Формирование «острова тепла», характеризующегося большой концентрацией загрязняющих веществ и усиливающего ливневые осадки над городом. Использование гидрометеорологической информации позволяет учитывать влияние этих явлений на экономику города и оптимизировать процесс принятия управленческих решений в сфере городского хозяйства.
По данным Всемирной организации здравоохранения загрязнение воздуха является одним из основных факторов риска для здоровья, связанных с окружающей средой. Снижая уровни загрязнения воздуха, страны могут уменьшать бремя таких болезней, как инсульт, болезни сердца и рак легких, а также хронические и острые респираторные заболевания, включая астму. Чем ниже уровни загрязнения воздуха, тем лучше сердечнососудистое и респираторное здоровье населения, как в длительной, так и в краткосрочной перспективе.
Основными руководящими документами в данной области являются «Руководящие принципы ВОЗ по качеству воздуха», ГОСТ Р ИСО 6879-2005 «Качество воздуха. Характеристики и соответствующие им понятия, относящиеся к методам измерений качества воздуха»
По оценкам ВОЗ, в 2012 году из-за загрязнения атмосферного воздуха в городах и сельских районах во всем мире произошло 3,7 миллиона случаев преждевременной смерти людей. Политика и инвестиции в поддержку более чистого транспорта, энергоэффективных жилищного строительства, выработки энергии и промышленности, а также улучшенной утилизации городских отходов способствуют уменьшению основных источников загрязнения атмосферного воздуха в городах.
Уменьшение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере в результате использования домашних энергосистем, работающих на угле и биомассе, сжигания сельскохозяйственных отходов, лесных пожаров и некоторых видов ведения агролесного хозяйства (например, производство древесного угля) способствует уменьшению основных источников загрязнения воздуха в городах и пригородах развивающихся регионов.
Снижению уровня загрязнения атмосферного воздуха способствует также уменьшению выбросов CO2 и быстро распадающихся загрязнителей, таких как частицы сажи и метан, содействуя тем самым смягчению изменения климата в ближайшей и длительной перспективе.
Для повышения уровня качества атмосферного воздуха в городах реализуются различные программы по совершенствованию хозяйственной деятельности в различных секторах экономики и снижению ее воздействия на окружающую среду. Так в промышленности рекомендуется активно применять чистые технологии, способствующие уменьшению выбросов из промышленных дымовых труб. Оптимизация и повышение эффективности и безопасности утилизации городских отходов с использованием новейших научно-технических разработок приводит в том числе к улучшению качества воздуха и способствует повышению качества уровня жизни городского населения, а также повышению туристической привлекательности городской территории. Стратегии уменьшения отходов, сортировки отходов, рециклирования, повторного использования или переработки отходов; а также улучшенные методы биологической утилизации отходов, такие как анаэробная переработка отходов для производства биогаза, являются практически осуществимыми, недорогими альтернативными вариантами открытому сжиганию твердых отходов. Там, где нельзя обойтись без сжигания, крайне важны технологии сжигания со строгим контролем выбросов.
В транспортной сфере переход к чистым способам выработки энергии позволяет снизить уровень выбросов загрязняющих веществ от передвижных источников. Развитие сетей скоростного городского транспорта, пешеходных и велосипедных инфраструктур в городах позволяет осуществить переход к более экологически чистым видам транспортных перевозок и логистических маршрутов. Стимулирование рынка автомобилестроения к производству автомобилей с низким уровнем выбросов, а также более чистых видов топлива.
В целях повышения уровня качества воздуха и достижения по средствам этого повышения качества жизни и здоровья населения городское планирование должно быть направлено на улучшение энергетической эффективности зданий, вследствие использования новейших технологий энергетики. Использование гидрометеорологической информации позволяет оперативно реагировать на изменения погоды и наиболее эффективно использовать энергоресурсы для поддержания комфортного уровня жизни населения и в том числе позволяет снижать объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу теплоисточниками.
Непременным условием повышения качества воздуха в городах является развитие и распространение использования альтернативных источников энергии в промышленности и частной жизни общества. Использование видов топлива с низким уровнем выбросов и возобновляемых источников энергии, не основанных на сжигании (таких как энергия солнца, ветра или гидроэнергия) позволяет ощутимо снижать уровни выбросов загрязняющих веществ и, следовательно, повышать качество жизни населения городов. Одним из оптимальных вариантов экономической деятельности является применение комбинированной выработки тепла и энергии, а также распределенная выработка энергии (например, энергетические минисистемы и размещаемые на крыше установки для выработки энергии из солнечной энергии).
