути происходящих процессов и выяснения возможных направлений развития территорий важно создавать ретроспективные карты.

При разработке карт природных факторов первостепенное внимание необходимо уделить созданию главных морфогенетических карт. Содержание таких карт отражающих компонентную составляющую территории, представляя собой морфотипические территориальные структуры и выделы геоэкологических, эколого-геоморфологических, климатически-экологических, водно-экологических, эколого-почвенных, эколого-растительных, эколого-фаунистических, ландшафтно-экологических комплексов и систем [42].

Блок карт антропогенных факторов формирования городской среды. Городская среда помимо природной части включает также и то, что создано человеком на территории города: его планировочную структуру, промышленные и иные предприятия, транспорт, жилье, сферу обслуживания и т.д. Городская среда не имеет аналогов в естественной природной среде и, как правило, совсем не вписывается в природные циклы либо видит в них с большим трудом. Без детального картографического анализа и обобщения кой информации невозможно дать оценку состояния городской среды, степени техногенного влияния на состояние здоровья человека.

Особое внимание должно быть сконцентрировано на изучении и картографировании техногенной нагрузки. Техногенное загрязнение сказывается на всех компонентах городского ландшафта, особенно на депонирующих средах: почвенном, снеговом, растительном покровах. В этом блоке необходимо составление карт экологических акцептор на которых отображается процесс или состояние загрязнения отдельных компонентов среды. Создание таких карт позволяет не только выявить зону техногенного воздействия, но и установить его пространственные закономерности и степень этого воздействия основные компоненты городской среды [42]. Особенно важно картографирование специфических загрязнений городской среды, таких как радиационное, электро-магнитное, шумовое и т.д., которым сегодня уделяется большое внимание ученых. Последствия воздействий таких загрязнений еще до конца не изучены, но их картографирование является одной из актуальных проблем.

Блок карт социально-экономических факторов городской среды. Городская среда ориентирована на человека, на население, но и само население является ее частью. Состояние здоровья населения обычно рассматривается в качестве индикатора экологического состояния территории. При этом надо иметь в виду, что население во многих случаях само может значительно повышать или снижать экологическое неблагополучие территории и быть источником экологического риска, но на это, как правило, обращается внимание в меньшей степени.

Под социально-экономической геоинформацией принято понимать любую информацию о тех или иных аспектах жизнедеятельности населения города, имеющих пространственное распределение.

При создании геоэкологических карт важно проследить и показать взаимосвязь уровня цен на городскую недвижимость, величину спроса и предложения объектов недвижимости с определенной экологической ситуацией в городе, а также пространственное распределение данной взаимосвязи. В настоящее время цена должна быть одним из основных индикаторов состояния качества городской среды. Исходя из задач, поставленных в данной работе, для создания полноценной ГИС города требуется создание базовой электронной картографической основы. Под базовой электронной картографической основой мы понимаем топографическую (пространственное размещение графических объектов) и топологическую (взаимосвязь объектов через специальное кодирование объектов на карте) части.

При создании базовой электронной картографической основы следует ориентироваться на ее дальнейшее применение не только в качестве топоосновы под основную тематическую информацию. Базовая электронная картографическая основа - это источник информации для создания многих производных тематических карт. Топографические карты богаты содержанием и могут выступать в качестве основных источников информации для составления ряда тематических карт городских территорий без масштабного применения дополнительных материалов. Качественное создание электронного представления топографических карт во многом определяет успех дальнейших исследований и картографирования [42].

Не меньше внимания следует уделить построениям топологических взаимосвязей объектов топографической основы, таких как замкнутость площадных объектов, связанность, прилегание и т.д., обеспечивающих проверку корректности вводимой информации, использование графической информации в задачах моделирования поверхности, имитации транспортных и инженерных коммуникаций и т.д.

Основными принципами создания базовых картографических произведений должны быть принципы системной целостности и функциональности. Внутреннее единство достигается в результате разработки общей программы произведения и согласования карт в процессе авторских работ.

Согласование карт предусматривает согласование легенд, целесообразную последовательность в разработке тематических легенд, установление общих принципов и уровня генерализации тематического содержания, согласование объектов, повторяющихся в нескольких картах, согласование контуров, взаимосвязанных цветов, единый подход к оформлению карт и т.д. [4].

Таким образом, крупный город необходимо рассматривать как сложную систему, состоящую из двух основных подсистем: населения и городской среды. Такой подход требует комплексной оценки и картографирования состояния городской среды, включающей системное рассмотрение структуры, взаимодействия и развитие ее компонентов.

2. Методы геоинформационного картографирования

2.1 Опыт экологического картографирования городской среды

Структура экологического картографирования как особого научного направления, объединяющего экологию и картографию, связана с современным пониманием экологии как взаимоотношений любого организма или их сообществ со средой.

Географическая картография под влиянием времени и запросов общественной практики развивается как комплексное направление, в задачу которого входит многостороннее отображение структуры, связей, динамики геосистем как целостных природных и социально-экономических образований.

Поэтому географическое картографирование и понимается сейчас как системное картографическое моделирование (отображение, анализ, оценка и прогноз развития) геосистем. Оно включает в себя различные отраслевые направления тематического картографирования: геологическое, почвенное, социально-экономическое, которые реализуются в отраслевых географических картах в той мере, в какой геологическое строение, почвы, экономика могут рассматриваться как компоненты геосистемы [7].

Особое место в ряду геоэкологических исследований отводится изучению и картографированию городских территорий (рисунки 1-4). Важно подчеркнуть, что различные концептуальные модели городской среды находятся в отношении дополнительности друг другу, что особенно существенно при комплексном подходе к оценке структуры и состояния городской системы [14].

Рисунок 1 - Комплексная карта районирования по потенциалу загрязнения атмосферного воздуха структуре и объему выбросов [9]

Рисунок 2 - Шумовое загрязнение гор. Иркутск [9]

Рисунок 3 - Транспортная доступность территории гор. Иркутск [9]

Рисунок 4 - Градостроительное зонирование территории гор. Иркутск

Экологическая обстановка во многих регионах и городах настолько обострена, что требует немедленного и весьма квалифицированного вмешательства, начиная с уровня экологических экспертиз и заканчивая непосредственным воздействием на природный комплекс. При этом подлежит учету большой перечень социальных и экологических характеристик природных и промышленных объектов, которые следует принимать во внимание при проведении экологических исследований. Эти характеристики чрезвычайно разнообразны, обладают пространственно-временными свойствами, и поэтому одним из наиболее приемлемых методов экологического анализа систем является картографический метод исследования [11].

Однако экологическое картографирование многоаспектно, и поэтому к нему необходимо подходить с разных позиций. Исследование и картографирование экосистем наталкиваются на ряд трудностей, возникающих вследствие:

- необходимости получения большого объема информации при изучении экологических и сопутствующих экономических факторов, которые обычно трудно поддаются количественной оценке;

- методических трудностей при проведении комплексной оценки, необходимость которой возникает потому, что детальное изучение отдельных явлений не позволяет прогнозировать результаты их взаимного наложения;

- сложности, а зачастую и невозможности постановки эксперимента традиционными методами.

Преодолению перечисленных и многих других возникающих препятствий может способствовать использование геоинформационных технологий для создания экологических карт и их последующего анализа. При таком подходе можно не только создавать, но и на основе поступающей новой информации оперативно обновлять экологические карты, формировать картографо-экологические модели применительно к решению разнообразных задач экологической оценки, прогноза, экспертизы и т.д. Использование современных геоинформационных технологий в картографии сейчас переходит из области теоретических и методических разработок в область широкого практического применения [11].

2.2 Геоинформационное обеспечение исследований состояния городской среды

Среди источников, широко используемых в геоинформатике, наиболее часто привлекаются картографические, статистические материалы, данные дистанционного зондирования, реже используются данные специально проводимых полевых исследований и литературные источники (рисунок 5).

