Как адаптировать современный город к изменению климата

Город против стихии

В 2012 году Китай пережил серию наводнений. Вышедшие из берегов реки буквально затопили многомиллионные мегаполисы. Кульминацией разгула стихии стал ливень в Пекине 21 июля — осадки не прекращались 20 часов. Тогда в течение дня пришлось экстренно эвакуировать почти 57 тыс. горожан, 77 человек погибли. Разрушенными оказались по меньшей мере 8200 домов. Только в столице урон составил 1,6 млрд долларов, а всего по стране — не менее 2,3 млрд. 

После такого эксцесса власти КНР обратились к концепции города-губки, сформулированной ландшафтным архитектором и профессором Пекинского университета Ю Кунцзянем. Он предложил природные решения для борьбы с наводнениями, а также с засухами и нехваткой пресной воды. Таких экстремальных событий на фоне глобального потепления, как мы уже писали ранее, становится больше. К тому же город сам активно влияет на окружающую среду.

Тайфуны нередко приносят в китайскую столицу мощные затяжные дожди, которые приводят к масштабным разрушениям и эвакуации тысяч людей  Фото: © EPA

«Физические механизмы влияния городской среды на атмосферные процессы — это сложная система со многими составляющими. В частности, с изменением свойств поверхности, которая становится непроницаемой для влаги. Это меняет тепловой баланс. Сложная геометрия ландшафта способствует развитию более интенсивного турбулентного обмена атмосферы с поверхностью. Меняются теплоёмкость и теплопроводность по сравнению с природными ландшафтами. В крупных городах антропогенный поток тепла от транспорта, отопления, кондиционирования может достигать более 100 Вт/м² — это треть того, что Земля получает от Солнца», — объясняет старший научный сотрудник лаборатории суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ имени М. В. Ломоносова Михаил Варенцов.

Современный мегаполис — это скопление жёстких поверхностей (бетона, металла, стекла, асфальта и бордюрной плитки) с редкими зелёными оазисами. Попадая в ливнёвки, дождевая или талая вода уходит по ним в очистные сооружения, а оттуда — в реки и водохранилища. В результате влага не задерживается в городе. Но во время обильных осадков, выпадающих за короткий промежуток времени, канализационная система не справляется. Напротив, в жаркие дни воды не хватает. В мегаполисах возникают так называемые острова тепла, когда воздух прогревается значительно сильнее, чем в пригороде.

«К примеру, в Лондоне в ясную погоду температура в центре города может превышать температуру на периферии на 8 °C. Особенно ярко эта разница выражена летом. А в Москве на волне жары июля 2021 года, когда днём воздух прогревался до +35 °C, ночью за городом он довольно сильно остывал — до комфортных 15–18 °C. При таких показателях человеческий организм успевает отдохнуть от теплового стресса, но в городе этого не происходит, если в квартире нет кондиционера. Ночные температуры, превышающие порог +24 °C, как в тропиках, представляют опасность для человека с точки зрения теплового стресса», — поясняет Михаил Варенцов.

Цвет автомобилей также влияет на повышение температуры в городе. Исследование в Лиссабоне показало ожидаемый результат — машины чёрного цвета нагреваются сильнее белых, если сравнивать с обычным асфальтом (почти на 4 °C). Всё потому, что такая краска активно поглощает солнечное тепло, а белая — нет. Снизить этот эффект помогут навесы над открытыми стоянками и ограничение парковки для машин тёмных цветов. 

Черные машины нагреваются сильнее не только светлых автомобилей, но и асфальта Фото: © bemissu / Shutterstock / FOTODOM

Вот почему Ю Кунцзянь предлагает сохранять воду — город должен впитывать её в дождливые дни, как губка, и отдавать в жаркие. Так можно снизить эффект теплового острова. Для реализации этой концепции, в которую Китай вложил миллиарды долларов, придумано множество решений. Так, в 30 мегаполисах появились гигантские экопарки с большим количеством водоёмов и заболоченных участков, для сбора осадков были созданы подземные хранилища, воду из которых потом можно использовать во время засух.

