Состояние береговой зоны внутренних водотоков Санкт-Петербурга

На территории Санкт-Петербурга насчитывается 64 реки общей протяженностью 466,4 км. С целью оценки процессов и степени разрушения речных берегов в пределах Санкт-Петербурга в 2005 г. по заказу Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности было начато изучение и мониторинг экзогенных геологических процессов (ЭГП) береговых зон.
К началу 2015 г. полное первичное маршрутное обследование всех водотоков Санкт-Петербурга было завершено. В настоящее время сформирована обширная сеть постоянного наблюдения за состоянием их берегов.

На состояние береговой зоны рек влияют как природные процессы, так и техногенное воздействие. К естественным относят процессы переработки речных берегов, которые включают в себя боковую, плоскостную и склоновую эрозии, оползни, осыпи, обвалы и тому подобные геологические процессы, развивающиеся в руслах водотоков. (Рис. 1 — главное фото — Пример развития боковой эрозии и осыпания склонов (р. Приветная)). Основной причиной размыва берегов является механическое воздействие на горные породы воды и переносимых ею обломков, ранее разрушенных пород. При наличии в воде достаточно крупных обломков эрозия резко усиливается. Чем больше скорость течения, тем более крупные обломки переносятся, и тем интенсивнее идут эрозионные процессы. Это особенно проявляется в периоды половодий, когда скорость и степень турбулентности движения потока резко увеличиваются, особенно в стрежневой части, что вызывает поперечную циркуляцию. Возникающие вихревые движения воды в придонном слое способствуют активному размыву дна в стрежневой части русла, и часть донных наносов выносится к берегу [11]. Накопление наносов приводит к искажению формы поперечного сечения русла, нарушается прямолинейность потока, в результате чего стрежень потока смещается к одному из берегов. Начинается усиленный подмыв одного берега и накопление наносов на другом, что вызывает образование изгиба реки. Такие первичные изгибы, постепенно развиваясь, превращаются в излучины, играющие большую роль в формировании речных долин.

Оползни, обвалы и осыпи объединяют процессы, имеющие общую причину, в основе которой всегда имеет место гравитационная неустойчивость материала. Эти процессы имеют разные причины и интенсивность развития, но всегда связаны с перемещением масс материала из участков с более высоким гипсометрическим положением в более низкие участки. По берегам рек основным фактором является, по большей части, воздействие водного потока. [12]

На урбанизированных территориях, к которым относится и Санкт-Петербург, происходит трансформация факторов русловых процессов, которая заключается, в первую очередь, в регулировании стока воды и наносов гидротехническими сооружениями. С другой стороны, любой населенный пункт – источник дополнительного количества наносов, приобретающих по мере его укрупнения и развития промышленности исключительно техногенный характер [3]. Сток воды и наносов изменяется под влиянием городской застройки, твердого покрытия (асфальт, бетон) улиц и площадей, ливневой канализации.

Особенно сильному антропогенному прессу в городах подвергаются русла малых рек, которые либо механически уничтожаются, либо превращаются в сточные канавы, бетонные лотки и т.д. Механическое изменение русел малых рек, превращение их в свалки бытового мусора и отходов производства типично и для Санкт-Петербурга.

Загрязнение воды и специфический химический состав донных отложений и илистых осадков на реках в городах создают совершенно новые черты динамики потоков, движения наносов в руслах рек и, как следствие, формы проявления русловых процессов [9]. Под влиянием загрязнений в руслах рек происходит физико-химическое преобразование руслообразующих наносов и речных отложений в тяжелые техногенные илы. Эти явления характерны для всех, даже для больших рек особенно там, где они протекают через градопромышленные агломерации. Благодаря последующим русловым деформациям, размыву и техногенному нарушению отложений в реках возможно и часто наблюдается вторичное загрязнение речной воды. В результате реки утрачивают многие свои функции, связанные с обеспечением жизни людей, а их экосистемы оказываются нередко уничтоженными. В пределах городов меняются ледовый режим рек (реки зачастую не замерзают) и их тепловой сток, что также отражается на руслоформирующей деятельности речных потоков. Большую роль в изменении инженерно-геологических условий играет также регулирование стока речных вод водохранилищами, ведущего к изменению гидрологического режима водотоков. [1]