Географической информацию делает пространственно-распределенный характер, а также географичность описываемых ею объектов (территория города и его окружение, компоненты природной среды - вода, воздух, грунты, почва, биота и др.). Причем информацией можно назвать только определенным образом организованные, используемые для какой-либо цели количественные или качественные данные [21].

Рисунок 5 - Источники информации, используемые в ГИС [8]

Эколого-географическая информация о городской среде должна:

- давать целостное представление о географическом положении города и экологической обстановке в нем;

- объективно и в полной мере характеризовать отдельные компоненты среды города; описывать не только статическое состояние компонентов городской среды, но и процессы, связанные с их функционированием и развитием;

- отражать существенные внутренние взаимосвязи факторов среды с качеством жизни городского населения;

- быть конструктивной, то есть сопоставимой с оценками других природных и техногенных аспектов, пригодной для интегральных геоэкологических расчетов;

- обладать рациональностью, которая определяется как минимальный объем затрат труда, времени и средств на получение единицы информации [12].

Тип источника объединяет генетически однородное множество исходных материалов, каждое из которых имеет индивидуальный комплекс характеристик. К ним принадлежат, например, такие немаловажные признаки - в какой цифровой или нецифровой (аналоговой) форме получается, хранится и используется тот или иной тип данных, от чего зависят легкость, стоимость и точность ввода этих данных в цифровую среду ГИС [37].

Использование географических карт как источников исходных данных для формирования тематических структур баз данных удобно и эффективно по ряду причин. Во-первых, сведения, считанные с карт, имеют четкую территориальную привязку, во-вторых, в них нет пропусков в пределах изображаемой территории, и, в-третьих, они в любой форме возможны для записи на машинные носители информации.

Картографические источники отличаются большим разнообразием, кроме общегеографических и топографических карт насчитываются десятки и даже сотни типов различных тематических карт. Отметим некоторую условность разграничения карт, когда, например, на комплексных и синтетических картах происходит совмещение или слияние разнообразных тематических слоев, относящихся к разным типам. Но, тем не менее, исходя из классификаций [17; 19; 35] выделяются крупные блоки экологических карт - биоэкологические, геолого-экологические, географо-экологические, антропоэкологические, социально-экологические, экономико-экологические, общие экологические [19].

Следует отметить особую роль серий карт и комплексных атласов, где сведения приводятся в единообразной, систематизированной, взаимно согласованной форме: по проекции, масштабу, степени генерализации, современности, достоверности и др. параметрам.

Такие наборы карт особенно удобны для создания тематических баз данных.

К организациям, продуцирующим эколого-географическую информацию можно отнести: управление Госкомгидромета, горСЭС, управление Госкомстата, подразделения Роскартографии, НИИ землеведческого профиля, комитет по охране природы, управление жилищно-коммунального хозяйства и др. Если характеристики конечного продукта-карт или ГИС в значительной мере зависят от общего состояния геоинформации, то важно указать основные проблемы, возникающие при использовании последней [30].

К основным проблемам, которые неизбежно возникают перед исследователями (организациями), занимающимися проблемами городской среды, независимо от их ведомственной принадлежности, материально-технического обеспечения или профессиональной компетенции, относятся:

- наличие огромного количества уже накопленных данных, которые систематически не обрабатываются и не анализируются именно в силу своего объема и разнокачественности представления;

- рассредоточение информации, собираемой более или менее централизованным образом;

- ограниченный доступ к информации, ее секретность, высокая стоимость, что делает ее практически недоступной для большинства исследователей;

- низкий уровень автоматизации различных операций на этапах сбора, хранения, обработки, анализа и передачи информации;

- низкий уровень автоматизации самих эколого-географических исследований; незначительное финансовое, материально-техническое и интеллектуальное обеспечение исследований [12].

Можно выделить три основных этапа для обеспечения совместного и взаимно совместимого использования геоинформации, полученной из различных систем информационного обеспечения. На первом этапе необходимо упорядочение информации. Это может быть упорядочение по времени, по территории, по конкретному содержанию. Второй этап - это оптимизация геоинформации из различных источников для последующего совместного ее использования (этап согласования). Этот этап позволяет подготовить геоинформацию для последующего интегрирования путем снятия основных частных информационных барьеров. При решении проблем высокого уровня сложности и комплексности возникает необходимость в третьем этапе - этапе интегрирования геоинформации [37].

2.3 Геоинформационная система - основа для изучения и оперативного картографирования состояния городской среды

Оперативное картографирование - создание или использование карт в реальном или близком к реальному масштабу времени с целью быстрого (своевременного) информирования пользователя и контроля за ходом процессов, протекающих в геосистемах [6].

В настоящее время в России и других развитых странах ведутся большие исследовательские работы, направленные на решение глобальных, национальных, региональных и локальных геоэкологических проблем с помощью методов и средств геоинформатики. Для этих целей используются в основном геоинформационные системы, разработанные в США, Канаде, Англии, Австралии и др. Меньшую роль играют отечественные программные разработки [14].

Однако практически все современное зарубежное и отечественное программное обеспечение отличается довольно узкой специализацией, направленностью на решение ограниченного набора конкретных задач.

Это зачастую не позволяет в полной мере использовать мощные средства графического оформления, например, в анализе специфики образования, накопления и перераспределения загрязнителей в геосистемах, что особенно важно для геоэкологического картографирования.

Поэтому нередко возникает необходимость комбинирования, совмещения и доработки нескольких программных продуктов для проведения полного и детального геоэкологического исследования территории [13].

Программное обеспечение ГИС должно удовлетворять разным и подчас противоречивым требованиям - быть простым, в то же время обладать достаточным функционалом, средствами адаптации и разработки приложений, иметь невысокую стоимость.

Ни один программный продукт не в состоянии удовлетворить столь многообразным требованиям, поэтому в отношении городских ГИС речь может идти только о семействе программных продуктов. Семейство программных продуктов обеспечивает работу с единым форматом геоинформационных данных, единые подходы в его формировании и обработке - единую геоинформационную технологию.

Геоинформационная технология предусматривает наличие в структуре семейства пакетов программного продукта, обладающего максимальными функциональными возможностями - базового пакета ГИС. Базовый пакет городской ГИС должен включать развитые средства ввода, редактирования и анализа географической информации и обеспечивать:

- ввод карт и редактирование картографической информации;

- построение топологии вводимых объектов, обеспечивающей проверку корректности вводимой информации (замкнутость площадных объектов, связанность, прилегание), выполнение запросов системы;

- работу с объектами карты, организацию взаимодействия с базой данных, формирование собственно ГИС-объектов, работу с ними;

- выполнение операций анализа (перекрытия, буферные зоны, слияние и т.п.);

- развитые возможности визуализации, оформления и вывода.

Общая схема системы оперативного геоинформационного картографирования представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Структура системы оперативного геоинформационного картографирования [9]

Над ГИС существуют и формируются надстройки в виде интегрированных ГИС, включающих дополнительные базы данных и моделей и средства управления ими. ГИС встраиваются в общий процесс обработки информации на компьютерной технике с использованием разнообразного программного обеспечения и других данных [41].

3. Геоэкологическая характеристика города Краснодара

3.1 Природные условия города Краснодара

Муниципальное образование города Краснодар (до 1920 г. Екатеринодар) - административный, промышленный, деловой и культурный центр Краснодарского края [29].

Муниципальное образование гор. Краснодар расположено в зоне умеренно-континентального, степного климата с неустойчивым увлажнением.

Характерными её чертами являются: преобладание воздушных масс континентального происхождения, довольно высокие годовые амплитуды температур, жаркое сухое лето, малоснежная зима с частыми оттепелями.