На смену привычным газонам в некоторых местах пришли дождевые сады — участки хорошо поглощающей влагу почвы с деревьями, растениями и углублениями для сбора жидкости. А при обустройстве тротуаров между блоками бордюрной плитки оставляют небольшие зазоры, заполненные щебнем, чтобы впитывать воду. Подобные и другие проницаемые дорожные покрытия из пористых материалов позволяют жидкости уходить в землю и пополнять грунтовые воды, проходя при этом естественную фильтрацию. 

В городе можно размещать и так называемые камеры биологической очистки, где дождевая вода собирается, задерживается и дренируется. Это такой слоёный пирог из мульчирующего материала, фильтрующего слоя почвы, дренирующего слоя гравия, гравийного основания и дренажной трубы, под которой находится ненарушенный грунт. Хранить и транспортировать воду также позволяют биосвейлы, или биодренажи, — траншеи с растительностью, под которой проходит дренажная труба. Аналогичную функцию выполняют фонтаны, водопады и другие водные объекты.   

Ещё один способ удержать влагу в городе — озеленение крыш домов с использованием нескольких слоёв почвы и грунта. Растения не только не дают нагреваться зданиям, но и поглощают большой объём выпадающих осадков. Вместе с грунтом они впитывают часть воды, а остатки уходят в мембранную систему. Она задерживает поток на несколько часов, чем разгружает систему водостока во время затяжных ливней. Причём этот подход работает не только в тёплом климате — даже для регионов с суровыми зимами можно подобрать выносливые растения, например очиток.

Озеленение крыш в Европе  Фото: © Lucas Eduardo Benetti / Shutterstock / FOTODOM

«Используя в комплексе эти инструменты и уменьшая сток, мы снижаем риски подтопления территорий. При этом можно получить и хороший экономический эффект. По статистике, затраты на строительство объектов вырастают на 1–3 %, зато недвижимость, при возведении которой применены современные подходы, может подорожать на 10–30 %. Из сметы уходят затраты на организацию классической ливнёвки, появляется много привлекательных зелёных зон», — говорит президент ассоциации «Гильдия ландшафтных инженеров» и преподаватель кафедры рационального природопользования географического факультета МГУ Алексей Саянов.

Сегодня концепцию города-губки перенимают в Северной Европе, Канаде и США. Российские урбанисты также используют зелёную инфраструктуру, и в наших мегаполисах постепенно появляются сухие пруды и ручьи, дождевые сады, зелёные крыши, а также системы оборотного использования серой воды. Это вода из душевых, умывальников и стиральных машин, которая после локальной очистки может использоваться для технических нужд: полива растений, смыва унитазов, очистки тротуаров. Такой принцип «двойного оборота» снижает нагрузку на водозабор и канализацию, а экономия питьевой воды может доходить до 40 %.

«Хороший пример — территория Образовательного центра „Сириус“. Здесь системы сбора и повторного использования серой воды будут интегрированы в комплексную экологическую инфраструктуру — дождевые сады, испарительные водоёмы, зелёные кровли. Серая вода позволит не только экономить ресурсы, но и формировать комфортный микроклимат. Таким образом, именно южные регионы России могут стать площадкой для адаптации лучших международных практик по серой воде к нашим реалиям», — отмечает директор Научно-исследовательского института устойчивого развития в строительстве (НИИУРС) Вера Бурцева.

В Сириусе есть несколько крупных водоёмов   Фото: © Юрий Славин / Медиадом «Сириус»

Джунгли, но не каменные

Градостроительные решения, продиктованные самой природой, сегодня применяются всё чаще. Хотя мысль превратить город в сад не нова. Пожалуй, самое яркое воплощение она получила благодаря английскому социологу Эбенизеру Говарду. В конце XIX века он предложил объединить преимущества жизни в городе и за его пределами. Так родилась концепция города-сада, ставшая ответом на проблемы урбанизации того времени. 

По задумке Говарда, город должен быть компактным и утопать в зелени, а до всех его ключевых объектов вроде больницы или школы можно достаточно быстро дойти пешком. Автор концепции хотел отделить промышленные зоны от жилых районов кольцом из садов и сельскохозяйственных угодий. В центре населённого пункта — площадь и парк. Они окружены малоэтажной застройкой с жилыми и общественными зданиями. Из сердца города лучами расходятся бульвары, которые делят территорию на сектора. На периферии — промышленные предприятия и сельхозземли, окружённые нетронутой природой. Говард считал, что население таких городов должно ограничиваться несколькими десятками тысяч жителей, а если населённый пункт разрастается, по соседству строится новый. Со временем подобная агломерация окружила бы мегаполис, а связать их между собой должны были поезда или трамваи.

