Геоэкологические опасности и риски в городской среде Санкт-Петербурга

Серебрицкий И.А., канд. геол.-минерал. наук, Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности

Томилина О.В., Филиппов Н.Б., канд. геол.-минерал. наук, ГГУП «Специализированная фирма «Минерал»

Интенсивное освоение городской территории, уплотнение застройки в центральной части города, строительство зданий повышенной этажности, широкое использование подземного пространства, планируемое расширение и освоение городской территории требуют изучения состояния геологической среды, выявления опасных проявлений эндогенных и экзогенных геологических процессов. Геологическая среда в подземной части территории города, имея изначально сложную природную обстановку, подвергается интенсивному техногенному влиянию, при котором природные геохимические и геодинамические процессы резко ускоряются, что в итоге может привести к непредсказуемым катастрофическим явлениям.

Экзогенные геологические процессы

Они обусловлены экзодинамическим преобразованием горных пород, происходящим на поверхности Земли и в приповерхностном слое – в зоне действия факторов выветривания, эрозии, склоновых и береговых деформаций, вызванным в большей части внешними по отношению к литосфере силами (солнечной энергией, атмосферными, гидросферными, гравитационными). Под экзогенными геологическими опасностями понимаются опасности, которые обусловлены проявлениями экзогенных геологических процессов (ЭГП) и явлений, вызывающих напряженные, опасные, аварийные и катастрофические ситуации в геологическом пространстве.

В настоящее время разработана генетическая классификация экзогенных геологических опасностей применительно к территории России (3), на основе которой выделены группы, классы и типы опасностей, проявленных в пределах Санкт-Петербурга (табл.1).

Впервые основные геологические риски, характерные для Санкт-Петербурга, были определены в рамках международного проекта GeolnforM, результаты которого опубликованы в Геологическом атласе Санкт-Петербурга в 2009 году (1). Еще один международный проект – CLIPLIVE (2012–2014), направленный на оценку геологических и экологических рисков для урбанизированных территорий региона Финского залива, позволил не только расширить список опасных геологических природных процессов и явлений, но и оценить влияние возможных климатических изменений на их развитие (2).

Экзогенные геологические процессы в береговых зонах города

Морские берега Санкт-Петербурга относятся к берегам, сформированным преимущественно волновыми процессами, за исключением небольшого по протяженности участка выровненного аккумулятивного берега (от пос. Солнечное до Сестрорецка) и техногенного (в Невской губе).

Проявления процессов абразии (размыва)

Абразия (размыв) берегов относится к наиболее активно проявленным экзогенным геологическим процессам в береговой зоне Санкт-Петербурга, приводящим к потере прибрежных территорий, разрушению зданий и сооружений, дорог и коммуникаций. В северной береговой зоне Невской губы абразионные берега составляют более 70% от общей протяженности, причем деструктивные процессы за последнее десятилетие усилились. В Курортном районе к абразионным и аккумулятивно-абразионным берегам относится 72% береговой зоны (рис. 1). Все пляжи Курортного района в той или иной степени подвержены размыву (3).

Средние скорости отступания берега по данным методов дистанционного зондирования составляют 50 см/год, максимальные – 2 м/год. Так, максимальное отступание берега в период с 1990-го по 2005 год, достигающее 25–30 м, установлено на отдельных участках пляжей в пос. Серово, Ушково и Комарово. В Курортном районе достаточно протяженные участки берега укреплены берегозащитными сооружениями (г. Зеленогорск, пос. Репино, м. Дубовской). Большинство имеющихся в настоящее время в морской береговой зоне Санкт-Петербурга берегозащитных сооружений находятся в аварийном состоянии (рис. 2).

Применяемые на ряде участков методы «жесткой» берегозащиты (стенки из природного камня, бетонные откосы, глыбовые отсыпки вдоль береговой линии) постепенно приводят к полной деградации пляжей, размыву песчаных отложений на подводном береговом склоне и снижают рекреационную ценность побережья.

Проявления процессов аккумуляции

В целом для рассматриваемой береговой зоны характерен поток наносов в восточном направлении. В зонах разгрузки потока наносов происходит аккумуляция песчаного материала и формирование пляжей. Наибольшие по протяженности и ширине песчаные пляжи (более 100 м) расположены в районе пос. Солнечное – г. Сестрорецка (рис. 3). Локальные песчаные пляжи развиты в небольших бухтах по всему периметру восточной части Финского залива и Невской губы. В тыловой части наиболее широких пляжей наблюдаются невысокие (до 4,5 м) дюны. В Курортном районе локальные зоны аккумуляции и выдвижения берега наблюдаются также в устьевых участках небольших рек (р. Приветная и Смолячков ручей).