В результате активной техногенной деятельности происходит планация рельефа, образование новых техногенных участков на территории города, и, как следствие, большие площади речных долин утрачивают свой первоначальный облик. В условиях техногенной нагрузки возрастает роль антропогенного фактора, который изменяет естественный ход рельефообразования и способствует возникновению новых природно-техногенных экзогенных геологических процессов, не наблюдавшихся на данной территории до начала интенсивной хозяйственной деятельности человека. Прилегающая к населённым пунктам территория, а также склоны и берега рек часто бывают замусорены бытовыми отходами и строительным мусором. В местах, где растительность полностью уничтожена, широко развиваются участки плоскостного сноса. [10] Все перечисленные особенности техногенного влияния на состояние береговых зон характерны и для нашего города.

Сеть постоянных наблюдений включает в себя участки с активно развивающимися эрозионными процессами,  представляющими угрозу хозяйственной деятельности человека и объектам городской инфраструктуры, где устанавливаются точки мониторинга, на которых ежегодно проводится комплекс полевых работ для более подробной характеристики имеющихся ЭГП. Работы включают в себя ежегодный осмотр мест наблюдения, фотофиксацию участков разрушения по постоянному азимуту съемки, их описание, измерение изучаемых параметров (длина и ширина эрозионной области, высота берега, угол наклона берегового склона), GPS-привязку и занесение данных в акты осмотра.

На каждую точку наблюдения составляется паспорт, куда заносится вся регулярно получаемая информация с фотографиями за все года мониторинга и приводятся рекомендации по берегозащитным мероприятиям. На некоторых точках наблюдения также устанавливаются реперные посты для количественной оценки интенсивности отступания речных берегов. На начало 2016 г. в базу данных занесено 135 точек регулярного наблюдения с опасными ЭГП, из них на 19-ти установлены реперы.

Также в ходе работ по мониторингу составляются ежегодно обновляемые карты состояния береговых зон водотоков и сети наблюдения за ЭГП, на которые выносятся участки развития эрозии и неудовлетворительного состояния защитных сооружений, источники техногенного воздействия, установленные точки наблюдения и места первоочередного берегоукрепления. Сведения о проявлениях ЭГП на территории города экспортируются каждый год в геоинформационную систему (ГИС) «Экологический паспорт Санкт-Петербурга» с обеспечением «гиперсвязи» точек наблюдения на карте с их паспортами и фотографиями.

В ходе проведенных исследований была дана детальная характеристика современного состояния всех городских рек, включая описание русла, глубины, скорости течения, расходов, типа долины, рельефа, прилегающей местности, наличие техногенных источников (площади свалок, выпуски и сбросы промышленных предприятий и т.п.) и другие характеристики. Сделаны выводы об эродированности берегов исследованных водотоков, степени опасности геологических процессов, выбраны участки, требующие первоочередного берегоукрепления.

В результате мониторинговых исследований сделаны выводы, что активность переработки речных берегов на территории Санкт-Петербурга имеет изменчивый цикличный характер (размыв чередуется с намывом) и напрямую зависит от таких климатических факторов, как:

•  Повышение уровня воды в реках во время наводнений, зажоров и заторов;
•  Общей суммы жидких осадков;
• Количества ливневых дождей;
•  Характера снеготаяния при больших объемах твердых осадков;
•  Толщины снежного покрова;
•  Продолжительности речного ледостава.

Эти факторы непосредственно влияют на разрушающую силу вод. [24]

Так отмечались периоды активизации размыва берегов: в 2005 г. после зажорных явлений на р. Неве, в 2007 г. вследствие большого количества наводнений на р. Неве, в 2009 г. в результате большого объема выпавших в летне-осенний период осадков и аномально высокого подъема вод (более 4 м) при зажорных явлениях на р. Неве, в 2010 г. вследствие большого снегозапаса во время весеннего таяния, в 2011-2012 гг. в ходе наводнений, в результате аномальной суммы годовых осадков и продолжительных ливневых дождей.

