Особенности архитектурно-градостроительного подхода к восстановлению биоразнообразия в урбанизированной среде в условиях юга Дальнего Востока

Print PDF

П.А. Казанцев, канд. архитектуры, профессор

Департамент архитектуры и дизайна Политехнического института ДВФУ

Аннотация. В данной статье урбанизированный ландшафт рассматривается, как направленно формируемая пространственная система, характеристики которой благоприятны для восстановления природного биоразнообразия. Понимая ключевую современную задачу формирования урбанизированной среды как среды, обеспечивающей человеку экосистемные услуги в сравнимых с естественной средой обитания объемах и качестве, город следует рассматривать в том числе и как направленно формируемую пространственную систему, благоприятную для восстановления природного биоразнообразия на его территории. В этом контексте уточняется модель природного каркаса города, с учетом специфики ландшафтно-климатических условий юга Дальнего Востока. Вводится понятие городской водосборной ткани. Предлагаются приемы по архитектурно-экологической реновации городской территории.

Введение

Зарубежные коллеги при проектировании экологически устойчивой городской среды в последнее время активно используют термин «биотоп», или «биотопный город», ссылаясь на автора концепции «биотопного города – города, как природы» (Biotope City — Die Stadt als Natur) профессора Хельгу Фассбиндер (Helga Fassbinder) [9, 11].

По классическому определению, биото́п (от греч. βίος – жизнь и τόπος – место) – относительно однородный по абиотическим факторам среды – физическим (микроклимат и рельеф), и химическим (состав атмосферы, воды, почвы) – участок геопространства (суши или водоёма), занятый определённым биоценозом [8]. В урбанизированной среде городская топография, изменяя микроклимат и распределение водотоков на территории города, также является одним из ведущих абиотических факторов формирования или восстановления утраченного в урбанизированной среде биоразнообразия (Рис.1.).

Поэтому архитектурно-градостроительную организацию открытых, полуоткрытых и закрытых городских пространств следует рассматривать как тот же «орографический» фактор, взаимодействующий с векторными климатическими факторами и водной средой, и вполне подконтрольный градостроителю, архитектору или ландшафтному дизайнеру. Понимая ключевую современную задачу формирования урбанизированной среды как среды, обеспечивающей человеку экосистемные услуги в сравнимых с естественной средой обитания объемах и качестве, город следует рассматривать в том числе и как направленно формируемую пространственную систему, благоприятную для восстановления природного биоразнообразия на его территории.

Природный каркас

Традиционно понятие «природный каркас города» определяют как непрерывную планировочную систему открытых озелененных пространств и водно-болотных угодий урбанизированной территории. В данном определении топография территории поумолчанию рассматривается как исходный фактор, определяющий структуру водной и зеленой подсистем природного каркаса [5]. С учетом ландшафтно-климатических особенностей южного побережья Дальнего Востока, исторических особенностей и последовательности формирования застройки прибрежных городов в условиях мелкосопочного рельефа понятие природного каркаса применительно к целям экологической реновации городской территории в региональном контексте требует уточнения. Наиболее полно ландшафтным особенностям прибрежных городов юга Дальнего Востока будет отвечать модель природного каркаса, включающая в себя три подсистемы: вершины и водоразделы сопок; тальвеги и низины с сетью рек и ручьев; литоральную зону морского побережья, включая не только сухопутную часть, но и приливную зону и мелководья прибрежной морской акватории (Рис.2.).

Характеристики водотоков на территории города и, соответственно, качество городских зеленых систем, будет определять городская водосборная ткань, а именно степень ее проницаемости (пористости) для атмосферных осадков (дожди, морские туманы) и талых вод.

Рассматривая водную подсистему природного каркаса, в первую очередь следует разделять литоральную зону морского побережья города, и сеть пресноводных водотоков – речек и ручьев, следующую тальвегам и низинам мелкосопочного ландшафта. Утраченные водотоки – городские ручьи и притоки рек, замещенные улично-дорожной сетью, – продолжают выполнять функцию поверхностных водотоков и в условиях экологической реновации урбанизированной территории должны рассматриваться как часть водного каркаса города. Водосборная городская ткань, как территория массовой застройки равнинных участков и склонов, определяющая характеристики водосбора городских ручьев и рек, должнабыть дифференцирована по признаку сезонного влияния векторных климатических факторов – ветра и солнечной радиации – на режим осадков и увлажнения поверхности со сложным рельефом. Сезонное влияние ветра и солнечной радиации на гидрологический режим территорий со сложным рельефом также должно быть учтено в процессе последующей реновации, при выборе пространственных характеристик городской застройки, восстанавливающих ее естественный гидрологический режим.

