Автореферат диссертации (Методологические основы восстановления нарушенных территорий для градостроительства)

На правах рукописиОЛЕНЬКОВ ВАЛЕНТИН ДАНИЛОВИЧМЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙДЛЯ ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВА05.23.22 –Градостроительство,планировка сельских населенных пунктовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукЧелябинск – 2019Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)».Научный консультант:доктор технических наук, доцентШукуров Илхомжон СадриевичОфициальные оппоненты:Большаков Андрей Геннадьевичдоктор архитектуры, профессор, ФГБОУ ВО«Иркутский национальный исследовательскийтехнический университет», заведующий кафедрой архитектурного проектированияБеспалов Вадим Игоревичдоктор технических наук, профессор, ФГБОУВО «Донской государственный техническийуниверситет», заведующий кафедрой «Инженерная защита окружающей среды»Экзарьян Владимир Нишановичдоктор геолого-минералогических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Российский государственный геологоразведочный университет имениСерго Орджоникидзе», заведующий кафедрой«Экология и природопользование»Ведущая организация:ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» (ТулГУ)Защита состоится 18 июня 2019 года в 11-00 (по местному времени) на заседаниидиссертационного совета Д 212.138.09, созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г.

Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 9 студия «Открытаясеть».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» www.mgsu.ru.Автореферат разослан «_____» _____ 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного советаЛяпин Антон Валерьевич2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Диссертация посвящена актуальной градостроительной проблеме восстановления и использования нарушенных территорий. Территория — одно из главных богатств любого народа. Ее ценность возрастает все более, поскольку она невоссоздаваема, а рост производительных сил, населения, строительство городов во всем мире продолжает идти высокими темпами.Современный высокий уровень научно-технического прогресса, жилищногражданского строительства, добычи полезных ископаемых и сокращение в связис этим баланса земельных угодий и рекреационных ресурсов при неуклонном подъеме спроса на загородный отдых населения больших городов и необходимости решения природоохранных задач делают все более актуальным вопросы рационального преобразования и использования нарушенных территорий.

В условиях советского развития в 1961-1970 гг. застроенная территория городов увеличилась почтина 30% главным образом за счет отчуждения сельскохозяйственных земель. В современных условиях расширение городской территории только за счет сельскохозяйственных земель становится невозможным.Поэтому одним из основных путей сокращения территорий, отчуждаемых подзастройку является их рациональное использование. В результате градостроительной политики в советский период удельный вес территорий, не используемых длягородских целей, в современных границах городских поселений составлял около50 %.

В разряд неудобных входят и нарушенные территории, не только не пригодные для хозяйственной деятельности человека (в том виде, в котором они существуют), но и оказывающие отрицательное воздействие на его жизнедеятельность.Массированные нарушения территорий происходят в результате открытой добычи полезных ископаемых, сопровождающейся устройством различного рода карьерных выемок, насыпей, отсыпкой отвалов. Открытая разработка в начале1970-х гг. обеспечивала добычу 70% руд, 30% угля, 60% химического сырья, 100%природных строительных материалов.Большие территории занимают отходы энергетических, горнорудных, химических, металлургических предприятий. Свалки, полигоны, хвостохранилища могут занимать значительные территории и содержать до нескольких млрд.

м3 отходов. Современная ТЭЦ, например, требует под золоотвалы 1000-1200 га; шлаковыеотвалы на металлургических заводах проектируются из расчета 10 т на 1 м2 и могутзанимать также больше тысячи гектаров.Актуальность проблемы, народнохозяйственная и природоохранная значимость восстановления нарушенных территорий, обусловленная как величиной суммарной площади, так и концентрацией их в густонаселенных и благоприятных дляземледелия районах страны, вытекает из градостроительных требований.До недавнего времени проблемой рекультивации земель занималось значительное количество научно-исследовательских организаций различных министерств и ведомств.

Подавляющее число научных исследований было связано ссельскохозяйственным и лесохозяйственным направлением рекультивации земель.Несколько меньший объем занимали исследования, посвященные водохозяйственному, рыбохозяйственному направлениям. Лишь относительно небольшое число3работ было посвящено направлениям, связанным с вопросами градостроительства– строительному, рекреационному, санитарно-гигиеническому.