В соответствии с законодательством РФ качество питьевой воды регулируют санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», которые устанавливают гигиенические требования к качеству питьевой воды, а также правила контроля качества воды, производимой и подаваемой централизованными системами питьевого водоснабжения населенных мест. Такие санитарные правила применяются в отношении воды, подаваемой системами водоснабжения и предназначенной для потребления населением в питьевых и бытовых целях, для использования в процессах переработки продовольственного сырья и производства пищевых продуктов, их хранения и торговли, а также для производства продукции, требующей применения воды питьевого качества.
Схема, приведенная на рисунке 1, иллюстрирует причинно-следственные связи между загрязнениями накапливающимися на урбанизированных территориях, качеством водных объектов и последствиями загрязнения и заражения вод для различных областей народного хозяйства.
Рисунок 1 – Существующие последствия влияния загрязненного поверхностного стока урбанизированных
территорий на водные объекты
Пункты 2.1,4.1. и 6.1 говорят о том, что произошел смыв поверхностным стоком загрязнений накопившихся на урбанизированной территории, и в зависимости от географического положения города и экономических интересов возможно доминирование тех или иных факторов влияния стока. Пункты 1.1,3.1,5.1 и 7.1 соответствуют реальным ситуациям, складывающимся в различных городах при выпадении дождевых осадков и снеготаянии (весенних паводках).
Пункты 7.1 и 8.1 соответствуют ситуациям заиливания русел рек, и как следствие повышению уровня грунтовых вод, подтоплению и другим негативным процессам, которое зависит от географического расположения городов, характеристикой проходящих через них рек (малые, средние), самими размерами городов и уровнем техногенных нагрузок.
Основным метеорологическим фактором, оказывающим влияние на ухудшение качества воды на урбанизированных территориях, являются осадки, следствием которых может быть, в том числе бактериологическое заражение вод, уменьшение продуктивности рек и водохранилищ, повышение концентрации нефтепродуктов и других химических примесей.
Для повышения эффективности управления урбанизированными территориями при принятии управленческих решений обеспечения безопасности города в сфере повышения уровня качества воды необходимо использовать метеорологическую информацию, как климатическую, так и оперативные прогнозы погоды, в том числе предупреждения об опасных и неблагоприятных явлениях в регионе. Умение корректировать комплекс принимаемых управленческих решений в сфере водоснабжения города с учетом метеорологической информации позволит лицам, принимающим решения (ЛПР), снизить издержки на ликвидацию ущерба от загрязнения системы водоснабжения города поверхностным стоком. Применять превентивные меры по защите коммуникаций от загрязнений и оперативно реагировать на нештатные ситуации, связанные с выпадением ливневых осадков, а также НГМЯ и ОЯП.
На современном этапе развития информационных технологий «умных городов», позволяющих также повысить эффективность управления урбанизированными территориями, активно по всему миру внедряются IoT системы, позволяющие управлять процессами города на качественно новом уровне. В том числе, таким образом, совершенствуются процессы управления водоснабжения городов. Рассмотрим два примера решений типа "Разумная вода" – проекты в г. Валенсия (Испания) и Сан-Франциско (США) [4]. Оба они делались с участием платформ IOT в технологии стыковки базовых решений IBM и ESRI с приложениями, написанными APP разработчиками. В частности проект в Валенсии делался в этой части с привлечением известного европейского производителя IOT решений для умных городов LIBELIUM.
Проект "смарт-вода" в Валенсии для мониторинга гидрологического цикла. Его задача – создание гибридной сенсорной сети между мобильными и стационарными узлами и интеграция специализированных датчиков качества воды. Система "Smart Water" состоит из мобильной беспроводной сенсорной сети, которая может быть быстро развёрнута на определённой территории для контроля качества воды путём измерения таких параметров, как рН, электропроводность, окислительно-восстановительный потенциал (редокс), растворённый кислород (DO) и мутность. Совместное применение технологий Esri и IBM позволила заказчикам легко интегрировать новые датчики. “Разумная вода”, г. Сан-Франциско. Комиссия по коммунальному хозяйству города Сан-Франциско (San Francisco Public Utilities Commission, SFPUC) использует ПО, разработанное IBM и Esri, для помощи в уменьшении загрязнения воды, которая окружает город с трёх сторон – в заливе Сан-Франциско и Тихом океане. Наряду с ПО IBM Maximo Asset Management, фирма Wastewater Enterprise, принадлежащая SFPUC, использует программное обеспечение ArcGIS для определения местонахождения и пространственного учёта активов. Благодаря программному обеспечению для управления активами IBM Maximo Asset Management и Esri ArcGIS, организация SFPUC теперь значительно лучше осведомлена о своих операциях технического обслуживания и о состоянии физической инфраструктуры, с актуальностью данных о техническом обслуживании и текущем ремонте оборудования на уровне почти реального времени. Примененное ПО также интегрировано с системами городских сервисных служб 311 и 28-CLEAN – справочно-диспетчерскими центрами, в которые люди обращаются с «не аварийными» (не критичными) проблемами, подобно ямам на дорогах, брошенным автомобилям, открытым крышкам смотровых колодцев, засорившимся ливневым стокам и пр.