Вершины и водоразделы сопок

Вершины и водоразделы городских сопок, покрытые существующими лесами, или благоприятные для их восстановления, следует рассматривать как самостоятельную часть открытых зеленых пространств природного каркаса города. Такая трактовка важной роли озелененных вершин и водоразделов в формировании комфортной среды в условиях муссонного климата Восточной Азии не нова и имеет историю более 5000 – 6000 лет [8]. В древнекитайской градостроительной практике большое внимание уделялось наличию и сохранению лесов, покрывающих водоразделы ближайших к поселению сопок. И в этом был глубокий смысл: леса на сопках с севера укрывали постройки от студеных зимних континентальных ветров, с юго-востока – от сырых и холодных морских ветров начала лета.

Лишенные леса сопки гораздо хуже держат ветра и не могут стабилизировать водный баланс низин в период муссонных дождей или межсезонной засухи [13] (Рис.3.).

До недавнего времени – примерно до начала 60-х годов ХХ в. – вершины и водоразделы на территории Владивостока были свободны от застройки, в восточной и северо-восточной части городской территории и некоторых центральных районах сохраняли лесной покров, что позволяло им выполнять функции по поддержанию водности городских рек. С началом строительства Большого Владивостока и до настоящего времени водоразделы были застроены, а площадь зеленых насаждений в значительной степени сократилась (Рис.4.).

Исходный растительный силуэт городских ландшафтов, а его в черте города формировали лиственные – 15-25 м – и хвойные породы деревьев (та же пихта цельнолистая могла достигать высоты до 35-45 м), значительно отличался от его топографического силуэта [7]. И именно леса по вершинам сопок формировали мягкий микроклимат по берегам его закрытых бухт – Диомид, Улисс, Золотой Рог, Новик.

Утраченный растительный силуэт городских сопок не являлся вертикальным выносом топографических характеристик, его линия формировалась как результат взаимодействия тех или иных пород древесной растительности с ветром и солнцем, измененными топографией территории. В этом случае высотные характеристики утраченных лесов могут являться естественной границей высотности формируемой в городе новой застройки, подсказкой от природы при формировании комфортной городской среды. Тем более что в этом случае здания и восстановленные зеленые посадки сформируют единую ветрозащитную систему (Рис.5.).

Водная подсистема: городские водотоки

Основой формирования устойчивой городской среды, с интегрированными в пространство города природными системами, является восстановление близкого к естественному гидрологического цикла. Антропогенное изменение русла и поймы рек, их водосборного бассейна является первопричиной деградации природных экосистем в черте города, снижает устойчивость городской среды к климатическим изменениям, формирует дискомфортный для зеленых систем и человека микроклимат городских пространств.

Основными направлениями восстановления естественного гидрологического цикла в городской среде в части реновации речной системы города сегодня считают:

– Приведение планировочной структура города в целом в соответствие с естественными топографическими особенностями его территории, следуя принципу «вернуть воде то, что ей принадлежало». В первую очередь это относится к восстановлению поверхностного водотока заключенных в коллекторы малых рек и ручьев, в том числе за счет фрагментарного замещения городской улично-дорожной сети или введения в пространство сохраняемых улиц направляющих, водопонижающих и адсорбирующих ландшафтов. В узлах улично-дорожной и пешеходной сети в низинах необходимо сформировать сезонные подтапливаемые площади- накопители, используемые в сухой сезон для общественно-рекреационных целей;

– Восстановление естественного характера сохранившихся речных русел и приречной территории, в том числе естественного характера конфигурации и переменного профиля речного русла, подтапливаемых пойменных территорий вдоль реки, заболоченных территорий и песчаных отмелей в устье рек. В том числе это может быть и имитация пространственных характеристик естественных ландшафтов антропогенными средствами. В реализованных проектах воссозданная естественная береговая черта речного русла составляет, как правило, около 50% и более от общей протяженности участка реновации [3,4](Рис.6).

Водная подсистема: морское побережье

Архитектурно-экологическая реновации городского побережья также преследует цель формирования пространственных ситуаций, способствующих восстановлению или увеличению биоразнообразия экосистем литоральной зоны.