Почвенный покров формируется обычно под совокупным воздействием материнских пород, рельефа, климата и растительности. Определенное влияние на процессы почвообразования оказывает и хозяйственная деятельность человека [9].

На основе данных, взятых с официального интернет-портала Администрации муниципального образования гор. Краснодар и городской думы Краснодар, в программе ArcGIS, я построил карту почв гор. Краснодар. Основным типом почв ландшафта Краснодара являются городские под садами и огородами, городские под многоэтажной жилой застройкой, городские под промышленной застройкой (рисунок 8).

Рисунок 7 - Краснодар. Общепринятое деление на микрорайоны [26]

Рисунок 8 - Типы почв гор. Краснодара (Карта построена по данным Администрации Муниципального Образования город Краснодар и Городской Думы Краснодара)

По характеру морфологии поверхность представляет собой низменную слабоволнистую равнину с очень маленьким уклоном на запад и северо-запад.

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой, его качественное состояние оказывает непосредственное воздействие на здоровье населения [29].

3.2 Размещение населения города

Население - важнейший объект социально-экономического картографирования. Оно отличается резкой дифференциацией территориального размещения, локализацией в местах проживания, труда и отдыха, прежде всего, в крупных городских агломерациях. Аспекты рассмотрения населения различными науками во многом определяют тематическую классификацию карт населения - выделение групп карт размещения населения и расселения, демографических, этнографических и социальных характеристик населения, трудовых ресурсов и занятости населения в отраслях хозяйства, условий жизнедеятельности, здоровья и заболеваемости населения. В каждой из групп карт выделяются различные их тематические разновидности - от общих до узкоотраслевых карт. Разнообразие видов и типов карт населения и задач, решаемых с их помощью, определяет многочисленность показателей и единиц картографирования. Основными являются показатели численности жителей (например, по населенным пунктам или территориальным единицам) или занятых (по отраслям хозяйства, по предприятиям и т.д.). Реже используются стоимостные показатели (заработная плата, доходы населения), нормативные и другие расчетные показатели (например, уровень обслуживания населения, влияние напряженности экологической обстановки на здоровье населения) [29].

Наиболее детальные единицы картографирования используются для обеспечения задач городского управления, локального планирования и проектирования объектов народнохозяйственного строительства. Для этих целей требуется характеристика населения по мельчайшим территориальным единицам, отдельным населенным пунктам или их частям (вплоть до отдельных строений). Выбор способов изображения на картах населения во многом диктуется задачами использования карт и выбранными единицами картографирования. Например, при составлении карты плотности населения можно применять картограммы по административным единицам. Для составления карт населения используют прежде всего статистические источники - переписи и данные текущего учета населения [29].

Численность населения города - 805 680 человек (2014 г.). В последнее время в Краснодаре отмечается увеличение рождаемости, снижение смертности и увеличение продолжительности жизни. В 2009 г., впервые за несколько последних лет, отмечен естественный прирост населения - 287 человек. В 2014 г. естественный прирост составил 4059 человек и возрос по сравнению с 2009 г. на 3772 человека [29].

Выбор способов изображения на картах населения во многом диктуется задачами использования карт и выбранными единицами картографирования. Например, при составлении карты плотности населения можно применять картограммы по административным единицам. Для составления карт населения используют прежде всего статистические источники - переписи и данные текущего учета населения [9].

На территорию гор. Краснодара мной составлены карты плотности и численности населения, в качестве единицы картографирования выбраны округа города как наиболее информативные единицы, хорошо иллюстрирующие пространственную структуру размещения населения города (рисунок 9; рисунок 10).

Рисунок 9 - Плотность населения по округам гор. Краснодара

Определяющим фактором роста населения после перестройки властями и специалистами называется не только приток экономических мигрантов со всего северокавказского юга России, Украины и стран Закавказья, но и приобретение жилья обеспеченными гражданами из районов Крайнего Севера и других регионов [29].

Рисунок 10 - Численность населения по округам гор. Краснодара

3.3 Экологическая ситуация в городе Краснодаре

Сегодня экологическая обстановка в гор. Краснодаре остаётся достаточно напряжённой, возникают всё новые и новые экологические проблемы города.

В гор. Краснодаре, можно отметить следующие основные экологические проблемы города:

- загрязнение почвы;

- загрязнение атмосферного воздуха;

- загрязнение воды.

Путь поступления загрязняющих веществ чаще всего один - выброс их промышленными предприятиями, коммунально-бытовым хозяйством и транспортом в атмосферу, воду и почву. Причём нормы по отдельным загрязнениям в городе нередко превышаются в 10 и более раз.

В целях стабилизации и улучшения экологической обстановки в городе «Росприроднадзор» рекомендует:

- подготовить порядок взаимодействия между органами Госконтроля (ГИБДД, транспортная инспекция, Госсанэпиднадзор);

- ограничить использование неэтилированного бензина;

- вводить более современные системы по очистке выбросов на предприятиях;

- усилить контроль за техническим состоянием автотранспорта;

- ускорить строительство экологических постов для замеров вредных примесей в выхлопных газах;

- развивать канализационную сеть города;

- прекратить применение пестицидов, не прошедших экологическую экспертизу [40].

4. Комплексная оценка комфортности проживания населения в городе

4.1 Методика создания ГИС «Городская среда»

Под комфортностью проживания населения на территории понимается оптимальное для индивида или популяции состояние окружающей среды, обеспечивающее ее способность адаптироваться к условиям проживания с наименьшими дополнительными затратами, при сохранении интеллектуальной и социальной активности. Оценка комфортности проживания на территории может определяться как на популяционном, так и на индивидуальном уровнях.

Комфортность проживания населения предлагается оценивать по трем группам факторов: природно-антропогенным, социальным и медико- экологическим [38] (рис.11) .

Рисунок 11 - Факторы комфортности проживания населения [38]

В современных исследованиях комфортность рассматривается преимущественно для жилищных и производственных, погодных и климатических условий. Комфортность окружающей среды регионов исследовалась в целях кадастровой оценки применительно к городским и рекреационным территориям. При этом отсутствует адекватная интерпретация понятия комфортности проживания населения на территории, а также показателей уровней комфортности, так как комфортность тесно связана с адаптационными возможностями организма человека и ценой адаптации.

В то же время среди принципов управления окружающей средой признаётся важным принцип комфортности окружающей среды. Комфортность понимается как система оценок условий жизнедеятельности, которая формируется на основе удовлетворения потребностей человека или населения. Так как оценка комфортности проживания носит отчасти субъективный характер, в связи с этим, ее значимость не следует преуменьшать. Уровень комфортности проживания населения на территории является показателем конечного эффекта воздействия на людей факторов окружающей среды. Таким образом, уровень комфортности наряду с показателями здоровья может рассматриваться как интегральный экологический критерий ситуации в регионе в целом [38].

ГИС «Городская среда» состоит из технологических и содержательных элементов.

Технологические элементы ГИС включают в себя следующее:

- аппаратные средства (компьютеры, периферийные устройства, локальные и глобальные сети);

- программное обеспечение (средства ввода и обработки географической информации, системы управления базами данных, средства поддержки географических запросов, анализа и визуализации, графический пользовательский интерфейс для легкого доступа к инструментам и функциям);

- исполнители (разработчики, технические специалисты и конечные пользователи системы);

- методы (методика оперативного геоинформационного картографирования состояния городской среды; последовательность и содержание этапов) [9].

Для городских территорий наиболее предпочтительно составление серии взаимосвязанных карт с точки зрения детальности исследования, трудозатрат и наглядности. Составленная в едином масштабе и одном оформлении серия карт дает возможность с наименьшими усилиями отобразить все грани рассматриваемого явления и проста в восприятии [9].

В рамках данного исследования все созданные базовые карты представлены в виде двух блоков.

В блок геоэкологическая характеристика гор. Краснодара включены карты плотности и численности населения, а также описание природных условий и экологической ситуации в городе Краснодар.