Песчаные пляжи обоих типов представляют собой наиболее привлекательные, с точки зрения рекреационного использования, участки береговой зоны. В то же время накопительные (аккумулятивные) процессы и явления несут в себе геологическую опасность в случае, если приводят к обмелению (заносимости) подводного берегового склона, русел или фарватеров.

Проявления процессов дефляции

Под дефляцией понимается совокупность процессов, происходящих при ветровой эрозии. Участки местности, подверженные этим процессам, формируются в результате проявления разнообразных сил, в том числе и под влиянием перемещений сыпучего песчаного материала воздушными массами. На территории Санкт-Петербурга участки с проявлением этого вида ЭГП расположены в прибрежной зоне Курортного района между пос. Комарово и Солнечное (рис. 4).

Роль этого процесса в формировании облика территории города сравнительно невелика. Однако, несмотря на незначительные ареалы проявлений процесса, его негативная составляющая очевидна, так как связана с разрушением пляжей в рекреационной зоне Санкт-Петербурга (в основном в пределах дюн и междюнных ложбин). Кроме того, она проявляется при вывевании песка из-под корневых систем деревьев с образованием так называемого «обреченного древостоя», представляющего угрозу людям.

Проявления процессов техногенного преобразования берегов

Современный облик береговой зоны формируется, изменяется, а порой и принципиально перестраивается за счет активного и разностороннего техногенеза. Берега Невской губы на значительном протяжении (Петроградский, Василеостровский, Кировский, Красносельский районы) относятся к техногенному типу. Наиболее известным техногенным объектом городской береговой зоны являются набережные, представляющие собой сложные по составу и строению разновозрастные гидротехнические сооружения, многие из которых имеют ландшафтную, архитектурную и историческую ценность.

Экзогенные геологические процессы на территории города

Проявление процессов линейной эрозии

Процессы линейной эрозии, протекающие на территории города, относятся к типу сосредоточенной линейной эрозии (СЛЭ), производящейся водным потоком, вырабатывающим ложбины, овраги и, в конечном счете, долины. Выделяются два вида СЛЭ – глубинная и боковая эрозии. Глубинная эрозия (регрессивная, пятящаяся) распространяется от низовьев водотока вверх по течению и приводит к формированию продольного профиля равновесия. Результатом данного процесса является оврагообразование – формирование овражно-балочных форм рельефа. Овражно-балочные формы рельефа широко развиты на территории Санкт-Петербурга на склонах морских террас, северном склоне Ордовикского плато, речных обрывистых берегах (рис. 5).

Всего на территории города выделено около 600 линейных склоновых эрозионных форм (в основном малоконтрастные балочные формы), в подавляющем большинстве своем развитых в районах городских окраин. Отображенные на схеме проявлений ЭГП наиболее представительные формы связаны с обрывистыми куэстообразными уступами Ордовикского плато, развитыми вдоль южной границы города. Боковая эрозия является составной частью русловой эрозии рек и характеризуется процессами разрушения речных берегов текучими водами, что в конечном счете приводит к расширению дна долины путем меандрирования. Практически все реки на территории Санкт-Петербурга в той или иной степени подвержены процессам боковой эрозии (рис. 6).

Негативная составляющая этого процесса связана с подмывом и обрушением берегов, развитием оползневых процессов. Разрушению подвержены в равной степени как правый, так и левый берега в зависимости от конфигурации русла рек, водообильности, скорости течения, высоты и крутизны берегов. В среднем протяженность отдельных эродированных участков составляет до 50–100 м. В целом процессы боковой эрозии на территории Санкт-Петербурга проявлены в средней и слабой степени. Проявления эрозионных процессов также приводят к размыву корневых систем деревьев с повалом обреченного древостоя в воду, в результате чего образуются застойные участки водотока, происходит замусоривание рек и формирование антисанитарного облика их берегов. Наибольшую опасность представляют процессы боковой эрозии, развитые на участках, примыкающих к инженерным и транспортным коммуникациям, зданиям промышленных предприятий, жилого фонда, а также к городским кладбищам (рис. 7).

Образование биогазов

Биогаз, иначе болотный газ, образуется в природных условиях при микробиологическом разложении растительных остатков без доступа воздуха. Биогаз обладает свойствами горючести и представляет собой смесь газов (метан, углекислый газ, азот и пр.). Процессы образования биогаза на территории Санкт-Петербурга происходят как в условиях естественных природных (болотных) ландшафтов, так и в условиях антропогенно-измененных ландшафтов. В процессе подготовки территорий под застройку нередко происходит засыпка водотоков и свалок строительным мусором, твердыми бытовыми отходами с последующим перекрытием бетонными плитами либо асфальтовым покрытием, что значительно понижает изначальную проницаемость грунтов. В такой ситуации на отдельных фрагментах засыпанной территории с первоначальным обилием органического вещества и повышенной влажностью грунтов сохраняются благоприятные условия для активного газообразования (рис. 8).

