Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2023, № 2, стр. 90-96

ВВЕДЕНИЕ

Основное направление социально-экономического развития города – его устойчивое развитие [2]. Возможность отдыха для городских жителей на открытом воздухе в сени деревьев оказывает существенное влияние на качество их жизни и, как следствие, на экономическую ситуацию в стране. В Повестке дня в области устойчивого развития (Цель 11, задача 11.7) заложено “К 2030 году обеспечить всеобщий доступ к безопасным, доступным и открытым для всех зеленым зонам и общественным местам, особенно для женщин и детей, пожилых людей и инвалидов”¹¹. Рост численности городского населения требует при комплексном развитии городов уделять больше внимания благоустройству жилых районов территориями зеленых насаждений общего пользования, поскольку объемы жилой застройки и улично-дорожной сети стремительно вытесняют природные участки древесно-кустарниковой и травяной растительности [6, 10]. Поиск решений по планированию и управлению доступными для всех жителей городских лесов, лесопарков, парков, садов, скверов и бульваров находит отражение в исследованиях российских [4] и иностранных ученых [11–13, 16]. Особое внимание уделяется нормативно-техническому регулированию обеспеченности населения зелеными зонами [1, 3]. Также изучаются городские природные территории и природно-антропогенные комплексы с позиций удобства их пешей доступности и охраны окружающей среды [8, 9].

Принципы и методы определения рекреационных нагрузок и их использования при организации рекреационного природопользования, а также при проектировании рекреационных объектов разрабатываются в нашей стране с 1970-х гг.

“Рекреационная нагрузка – это показатель антропогенного воздействия, определяемый количеством отдыхающих на единицу площади с учетом времени их пребывания на объекте рекреации и вида отдыха”²².

В нормативно-технических документах, регламентирующих градостроительную деятельность, нормируются минимальная площадь озелененных территорий общего пользования в городских и сельских населенных пунктах, радиус обеспечения населения объектами рекреации, время доступности и предельная рекреационная нагрузка в зависимости от типа рекреационного объекта^{33, 44}.

В нормативно-технической документации лесного хозяйства разработаны рекомендации, приведенные в Стандарте отрасли ОСТ 56–100–95 “Методы и единицы измерения рекреационных нагрузок на лесные природные комплексы” (утв. приказом Рослесхоза от 20 июля 1995 г. № 114), а также в документе – “Временная методика определения рекреационных нагрузок на природные комплексы при организации туризма, экскурсий, массового повседневного отдыха и временные нормы этих нагрузок” (утв. зам. председателя Государственного комитета СССР по лесному хозяйству).

Широкое использование сравнительного анализа существующих рекреационных нагрузок в градостроительной деятельности сдерживается отсутствием унифицированных понятий, методов и единиц измерений, трудоемкость натурных измерений.

Цель настоящего исследования – разработка математической модели для сравнительного анализа распределения рекреационной нагрузки на территории зеленых насаждений общего пользования населением окружающих их жилых кварталов.

В качестве объекта исследования принимается территория города. Предметом исследования являются параметры территорий жилых кварталов и озелененных территорий общего пользования, доступных для их жителей.

Задачи исследования:

• проведение анализа массива открытых данных, соответствующих направлению исследования, и существующих математических моделей, применяемых для анализа мобильности населения;

• разработка математического аппарата для проведения экспертизы градостроительной ситуации, сокращающего трудозатраты работы эксперта в данной предметной области.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для описания мобильности населения применяют модели, основанные на расстояниях или на рангах.

Попытки построить модель для исследования городской среды, основанную на расстояниях, приводят к комплексу трудно решаемых задач, поскольку: 1) в районах города существует множество маршрутов, соединяющих локации; 2) поток по каждому маршруту может быть разным; 3) трафик на маршрутах, соответственно, тоже различен.

Модель, основанная на рангах, позволяет исследуемые локации городской среды рассматривать как точечные объекты, исключая необходимость генерировать индивидуальные маршруты. Авторы статьи [14] отмечают, что ранг между двумя местами обладает важным свойством быть инвариантным в масштабированных версиях города, где относительное расположение мест сохраняется, но абсолютные расстояния увеличиваются (“the rank between two places has the important property to be invariant in scaled versions of a city, where the relative positions of the places is preserved but the absolute distances dilated”).

