О типологии городских макрорайонов в мегаполисах

Крупные города являются основными эмитентами парниковых газов. В условиях усиливающейся тревоги по поводу климатических изменений в мире активно разрабатываются программы декарбонизации. В процессе внедрения этих программ возникает необходимость в инструменте для оценки фактической эффективности принимаемых мероприятий.

Основным критерием эффективности углеродных программ является снижение выбросов и поглощение парниковых газов. Изучая существующие наиболее перспективные инструменты мониторинга потоков парниковых газов в России, сложно не заметить тот инструмент, который с 2021 года активно продвигается Минобрнауки – карбоновые полигоны. Они представляют собой некоторые области, в которых осуществляется контроль эмиссии и депонирования парниковых газов, а также проводится ряд исследований для апробации новых методов в этой области.

Все полигоны конфигурируются в рамках пилотного проекта, в реализацию которого входит создание 24 полигонов в 13 регионах страны. На данный момент на территории РФ запущено 18 полигонов площадью более 39 тысяч гектаров.

Рисунок 1 – Карта карбоновых полигонов России

Исследования, проводимые на этих территориях, сосредотачиваются на зеленых зонах, которые в большинстве случаев остаются неподверженными значительному антропогенному воздействию. Этот фокус оправдан, учитывая, что в России располагается значительная часть мировых лесных массивов.

Однако, несмотря на важность изучения природных экосистем, не следует упускать из виду проблемы, связанные с воздействием человеческой деятельностью в промышленных и городских средах.

Разрешить данную ситуацию можно созданием базы промышленных полигонов – аналогов карбоновых для городских условий, ориентированных на мониторинг, изучение и анализ взаимосвязей выбросов и поглощения парниковых газов в городской среде. Другими словами, это инструмент контроля экологического метаболизма города и эффективное средство для оценки реализации различных экологических стратегий.

Переходя к Москве, необходимо сказать, что за последние 15-20 лет ситуация в городе изменилась кардинально. Город выделяет большие средства на природоохранные мероприятия, модернизируется топливно-энергетический комплекс, проводится озеленение территорий и много других решений. При всем этом объективная информация о выбросах парниковых газов доступна далеко не всем. Существует множество оценок, в том числе и зарубежных, о том что эта цифра достигает 120-140 млн т CO2-экв. в год в Москве, хотя на самом деле ситуация обстоит гораздо лучше – всего 58 млн т, что известно из заказанных правительством Москвы исследований.

Идея промышленных полигонов предполагает создание центров мониторинга парникового эффекта внутри города. Можно развернуть сеть наблюдательных станций по всей Москве, но насколько это экономически целесообразно? Сама мысль о получении информации со всех уголков города является довольно заманчивой, но неосуществимой. При этом отслеживание потоков парниковых газов лишь в 2-3 точках города является неэффективным. Итого, не впадая в крайности, необходимо подсчитать минимальное число промышленных полигонов, позволящих дать объективную оценку ситуации в мегаполисе.

На помощь при решении данного вопроса приходит метод кластеризации – можно вывести типологию районов города на основании некоторых параметров и сконфигурировать, как минимум, по одному промышленному полигону для каждого типа района. Метод кластеризации позволяет решить задачу по сбору и комплексному анализу экологических характеристик каждого макрорайона, выделенного в соответствии с типологией, а также выявить особенности, которые могут оказывать влияние на уровень экологической устойчивости и качество жизни в каждом из них.

В качестве примера можно взять область города Москва внутри МКАД без учета ТиНАО площадью 876 км2. Для выведения типологии необходимо иметь достоверные данные о каждом районе города, и среди существующих решений выделяется работа организации EcoStandard – экологическая карта, которую можно взять за основу.

Рисунок 2 – Москва, представленная 107 районами

Собрав параметры по 107 районам, заложенным в эту карту, а именно – плотность населения, площадь зеленых насаждений, загруженность шоссе и влияние промзон – удалось составить экологический рейтинг районов – номера районов на карте соответствуют их позициям в рейтинге. После этого на основе анализа пространственных соотношений ключевых типов городских территорий (жилье, промзоны, зеленые насаждения) была выведена общая типология районов (рис.1).