В блоке комплексная оценка комфортности проживания населения представлены следующие карты: карта концентрации загрязняющих веществ гор. Краснодар; карта загрязнения водной среды гор. Краснодара; карта шумового загрязнения территории гор. Краснодара; карта транспортной доступности гор. Краснодара; карта функционального зонирования городской среды; карта фонового загрязнения атмосферного воздуха и индекс загрязнения атмосферного воздуха гор. Кранодара.

Построение серии таких карт дает возможность выявить территории, характеризующиеся повышенным уровнем загрязнения, и обратить на их исследование больше внимания [9].

4.2 Оценка природной комфортности проживания населения на территории города Краснодара

Город Краснодар расположен на Кубано-Приазовской (Прикубанской) низменности, на правом берегу реки Кубань, в 1539 км к югу от Москвы. На северо-востоке город Краснодар граничит с Динским районом, на западе - с Красноармейским районом Краснодарского края, на юге, по акватории реки Кубань, с Тахтамукайским районом Республики Адыгея, на востоке - с Усть-Лабинским районом Краснодарского края. Географические координаты исторического центра: 45° 2' северной широты и 39° восточной долготы.

Краснодар лежит в умеренном климатическом поясе, имеет черты субтропического типа. Зима мягкая, короткая (начало января - середина февраля), без устойчивого снежного покрова; средние температуры зимних месяцев от 0 до 2°С. Ежегодно под влиянием различных атмосферных факторов отмечаются значительные похолодания (до -15…-20°С) и значительные потепления (до 15…20°С), однако, длятся недолго. Лето длительное (начало мая - начало октября), жаркое, более влажное в мае - июне и достаточно сухое в июле - сентябре. Самый тёплый месяц - июль, его средняя температура 24,1°С. Часто в июле-августе случаются волны аномальной жары, когда температура воздуха поднимается до 40°С. За год обычно выпадает 700-750 мм осадков.

Максимум осадков наблюдается в июне и в ноябре-декабре, минимум - в августе. Среднегодовая температура 12,1°C, среднегодовая влажность воздуха - 71% [29].

Нынешний облик города обладает уникальным зеленым убранством в виде обширных парковых зон, садов, скверов, бульваров и аллей. Многие из них относятся к особо охраняемым природным территориям ввиду исторической и биологической ценности.

Водохозяйственный комплекс города, кроме реки Кубань и Краснодарского водохранилища, представлен сетью Карасунских озёр, прошедших трансформацию от речного придатка более крупной реки до обособленных водоёмов.

Столица Кубани является ключевым транспортным узлом юга России. Территорию города пересекают четыре направления железных дорог, две автодороги федерального значения, есть аэропорт и речной грузовой порт. В Краснодаре работают следующие виды транспорта: воздушный, железнодорожный, речной, автобусный, городской электротранспорт - трамвай и троллейбус.

Ко всему прочему, Краснодар - индустриально развитый город Юга России. В промышленном комплексе муниципального образования насчитывается более 130 крупных и средних предприятий. Основные направления - это приборостроение и металлообработка, производство строительных материалов, швейных и трикотажных, мебельных, табачных изделий, пищевых и сельскохозяйственных продуктов [29].

Наряду с наращиванием темпов экономического роста Краснодара, городскими властями проводится планомерная политика экологизации всех сфер общественной жизни, направленная на улучшение показателей качества городской среды.

Обеспечение экологической безопасности города, главным образом, заключается в следующем: определение стратегии развития муниципального образования в сфере охраны объектов животного и растительного мира, содействие модернизации промышленности с целью снижения ее негативного воздействия на окружающую среду, минимизация вреда наносимого транспортным сектором, налаживание системы утилизации твёрдых бытовых отходов и опасных классов веществ, экологическое воспитание молодёжи, а также предотвращение чрезвычайных ситуаций антропогенного характера [29].

4.3 Оценка качества окружающей среды в городе Краснодар

Под качеством окружающей среды понимают степень соответствия среды жизни человека его потребностям. Окружающей человека средой являются природные условия, условия на рабочем месте и жилищные условия. От ее качества зависит продолжительность жизни, здоровье, уровень заболеваемости населения и т.д.

Нормирование качества окружающей среды - установление показателей и пределов, в которых допускается изменение этих показателей (для воздуха, воды, почвы и т.д.).

Цель нормирования - установление предельно допустимых норм (экологических нормативов) воздействия человека на окружающую среду. Соблюдение экологических нормативов должно обеспечить экологическую безопасность населения, сохранение генетического фонда человека, растений и животных, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов [44].

Нормативы предельно допустимых вредных воздействий, а также методы их определения, носят временный характер и могут совершенствоваться по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов.

Основные экологические нормативы качества окружающей среды и воздействия на нее следующие:

Нормативы качества (санитарно-гигиенические):

- предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ;

- предельно допустимый уровень (ПДУ) вредных физических воздействий: радиации, шума, вибрации, магнитных полей и др.

Нормативы воздействия (производственно-хозяйственные):

- предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ;

- предельно допустимый сброс (ПДС) вредных веществ.

Комплексные нормативы:

- предельно допустимая экологическая (антропогенная) нагрузка на окружающую среду [44].

Предельно допустимая концентрация (количество) (ПДК) - количество загрязняющего вещества в окружающей среде (почве, воздухе, воде, продуктах питания), которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК рассчитывают на единицу объема (для воздуха, воды), массы (для почвы, пищевых продуктов) или поверхности (для кожи работающих). ПДК устанавливают на основании комплексных исследований. При ее определении учитывают степень влияния загрязняющих веществ не только на здоровье человека, но и на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

В настоящее время в нашей стране действуют более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 для атмосферного воздуха и более 130 для почв.

При содержании в природном объекте нескольких загрязняющих веществ, обладающих суммацией действия (синергизмом), учитывают их совместное воздействие.

При нормировании качества атмосферного воздуха используют такие показатели как ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны, ПДК максимально разовую и ПДК среднесуточную [44].

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДК_рз) - это максимальная концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.

Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДК_мр) - это максимальная концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных (в том числе, субсенсорных) реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз и др.). Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДК_сс) - это максимальная концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании.

При нормировании качества воды используют такие показатели, как ПДК вредных веществ для питьевых вод и рыбохозяйственных водоемов. Также нормируют запах, вкус, цветность, мутность, температуру, жесткость, коли-индекс и другие показатели качества воды [44].

Предельно допустимая концентрация» воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_в) - это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования [44].

Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК_вр) - это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.

При нормировании качества почвы используют такой показатель, как ПДК вредного вещества в пахотном слое почвы. Предельно допустимая концентрация в пахотном слое почвы (ПДК_п) - это максимальная концентрация вредного вещества в верхнем, пахотном слое почвы, которая не должна оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на здоровье человека, плодородие почвы, ее самоочищающую способность, соприкасающиеся с ней среды и не приводящее к накоплению вредных веществ в сельскохозяйственных культурах.

При нормировании качества продуктов питания используют такой показатель, как ПДК вредного вещества в продуктах питания. Предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное количество) вредного вещества в продуктах питания (ПДК_пр) - это максимальная концентрация вредного вещества в продуктах питания, которая в течение неограниченно продолжительного времени (при ежедневном воздействии) не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) - это максимальный уровень воздействия радиации, шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда. ПДУ - это то же, что ПДК, но для физических воздействий.

В тех случаях, когда ПДК или ПДУ не определены и находятся только на стадии разработки, используют такие показатели, как ОДК - ориентировочно допустимая концентрация, или ОДУ - ориентировочно допустимый уровень, соответственно [44].