Модель расчета рекреационной нагрузки разработана на основе теории вероятности для исследуемой городской территории с определенной численностью населения из условия, что у случайно выбранного местного жителя этой территории может присутствовать некоторая вероятность желания посетить территорию зеленых насаждений общего пользования, расположенную на доступном расстоянии от места его проживания. Модель предусматривает ряд допустимых упрощений. Вероятность, что некий житель вообще посетит какую-либо озелененную территорию общего пользования, а также вероятность, что он предпочтет для посещения конкретную территорию зеленых насаждений. Учитывая принадлежность некоего жителя к той или иной социально-демографической группе с характерным ритмом жизни и видами активности на открытом воздухе, а также, что жилые кварталы, как правило, имеют благоустроенные придомовые территории, то у случайно выбранного местного жителя желание выйти за пределы этой территории может присутствовать потенциально [5].

В целях исследования для расчета потенциальной рекреационной нагрузки на озелененную территорию общего пользования или, другими словами, для определения востребованности озелененной территории общего пользования жителями близлежащих кварталов с использованием ранговой модели исследуемая территория города разбивается на области, которые объединяются ранжированными полями (рис. 1). Надо отметить, в процессе исследования целесообразно рассматривать несколько возможных вариантов разбивки исследуемой городской территории на единичные области и их принадлежности к полям.

Областью может являться устойчивый фрагмент городской территории, например, жилой квартал, имеющий физические границы – улично-дорожная сеть. Предположительно количество областей будет увеличиваться в каждом следующем по удаленности от озелененной территории общего пользования поле, соответственно, от одного до нескольких десятков, но в крайнем по удаленности поле не превысит сотню.

Нагрузка/востребованность озелененной территории общего пользования складывается из суммы нагрузок/востребованности от каждой отдельной области.

Нагрузка/востребованность обратно пропорциональна рангу поля, которому принадлежит область.

Выбранная для исследования городская территория должна включать озелененную территорию общего пользования и окружающие ее территории жилых кварталов, жители которых являются ее потенциальными посетителями. На рассматриваемом участке могут находиться несколько озелененных территорий общего пользования и множество жилых кварталов. Площадь жилого квартала должна быть достаточно большой, а численность его населения составлять не менее тысячи человек (условие коррелируется с рекомендациями по проектированию СП 42.13330.2016).

Модель разработана для исследования городских территорий, которым характерна типовая застройка жилых микрорайонов, например, многоквартирными жилыми домами различной этажности.

Валидация модели осуществляется на уровне входных данных путем анализа и оценивания исходных параметров и возможного изменения их значений.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

Среди территорий зеленых насаждений общего пользования – лес, лесопарк, парк, сад, сквер, бульвар целесообразно различать озелененные пространства, которые преимущественно используются местными жителями, и озелененные пространства, привлекающие не только жителей, но и гостей города. В нашем исследовании предлагается математическая модель для сравнительного анализа рекреационных нагрузок на территории зеленых насаждений общего пользования от населения, проживающего в близлежащих жилых кварталах. Рекреационная нагрузка от туристических потоков на озелененные территории, являющиеся городскими достопримечательностями местного, регионального или федерального значения, может быть рассчитана отдельно и при необходимости суммирована.

Предлагаемая к обсуждению модель состоит из двух частей, с помощью которых разными способами можно рассчитать рекреационные нагрузки на территории зеленых насаждений общего пользования, которые расположены в так называемых “спальных районах” города.

Для расчета рекреационной нагрузки на ту или иную озелененную территорию общего пользования согласно первой части модели предлагается формула вида:

где K_i – коэффициент привлекательности территории зеленых насаждений общего пользования; P_i – величина, выражающая потенциальное желание некоего жителя посетить близлежащую территорию зеленых насаждений общего пользования; r_i – ранг территории жилого квартала (ранг отражает принадлежность области к полю областей с установленным расстоянием в отношении доступности озелененной территории общего пользования); f(r_i) – некоторая функция от ранга территории жилого квартала (далее рассматривается вариант, когда f(r_i) = r_i); N_i – численность населения территории жилого квартала.

Разумеется, коэффициенты K_i и P_i зависят от времени (сезона, дня недели и пр.), т.е. формулу можно понимать как среднюю рекреационную нагрузку в некоторый конкретный момент времени.

Оптимальной элементарной территорией (областью) для данного расчета является жилой квартал, расположенный в границах “красных” линий улиц.

Следует отметить, что жилые кварталы города могут быть неоднородны по отношению друг к другу, тогда в преддверии расчета по предложенной формуле потребуется уточнить структуру неоднородности и выполнить дополнительное исследование степени ее влияния при формировании рекреационной нагрузки.

В частном случае единицей городской территории, формирующей нагрузку на ту или иную территорию зеленых насаждений общего пользования, является некая область (жилой квартал), которую можно считать относительно однородной по типу и плотности застройки, а также возрастной и социальной структурам населения.

