Оцінка антропогенного навантаження на урбосистему за допомогою сучасних комп’ютерних технологій

В питаннях збільшення кількості зелених насаджень у міських районах, екологи завжди оперували аргументами про користь парків та інших зелених насаджень. Ці аргументи залишаються практично незмінними на протязі останнього століття: парки мають величезне значення для здоров’я міських мешканців; парки допомагають соціалізувати міських громадян; парки забезпечують екологічну складову міського регіону. Технологія вимірювання значно покращилася за останні сто років та зараз практично неможливо оперувати поняттями збалансованого розвитку без відповідного комп’ютерного аналізу [2].
Програма CITYgreen позиціонується нами як інструмент для розробки менеджмент-планів та муніципальних планів дій стосовно проектування міських зелених насаджень.
Можливості та обмеження програми CITYGREEN
CITYgreen являє собою набір моделей, які розраховують економічні переваги використання дерев і зеленої забудівлі на основі географічного аналізу району дослідження. Є п’ять окремих моделей (очистка забруднення повітря, зв’язування/зберігання вуглецю, зливові стоки, збереження енергії, тепловий режим даху) і одна база даних, що використовується для оцінки низьких та високих коефіцієнтів дикої природи [1]. В цьому огляді ми зупинились на перших троьох моделях та їх особливостях.
Очистка забруднення повітря
Ця модель складається з двох частин: оцінка концентрації забруднення повітря в районі дослідження і розрахунок швидкості видалення забруднень обсягу видаленого забруднення. Видалене забруднення обчислюється шляхом множення швидкості осадження на площу поверхні листя і кількість часу, на протязі якого листя піддаються забруднення. Забруднюючий потік (г/см2/сек.) дорівнює обсягу забруднення і його концентрації. Концентрація забруднюючих речовин є базою для розрахунків видалення. Екстраполяція забруднювачів на всі дерева потребує від аналітика оцінки площі поверхні листа. Польові вимірювання, як діаметр пологу та його висота (це значно відрізняється від висоти дерева, яке включає частку стовбура, не вкритого листям) повинні бути використані для оцінки площі поверхні листя.
Програма CITYgreen також використовує площу пологу в якості прогнозованої площі листа. Це передбачає оцінку середньої площі листя відносно площі пологу, ігноруючи варіації висот пологів, видового складу дерев, та інших факторів. Більш точна оцінка може бути отримана при використанні висоти пологу та його діаметру, що потребує додаткового виміру для заповнення бази даних CITYgreen.
По-третє, CITYgreen насправді не включає потокові моделі забруднення, а примножує квадратні метрів полога на довідкову постійну величину. Отримані оцінки залежить від якості попередніх емпіричних вимірювань. Це довідкова таблиця повинна (в ідеалі) оновлюватися по мірі змін концентрацій забруднення в досліджуваних містах та має бути модифікована, щоб включити більш точну оцінку площі листа.
Поглинання і зберігання вуглецю
CITYgreen моделює швидкість, з якою дерева видаляють оксид вуглецю з атмосфери в процесі фотосинтезу та загальну кількість вуглецю, що поглинається деревами на протязі часу (зберігання). Цей модуль працює на дуже загальних підставах шляхом класифікації дерев на ділянці, як молоді, літні, або дерева зі збалансованим розподілом [3].
Ця класифікація проводиться на основі середнього діаметру дерев. Кожна класифікація пов’язана з двома множниками (один використовується для розрахунків зберігання вуглецю, другий - для поглинання), які в поєднанні з розміром ділянки та площі пологу дають можливість отримати якісні оцінки поглинання та зберігання вуглецю. Розрахунки програми CITYgreen може подекуди привести до цікавих результатів, тому що, якщо загальний розподіл віку дерев зміщається і бік молодих через посадку молодих дерев, то оцінка запасів вуглецю для всієї ділянки може зменшуватися, що фізично неможливо: при збільшенні біомаси посаджених дерев можна спостерігати тільки накопичення вуглецю. Це свідчить про досить відносну оцінку всього, що стосуєтьсь накопичення вуглецю в екосистемах.