Необходимо отметить, что существует два подхода к нормированию загрязнения окружающей среды. С одной стороны, можно нормировать содержание загрязняющих веществ в объектах окружающей среды, с другой стороны, - степень трансформации окружающей среды в результате ее загрязнения. В последнее время все чаще обращают внимание на недостатки первого подхода, в частности, применения ПДК для почв. Однако подход к нормированию качества среды по показателям ее трансформации (например, состояния биоты) практически не развит. По-видимому, лучше использовать оба подхода в сочетании друг с другом.

Предельно допустимый выброс (ПДВ) или сброс (ПДС) - это максимальное количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени разрешается данному конкретному предприятию выбрасывать в атмосферу или сбрасывать в водоем, не вызывая при этом превышения в них предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.

Если в воздухе или воде населенных пунктов, где расположены предприятия, концентрации вредных веществ превышают ПДК, то по объективным причинам значения ПДВ и ПДС не могут быть достигнуты. Для таких предприятий устанавливаются значения временно согласованных выбросов вредных веществ (ВСВ) и временно согласованных сбросов вредных веществ соответственно, и вводится поэтапное снижение показателей выбросов и сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДВ и ПДС [44].

4.3.1 Загрязнение воздушной среды

Мониторинг состояния атмосферного воздуха на территории муниципального образования гор. Краснодар осуществлялся муниципальным казенным учреждением гор. Краснодара «Служба по охране окружающей среды» на одном стационарном автоматическом посту контроля атмосферного воздуха (ПКЗ-2), расположенном в районе ул. Тургенева и Атарбекова, а также передвижным экологическим постом контроля (ПЭК). На втором стационарном автоматическом посту контроля атмосферного воздуха (ПКЗ-1), расположенном на ул. Постовой, 34, замеры уровня загрязнения атмосферного воздуха не проводились в связи с проведением плановой поверки средств измерений, установленных на посту и ремонтом вспомогательного оборудования.

На ПКЗ-2 отобрано и обработано 7776 проб атмосферного воздуха, концентрации загрязняющих веществ в которых представлены в таблице 1 [42].

Среднесуточная концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе не превышала допустимых значений. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) составил 1,22, что свидетельствует о низком уровне загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения стационарного поста наблюдения.

С помощью передвижного экологического поста контроля (ПЭК) на 24 участках города Краснодара проведено обследование состояния атмосферного воздуха. Контролируемые участки выбраны согласно утвержденного маршрута отбора проб, основанного на ранее полученных данных об интенсивности транспортных потоков на основных магистралях муниципального образования город Краснодар, а также информации, поступающей от МКУ «Единая дежурная диспетчерская служба муниципального образования город Краснодар» и обращениях граждан [33] (таблица 2).

Таблица 1 - Средние концентрации загрязняющих веществ по данным ПКЗ-2 (2014 г.)

Таблица 2 - Средние концентрации загрязняющих веществ по данным ПЭК (2014 г.)

Рисунок 13 - Средние концентрации загрязняющих веществ по данным ПКЗ-2 (2014 г.)

Рисунок 13 - Средние концентрации загрязняющих веществ по данным ПЭК (2014 г.)

Концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в период наблюдений не превышала допустимых значений. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) составил 2,21, что свидетельствует о низком уровне загрязнения атмосферного воздуха на участках, обследованных с помощью передвижного экологического поста контроля.

Отмечается высокий уровень загрязнений атмосферного воздуха над территорией города, который создаётся за счёт выбросов от объектов теплоэлектроэнергетики, нефтеперерабатывающей, а также топливной и деревообрабатывающей промышленностей [33].

Наибольшее загрязнение испытывает промышленная зона города.

Проведена работа по отслеживанию состояния атмосферного воздуха на территории муниципального образования город Краснодар, с помощью испытательной (передвижной) лаборатории (ИЛ). За 2014 г. проведено обследование состояния атмосферного воздуха на 77 участках. Результаты обследования представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Средние концентрации загрязняющих веществ согласно данным ИЛ

Рисунок 14 - Доли ПДК загрязняющих веществ в общем загрязнении атмосферного воздуха согласно ИЛ

Для полного представления загрязнения атмосферы города предприятиями необходимы анализ выбросов и концентрации загрязняющих веществ (мг/м³) и их картографирование.

Детальное изучение территориальных аспектов воздействия стационарных источников и транспорта на воздушную среду гор. Краснодара невозможно без картографического представления качества среды в городах. Например, без адресной карты, показывающей местоположение источников стационарных выбросов и улично-дорожную сеть, невозможно моделировать процесс рассеивания выбросов. Карты служат основным источником исходной информации. В виде карт могут быть представлены результаты математических расчетов.

Для создания необходимой карты были использованы данные со станции «ПКЗ» и ПЭК. В программе ArcGIS, c помощью интерполяции, осуществлённой методом IDW (inverse distance weighted - обратное взвешенное расстояние), я получил карту на точной географической основе (рисунок 15).

картографирование городской среда экологический

Рисунок 15 - Концентрация загрязняющих веществ воздушной среды гор. Краснодара

Уровни загрязнения воздушного бассейна в ходе проведения расчетов могут быть описаны в натуральных показателях - концентрациях вредных веществ (мг/м³) либо в нормированных показателях, характеризующих кратность превышения ПДК [9].

Наибольшее загрязнение воздушной среды наблюдается в центральной части города. В то время как в северо-восточной части концентрации загрязняющих веществ гораздо меньше. Это связано с тем, что в центральной части города находится большое количество зон промышленно-производственных предприятий. В воздухе содержится увеличенное количество двуоксида азота, сероводорода, фенола и др. веществ. Зимой это связано с работой ТЭЦ, котельных и других предприятий при повышенной нагрузке [44].

Уровень загрязнения воздуха в гор. Краснодаре значительно выше среднего по стране, особенно пятью веществами: бензапирен, формальдегид, фенол, пыль, двуоксид азота.

Анализ данных, поступивших с ИЛ, показал пороговые значения ПДК_м.р. сероводорода, средний показатель содержания которого в атмосферном воздухе на обследованных участках составил 0,005 мг/м³ (0,625 ПДК). Средняя за год концентрация сероводорода не превышает 1 ПДК [33].

Значительные концентрации сероводорода фиксировались на участках с открытыми решетками городских ливневых канализаций, где происходит активная эмиссия загрязняющего вещества в атмосферный воздух.

Значительное загрязнение происходит в результате нарушения технологических режимов, неэффективности и неисправности пылеулавливающего и газоочистного оборудования. По-прежнему неудовлетворительно выполняются воздухо-охранные мероприятия.

4.3.2 Загрязнение водной среды

Загрязнение водных ресурсов также является серьезной экологической проблемой муниципального образования город Краснодар.

Источниками загрязнения водных ресурсов являются:

- неочищенные сточные воды от промышленных предприятий;

- неочищенные хозяйственно-бытовые сточные воды от объектов жилья и социально-культурной сферы.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения цинка, меди, железа, а также аммонийный и нитритный азот, формальдегид и прочее.

Тревожным является тот факт, что часто в ливневый коллектор самовольно подключаются объекты производственной сферы, осуществляя при этом сброс неочищенных и неконтролируемых сточных вод.

В пределах гор. Краснодара и его окрестностей располагается ряд озёр, которые по своему происхождению делятся на две группы: старичные и искусственные. Старичные озёра имеют небольшую глубину и невелики по площади. К ним относятся Старая Кубань, Карасуны и др. Одной из проблем озёр является их заиление и заболачиваемость, для борьбы с которыми следует проводить систематические мелиоративные мероприятия. Финансовые затруднения не дают возможность это осуществить.

К искусственным озёрам относятся Краснодарское водохранилище, с вводом которого в 1973 г. должна была окончательно решиться задача устранения угрозы разрушительных наводнений. Этого не произошло. Идёт сильное заиление водохранилища и одновременно резкое ухудшение качества воды водохранилища [29].