Новизна современных градостроительных методов экологической реновации побережья приморских городов, в сравнении с традиционными озеленением и «пешеходизацией» набережных, состоит в восстановлении связанности подводной, приливной и надводной зон обитания прибрежной экосистемы через восстановление или имитацию утраченных природных ландшафтов [16]. При этом подводные, приливные исухопутные прибрежные ландшафты литоральной зоны в процессе архитектурно-экологической реновации обязательно рассматриваются как единая система.

Можно выделить следующие основные направления архитектурно-экологической реновации урбанизированных прибрежных территорий.

— Компенсацию утраченных природных ландшафтов побережья и литоральной зоны архитектурно-градостроительными средствами, с полным или частичным использованием сложившейся застройки и инфраструктуры территории. К этому направлению можно отнести приемы воспроизведения утраченных природных ландшафтов в архитектуре реконструируемых или проектируемых зданий и открытых пространств прибрежной городской территории, и в архитектуре реконструируемых гидротехнических сооружений.

— Восстановление утраченных природных ландшафтов с полным преобразованием урбанизированной прибрежной территории и литоральной зоны. Сюда можно отнести разнообразные приемы ландшафтного преобразования прибрежных территорий и литоральной зоны, с полной сменой функций и архитектуры городской береговой черты, с целью наиболее полного восстановления утраченных исходных морских и береговых экосистем.

— Введение новых ландшафтных форм в урбанизированную прибрежную среду, с целью повышения биоразнообразия территории. Приемы воспроизведения природных ландшафтных форм, нехарактерных для подлежащего реновации побережья, или создание искусственных ландшафтных форм (таких как плавающие острова, искусственные рифы, парящие над водой структуры и др.) [2] (Рис.7).

Городская водосборная ткань

В естественных условиях почти половина влаги атмосферных осадков впитывается в грунт и в дальнейшем является источником, поддерживающим естественные водотоки вне зависимости от смены погодных условий. При этом 40% влаги постепенно испаряется деревьями и травой, формируя комфортный влажностной режим территории, и только около 10% приходится на поверхностный сток. В традиционной высокоплотной городской застройке на инфильтрацию приходится порядка 15–35%, 30–55% на поверхностный сток влаги и около 30% – на испарение. Поверхностный сток в городской среде возрастает до 5 раз, а инфильтрация снижается почти в 3 раза [15].

Антропогенное изменение естественного гидрологического цикла водосборной ткани является первопричиной деградации природных экосистем в черте города, снижаетустойчивость городской среды к климатическим и погодным изменениям (чередование подтопления значительной части городских территорий и полного иссушения сохранившихся городских речных систем), формирует дискомфортный для зеленых систем и человека температурно-влажностной микроклимат городских пространств (Рис.8).

Практика восстановления естественного гидрологического цикла показала, что территорию города надо рассматривать как единое целое, где именно характеристики водосборной ткани (застройки) определяют степень деградации его речной системы и прибрежной морской акватории. Так, в рамках концепций sponge city («города-губки») приемы восстановления «пористости» городской среды разрабатываются не только в границах водоохранных зон, но и на всей территории – для открытых пространств и зданий, включая увеличение «пористости, ажурности» кровель и фасадов общественной и жилой застройки (разнообразные фасадные системы, воссоздающие взаимодействие растительных систем с косыми дождями, туманами и конденсатом). При этом за базовую модель взаимодействия атмосферной влаги и застройки на юге Дальнего Востока следует принимать модель, восстанавливающую естественную ярусную структуру лесов умеренного пояса, которая во многом идентична ярусной структуре современной городской застройки (Рис. 9).

В условиях мелкосопочного рельефа основная часть городской водосборной ткани, должна быть дифференцирована по признаку сезонного влияния векторных климатических факторов – ветра и солнечной радиации – на режим осадков и увлажнения поверхности со сложным рельефом [3, 14]. Так, водосборная ткань Владивостока в ее естественном состоянии до середины XIX в. была представлена участками трех типов:

– поросшими лесом склонами, открытыми юго-восточным влажным муссонным ветрам, а также склонами с отметкой более 150 м (территории города, активно собиравшие и накапливавшие влагу туманов в весенний период в мае-июне, и влагу косых дождей на протяжении всего теплого сезона);

– склонами северной ориентации и затененными участками рельефа, закрытыми от интенсивной зимней инсоляции (территории города, сохранявшие снежный покров до наступления положительныхтемператур, и влиявшие на поддержание водности рек в марте-апреле, до наступления периода туманов);

– нейтральными по отношению к воздействию векторных климатических факторов на режим осадков и увлажнение поверхности земли территориями (Рис.10). Каждый из названных типов участков, освоенных сегодня под застройку, потребует разработки специфических архитектурно-ландшафтных приемов восстановления естественного гидрологического цикла.