Значение внедрения проектов «Разумная вода» иллюстрируют результаты исследований, проведённых фондом водных инноваций США. Вот некоторые отмеченные в них ключевые моменты:
Отметим основные экономические и другие эффекты от внедрения совместных решений Esri-IBM по «Разумной воде»:
Как следствие вышеперечисленных факторов – совместные решения для водоканалов, предлагаемые компаниями IBM и Esri, обеспечивают возможность пересмотра ценообразования, увеличение скорости возврата капитала на объект, снижение стоимости владения активами. Кроме того, они позволяют в заданные сроки и с расчётом финансово-экономических эффектов осуществлять практическую модернизацию сферы ЖКХ в части управления активами сетей водоснабжения/водоотведения. С их помощью обеспечивается встраивание принятых международных и российских стандартов и правил непосредственно в онлайновые решения, обеспечивающие обработку сотен тысяч транзакций в секунду для построения адаптирующихся систем, работающих на любом спектре объективных данных.
Учет гидрометеорологических факторов в сфере садово-паркового хозяйства городов позволяет повысить эффективность деятельности и минимизировать потери, вызванные неблагоприятными явлениями погоды. Бизнес процесс «Ведение садово-паркового хозяйства с учетом гидрометеорологической информации»:
В последнее время получило колоссальное развитие направление городского сельского хозяйства, представленное по всему миру различного вида фермами, расположенными на территориях городов на крышах домов, во дворах жилых кварталов, а также создание вертикальных ферм. Такие городские фермы характеризуются хорошими показателями экологичности и урожайности.
Продукты городских ферм благодаря экологичности продуктов и близкому расположению быстро завоевывают популярность среди городских жителей. Именно поэтому некоторые предприниматели решили использовать бизнес-модель в промышленных масштабах. Один из таких примеров является городская ферма сельскохозяйственной компании Lufa Farms.
Ферма расположена на крыше здания, внутри которого находится мебельный магазин и другие коммерческие арендаторы, и занимает она 4 000 квадратных метров. В настоящее время компания собирает урожай от 400 до 700 кг ежедневно и доставляет еженедельно более 2500 корзин с продуктами в городские розничные сети круглый год. В Нью-Йорке на одной из крыш небоскреба разместилась мини-ферма Eagle Street Rooftop, где на площади в более 500 квадратных метров успешно выращивают помидоры, шпинат, капусту, зеленый горошек и даже патиссоны. Хозяйство обеспечивает свежими овощами около десяти местных ресторанов.
В Нью-Йорке в самом центре Манхэттена на площади в 15 000 квадратных метров расположилась еще одна чудо-ферма. Riverpack Farm отличается тем, что она состоит из самодельных модулей, изготовленных из коробок из-под молока. Каждое растение здесь живет в отдельной емкости, которая при необходимости легко переставляется в другое место. На ферме выращивают более 180 видов различных культур, среди которых томаты, перец, морковь, огурцы, баклажаны, артишоки, салат, бобы, горох, различные травы.
Вертикальная ферма – обобщённое название высокоавтоматизированного агропромышленного комплекса, размещенного в специально спроектированном высотном здании, а также название самого здания.
Главное отличие вертикальных ферм от традиционных тепличных хозяйств и животноводческих ферм – это интенсивный подход к использованию территории, вертикальное многоярусное размещение насаждений. По сути, ферма представляет собой многоэтажную теплицу. Из-за того, что вертикальные фермы изначально планируются как элемент городской среды, их архитектурной проработке уделяют большое внимание.
Предпосылкой для разработки подобных проектов послужил постоянный рост населения планеты, который в обозримом будущем приведёт к нехватке территорий сельскохозяйственного назначения.
Развитие современных IoT-технологий позволяет активно использовать их в городском сельском хозяйстве для дистанционного наблюдения и контроля за посевами, учета и анализа гидрометеорологических параметров, необходимых для эффективного выращивания различных сельскохозяйственных культур. Так можно привести в пример такие разработки как Edyn – система мониторинга участка для органического земледелия, Farmbot Genesis – комплексная система роботов и программного обеспечения на основе интернета вещей для организации органического сельского хозяйства на небольшой территории, Grove – экосистема размером с книжный шкаф и др.