Сейчас в воде во много раз увеличиваются предельно допустимые концентрации таких вредных веществ как соединения меди, железа, нефтяных углеводородов, нитратов, в результате чего нарушается газовый режим и кормовая база водоёмов. Краснодар по-прежнему является основным источником загрязнения реки Кубань.

Мной построена карта загрязнения водной среды гор. Краснодара с использованием круговых диаграмм (рисунок 16). На данной карте показаны основные местоположения источников загрязнения водной среды.

Рисунок 16 - Загрязнения водной среды гор. Краснодара

Сточные воды промышленных производств, бытовые канализационные стоки являются основной причиной интенсивного загрязнения гидросферы, насыщения вредными компонентами, приводящими к нарушению естественного биологического цикла, разрушению естественной среды обитания водных организмов. Значительные объемы сбрасываемых в водные объекты сточных вод с большой массой загрязняющих веществ отрицательно влияют на качество природной (поверхностной и подземной) воды [33].

Большие экологические последствия влекут за собой и снижение уровня грунтовых вод, расположенных близко к поверхности земли. Оно вызвано такими действиями, как уплотнение поверхности и покрытия ее асфальтом, нарушение условий постоянного стока в ручьях и малых реках.

4.3.3 Специфическое загрязнение городской среды Краснодара

Особую актуальность приобретает проблема загрязнения воздушного бассейна автомобильным транспортом, выбросы которого составляют 85,7% от валовых. В районах крупных автомагистралей города отмечается превышение допустимой нормы по углеводородам, оксиду углерода, двуоксиду азота от 1,5 до 7 раз [40].

Значительное увеличение числа автомобилей за последние несколько лет, возросшие объемы грузовых перевозок в черте города привели к чрезмерному возрастанию уровней транспортного шума в гор. Краснодар. К числу причин, также увеличивающих зашумленность территории следует отнести не совсем удачную организацию уличного движения и неудовлетворительное состояние дорожного покрытия на отдельных участках улиц [48].

Чтобы оценить степень шумового загрязнения в разных участках города, я выбрал улицы с наибольшим потоком машин: ул. Северная, ул. Красная, ул. Дзержинского, ул. Суворова, ул. Ставропольская, ул. Тургенева, Кубанская Набережная, проспект Чекистов, а также улицы со средними и наименьшим потоком машин. Уровень звука распространяется цилиндрически, так что уровень звукового давления остается одинаковым во всех точках, находящихся на равном удалении от линии источника, и уменьшается на 3 дБ с увеличением расстояния вдвое. Уровень звукового давления (Lp) на любом расстоянии (r, выраженное в метрах) от этого источника рассчитывается по уравнению 1:

, (1)

где Lw - измеренный уровень звука (дб).

Используя данное уравнение, я рассчитал уровень звукового давления. Степень шумового загрязнения на улицах с наибольшим потоком автомобилей примерно одинакова, также и на улицах со средним и наименьшим потоком автомобилей. Так как измерить звуковое давление на всей территории города Краснодар довольно трудоемкая работа, то я сопоставил свои данные с картой Яндекс пробки. Далее, в программе ArcGIS, я присвоил значения звукового давления каждой дороге в таблице атрибутов и с помощью инструмента Quantities (Graduated colors) задал цвета (рисунок17). Обозначение данных таким способом позволяет отобразить большее количество информации. Однако, это также может усложнить карту для восприятия.

Наиболее наглядно степень шумового загрязнения передает карта, построенная с помощью интерполяции, методом Inverse Distance Weighted - обратное взвешенное расстояние (рисунок18).

Рисунок 17 - Шумовое загрязнение территории гор. Краснодара

Рисунок 18 - Шумовое загрязнение территории гор. Краснодара

Наибольшее шумовое загрязнение наблюдается в северной части города. В то время как окрестностях города шум не превышает 60 дб. Это связано с тем, что характер шума зависит от потока машин. При большом потоке машин уровень шума сильно возрастает, приближаясь к предельно-допустимым нормам.

Шум приводит к повышению утомляемости, снижению умственной активности, неврозам, ухудшению зрения, росту сердечно-сосудистых заболеваний и т.д. Шумовое загрязнение присутствует не только на улице, работе, но и дома. Отчасти поэтому жители крупных городов чаще страдают сердечными заболеваниями, атеросклерозом - болезнью сосудов и нарушениями нервной системы. Разработаны нормы допустимых шумов. Так, допустимый шум у стен жилых домов днем 50 дб, а ночью 40 дб.

Шум, как экологический фактор приводит к 15% всех профессиональных заболеваний.

4.4 Социально-экономические факторы городской среды

Карты социально-экономического блока в основном базируются на информации, полученной с базой электронной картографической основы с использованием контуров застройки, границ административно-территориального деления, адресного плана и других базовых слоев.

Трудности, связанные с картографированием социально-экономических факторов, объясняются недостатком необходимой информации.

Социально-экономическая геоинформация носит межведомственный характер, как правило, отсутствуют специальные государственные или иные организации, отвечающие за сбор информации, по микрорайонам и отдельным организациям. Решить многие проблемы могли бы органы Комитета по статистике, ведущие демографическую и отраслевую статистику, а также проводящие переписи населения. Однако необходимые данные изначально группируются по административным районам, что делает их непригодными для задач внутригородского анализа и картографирования [10].

4.4.1 Транспортная доступность города Краснодара

Муниципальное образование город Краснодар в транспортном отношении является центром Краснодарского края, территориально-транспортного комплекса и входит в первую десятку стратегических транспортных узлов, обслуживающих транзитные грузопотоки и пассажиропотоки, следующие в направлении южных морских портов России и курортную зону Черноморского побережья. Через город Краснодар проходят автомагистрали федерального значения, 5 направлений железных дорог. На востоке города находится международный аэропорт, на юге - речной грузовой порт [29].

Кроме того, на муниципальное образование город Краснодар возлагается функция основного логистического оператора на оконечном участке международных транспортных коридоров, в первую очередь, транспортной ветви от госграницы с Финляндией и далее - Санкт-Петербург - Москва - Ростов-на-Дону - Краснодар - Новороссийск с ответвлением на Астрахань и выходом к южным воротам России - портам Новороссийск, Туапсе, Темрюк, Ейск, Сочи [29].

Для составления карты транспортной доступности гор. Краснодара были проведены следующие действия:

- определение местоположения остановок;

- приблизительное время (в минутах), которое потребовалось человеку, чтобы добраться до остановки.

Для обработки и анализа данных каждой остановке были присвоены несколько значений времени в минутах, которое требуется чтобы добраться нее [28]. С помощью ГИС-обработки было получено поле точек, каждой из которых было присвоено одно из этих значений. С помощью интерполяции, осуществлённой методом IDW (inverse distance weighted - обратное взвешенное расстояние), в программе ArcGIS была построена карта транспортной доступности округов города (рисунок 19).

Рисунок 19 - Транспортная доступность гор. Краснодара

Мы видим довольно доступный город по диагонали: с северо-запада на юго-восток, и включая весь юг; вместе с тем - крупные «ямы» в северной части. В центральной части города транспортная доступность составляет менее 9 минут. В то время как чем дальше от центра, тем транспортная доступность возрастает.

Это обуславливается близким расстоянием между остановками в центральной части города и близким расположением к домам.

В настоящее время пассажирские перевозки на территории муниципального образования город Краснодар осуществляются 23 предприятиями и 22 индивидуальными предпринимателями. Маршрутная сеть муниципального образования город Краснодар состоит из 15 трамвайных и 19 троллейбусных маршрутов, 74 городских и 47 пригородных автобусных маршрутов регулярного сообщения [29].

4.4.2 Функциональное зонирование городской среды

Основанный казаками в 1793 г. административный центр Краснодарского края - город Краснодар - является крупнейшим промышленным, транспортным, торговым, научным и культурным центром Юга России.