Нормативная испециальная литература по восстановлению нарушенных территорий не в полноймере раскрывает возможности поливариантного использования таких территорий,не решает вопрос выбора использования нарушенных территорий.Степень разработанности темы исследования. Проблема восстановленияи использования нарушенных территорий как часть общей проблемы природообусловленного развития территорий изучена в нашей стране недостаточно. Большоеколичество публикаций и исследований посвящено общим вопросам развития городов, решению задач экологии. Существенный вклад в решение обозначеннойвыше проблемы внесли такие ученые как Э.Геккель, В.И.Вернадский, В.И.Данилов-Данильян, Б.Коммонер, Н.Н.Моисеев, Ю.Одум, Н.Ф.Реймерс, А.Н.Тетиор,К.Уоллворк, А.В.Яблоков и др.Эколого-градостроительные аспекты представлены в трудах таких ученых какЮ.В.Алексеев, Е.А.Ахмедова, В.Р.Битюкова, А.Г.Большаков, Ю.П.Бочаров,В.В.Владимиров, А.Гиясов, А.Ю.Даванков, Ю.В.Игнатьев, В.Ф.Касьянов, В.А.Колясников, И.В.Лазарева, И.Г.Лежава, Г.А.Малоян, Е.Н.Перцик, В.М.Пивкин,Б.М.Полуй, Б.Б.Прохоров, В.Ф.Сидоренко, И.М.Смоляр, С.Б.Чистякова, С.Г.Шеина, И.С.Шукуров, Е.В.Щербина, И.Н.Яковлев, З.Н.Яргина и др.Архитектурно-планировочные аспекты в своих работах решали: Н.П.Абесинова, В.В.Баулина, Ю.А.Бондарь, А.П.Вергунов, Г.М.Гаврилов, А.В.Горохов,И.В.Гриманова, М.Н.Дивакова, Н.П.Ждахина, А.В.Калабин, Питер Кук, К.В.Лазарев, В.Г.Маевская, В.А.Пак, Д.О.Саймондс, Питер Эйземан, и другие.Проблемы рекультивации нарушенных земель исследовали: Ю.М.Васильков,Н.Ф.Горлов, М.П.Гришаев, Е.П.Дороненко, Л.П.Капелькина, Б.П.Колесников,А.П.Красавин, Е.Г.Линькова, Л.В.Моторина, Т.Б.Минакова, С.И.Носов, В.А.Овчинников, Г.М.Пикалова, С.С.Трофимов, Т.П.Федосеева, В.Н.Экзарьян, и др.Вопросы аэрации, аэродинамики и ветрового режима рассматривались в работах В.И.Беспалова, В.В.Балакина, М.Е.Берлянда, С.М.Горлина, В.А.Гутникова,В.И.Ефимова, М.В.Завариной, И.М.Зражевского, Н.М.

Качурина, Л.А.Кратцера,Г.Е.Ланцберга, Х.Леттау, И.К.Лифанова, В.К.Лицкевича, А.М.Монина, Э.И.Реттера, Е.Н. Романовой, Ф.Л.Серебровского, А.В.Сетухи, Э.Симиу, Р.Сканлана,Р.С.Скорера, А.С.Скотченко, Г.Шлихтинга, А.М.Яглома и др. Однако вопросыаэрации нарушенных территорий рассмотрены только как часть проблемы, касающейся аэрологии карьеров (Н.З.Битколов, В.А.Михайлов В.С.Никитин, К.З.Ушаков, и др.).Изучение фундаментальных трудов отечественных и зарубежных ученых показало, что комплексной научной работы, выполненной на стыке наук градостроительства, горного дела и экологии, до сих пор не проводилось.

Необходимость исследования по этой теме подтверждается Градостроительной доктриной Российской Федерации, принятой в 2014 году.Анализ различных подходов к восстановлению нарушенных территорийи оздоровлению городской среды, представленных в этих и других работах, позволил выявить ряд неблагоприятных факторов и процессов природного4и техногенного характера, ранее не учитываемых в градостроительном проектировании.

Проведенный анализ определил направления методологии исследованиявосстановления и использования нарушенных территорий.Научная гипотеза заключается в том, что эффективное восстановление и использование нарушенных территорий в градостроительстве возможно только привсестороннем учете аэрационного режима.Объект исследования – нарушенные территории городов как совокупностькарьерно-отвальных комплексов горнодобывающей и горно-перерабатывающейпромышленности и предприятий энергетики.Предметом исследования являются закономерности, позволяющие разработать основы восстановления и использования нарушенных территорий, а также закономерности обтекания воздушным потоком техногенных форм рельефа нарушенных территорий, позволяющие сформулировать основы градостроительногоиспользования нарушенных территорий с учетом аэрационного режима.Цель исследования. Научное обоснование и разработка методологическихоснов восстановления и использования нарушенных территорий для градостроительства с учетом аэрационного режима.Задачи исследования: обобщить и систематизировать состояние проблемы градостроительногопользования нарушенных территорий на основе отечественного и зарубежного опыта.