Биоклиматический подход к формированию зеленых систем

Озеленение городской территории древесной растительностью, кустарниками и травами, и включение зеленых систем в архитектуру зданий в высокоплотной застройке сегодня являются основными способами формирования экологически устойчивой городской среды. Зеленые системы, интегрированные в архитектуру, защищают от перегрева в летнее время и снижают температурный фон прилегающей территории, снижают уровень тепловых потерь зимой, защищают от косых дождей и туманов, собирают, перераспределяют и хранят влагу атмосферных осадков. В свою очередь само здание при размещении зеленых систем должно рассматриваться как элемент ландшафта, формирующий ветровой и инсоляционный микроклимат территории, что накладывает ограничения на возможности размещения и подбор растительного материала зеленых систем, или на само архитектурное решение зданий (Рис. 11).

В той или иной степени указанные особенности надо учитывать и при формировании внутреннего озеленения, в зависимости от раскрытия интерьеров на окружающую среду, или предлагать формирование внутренней зеленой структуры здания в зависимости от его раскрытия по кругу горизонта.

В высокоплотной городской застройке размещение традиционных зеленых систем не всегда способно дать ожидаемый эффект. В том числе это приводит к ограничению способности урбанизированной среды утилизировать углекислый газ и смог из городского воздуха. Одним из вариантов решения проблемы может быть использование биотехнологий, в частности размещение культур микроводорослей в структуре зданий и на прилегающей территории. Эффективность таких зеленых систем на основе фотобиореакторов – специальных конструкций различных типов, позволяющих культивировать в них микроводоросли – в оздоровлении городской среды, по отдельным показателям в 4 раза превышает эффективность традиционных систем озеленения. Водоросли являются самым быстрорастущим органическим материалом на планете – они растут в десять раз быстрее, чем деревья, – причем более эффективные виды удваивают свой объем каждые шесть часов.

При проектировании зеленых систем на основе фотобиореакторов также следует учитывать характерные для муссонного климата параметры: ветровое выхолаживание поверхностей северо-западной ориентации зимой, и поверхностей юго-восточной ориентации – в первой половине лета; высокую суточную и сезонную амплитуду колебаний температуры поверхностей, открытых ветровому и инсоляционному воздействию. Также необходимо обеспечить максимальное использования рассеянной и отраженной солнечной радиации (северо-восточный, северный и северо-западный фасады); защиту от перегрева с западного и юго-западного секторов горизонта (низкое солнце) системами двойного фасада или использованием поворотных систем фотобиореакторов; защиту от перегрева с южногонаправления (высокое солнце), включая затенение за счет трансформации самого объема здания.

Рассматриваемое направление формирования интегрированных в городское пространство систем фотобиореакторов, определяемое как «algaetecture» – сравнительно новое явление в мировой архитектуре, и устоявшегося русскоязычного термина, фиксирующего данное направление научных исследований и архитектурно-градостроительного проектирования, еще нет. Можно предложить следующее определение «Algaetecture», как совокупность способов и приемов формирования экологически устойчивой городской среды, на основе интеграции зеленых систем фотобиореакторов в структуру открытых и закрытых городских пространств.

Как самостоятельное направление формирования экологически устойчивой городской среды на основе интеграции зеленых систем фотобиореакторов в структуру открытых (фасады, кровли зданий и прилегающая территория) и закрытых городских пространств, оформилось сравнительно недавно, примерно 15 лет назад. Но учитывая высокую эффективность микроводорослей в сравнении с традиционными системами озеленения, а также то, что вопросы формирования комфортной среды для жизнедеятельности разнообразных культур микроводорослей достаточно подробно рассмотрены отечественной и зарубежной биологической наукой, а сами культуры широко используются в различных хозяйственных целях, данное направление может стать ведущим в формировании устойчивой городской среды.