Конфигурация полигонов на основе подобной типологии предоставит возможность в местах с промзонами явно контролировать снижение выбросов при внедрении новых технологий, в районах с высокой плотностью жилья отслеживать повышение поглотительной способности, ну и наконец в зеленых районах – контролировать поддержание и улучшение этих процессов (таблица 1).

Рисунок 3 – Типология районов Москвы по 107 районам

Таблица 1 – Ведущие процессы в различных типах районов

Анализ данной типологии дает понять, что рассматривать 107 районов только внутри МКАД, даже без учета ТиНАО, не является целесообразным ввиду сходства многих районов, либо же из-за их малой площади. Соответственно, необходимо существенно укрупнить первоначальную разбивку города по районам, интегрировав типологически похожие районы соседние районы в макрообразования.

Рисунок 4 – Территория Москвы, представленная 46 макро-районами

Новая карта, представляющая город в виде 46 макро-районов (кластеров), разделяет мегаполис по таким границам, как крупные транспортные магистрали, водные объекты, предприятия и границы некоторых крупных зеленых массивов. Другими словами – деление проведено на экосистемном уровне. После пересчета всех параметров районов была выведена новая типология, включающая в себя вышеупомянутые 6 типов.

Номера районов на карте соответствуют положению каждого из них в экологическом рейтинге, где районы 1 и 2, включающие в себя соответственно Измайлово и Строгино, являются наиболее экологичными, а район 46, на территории которого находится Капотня – наименее привлекателен с этой точки зрения.

По количеству типовых районов, ожидаемо, преобладает жилье – 29 из 46 районов с общей площадью 559 км2. 11 районов могут похвастаться обилием зелени, площадь всех подобных районов составляет 210 км2. Оставшиеся же 6 районов представлены промзонами, граничащими с жилыми массивами, в состав которых входят Печатники, Люблино, Марьино, Южнопортовый, Нижегородский и другие.

Таким образом, для понимания ключевых проблем системно-экологического характера в мегаполисе внутри МКАД, требуется создать как минимум по одному промышленному полигону для каждого типа районов, то есть, 6 полигонов.

$C:\Users\SONY\Downloads\Рис.5.jpg$

Рисунок 5 – Типология районов Москвы по 46 макро-районам

При конфигурации промышленных полигонов необходимо собирать информацию по статическим показателям района, и производить замеры динамических параметров. Нахождение корреляций между динамикой выбросов и поглощения парниковых газов и этими параметрами предоставит нам наилучшее понимание об этих явлениях, как в краткосрочной, так и долгосрочной перспективе.

Таблица 2 – Показатели для исследований на полигонах

Таким образом, можно сделать несколько выводов:

Применение кластерного подхода становится необходимостью в связи с масштабом и многообразием Москвы, представляющей собой огромный город. Различные районы города обладают разнообразными социально-экологическими характеристиками и уникальными особенностями, что делает использование кластеризации не только целесообразным, но и необходимым для более глубокого понимания его разносторонности;
Подход к кластеризации города, основанный на делении Москвы на 107 административно-территориальных районов внутри МКАД, оказывается неэффективным для оценки обстановки в городе. Этот метод характеризуется слишком мелким разбиением города на небольшие участки и значительной трудоемкостью обработки такого объема данных, что снижает его применимость для целей детального анализа ситуации в городской среде;
Найден оптимальный вариант кластеризации города Москва внутри МКАД путем укрупнения изначальных 107 районов до 46, площадь которых варьируется от 6,1 до 57,2 км². Созданная типология районов города представлена шестью различными типовыми кластерами: 4 района с балансом между жилыми и зелеными зонами; 3 района с балансом между жилыми и промышленными зонами; 5 районов с преобладанием зеленых зон; 29 районов с преобладанием жилых зон; и 3 района с преобладанием промышленных зон;
Реализация городских промышленных полигонов в каждом районе города сталкивается с финансовой неоправданностью из-за высоких издержек на их конфигурацию, установку оборудования, обслуживание и управление. Поэтому более эффективным решением представляется создание 6-9 полигонов, распределенных в типовых кластерах. Такой подход не только значительно сократит расходы, но также обеспечит формирование достоверной, объективной и базы данных по воздействию на окружающую среду в городе.

Даниил АРХИПОВ