Концепцию впервые воплотили в британском Летчворте. До начала XX века это была небольшая деревня, пока большую её часть вместе с окрестными землями не выкупила компания Эбенизера Говарда и его сторонников. Затем новый подход применяли при переустройстве других населённых пунктов, в том числе некоторых районов Лондона.

Сегодня в Летчворте живёт около 35 тысяч человек Фото: © Altaf Shah / Shutterstock / FOTODOM

Районы-сады Кёнигсберга

В начале прошлого века будущий Калининград бурно застраивался, и там тоже нашла воплощение концепция города-сада. Её реализовали в районах Амалиенау и Ратсхоф. Первый облюбовали богатые горожане. Трамвайная линия связывала его с центром Кёнигсберга. Прусские градостроительные нормы разрешали планировку только прямых улиц, так что для кольцевой застройки в них пришлось вносить изменения. Архитектурный замысел приводил в жизнь один подрядчик. Каждый дом строился по индивидуальному проекту, к зданиям подводили водопровод и канализацию, освещение было электрическим. Но Первая мировая война и экономический кризис 1929 года не дали довести до конца первоначальный замысел, и часть района была застроена быстровозводимыми дешёвыми домами. 

Параллельно с Амалиенау развивался Ратсхоф. Это был район не для элиты, а для рабочих вагоностроительного завода Кёнигсберга. Предполагалось превратить его в благоустроенный городок с удобным недорогим жильём. Там строились двухэтажные дома — как для отдельных семей, так и многоквартирные. В каждом были кухня, туалет, ванная, прачечная. С годами Ратсхоф стал престижным районом Кёнигсберга.

Английские ростки дали всходы по всему миру. Районы-сады появлялись в Брюсселе, Барселоне, Гамбурге, Кёнигсберге. Не стала исключением и Москва. В 1920-х годах в советской столице не хватало жилья, и чтобы решить эту проблему, власти разрешили горожанам возводить дома за свой счёт и объединяться в кооперативы. В 1923 году на севере Москвы был основан первый в столице кооперативный посёлок Сокол. Его ещё называли «посёлком художников», хотя жили там не только живописцы, но и сотрудники наркоматов, экономисты, учителя, агрономы, представители технической интеллигенции. Всего насчитывалось больше сотни домов (многие были построены по индивидуальным проектам). К услугам их жильцов были продовольственные магазины, столовая, библиотека, детский сад, парк и спортивные площадки. Интересно, что каждую улицу засадили определёнными деревьями: Сурикова — липами, Брюллова — клёнами, Шишкина — ясенями, Саврасова — тополями.

В 1936 году кооперативное строительство в СССР свернули, и все дома Сокола перешли в собственность Москвы. С начала 1950-х было несколько попыток сноса посёлка, но в итоге этого удалось избежать. А в 1979 году Сокол стал памятником градостроительства первых лет советской власти и теперь охраняется государством. 

Проекты дома для одной семьи в посёлке Сокол Фото: © Н. В. Марковников

Помимо Москвы, новую градостроительную концепцию с разной степенью успешности пытались внедрять в Ростове-на-Дону, Вологде, Иванове, Мытищах, Жуковском, Бийске, Рубцовске, Горно-Алтайске. Впрочем, ко второй половине XX века идея города-сада утратила популярность. Для воплощения таких проектов требовались внушительные инвестиции. К тому же поселковый формат поселений не выдержал конкуренцию с большими городами, привлекающими людей масштабом и новыми возможностями. Да и мегаполисы сегодня становятся зеленее. 

«Сегодня взгляд на город как на что-то противоположное природе с точки зрения антропогенной нагрузки устаревает. С учётом доступности современных технологий дистанционного зондирования, цифровых моделей, мастер-планирования идею о городе-саде можно переводить в цифры. Появилось понятие „экосистемные услуги“, то есть имеющие количественный эквивалент блага, которые можно получать от зелёной инфраструктуры. Современные методы позволяют насыщать идею, делая задачу описываемой и достижимой», — говорит доктор биологических наук и профессор департамента ландшафтного проектирования и устойчивых экосистем Российского университета дружбы народов им. Патриса Лумумбы Вячеслав Васенев.