В 2013 г. значимого увеличения активности не выявлено, но отмечался размыв береговых склонов в результате резкого и интенсивного снеготаяния в конце апреля. В 2014 г. также не наблюдалось ярко выраженного усиления эрозии, но увеличился период воздействия на берега речных потоков вследствие сокращения ледостава из-за поздней зимы и ранней весны. В 2015 г. также наблюдался очень короткий период ледостава, немногим дольше, чем в прошлом году. И, несмотря на то, что годовое количество осадков в этот раз оказалось наименьшим за весь период наблюдений, в апреле было зафиксировано превышение по сумме в 2 раза, что усилило размыв незащищенных ни травой, ни снегом берегов. Количество снега в этом году было немного больше нормы, но вследствие аномально теплой зимы устойчивый снежный покров практически не сформировался, и берега были подвержены размыву, хотя положительным моментом стало то, что объемы снеготаяния оказались невелики.

В целом, активность переработки речных берегов на территории города характеризуется к концу 2015 г. как средняя. Суммарная пораженность всех рек эрозией достигает 19,8% при общей длине эрозии по обоим берегам в 173530 м и длине береговой зоны всех рек, равной 875640 м (за вычетом участков, выходящих за границу города). Также результаты инструментальных наблюдений на реперах, полученные в 2009-2015 гг., уже позволяют сделать некую количественную оценку протекающих на территории города ЭГП и вывести приближенные скорости развития данных процессов. В 2015 г. было посчитано, что для боковой эрозии рек скорости отступания береговых склонов лежат в пределах от 0,06 до 0,8 м/год (для нескольких основных рек города), но эти данные будут в дальнейшем корректироваться, так как более-менее реальные характеристики ЭГП можно дать только по прошествии длительного периода измерений [23].

К неблагоприятным последствиям изучаемых нами процессов переработки речных берегов, имеющим место в пределах Санкт-Петербурга, можно отнести:

•  Размывы берегов, приводящие к разрушению городских коммуникаций, строений, кладбищ, рекреационных и исторически-значимых зон и пр.;
•  Подмывы опор мостовых переходов;
•  Активизацию овражной эрозии, оползневых и других явлений при подмыве рекой берегов с последующим уроном объектам городской инфраструктуры;
•  Наводнения, в т.ч. вызванные ледовыми заторами, обусловленные:

а) снижением пропускной способности русел при аккумуляции наносов;

б) неблагоприятной формой русла

Если рассматривать конкретные примеры, то основными негативными результатами развития ЭГП в береговых зонах внутренних водотоков являются:

•  подмыв и разрушение захоронений вблизи рек: Смоленки, Волковки, Красненькой (рис. 2), Ижоры, Черной (Парголово), Кузьминки, Славянки – в местах их пересечения с городскими кладбищами, что значительно ухудшает экологическое состояние водотоков и прилегающих территорий;

Рис. 2 Подмыв могил на территории Красненького кладбища, р. Красненькая, 2015 г

• разрушение элементов инфраструктуры (жилые здания, сооружения хозяйственного назначения, мосты, автомобильные дороги или пешеходные зоны, зеленые насаждения, осветительные фонари и другие хозяйственные объекты) вблизи рек, протекающих в густонаселенных частях города: Неве (рис. 3), Ижоре, Ждановке, Кузьминке, Дачной, Оккервиль, Славянке, Черной речке, Пряжке, Мойке, Фонтанке, Карасте (рис. 4), Лубья, Таркановке, Мурзинке, Малой Ижорке, Малой Неве, Утке, Шингарке;