Город занимает выгодное экономико-географическое положение в Южном федеральном округе, расположен на важнейших транспортных магистралях, связывающих центр России с портами Черного и Азовского морей, а также курортами черноморского побережья Кавказа. В Юго-восточной части Краснодара расположено Кубанское водохранилище, построенное в 1973 г. для обеспечения выполнения производственных и мелиоративных мероприятий [29].

Территория в границах муниципального образования составляет 841,4 км², или 1,1% территории Краснодарского края. Город разделен на четыре внутригородских округа: Западный, Карасунский, Прикубанский и Центральный. В границах муниципального образования город Краснодар находятся 5 сельских округов и 29 сельских населенных пунктов.

Современный Краснодар - индустриальный центр. На 127 крупных и средних, а также многочисленных малых промышленных предприятиях работает около 50 тысяч человек, или свыше 11% всех занятых в экономике города. Ведущее место в структуре промышленности занимает пищевая, машиностроительная, металлообрабатывающая и легкая отрасли промышленности.

Промышленность города также представлена предприятиями электроэнергетики, строительных материалов, химии и нефтехимии, микробиологии и другими [29]. Учитывая особое геополитическое положение Краснодарского края на Юге России, город Краснодар стал одним из наиболее значимых городов Южного федерального округа и ежегодно подтверждает это результатами социально-экономического развития (рисунок 20).

Рисунок 20 - Функциональное зонирование городской среды [47]

Рисунок 21 - Легенда карты «Функциональное зонирование городской среды» [47]

Муниципальное образование город Краснодар - крупный культурный центр России. В городе функционируют Краснодарский государственный академический театр драмы, Краснодарский краевой театр кукол, Краснодарский государственный цирк, Краснодарский краевой художественный музей им. Ф. А. Коваленко, Краснодарский государственный историко-археологический музей-заповедник им. Е.Д. Фелицына, выставочный зал изобразительных искусств, спорткомплекс «Олимп» на 3000 мест, 5 парков, дендрарий, 2 аквапарка. В составе муниципального творческого объединения «Премьера» - Музыкальный театр (1933), концертный зал камерной и органной музыки, Дворец искусств, Театр классического балета Юрия Григоровича, Молодежный театр, Новый театр кукол, Театр ветеранов сцены (единственный в России) - всего 18 творческих коллективов. В состав Краснодарской краевой филармонии входят 14 исполнительских коллективов. Гордостью Краснодара является известный в стране и за рубежом Государственный кубанский казачий хор под управлением В. Г. Захарченко.

В городе расположен Краснодарский ботанический сад и лесопарк [29].

Количественная оценка загрязнения атмосферы выражается через концентрацию примесей. Концентрация примесей токсических веществ в атмосфере очень изменчива во времени и пространстве и зависит не только от непосредственного количества выбросов в результате хозяйственной деятельности человека, но и от загрязнения воздуха городов дымом от лесных пожаров и пылью во время суховеев и пыльных бурь [34].

Анализ данных измерений концентраций примесей в отдельных пунктах города за сутки, месяц, сезон и год позволяет выделить вещества, которые значительно превышают предельно допустимые концентрации (ПДК) и в основном определяют высокое загрязнение воздуха. Обычно в каждом городе можно выделить до пяти таких веществ и общего количества, за которыми ведется наблюдение (аммиак, бензапирен, диоксид азота, метилмеркаптан, оксид азота, оксид углерода, сероуглерод, метиловый спирт, стирол, фенол, формальдегид, фторид водорода, твердые фториды, хлорид водорода, сажа и пыль) [34].

В настоящее время для оценки загрязнения атмосферного воздуха используется расчет индекса загрязнения атмосферы ИЗА₅. В основе его лежит суммирование средних значений концентраций примесей по отношению к ПДК по наиболее значимым ингредиентам:

при М = 5.

При необходимости оценки фонового загрязнения атмосферы в целом по городу (С_ф) может быть использована формула:

где С_у - расчет средней концентрации любого отдельного вещества по городу за сутки, месяц, год [34].

Для оценки экологической опасности мной составлена таблица 4, где малая степень опасности - при С_ф меньше - 1, умеренная - при 1-1,4, высокая при 1-3.

По данным таблицы 4 в программе ArcGIS были построены карты фонового загрязнения и индекса загрязнения методом IDW (inverse distance weighted - обратное взвешенное расстояние).

Таблица 4 - Оценка экологической опасности по функциональным зонам гор. Краснодара

Рисунок 22 - Фоновое загрязнение атмосферного воздуха гор. Краснодара

Рисунок 23 - Индекс загрязнения атмосферного воздуха гор. Краснодара

Предлагаемый метод расчета показателя загрязнения атмосферы С_ф имеет преимущества перед ИЗА₅ в том, что он представляет не сумму средних значений концентраций веществ как ИЗА, а среднюю концентрацию всех пяти наиболее значимых ингредиентов. Это позволяет оценить во сколько раз среднее значение этих пяти ингредиентов превышает их ПДК [34]. Наибольшей природно-экологической комфортностью обладают парки, скверы и т.д. Территории с самыми низкими показателями природно-экологической комфортности проживания населения - производственные зоны (промышленно-производственные предприятия, зоны объектов транспорта и т.д.) и зоны транспортной инфраструктуры (автовокзал, железнодорожный вокзал, аэровокзал и т.д.).

Заключение

Крупный город представляет собой сложную территориальную систему, состоящую из двух основных подсистем: населения и городской среды. Такой подход требует комплексной оценки состояния городской среды, включающей системное рассмотрение структуры, взаимодействия и развития всех ее компонентов [9].

Охрана окружающей среды - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы (особенно это относится к городам, которые сами по себе, по сути дела, являются результатом этого воздействия). Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия [40].

В ходе проведенной работы исследован опыт картографирования состояния окружающей среды крупных городов, а также проанализированы современные методики геоинформационного картографирования в целях оценки качества городской среды; создана серия тематических карт, определяющих природные, экологические и социальные условия городской среды. Однако при этом возникают проблемы, связанные с поиском, сбором, хранением, обработкой, анализом и представлением географической информации.

Разработка и применение геоинформационной технологии позволяют решать эти проблемы. Таким образом, ГИС является не только исследовательским инструментом, но и интегральной основой для изучения городской среды и получения новых знаний [9].

Список использованных источников

1 Баранов, А. В. Социально-демографическое развитие крупного города [Текст] / А. В. Баранов. - М. : Финансы и статистика, 1981.

2 Барбаш, Н. Б. Методика изучения территориальной дифференциации городской среды [Текст] / Н. Б. Барбаш. - М. : ИГ АН СССР, 1986. - 182 с.

3 Батуев, А. Р. Картографическое обеспечение регионального развития [Текст] / А. Р. Батуев. - Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. док. геогр. наук - МГУ, Москва, 2003. - 50 с.

4 Белюченко, И. С. Экология Кубани. Часть II [Текст] / И. С. Белюченко. - Краснодар : Изд-во КГАУ, 2005. - 470 с.

5 Берлянт, А. М. Геоиконика [Текст] / А. М. Берлянт. - М. : Астрея, 1996. - 208 с.

6 Берлянт, A. M. Актуальные направления развития географической картографии [Текст] / А. М. Берлянт, С. Н. Сербенюк // Геодезия и картография. - 1989, - № 3. - С. 53.

7 Блануца, В. И. Окружающая среда: анализ коллекции определений и формирование системы понятий: «География и природные ресурсы» [Текст] / В. И. Блануца. - 1989, - № 4. - С. 132-140.

8 Богданов, В. Н. Геоинформационное картографирование городской среды [Текст] / В. Н. Богданов. - М. : «Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН», 2006.

