Развитие городов обусловлено не только социально-экономическими факторами. В последние десятилетия в связи с проявлениями экологического кризиса на градостроительную политику все большее влияние начинают оказывать факторы, связанные с зонально-географическими и с азональными геолого-геоморфологическими условиями территории. В пределах сходных зонально-климатических условий четким индикатором состояния природной среды, образующей «геоэкологический каркас» городов, является рельеф территории. К традиционной оценке рельефа при градостроительстве должна добавиться оценка его как наиболее выразительного и информативного элемента геосистем.
Возникновение и развитие городов дает многообразные примеры взаимоотношений созидательной деятельности человека с окружающей природной средой. «Стихийное» возникновение и разрастание городов постепенно стало регламентироваться различными градостроительными нормами. При осмыслении принципов градостроительства было выдвинуто и частично реализовано много разнообразных идей, направленных на создание условий, наиболее отвечающих тем или иным представлениям об «идеальном городе». Накопленный опыт показывает, что представления о городах будущего, заменяющих архитектуру безликими техническими сооружениями («город-башня»), отрывающими человека от природы – антигуманны по своей сути. Утопией является и массовое создание «городов-садов» с приземленным человеком.
Градостроительная политика направлена на рациональное распределение территорий для различных народнохозяйственных функций в соответствии с природными условиями. Отдельные участки территории в неодинаковой мере могут противостоять антропогенным нагрузкам и передавать воздействия от этих нагрузок на смежные территории. В свете этих представлений пространственная организация городской территории («планировочное зонирование») воплощается в выделении взаимосвязанных жилых, промышленных, транспортных, санитарно-защитных, рекреационных и других функциональных зон. Прообразом такого градостроительного подхода являлись древнерусские города со свободной застройкой, планировочная структура которых проявила удивительную живучесть, попытки заменить ее «регулярной», предпринимавшиеся со времен Екатерины II, оказывались малоуспешными.
Каждая из функциональных зон города, имея свои специфические особенности, предъявляет определенные (геотехнические, экологические, архитектурные) требования к природной среде и оказывает на нее специфическое воздействие. Так, например, жилая зона должна располагаться на участках с наилучшим микроклиматом, удаленных от источников загрязнения и с удовлетворительными геотехническими свойствами грунтов, не подверженных воздействию опасных геологических процессов. В то же время она является источником загрязнения поверхностного стока, наибольшую концентрацию поверхностных загрязнений в городах дают садово-дачные участки.
При создании архитектурной среды города и осуществлении планировочного зонирования должно быть найдено оптимальное сочетание специфики города как технической системы с особенностями природной среды городской территории. Городская специфика – это масштаб и виды воздействия на окружающую среду (объем и характер выбросов и сбросов, воздействие физических полей и т.п.). Особенности природной среды города складываются под влиянием зональных и азональных факторов. К первой группе относятся радиационно-тепловой баланс, температурный и ветровой режимы, режим выпадения осадков, общий характер почв и растительности. Вторая группа факторов связана с геологическим строением и рельефом территории. В определенной зонально-географической обстановке азональные факторы, преломляя действие зональных факторов, создают региональную специфику природных условий территории.
Местоположение городов Вологодской области предопределено историческими и экономико-географическими факторами, но они тяготеют к определенным формам рельефа – практически все города находятся в долинах крупных и средних рек, озерных котловинах. Долины рек совпадают с разрывными тектоническими нарушениями, часто находятся на участках древних переуглубленных врезов, на пересечении линеаментов, выраженных в рельефе. Абсолютные отметки дневной поверхности городских территорий находятся в пределах 35 – 140 м, т.е. соответствуют низменным участкам равнины, в недавнем геологическом прошлом занятых озерно-ледниковыми и озерными водоемами. Это обстоятельство решительным образом повлияло на геоэкологические условия городов: на горизонтальную и вертикальную расчлененность, грунты, подземные воды, на комплекс действующих и потенциально возможных геодинамических процессов, на гидрологию и микроклимат.
Морфометрические показатели, характеризующие расчлененность рельефа, позволяют отнести значительную часть городских территорий к благоприятным для размещения застройки, трассирования улиц, но неблагоприятной для организации стока поверхностных вод, где уклоны поверхности не превышают 0,03. Наиболее распространены такие поверхности в городах Сокол, Вологда, Белозерск. В условиях избыточного увлажнения для размещения жилой застройки в первую очередь осваивались участки с лучшим естественным дренажем. В речных долинах и озерных котловинах это прибровочные зоны и останцы террас, вершины аллювиальных гряд. Поэтому в большинстве городов прослеживается рядовая застройка, для г. Великий Устюг, расположенного на пойме и аллювиальных террасах, характерна веерная планировка, приспособленная к грядам наносов.