Рис. 3 Разрушение старых укреплений на левом берегу р. Невы

Рис. 4 Разрушение инфраструктуры и укреплений на р. Караста

•  по берегам рек Дудергофки (рис. 5), Сестры, Кузьминки, Приветной, Поповки, Поповой Ижорки, Старожиловки, Черной (Петродворец), Черной (Молодежное), Черной (Лисий Нос), Черной (Песочное), Сосновки, Каменки, расположенных вдали от центральной части города, как правило, наблюдается неухоженное, заброшенное состояние прибрежных территорий и отсутствие контроля за состоянием объектов инфраструктуры и поведением населения. На точках наблюдения зачастую существует угроза опорам ЛЭП, дорогам и мостам, на территории дачных поселков и садоводств фиксируется опасность обрушения частных построек и деревьев, отмечаются случаи несоблюдения водного кодекса РФ, замусоренность территорий;

Рис. 5 Подмыв и разрушение моста через р. Дудергофка

•  разрушение набережных и ухудшение архитектурного облика города в исторически значимых районах города на рр. Нева (в том числе Кронверкский пролив – рис. 6), Большая Невка (рис. 7), Смоленка, Карповка, Славянка, Средняя Невка, Крестовка, Малая Нева, Малая Невка, Черная речка, Мойка, Фонтанка [23].

Рис. 6 Размыв берега у Петропавловской крепости, фото 2010 г.

Рис. 6 Размыв берега у Петропавловской крепости, фото 2014 г.

Рис. 7 Эрозия левого берега р. Большой Невки

Резюмируя полученные данные о состоянии береговой зоны внутренних водотоков Санкт-Петербурга, можно сказать, что основными негативными факторами являются: техногенное вмешательство, загрязнение водоохранных зон и природные процессы переработки речных берегов. Говоря о влиянии ЭГП на объекты городского хозяйства, следует обратить внимание не только и не столько на прямые разрушения элементов инфраструктуры, сколько на потенциальные угрозы, хотя не исключена возможность и первых. С одной стороны, в малых скоростях развития ЭГП на изучаемой нами территории города есть положительный момент, так как у заинтересованных и ответственных лиц имеется время для принятия обдуманных грамотных решений, позволяющих либо купировать негативный процесс, либо уменьшить ущерб от его последствий. С другой стороны, длительно протекающие природные процессы притупляют чувство опасности, создавая обманчивое впечатление их отсутствия. В конечном итоге, в результате длительного бесконтрольного развития, либо в случае резкой активизации, ЭГП могут нанести не только серьезный материальный ущерб городскому хозяйству и населению, но также и ухудшить общее экологическое состояние прилегающих территорий. Поэтому регулярные наблюдения за состоянием берегов рек, а также проведение грамотных берегозащитных мероприятий является одним из необходимых условий обеспечения экологической безопасности в Санкт-Петербурге.

Гипсометрическое положение — высота территории над уровнем моря

 

Список использованной литературы

Опубликованная

1. Боровков В.С. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. Л., Гидрометеоиздат. 1989. 288 с.

2. Беркович К.М., Рулева С.Н., Сурков В.В., Чалов Р.С. Русловые процессы, антропогенные переформирования русла нижней Томи и их влияние на ландшафты поймы // Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 11. М.: МГУ. 1998. С.215-240.

3. Бузин В.А. Опасные гидрологические явления. – С.-П., изд. РГГМУ, 2008, 228 с.

4. ВСН 163-83 «Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (нефтегазопроводов)» – Л., Гидрометеоиздат, 1985 – 143 с.

5. Геологический атлас Санкт-Петербурга, СПб, «Комельфо», 2009.

6. ГОСТ 19179-73 Гидрология суши. Термины и определения. М., Госком СССР по стандартам. 1988. 37 с.

7. ГОСТ Р 22.1.06-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов. 1999.

8. ГОСТ Р 51901.4-2005 – Менеджмент риска. Руководство по применению при проектировании. М., Стандартинформ. 2005.

9. Зорина Е.Ф., Ковалев С.Н., Чалов Р.С., Рулева С.Н. Опасности проявления процессов обусловленных поверхностными водами, на урбанизированных территориях. // Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 17. М.: МГУ. 2010.

10. Кичигин А.Н., Труфанов А.И. Влияние урбанизации на русловые процессы // Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. М.: изд-во МГУ. 1987. С. 366-367.
11. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. – Л.: Гидрометеоиздат, 1982. – 271 с.

12. Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 17. Научный редактор Р.С. Чалов. М.: Географический факультет МГУ. 2010. 268 с.

Фондовая

13. Арестова Т. А. , Бахарев Т. С., Герасимов А. В., Дмитриев Д. Н., Зубарев С. Э. Ведение мониторинга геологической среды на территории Санкт-Петербурга в 2007 году. Раздел II.// Отчет ГГУП «СФ «Минерал». СЗГФ. 2007 г.

14. Ауслендер В.Г. и др. Отчет о комплексном геологическом, гидрогеологическом и инженерно-геологическом доизучении масштаба 1:50 000 с общими поисками и геоэкологическом картировании территории г. Санкт-Петербурга и его окрестностей. ДПР по СЗ Региону. СПбКГУ, 2000, кн. 1, 333 с.

15. Бахарев Т. С., Герасимов А. В., Зубарев С. Э. Оказание услуг по мониторингу геологической среды на территории Санкт-
    Петербурга в 2008 году. Т.2. Мониторинг экзогенных геологических процессов.// Отчет ГГУП «СФ «Минерал». СЗГФ. 2008 г.

16. Бахарев Т.С., Бондарева Н.А., Герасимов А.В., Зубарев С.Э., Могиленко Ю.А., Рябчук Д.В. (ВСЕГЕИ), Спиридонов М.А. и др. (ВСЕГЕИ). Оказание услуг по ведению государственного мониторинга состояния недр на территории Санкт-Петербурга в 2009 г. Ч.2. Мониторинг экзогенных геологических процессов.// Отчет ГГУП «СФ «Минерал». СЗГФ. 2009 г.

17. Безруков В.И. и др. Создание блока контроля состояния геологической среды информационно-программного комплекса «Экологический паспорт Санкт-Петербурга». ГГУП «СЗЦ «Геоинформатика и мониторинг». СПб., 2004.
18. Бондарева Н.А., Герасимов А.В., Зубарев С.Э. Оказание услуг по ведению государственного мониторинга состояния недр на территории Санкт-Петербурга в 2010 году. Ч.2. Мониторинг экзогенных геологических процессов.// Отчет ГГУП «СФ «Минерал». СЗГФ. 2010.

19. Бондарева Н.А., Герасимов А.В., Сергеев А.Ю. (ВСЕГЕИ). Оказание услуг по ведению государственного мониторинга состояния недр на территории Санкт-Петербурга в 2011 году, Ч.2. Мониторинг экзогенных геологических процессов.//Отчет ГГУП «СФ «Минерал». СЗГФ. 2011.

20. Дмитриев Д. Н., Арестова Т. А., Белов В. Ф. Государственный мониторинг геологической среды Санкт-Петербурга в 2005 г.// Отчет. ГГУП «СФ» Минерал». СЗГФ. 2006 г.

21. Информационный бюллетень о состоянии недр на территории г. Санкт-Петербурга. СЗ ГГП «Севзапгеология». СПб., 2009.

22. Сергеева Н.А., Сущенко А.С., Герасимов А.В. и др. Оказание услуг по оценке состояния береговых зон и дна водотоков Санкт-Петербурга для государственных нужд Санкт-Петербурга в 2013 году.// Отчет ГГУП «СФ «Минерал». СЗГФ. 2013.

23. Сергеева Н.А., Правкин С.А. и др. Отчет по Государственному контракту № 218-15 от 10.09.2015 г. «Оказание услуг по мониторингу водных объектов в части наблюдений за состоянием дна и берегов водных объектов на территории Санкт-Петербурга» // Отчет ГГУП «СФ «Минерал». Санкт-Петербург, 2015 г.

24. Сергеева Н.А., Правкин С.А., Сущенко А.С. и др. Оказание услуг по оценке состояния береговых зон и дна водотоков Санкт-Петербурга для государственных нужд Санкт-Петербурга в 2014 году.// Отчет ГГУП «СФ «Минерал». СПб., 2014.