9 Бондарчук, Е. А. Социально-экономическая информация в ГИС [Текст] / Е. А. Бондарчук // Инф. Бюл. ГИС-Ассоц. - 2001, № 2 (29) - 3 (30). - С. 36-38.

10 Верещака, Т. В. Экологические карты в системе карт для оптимизации окружающей среды [Текст] / Т. В. Верещака // Геодезия и картография. - 1991, - № 1. - С. 39.

11 Грачева, И. В. Городская среда: принципы и методы геоэкологических исследований [Текст] / И. В. Грачева. - Иркутск, 1990. - 223 с.

12 Жуков, В. Т. Научно-методические основы компьютерного геоэкологического картографирования. Геологическое картографирование [Текст] / В. Т. Жуков, Б. В. Новаковский. - Тез. докл. Всеросс. науч.-практ. конф. - Москва, 24 27 февраля, 1998. - С. 134-136.

13 Жуков, В. Т. Компьютерное геоэкологическое картографирование [Текст] / В. Т. Жуков, Б. В. Новаковский, А. Н. Чумаченко. - М. : Научный мир, 1999. - 128 с.

14 Зеленая энциклопедия [Электронный ресурс]. URL: http://greenevolution.ru/enc/wiki/komfort-prozhivaniya/.

15 Информация по вопросам организации и осуществления экологического мониторинга на территории Краснодарского края [Электронный ресурс]. URL: http://dprgek.ru/content/section/376/detail/2179/. (дата обращения: 14.03.2015).

16 Исаченко, А. Г. Отечественное экологическое картографирование: первые итоги [Текст] / А. Г. Исаченко // Изв. Рус. Геогр. общества. - 1992. - т.124. - вып. 5. - С. 418-427.

17 Колесницкий, Н. Ф. История средних веков [Текст] / Н. Ф. Колесницкий // Т. 2. - М., 1952. - 237 с.

18 Костюк, Ю. Л. Комплексное экологическое картографирование [Текст] / Ю. Л. Костюк. - М. : Изд-во МГУ. - 1997. - 147 с.

19 Космачев, К. П. Проблемы экспертно-географического районирования [Текст] / К. П. Космачев // География и природные ресурсы. - 1987. - №1. - С. 18-25.

20 Кошкарев, А. В. Региональные геоинформационные системы [Текст] / А. В. Кошкарев, В. П. Каракин. - М. : Наука, 1987. - 126 с.

21 Краковский, А. И. Методологические проблемы статистики городской окружающей среды [Текст] / А. И. Краковский, С. П. Мукасьян, Г. И. Романова // Вестник статистики. - 1980. - № 12.

22 Крейдин, Э. М. Метод комплексной оценки качества окружающей среды при разработке архитектурно-пространственной композиции жилой застройки [Текст] / Э. М. Крейдин // «Сб. науч. тр. ЦНИИП градостроительства». - 1981. - № 4.

23 Машкин, Н. Л. История древнего Рима [Текст] / Н. Л. Машкин. - М., 1949. - 736 с.

24 Нарсеев, В. А. Геохимическая оценка окружающей среды города Сумгаита на основе факторного анализа [Текст] / В. А. Нарсеев // Биологические науки. - 1989. - № 9.

25 Недвижимость Краснодара и Краснодарского края [Электронный ресурс]. URL: http://www.kubanmakler.ru/kvartira/kvartiri-krasnodara.htm. (дата обращения: 04.06.2015)

26 Окружающая среда крупного города. Социально-экономические аспекты. [Текст] - Ленинград : Изд-во «Наука», 1988. - 112 с.

27 Отчёт экспедиции НСО кафедры социально-экономической географии зарубежных стран географического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова «Исследование фактической и когнитивной транспортной доступности районов города (на примере г. Витебск)». [Текст] - Москва, 2013.

28 Официальный интернет-портал Администрации Муниципального Образования город Краснодар и Городской Думы Краснодара [Электронный ресурс]. URL: http://krd.ru/. (дата обращения: 29.03.2015).

29 Плейман, Е. Е. Районная планировка. [Текст] / Е. Е. Плейман - М. : Стройиздат, 1986.

30 Реймерс, Н. Ф. Словарь терминов и понятий, связанных с охраной живой природы [Текст] / Н. Ф. Реймерс, А. В. Яблоков. - М.: Наука, 1982.

31 Рукавишников, В. О. Население города / В. О. Рукавишников - М. : Статистика, 1980.

32 Руководство по составлению раздела «Охрана природы и улучшение окружающей среды градостроительными средствами в проектах планировки и застройки городов, поселков и сельских населенных пунктов». - М. : Стройиздат, 1982.

33 Сверлова, Л. И. Научные основы современного подхода к оценке уровня загрязнения атмосферного воздуха городов [Текст] / Л. И. Сверлова // Успехи современного естествознания. - 2009. - № 7. - С. 20-22.

34 Смирнов, Л. Е. Геоэкологическое картографирование [Текст] / Л. Е. Смирнов // Основы геоэкологии. - СПб, - 1994, - С. 55-76.

35 Стурман, В. И. Основы экологического картографирования [Текст] / В. И. Стурман. - Ижевск, - 1995, - 220 с.

36 Тикунов, B. C. Устойчивое развитие территории: картографо-геоинформационное обеспечение [Текст] / Тикунов В. С., Д. А. Цапук. - Москва - Смоленск : Изд-во СГУ, 1999. - 176 с.

37 Трифонова, Т.А. Оценка комфортности проживания населения на территории региона с применением современных ГИС-технологий [Текст] / Т. А. Трифонова, И. Е. Салякин, А. Н. Краснощеков // Экологические системы и приборы - 2009. - №8. - С. 34-39.

38 Уайт, Э. Экологические подходы к изучению городских систем: ретроспективный анализ и перспективы развития [Текст] / Э. Уайт // Природа и ресурсы. - 1985. - 21, № 1.

39 Файловый архив для студентов [Электронный ресурс]. URL:

http://www.studfiles.ru/. (дата обращения: 09.01.2015).

40 Черкашин, А. К. Геоинформационная система управления территорией [Текст] / А. К. Черкашин, А. Д. Китов, И. В. Бычков и др. - Иркутск : Издательство Института географии СО РАН, 2002. - 151 с.

41 Чумаченко, А.Н. Эколого-географическое картографирование городов [Текст] / А. Н. Чумаченко. - Автореф. дис. на соиск. уч. степ. док. геогр. наук. - МГУ, Москва, 2001. - 37 с.

42 Шаблий, О. И. Научно-методические основы разработки целевой комплексной программы решения территориальных экономико-экологических проблем. Роль географической науки в разработке и реализации комплексных программ [Текст] / О. И. Шаблий, М. З. Мальский. - М. : ГО СССР, 1985.

43 Экологическое образование [Электронный ресурс]. URL:

http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=418. (дата обращения: 07.06.2015).

44 Яницкий, О. Н. Экология города. Зарубежные междисциплинарные концепции [Текст] / О. Н. Яницкий. - М. : Наука, 1984. - 240 с.

45 Kayastha, S. L. An appraisal of urban, environment and suggestions for improvement of Kanpur region: a case study « Problems of the environment in urbanized regions» [Текст] / S. L. Kayastha, V. K. Kumra. - Moscow : Nauka Publishers, 1984.

46 Lo, C. P. The evolution of the ecological of Hong Kong: implications for planning and future development [Текст] / C. P. Lo // « Urban geography». - 1986. - 7. - № 4.

47 Park, H. Variations in the urban heat island intensity affected by geographical environments. Environmental Research Center Papers, №11 [Текст] / H. Park. - Ibaraki: The University of Tsukuba, 1987.

48 Whyte, A. Guidelines for field studies in environmental perception. MAB Technical Notes, №5 [Текст] / А. Whyte. - Paris : UNESCO, 1977.