В програмі також існує альтернативний підхід, крім даних щодо діаметру. Оскільки дані стосовно виду і діаметру кожного дерева збирають для моделі CITYgreen, то дані щодо зберігання вуглецю можуть бути розраховані для кожного виду дерева. Цей процес включає в себе розрахунок біомаси з використанням алометрічного рівняння. Прогнозована біомаса може бути зменшена для обліку в умовах обмеженого зростання в містах. Оцінки зеленої біомаси можуть бути перетворені в суху біомасу та дані щодо надземної біомаси можуть бути екстрапольовано на всю площу дерева. Повний обсяг поглиненого вуглецю можна розрахувати шляхом множення сухої біомаси на 0,45 [5]. Розрахунок видалення вуглеці з атмосфери може бути виконаний з використанням відповідних індексів зростання для видів дерев.
Цей повидовий метод потребує створення бази даних алометрічних рівнянь для всіх видів дерев в базі CITYgreen, на додаток до генералізованих моделей, для яких немає алометрічного рівняння. Тим не менш, це дозволило б уникнути суперечливі результати, передбачені чинною методологією програми CITYgreen. Темпи зростання також необхідно доповнити і узагальнити, хоча для багатьох провідних видів дерев ці величини вже отримані. Включення цієї методології в програму CITYgreen потребує значних зусиль, але це забезпечить більш точний інструмент для користувача. Невеликий недолік – це збільшення часу, необхідного для розрахунку модуля результатів. Якщо програма CITYgreen буде використовуватися для розрахунків по зберіганню вуглецю для забезпечення схем торгівлі квотами на викиди, така модернізація буде мати важливе значення.
Зливові стоки
Модуль зливових стоків програми CITYgreen є модифікацією TR-55, що широко використовується західними муніципальними гідрологами [7]. Він обчислює кількість стоків, які базуються на основі обсягу опадів та часу руху стоків через досліджувані області. Ці обидві змінні залежать від ступеню урбанізації, найбільш часто інфільтрація зменшується, а час руху скорочується, що призводить до збільшення загального стоку і пікового потоку (тобто більше стоків – в більш короткий час). Результати засновані на ряду параметрів, які розраховуються для кожної гідрологічної відокремленої частини досліджуваної території.
Користувач повинен розрахувати або оцінити чотири параметри: відсоток схилу, гідрологічну групу ґрунтів, розподіл опадів та інтенсивність опадів (для 2-річного або 24-годинного циклу) для району дослідження. Після того як ці значення визначені, вони вводяться до відповідного діалогового вікна та відповідні номери (CN, коефіцієнти кривих) визначаються для кожного з основних видів покриття в районі дослідження. Ці CN показують, яка частина від загальної кількість опадів стає прямим стоком і коливаються в межах від 0 до 100. Наприклад, тротуар має більш високе значення, ніж трави. CN значно варіюється залежно від типу ґрунту. Це припущення є базовим для будь-якого конкретного використання землі. Наприклад, газон може мати індекс, що варіюється від 39 на піщаному ґрунті і 80 на глині. CN також використовується для розрахунку кількості води, який може бути збережений ландшафтом після початку стоку, і кількість води, яка зберігається до початку стоку (наприклад, через депресії рельєфу, рослинність, через інфільтрацію та випаровування).
Є чотири головні проблеми, з якими стикаються користувачі в цьому модулі. Можливо, самим важливим аспектом CITYgreen є перекриття даних Реальні дерева, чагарники, трави і будівлі перекриваються на горизонтальній площині, але вони також розділені й у вертикальній площині. Проблема в тому, що зливовий модуль поки не працює належним чином з перекриттям поверхонь. Для отримання коректних результатів від зливових розрахунків, покриття повинні бути розміщенні так, щоб тільки одне покриття існувало в будь-який даний момент в досліджуваної території для CITYgreen.
Додаткові проблеми можуть виникнути у зв’язку з труднощами виявлення ґрунтових умов в міському районі. Реальні умови можуть змінюватись в широких межах: від наведених в узагальнених картах до ситуацій, коли ґрунти зазнали суттєвого ущільнення та інші форми порушення.
Ще одна потенційна проблема з модулем CITYgreen – він не може передбачити деякі додаткові мінливості, які можуть виникнути через просторове розташування різних типів покриття в досліджуваній області. TR-55 методологія припускає, що асфальтовій площі (вулиці, тротуари, дахи і т.д.) безпосередньо пов’язані з дренажною системою. Модуль CITYgreen робить те ж саме припущення, а також обмежує можливість використання користувачеві тільки одного значення для кожного з опадів і параметрів ґрунту, коли останній, зокрема, може істотно варіювати в межах досліджуваної території міста.
В більшості, аналізи CITYgreen показують, що економічне зменшення зливових стоків приблизно складає