Заключение

Для человека комфорт обитания – это прежде всего возможность использовать экосистемные услуги окружающей среды. А она напрямую связана с понятием «экологический след» цивилизации. Его постоянный рост, в т. ч. вызванный ростом урбанизированных территорий, ставит под вопрос само существование цивилизации.

Понятно, что человек не готов отказаться от городского образа жизни, да и переселяться в примитивные избушки нет совершенно никакой необходимости. Речь идет только о введении обязательного стандарта на интегрирующую природу городскую среду. Упрощая, можно констатировать, что если архитектору сегодня не согласуют здание, не соответствующее нормам пожарной безопасности, то также сегодня уже нельзя формировать городскую среду, которая не содержит пространств для интеграции природных систем.

Новаторства в таком подходе практически нет. Достаточно обратиться к разделу 26 Афинской хартии, принятой в 1933 г. (сегодня, спустя без малого 70 лет, признано, что обязательная доступность застройки для зимнего солнца – один из главных способов формирования углеродно-нейтральных городов), или открыть Европейскую хартию о солнечной архитектуре 1996 г., одну из первых деклараций архитекторов, где ставятся вопросы обязательного восстановления биоразнообразия в городской среде [6,12].

Список литературы

1. Казанцев П.А., Лобачева М.А. — Особенности формирования устойчивой архитектурной среды с использованием зеленых систем на основе фотобиореакторов // Урбанистика.

– 2021. – No 1. – С. 109 — 126

2. Казанцев П.А., Смеловская А.М., Кутенков В.Е. Береговая линия Владивостока как объект архитектурно-экологической реновации. Вестник Инженерной школы ДВФУ. 2020. No 4(45). — с. 154-1673.

3. Казанцев П.А. Марус Я.В. Смеловская А.М. Особенности формирования устойчивой городской среды в условиях реновации водной системы Владивостока// Урбанистика. — 2019.-No1. С.18-32.

4. Марус Я.В. Казанцев П.А. Регенеративное проектирование как основа восстановления городских экосистем Владивостока (на примере реки Объяснения)// Вестник Инженерной школы Дальневост. федеральн. ун-та. 2018. No 1(34). С. 91– 102.

5. Планировка и застройка городских и сельских поселений (ТСН ПЗП-99 МО, ТСН 30-303-2000 МО). Минмособлстрой, 1999 – С.137

6. Три формы расселения; Афинская Хартия / Ле Корбюзье; Перевод с французского Ж. Розенбаума. — Москва : Стройиздат, 1976 – С.136

7. Урусов В.М., Варченко Л.И., Врищ Д.Л. Владивосток – юг Приморья: вековая и современная динамика растительности. Владивосток: Дальнаука, 2010. – С.420

8. Шилов И. А. Экология. — М.: Высшая школа, 1997. — С. 374.

9. Biotope city Konzept: Biotope city journal, Amsterdam Niederlande. URL: https://biotope-city.net/konzept/ (дата обращения 29.10.2022)

10. Coggins С, Minor J Fengshui forests as a socio-natural reservoir in the face of climate change and environmental transformation Asia Pacific Perspectives. Vol 15 2 pp 4-29

11. IBA _ Vienna — New Social Housing https://www.iba-wien.at/en/ (дата обращения 9.08.2022)

12. European Charter for Solar Energy in Architecture and Urban Planning Hardcover: Prestel,

2008 – 128 p.

13. Kazantsev P., Marus Y., Movchan E.. Dragon’s Lair» Feng Shui Landscape Pattern and Its Interpretation in the Context of Urban Planning Practice in Southern Primorye International Science and Technology Conference (FarEastСon 2020) IOP Conf. Series: doi:10.1088/1757- 899X/1079/2/022055

14. P Kazantsev, Y Marus and E Van-Kho-Bin: Architectural and Urban Planning Microclimate Evaluation for Vladivostok City Area. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Volume 272, 3. Section two 2019

15. Sponge Cities: Emerging Approaches, Challenges and Opportunities: Hris Zevenbergen, Dafang Fu (Eds.). Open access books and series, 2018.-462 p

16. Waterfront Seattle Program. City of Seattle. URL: https://waterfrontseattle.org (дата обращения 29.10.2022)

V Международная научно-практическая конференция «Город, пригодный для жизни», Институт архитектуры и дизайна ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», Красноярск, 10-11.11.2022

Спасибо за наводку К.В.Авиловой