Накапливающийся в грунте биогаз в определенный момент времени под давлением может прорвать вышележащую толщу в ближайшем ослабленном месте, реализуясь в виде газо-грязевого выброса, или же будет накапливаться в близлежащих подземных сооружениях, в том числе и подвалах. Особенно опасным считается накопление метана, при определенных концентрациях которого в атмосферном воздухе смесь становится горючей и даже взрывоопасной. На рис. 9 показаны области развития биогазов на территории Санкт-Петербурга.

Карстовые процессы

Карстовые процессы непосредственно связаны с деятельностью поверхностных и подземных вод и представляют собой растворение и выщелачивание горных пород с образованием в них пустот разного размера и формы. Своеобразные карстовые формы рельефа (воронки, котловины, суходолы) возникают на участках развития сравнительно легкорастворимых карбонатных горных пород (известняки, доломиты). В Санкт-Петербурге карстовые процессы проявлены в Красносельском и Пушкинском районах, на территории которых развиты карбонатные породы ордовикского возраста. В зонах развития карста часто встречаются блюдцеобразные и конусовидные воронки диаметром до 3–15 м и глубиной до 1–2 м, расположенные поодиночке либо группами или цепочками (рис. 10,11). На рис. 13 показаны области проявления процессов карстообразования на территории Санкт-Петербурга.

В зданиях, построенных на территориях развития карста, могут проявляться различные деформации (рис. 12).

Неотектоническая активность

Неотектоническая активность на территории Санкт-Петербурга проявляется в колебательных движениях земной поверхности разной направленности, амплитуды, скорости, частоты и масштабности, что приводит к существенному изменению механических свойств несущих грунтов и пород, вплоть до образования плывунов. Именно поэтому современная тектоническая активизация представляет большую угрозу инженерным сооружениям и должна специально оцениваться, особенно при освоении подземного пространства, высотном строительстве и возведении объектов высокого экологического риска. Неотектоническая активность в Санкт-Петербурге локализована в современных тектонических зонах, причем наибольшая опасность характерна для участков наложения двух тектонических зон. На рис. 14 показаны зоны современной тектонической активности на территории Санкт-Петербурга.

Подтопление напорными подземными водами

Локально распространенный на территории Санкт-Петербурга верхний межморенный горизонт (полюстровский) характеризуется наличием вод с высоким напором (часто выше дневной поверхности). Это представляет потенциальную опасность подтопления поверхности на участках с высоким пьезометрическим уровнем (местами выше дневной поверхности) и малой мощностью перекрывающих водоупорных отложений. Подтопление напорными подземными водами может происходить в местах наличия в верхней части разреза «гидрогеологических окон», в пределах которых происходит гидравлическая связь полюстровского водоносного горизонта с вышележащим горизонтом грунтовых вод. Кроме того, подтопление территорий может быть обусловлено техногенными факторами. В пределах таких участков при производстве строительных работ возможны прорывы вод в котлованы, образование восходящих родников, затопление подвалов и деформация зданий. На рис. 15 показаны зоны возможного подтопления напорными водами на территории Санкт-Петербурга.

Подтопление безнапорными (грунтовыми) подземными водами

Водоносный горизонт грунтовых вод развит на территории Санкт-Петербурга повсеместно и характеризуется высоким уровнем стояния грунтовых вод. На большей части территории уровень залегания грунтовых вод находится на глубине от 0,0 до 1,0 м, что в определенных условиях может привести к подтоплению заглубленных сооружений (подвалов зданий, фундаментов, подземных переходов, гаражей и др.). На рис. 16 показаны зоны возможного подтопления грунтовыми водами на территории Санкт-Петербурга.

Еще одной проблемой, связанной с геологическим строением города, является потенциальная радоноопасность. Этому вопросу посвящена специальная статья в настоящем номере журнала.

Список литературы

1. Геологический атлас Санкт-Петербурга, СПб, «Комильфо», 2009, 57 с.
2. http://cliplive.infoeco.ru/;
3. Рябчук Д.В., Спиридонов М.А., Сухачева Л.Л., Жамойда В.А., Нестерова Е.Н. Рельеф, геологическое строение и экзогенные геологические процессы береговой зоны Курортного района Санкт-Петербурга. «Региональная геология и металлогения», 2008, №36, С.109–120.