95 % від економічних вигод від озеленення [6]. Хоча в нас немає сумнівів щодо правильності цього результату, кілька факторів дозволяють припустити, що це може бути штучно завищено. По-перше, вартість використання зливової системи не може бути зменшена навіть при істотній площі листового покриття дерев, або через те, що зливова система вже існує, або стоки відбуваються в період, коли дерева не мають значного листового покриву. Це може мати значний вплив для міст з величезним стоком від танення снігів, коли дерева мають невеликий ефект.
По-друге, економічна цінність інших "цінностей природи", таких як зниження забруднення атмосферного повітря, може бути недооцінена. На нашу думку, сучасні методи ринкової оцінки не включають в себе витрати на здоров’я людини або навколишнє середовище. Економічна вартість для промисловості, щоб видалити тонни забруднення (їх екологічна ринкова вартість) може бути набагато менше, ніж економічний ефект від видалення забруднення для здоров’я людини.
ВИСНОВКИ
CITYgreen є вагомим інструментом втілення планів з розвитку міської зеленої інфраструктури. Програма має можливість оперувати значною кількістю даних, які дозволяють аналізувати "природні цінності» в міських та приміських ландшафтах.
Незважаючи на очевидні переваги, програма CITYgreen містить низку важливих обмежень. Програма краще підходить для аналізу приміських, аніж центральних міських територіях з великою щільністю. Програма доводить переваги збереження рослинного покриву, але краще підходить для оцінки приміської забудови (моделі резиденції однієї родини з нещодавно посадженими деревами та газоном).
Модель росту дерев добре працює на молодих деревах, але дані для зрілих дерев потребують уточнення та ревізії. Проте. не визиває сумнівів застосування CITYgreen для ілюстрації переваги деревого покриття у нових забудовах.
Хоча CITYgreen не являється апробованим науковим інструментом, існують певні можливості для його поліпшення – в нього не включені найкращі наявні методи оцінки зменшення забруднення повітря, зберігання й поглинання вуглецю. Для оцінки видалення забруднення повітря, припущення, зроблені відповідно до вимог програми, може призвести до 50 % зниження фактичного обсягу забруднюючих речовин, а це поки ставить під певні сумніви визначення того, чи є дана програма економічно доцільною.

Список літератури

  1. American Forests, 2000. CITYgreen 4.0 User Manual. Washington, DC: American Forests.
  2. Costanza, R., D’arge, R., De Groot, S., Farber, M., Grasson, B., Hannon, K., Limburg, S., Naeem, R., O’Neill, V., and Paruelo, J., 1997. The value of the world’s ecosystem services and natural capital. Nature, Vol. 387, 253-260.
  3. Fernandez-Juricic, E., 2000. Avifaunal use of wooded streets in an urban landscape. Conservation Biology, Vol. 14, 513-521.
  4. Lang, J. T., 1998. Benefits from urban forestry. The Military Engineer, Vol., 33-34.
  5. Miller, L., 1995. GIS branches into urban forestry. American City & County, Vol. 110, 35.
  6. Rowntree, R. A. and Nowak, D. J., 1991. Quantifying the role of urban forests in removing atmospheric carbon dioxide. Journal of Arboriculture, Vol. 17, 269-275.
  7. Soil Conservation Service, 1986. Urban Hydrology for Small Watersheds, Technical Release 55. Washington, DC: United States Department of Agriculture.

Оцінка антропогенного навантаження на урбосистему за допомогою сучасних комп’ютерних технологій [Електронний ресурс] / Мацюра М.В., Жданова Д.В., Мацюра О.В.   // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/ocinka-antropogennogo-navantazhennya-na-urbosystemu-za-dopomogoyu-suchasnyh-kompyuternyh

Оцінка: 
0
No votes yet