Сады Сириуса

Образ города-сада не перестаёт манить архитекторов и градостроителей. Его элементы сочетаются с популярной сегодня идеей компактного проживания людей — концепцией 15-минутного города. Это когда всё, что вам нужно для повседневной жизни, находится недалеко от дома либо доставляется домой. Такой подход находит отражение в современных экокварталах и загородных посёлках. А крупнейшим городом-садом XXI века может стать первая в России федеральная территория. Для этого в Сириусе намерены создать первый в стране национальный водный природно-климатический парк.

При благоустройстве территории в Сириусе большое внимание уделяют водным объектам Фото: © Варвара Слива / Медиадом «Сириус»

«Сейчас в каждом уголке федеральной территории есть свои красивые места, но концептуально они пока не объединены. Это можно изменить с помощью искусного озеленения, выразительной геопластики, композиционных решений и подбора растений. В проекте нового парка Сириуса я увидела прекрасную идею, которая полностью отвечает этому принципу, — концепцию природно-водного ландшафта. Там появятся тематические павильоны, названия которых будут связаны с посаженными рядом определёнными деревьями, а планировка, формы и элементы благоустройства обыграют эту ключевую идею. К примеру, силуэт дубового листа в рисунке дорожек, камень-желудь в инсталляции или другие творческие находки ландшафтных дизайнеров», — рассказывает научный сотрудник Междисциплинарного научного центра антропологических исследований в образовании РГПУ им. А. И. Герцена ландшафтный архитектор Елена Штиглиц.

Подход к формированию водно-зелёного каркаса первой федеральной территории будет научно обоснованным. Сейчас учёные Университета «Сириус» определяют, какие аборигенные и интродуцированные растения лучше всего переносят городской стресс. Также оценивают способность местных почв фильтровать воду, питать растения, поглощать и выделять углерод. Итогом этой масштабной работы станет карта размещения зелёных зон, где будет рассчитано оптимальное соотношение между озеленёнными и застроенными участками. Работа в этом направлении началась ещё несколько лет назад, когда учёные взяли первые пробы грунта. Они собрали образцы в разных местах федеральной территории.

«Нас сильно удивил тот факт, что все рекультивационные горизонты в Сириусе сформированы поверхностными горизонтами чернозёмов, которые распространены в Ростове-на-Дону или в Краснодаре. То есть здесь много привозных почвенных масс, не свойственных данной территории. В условиях субтропиков такие городские почвы выделяют намного больше СО₂, поэтому мы сейчас изучаем не только уже функционирующие конструктозёмы, созданные во время строительства олимпийских объектов, но и механизмы использования для рекультивации отдельных горизонтов местных почв вместо чернозёмов. Именно оценка и разноплановое изучение уже созданных парковых зон позволит нам избежать ошибок при формировании стабильных почвенных конструкций на федеральной территории „Сириус“ в будущем», — объясняет Сергей Горбов, руководитель научной группы, которая занимается этим исследованием в Международном научном центре в области экологии и вопросов изменения климата Университета «Сириус». 

Конструктозёмы — это созданные человеком многослойные почвенные системы. Они неотъемлемый компонент благоустройства территорий по окончании строительных работ и при восстановлении городских зелёных зон. Очевидно, масштабная стройка, которую пережила Имеретинская низменность при подготовке к Олимпиаде-2014, потребовала использования больших объёмов почвенных масс — основы для конструктозёмов. Сохранить свежевысаженные растения могла лишь имитация естественной почвенной среды, которая бы удерживала воду, питала корни, поддерживала жизнь микроорганизмов и поглощала углекислый газ. 

Строительство Ледового дворца спорта «Айсберг», 2011 год Фото: © ITAR-TASS

Теперь исследователи намерены не только изучить состояние сформированных в Сириусе конструктозёмов, но и создать, а также протестировать разные типы почвенных конструкций, сложенных из местных материалов, стабильно функционирующих в условиях влажного субтропического климата. Для этого на территории Олимпийского парка будет создана экспериментальная площадка — своеобразная лаборатория под открытым небом, которая объединит десятки вариаций «новых» почв. 