Обосновать научную новизну исследования, выполнить постановку задач и определить методы исследования; разработать типологию нарушенных территорий, определяющую выборнаправлений дальнейшего их использования после восстановления; выявить влияние техногенного рельефа на аэрационный режим нарушенныхи прилегающих территорий, изучить закономерности процесса обтеканиявоздушным потоком техногенных форм рельефа нарушенных территорий; разработать принципы восстановления и использования нарушенных территорий с учетом аэрационного режима; разработать методологию градостроительного анализа нарушенных территорий с определением главных направлений их использования; разработать основные положения восстановления нарушенных территорий сучетом аэрационного режима; апробировать теоретические разработки на примере нарушенных территорийЧелябинской агломерации; разработать рекомендации по градостроительному использованию нарушенных территорий.Методология и методы исследования: анализ и обобщение литературных источников, научных публикаций, интернет-ресурсов, нормативных документов и стандартов, результатов научноисследовательских работ, опубликованных в открытой печати, по теме диссертации;5 методология районной планировки и градостроительства; системный анализ, комплексный подход к решению научно-методологических, теоретических и экспериментальных задач, методы математическойстатистики; экспериментальные исследования процесса обтекания воздушным потокомтехногенных форм рельефа в аэродинамической трубе методом моделирования на основе теории подобия.Научная новизна исследований: Впервые научно обоснованы, разработаны и апробированы характерные параметры нарушенных территорий, влияющие на выбор направления градостроительного их освоения и обеспечивающие необходимые и достаточныеусловия для такого выбора. Впервые теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены обобщенные зависимости для расчета трансформации воздушного потока, обтекающего техногенные формы рельефа, что позволило сформировать табличные аналоги, ставшие основой для разработки методики составления картаэрационного режима нарушенных территорий. Разработана методология расчета аэрационного режима нарушенных территорий, основанная на проведенных экспериментальных исследованиях методом физического моделирования в аэродинамической трубе и полученныхзакономерностях обтекания воздушным потоком техногенного рельефа. Обоснованы главные направления градостроительного восстановления и использования нарушенных территорий и прорывные прогрессивные технологии формирования техногенного рельефа с заранее заданными геометрическими параметрами, реализация которых в горнодобывающей и перерабатывающей промышленности обеспечит значительное снижение затрат на горнотехнический этап рекультивации нарушенных земель. Разработана методика выбора направлений восстановления и использованиянарушенных территорий в градостроительных целях, отличающаяся комплексным подходом к выбору определяющих параметров этих территорий ипозволяющая выполнять экспресс-анализ возможных вариантов градостроительного освоения нарушенных территорий на предпроектной стадии территориального планирования и градостроительного проектирования, что значительно сокращает время на выбор вариантов их освоения в условиях агломерации. Предложенные рекомендации направлены на снижение уровня техногеннойнагрузки на окружающую среду, восполнение дефицита территорий для рекреации, снижение затрат на транспорт и инженерные коммуникации за счетосвоения неиспользованных ранее нарушенных территорий, что позволитснизить уровень социальной напряженности в горно-промышленных районах агломераций.6Теоретическая значимость работы состоит: в научно-обоснованных предложениях восстановления и использованиянарушенных территорий в градостроительстве; в систематизации и классификации направлений использования нарушенныхтерриторий; в установлении закономерностей обтекания воздушным потоком техногенных форм рельефа; в разработке методов и алгоритмов восстановления и использования нарушенных территорий с учетом аэрационного режима.Практическая ценность работы заключается в разработке инженерно-градостроительных основ проектирования и использования нарушенных территорий,позволяющих оптимизировать техногенный рельеф на предпроектной стадии засчет формирования техногенного рельефа с заранее заданными геометрическимипараметрами с учётом аэрационного режима.Практическая реализация разработанных в диссертационной работе положений и принципов позволяет: управлять проектированием градостроительных объектов на ранних стадияхразработки полезного ископаемого (до разработки технологических схем)с целью решения градостроительных и экологических задач; обеспечивать качественные экологические показатели восстанавливаемыхнарушенных территорий; обосновывать геометрические и другие параметры техногенного рельефа с целью минимизации затрат на восстановление нарушенных территорий; моделировать и прогнозировать изменение экологических характеристик восстанавливаемых нарушенных территорий с учетом аэрационного режима.Личный вклад соискателя состоит:в разработке теоретических положений, изложенных в диссертации;в разработке и внедрении методологии выбора направлений использованиянарушенных территорий в градостроительных целях;в разработке теоретической модели трансформации воздушного потока, обтекающего техногенные формы рельефа, и изучении закономерностей процессаобтекания на основе физических экспериментов в аэродинамической трубе, чтопозволило разработать табличные аналоги, используемые для составления картаэрационного режима нарушенных территорий;в разработке рекомендаций по выбору направлений использования нарушенных территорий в градостроительных целях с учетом аэрационного режима.Положения, выносимые на защиту: системные принципы градостроительного восстановления и использованиянарушенных территорий; теоретическая модель трансформации воздушного потока, обтекающего техногенные формы рельефа;7 обобщенные зависимости для расчета трансформации воздушного потока,обтекающего техногенные формы рельефа; классификация направлений и видов использования нарушенных территорий; методика составления карты аэрационного режима нарушенных территорий; методология выбора направлений использования нарушенных территорийв градостроительных целях; рекомендации по выбору направлений использования нарушенных территорий в градостроительных целях с учетом аэрационного режима.Степень достоверности результатов работы подтверждается использованием современных методов системного анализа, строгостью применяемых методовмоделирования и математической статистики, статистическим контролем сходимости результатов экспериментальных исследований с данными натурных исследований аэрационного режима.Реализация результатов исследования.