В грунтовой толще, испытывающей наибольшее воздействие статических и динамических нагрузок, преобладают аллювиальные, озерные, озерно-аллювиальные, озерно-ледниковые, аллювиально-болотные и болотные разности грунтов, отличающиеся повышенной влажностью, невысокими и даже весьма невысокими показателями прочности и деформируемости, легко подвергающиеся воздействию экзодинамических процессов (водной эрозии, суффозии, оплыванию, оползанию, морозному пучению) и техногенному влиянию (вибрации, физических полей, нагрузок). Отмеченные обстоятельства удорожают сооружение фундаментов, производство земляных работ, эксплуатацию городского хозяйства. Так, например, стоимость возведения фундаментов при уменьшении угла внутреннего трения грунтов от 24 до 12 градусов увеличивается примерно в два раза. Наилучшими прочностными и деформационными свойствами обладают грунты ледникового происхождения (морены), распространение которых приурочено к наиболее приподнятым участкам городских территорий.
Котловинно-долинное положение городских территорий предопределяет неглубокое залегание уровней грунтовых вод, наличие участков их гидрогеологического режима, широкое и длительное распространение верховодки. Во влажные периоды года подземные воды на отдельных участках смыкаются с поверхностными водами, происходит загрязнение подземных водоносных горизонтов вплоть до придания им агрессивности. Отмеченные обстоятельства крайне неблагоприятны для освоения и эксплуатации городских территорий: наличие в строительной толще грунтов подземных вод ухудшает геотехнические свойства грунтов, осложняет производство земляных работ, делает подземные воды уязвимыми по отношению к техногенному загрязнению. Подземные инженерные коммуникации часто находятся в подтопленном состоянии, по ним осуществляется дренаж подземных вод, что осложняет эксплуатацию трубопроводов и преждевременно выводит их из строя.
Разрастание городов за пределы речных долин и озерных котловин приводит к возникновению мощных источников потенциального загрязнения подземных водоносных горизонтов в зонах их питания. Переток загрязненных грунтовых вод в эксплуатируемые водоносные горизонты может достигать заметных величин, особенно способствуют проникновению загрязнений стволы скважин, работающих с нарушениями или незатампонированных по завершении эксплуатации.
Зонально-климатическая обстановка, морфоструктурное положение, грунтовые условия, отражаемые геоморфологией территории, обусловили специфику современной геодинамики городов. Современные движения земной коры наиболее активны в районе городов Великий Устюг и Красавино, где зафиксированы скорости современных опусканий земной коры более 4 мм/год. Последствия этого процесса еще не получили инженерно-геологической оценки. Не вызывает сомнений и активность некоторых разрывных нарушений (на территории области отмечаются землетрясения силой до 4 баллов), также должным образом не оцененная ни по влиянию на трубопроводы, ни по возможной геопатогенной опасности.
При относительно близком залегании к дневной поверхности карбонатных, сульфатных и соляных пород (города Вытегра, Великий Устюг, Красавино, Бабаево) при возрастании техногенной нагрузки возможна активизация карстово-суффозионных процессов, что происходит, например, в Москве. Весьма активно проявляются на городских территориях эрозионно-аккумулятивные процессы, связанные с размывом почвогрунтов, переносом и отложением наносов водными потоками. Боковая эрозия, активизированная техногенной деятельностью, приводит к размыву берегов рек и провоцирует возникновение оползней, суффозионных просадок. Плановые деформации речных русел за историческое время неоднократно разрушали целые кварталы в Великом Устюге; в потенциально опасных к размыву зонах находятся многие объекты, в том числе архитектурные памятники г. Вологды.
Центростремительное высотное поле городов повлияло на особенности движения воздушных водных, грунтовых потоков и распространяемых с ними загрязнителей окружающей среды. Приречные части городов, занимающие минимальные высотные отметки, менее проветриваемы, в них периодически формируются воздушные инверсии, способствующие концентрации выбросов промышленных предприятий и транспорта. Поверхностный сток также направлен с периферии к центральным частям городов, концентрация загрязнений в нем в период весеннего снеготаяния может более чем в 200 раз превышать фоновые показатели по минерализации, модули стока наносов достигают более 5,5 т/га. Таким образом, «вклад» поверхностного стока с городских территорий в загрязнение речных вод превышает поступление в реки загрязнителей с организованным стоком. Объемы смыва и распространение загрязнений с продуктами водной эрозии проявляет четкую зависимость от уклонов дневной поверхности, формы и кривизны склонов, структуры тальвегов временной русловой сети и русел малых рек. Наличие на пути загрязненного поверхностного и подземного стоков геоморфологически предопределенных геохимических барьеров может существенно повысить процессы самоочищения.
Таким образом, специальный геоэкологический анализ городских территорий, выполненный на основе детального изучения их геоморфологического строения, позволит получить более полную и достоверную информацию, необходимую для принятия экологически обоснованных решений при планировочном зонировании городов.