В математической интерпретации, рассматриваемые i-и территории жилых кварталов исследуемой городской территории и расположенные на ней леса, лесопарки, парки, сады, скверы и бульвары представляют собой материальные точки. Разбив близлежащие окрестности той или иной территории зеленых насаждений общего пользования на области, соответственно рангу по степени их удаленности, учитывающей доступность места проживания потенциальных посетителей, получим

Если выражение ${{K}_{i}}\frac{{{{P}_{i}}}}{{{{r}_{i}}}}$ интерпретировать как вероятность посещения территории зеленых насаждений общего пользования жителями жилого квартала, тогда M является математическим ожиданием числа посетителей.

Предварительно целесообразно определить коэффициент привлекательности для жителей территории зеленых насаждений общего пользования (K), рекреационную нагрузку на которую планируется рассчитывать. Например, провести экспертную оценку озелененной территории или опрос жителей для выявления их предпочтений относительно того или иного леса, лесопарка, парка, сада, сквера и бульвара с последующим агрегированием данных анкетирования экспертов или опросов, а для анализа мнений экспертов или респондентов использовать метод парного сравнения [15].

Справедливо предположение, что для жителей i-х областей, расположенных ближе к территории зеленых насаждений общего пользования, величина P является максимальной, а для следующих по рангу полей значение, соответственно, уменьшается пропорционально их рангу.

Допуская, что величина K зависит только от параметров территории зеленых насаждений общего пользования, а величина P бесконечно мала или является константой, формула примет вид

Таким образом, можно обозначить территориальный коэффициент, как

Верификация первой части модели выполнена авторами данной статьи на примере участка территории Санкт-Петербурга, результаты опубликованы в [7]. Исходными данными для экспертов, проводивших иследование, являлись данные Управления Федеральной службы государственной статистики по Санкт-Петербургу и Ленинградской области (https://petrostat.gks.ru/) и Региональная геоинформационная система Санкт-Петербурга (https://www.rgis.spb.ru/).

Вторая часть модели для расчета рекреационной нагрузки на территории зеленых насаждений общего пользования выражается формулой, в которой количество посещений озелененной территории жителями i-го жилого квартала за период времени [t₁; t₂] рассматривается как пуассоновская случайная величина с параметром

где p(t) – некоторая функция плотности.

Вторая часть модели, являясь более сложной, позволит учитывать такие характеристики как сезонность посещений, их зависимость от дня недели, рабочих и нерабочих дней, времени суток, погодных условий. Сложность этой части модели – в ее трудоемкости, так как предполагается предварительное определение зависимостей, например, проведение моментных замеров при натурном исследовании.

Апробация второй части модели находится в разработке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведен анализ применяемых в лесном хозяйстве и градостроительной деятельности традиционных подходов к расчету рекреационной нагрузки на природные территории. Авторы полагают, что рекреационная нагрузка на озелененные территории общего пользования связана не только с распределением населения окружающих ее жилых кварталов, но также с ее привлекательностью и социально-демографическим составом населения. Использование коэффициента позволяет учесть привлекательность озелененных территорий общего пользования для жителей.

При выборе математической модели для исследования городской среды предпочтение отдано ранговой.

Разработанная модель годится для определения потенциальной рекреационной нагрузки/востребованности озелененных территорий общего пользования, функционирующих на территории города. В модели рассматривается обратная пропорциональность рангу согласно закону Ципфа.

Части модели существенно различаются по трудоемкости. Для анализа градостроительной ситуации по первой части модели эксперту предметной области достаточно открытых данных. Ограничения модели имеют в большей степени технический характер. Не отменяя модели, существенно усложнит расчет наличие неоднородности по социально-демографическому составу населения, по типу и плотности застройки у выделенных областей (жилых кварталов). Так как коэффициенты K и P зависят от параметров исследуемых объектов, то в случае однородности территорий их можно вынести за скобки, а в случае неоднородности их нужно рассчитывать для каждой территории отдельно.

С помощью модели можно проводить сравнительный анализ рекреационной нагрузки на выделенные озелененные территории общего пользования от определенных областей – жилых кварталов.

Модель может быть полезна для анализа распределения косвенной антропогенной нагрузки на природные компоненты территорий зеленых насаждений общего пользования, а также для анализа загруженности этих территорий с позиции комфортности посещений жителями.

Преимуществом модели является ее адаптивность к изменяющейся градостроительной ситуации. Так как с большой вероятностью можно предположить, что структура и плотность застройки жилого квартала могут меняться со временем (например, при реновации или уплотнительной застройке), а существующая улично-дорожная сеть более стабильна и устойчива к изменениям градостроительной ситуации.