«На федеральной территории утверждена государственная программа научно-технологического развития. Ученые Университета „Сириус“ проводят исследования и решают практические задачи — создают полигоны для определения оптимальных почв и газонных покрытий для нашей климатической зоны влажных субтропиков. Устойчивое травяное покрытие из местных растений позволит снизить затраты на полив, поскольку будет в основном питаться естественными осадками. Параллельно мы обсуждаем проекты по использованию тепла, вырабатываемого зданиями. Например, рассматриваем возможность строительства рядом с ледовыми аренами бассейнов. Воду в них можно было бы подогревать с помощью тепла, выделяемого при охлаждении спортивных объектов. За счёт таких решений можно серьёзно экономить», — делится планами глава администрации федеральной территории «Сириус» Дмитрий Плишкин.

Сочетание больших олимпийских арен и открытых пространств создаёт в Сириусе ощущение разрежённости застройки. Наполнить пространство между ключевыми зданиями помогут малые архитектурные формы, в том числе арт-объекты. С их помощью можно разбивать ветровые потоки.

Покраска в белый цвет не только стен, но и крыш, позволяет снизить нагрев зданий Фото: © Юрий Славин / Медиадом «Сириус»

Отдельное внимание — береговой линии. Её особая конфигурация и нередкие для Чёрного моря штормы повышают требования к гидротехническим и защитным сооружениям. Сложная инженерная инфраструктура требует не просто поддержания в рабочем состоянии, но и адаптации под новые задачи территории. Должна быть она готова и к возможным климатическим рискам. Рассчитать их вероятность помогут прогнозные модели. С их помощью можно создать виртуальную копию («цифровой двойник») Сириуса, способную точно воспроизводить гидрометеорологические характеристики федеральной территории.

«В Сириусе можно смоделировать различные сценарии в масштабе как отдельных зданий, так и всей федеральной территории. Посмотреть разные планы застройки и оценить риски и проблемы, которые возникают в каждом их них, а также наложить на них тренды изменений климата», — предлагает Михаил Варенцов. 

Так, можно получить детальные сценарии климатических изменений для конкретного города, чтобы выяснить его слабые места и проанализировать выходные данные для принятия взвешенных решений. Например, определить зоны, которые сильно перегреваются и требуют навесов, или оценить эффективность перекрашивания крыш в белый цвет (белые крыши лучше отражают солнечные лучи и меньше нагреваются).

Но, пожалуй, самое главное — сделать город комфортным, а его инфраструктуру — доступной жителям и туристам. Так считает катарский профессор архитектуры и городских теорий Али Абдельрауф Али Абуэльсаад из Университета Хамада бин Халифа.

«Пример — набережная Сириуса с велодорожкой, детскими и спортивными площадками. Там всё интегрировано и продумано, и променад не прерывается, даже когда проходит мимо дорогих отелей. Создаётся ощущение, что всё это доступно, оно для тебя. Это критически важно для концепции города-сада. Если вы чувствуете, что город вас принимает, позволяет вам наслаждаться набережной и парками, значит, он ваш и вы его часть. Для меня это ощущение принадлежности — один из прекрасных инструментов для знакомства с концепцией зелёного города не на искусственном и поверхностном, а на очень глубоком уровне», — говорит он.

Современные научные разработки лягут в основу первого в России водного природно-климатического парка, который появится в Сириусе Фото: © Юрий Славин / Медиадом «Сириус»

Исполнительный директор Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Елена Гершелис отмечает: «Более половины людей на Земле живут в городах. В нашей стране горожане составляют около 75 % населения. Очевидно, что именно крупные населённые пункты нужно адаптировать к климатическим изменениям и опасным природным явлениям, которые они провоцируют. И решения для этого есть — как архитектурные, так и ландшафтные. Применять и те и другие намерены в Сириусе при создании первого в России водного природно-климатического парка. Важно, что эта работа будет иметь под собой научную базу, — показательный пример роли науки в решении прикладных задач. Планируем наделить будущий парк особым охранным статусом, поэтому вполне можно говорить о свежем взгляде на концепцию города-сада. Если удастся воплотить её в жизнь, а я уверена, что это получится, мы создадим мировой прецедент».