Характеристика подземных водных объектов и влияющих на их состояние климатических параметров

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс

Согласно п. 5 ст. 5 Водного кодекса РФ к подземным водным объектам относятся бассейны подземных вод, водоносные горизонты. Санкт-Петербург расположен в пределах северо-западной части Ленинградского артезианского бассейна. Основными водоносными подразделениями на территории Санкт-Петербурга являются надморенный водоносный комплекс (далее ВК) – грунтовые воды (ГВ); межморенный ВК (в составе верхнего и нижнего межморенных горизонтов); ордовикский ВК; кембро-ордовикский водоносный горизонт (ВГ); ломоносовский ВГ; вендский ВК.

Вопрос изучения влияния метеорологических условий на гидродинамический режим грунтовых вод в настоящее время ставится особенно остро вследствие происходящих изменений климата. Наиболее важными показателями, влияющими на уровни грунтовых вод, являются количество выпадающих осадков и температура воздуха. Кроме того, на инфильтрацию атмосферных осадков влияет механический состав пород, слагающих водоносные и водоупорные горизонты.

Грунтовые воды – подземные воды первого от поверхности земли водоносного горизонта. Они образуются, главным образом, за счет инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озер, водохранилищ, мелиоративных каналов. Местами запасы грунтовых вод пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например, водами артезианских бассейнов), а также за счет конденсации водяных паров.

По результатам ведущегося с 2005 года мониторинга подземных вод выявлены следующие закономерности колебания уровня грунтовых вод по видам режима, с учетом литологической составляющей водовмещающих пород, от климатических параметров: наиболее четко зависимость колебаний уровня от количества атмосферных осадков прослеживается в скважинах в естественных условиях с междуречным видом режима в песках и супесях.

Выпадающие атмосферные осадки благодаря высокой водопроницаемости песков свободно просачиваются через зону аэрации и приводят к подъему уровня грунтовых вод. Наиболее четко эта зависимость проявляется в весенний и осенний периоды. Так, накопившие в течение зимне-весеннего периода осадки (декабрь предшествующего года – середины марта текущего года) определяют максимальные подъемы уровня грунтовых вод в начале апреля (в большинстве скважин данного вида режима). Инфильтрация осенних осадков вызывает подъем уровня грунтовых вод в ноябре (иногда в декабре), но амплитуда его значительно меньше, чем весеннего подъема.

По скважинам с приречным, приморским и склоновым видами режима также прослеживается зависимость подъема/спада уровня от количества выпадающих сезонных осадков наряду с другими факторами (рельеф местности, взаимосвязи с поверхностными водами и т. д.). В целом зависимость весенних максимальных уровней прослеживается от суммарного количества осадков за зимний период; для летних минимальных уровней и осенних максимальных уровней – от суммарного количества осадков за месяц.

Кроме общего количества осадков, свою роль играет их интенсивность. Чем менее интенсивные и более продолжительные осадки (осень), тем уровень выше, если же осадки интенсивные и кратковременные (чаще всего летом), то значительного повышения уровня грунтовых вод не наблюдается, так как большая часть выпавшей влаги уходит в поверхностный сток.

Другим фактором, влияющим на колебания уровней грунтовых вод, является атмосферное давление. По мере увеличения атмосферного давления уровни воды в скважинах понижаются, при уменьшении атмосферного давления уровень воды поднимается. При анализе зависимости «давление – уровень» по скважинам на территории города отмечено, что данная зависимость наиболее четко прослеживается на территориях, наиболее удаленных от мегаполиса. Например, в районе п. Каменка эта зависимость прослеживается более наглядно, чем в центральных районах города с плотной застройкой.

С температурой воздуха связь не такая явная. Температура не является определяющим фактором уровневого режима грунтовых вод, однако исключать этот параметр при оценке влияния метеорологических условий нельзя. Зимой, когда температуры низкие (январь и февраль), наблюдается наиболее интенсивный спад УГВ, так как все осадки выпадали в твердом виде и инфильтрация практически остановилась.

Летом наблюдается противоположное: высокая температура способствует повышению испарения, и большая часть влаги до зеркала грунтовых вод не доходит (она уходит на испарение и смачивание подсохшего слоя грунта). Следовательно, можно сделать вывод о том, что оба этих фактора (и температура, и осадки) будут действовать совместно, поскольку температура влияет на испарение, а в переходные сезоны года на интенсивность инфильтрации.

Наибольшее влияние климатические факторы оказывают на безнапорные грунтовые воды и ордовикский ВК на территории Санкт-Петербурга. Напорные горизонты на территории Санкт-Петербурга от климатических факторов практически не зависят.

Оценка воздействия на подземные водные объекты и грунтовые воды Санкт-Петербурга

Подземные водные объекты – сосредоточение находящихся в гидравлической связи вод в горных породах, имеющее границы, объем и черты водного режима (подразделяются на водоносные горизонты и бассейны подземных вод).

На уровень грунтовых вод и подземные водные объекты влияют следующие параметры: температура воздуха; количество выпадающих атмосферных осадков; уровень воды в водных объектах; глубина водоносного горизонта; урбанизация (асфальтирование) и массовая застройка территорий.

Приведенные параметры оказывают непосредственное влияние на техническое состояние сетей и сооружений ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и неуправляемое поступление объемов инфильтрационных (грунтовых) сточных вод в централизованные системы водоотведения:
• изменение плотностей грунта и, как следствие, нарушение уклонов в безнапорных участках канализационных сетей и сооружений;
• увеличение поступления объемов инфильтрационных (грунтовых) сточных вод в централизованные системы водоотведения и сооружения при активном снеготаянии;
• подтопление территорий города;
• нарушение естественного дренажа грунтами и, как следствие, повышенная нагрузка на централизованные системы водоотведения при выпадении нерасчетных атмосферных осадков;
• искусственные покрытия, уменьшающие транспирацию растениями, и изменение экранирующего эффекта, влияющего на испарение.

Характеристика погребенной гидросети Санкт-Петербурга, процессов карстообразования и влияющих на их состояние климатических параметров

Погребенная гидросеть составляет около 4,7% территории города. В середине ХIX века Санкт-Петербург располагался на 101 острове, которые образовывали 48 рек и каналов. Впоследствии часть каналов и протоков была засыпана, и в наше время общее количество островов составляет уже 42.

По мере развития города во время освоения территории и строительства были засыпаны болота и мелкие водотоки. В советское время, в связи с интенсивным гражданским и промышленным строительством, продолжилась работа по изменению гидросети города. На его территории, особенно в Василеостровском и Приморском районах, широко развиты намывные территории.

С точки зрения гидрогеологических и инженерно-геологических условий, освоение и строительство на участках засыпанных водотоков чревато разнообразными проблемами, негативными явлениями и процессами, так как:
• засыпанные водотоки являются проводниками (дренами) для подземного стока грунтовых вод;
• возведение поперек (в крест) засыпанных водотоков различных сооружений (фундаментов зданий, подземных паркингов и переходов, коммуникаций и др.) приводит к возникновению барражного эффекта, подпору потока грунтовых вод, повышению уровня грунтовых вод и, как следствие, к подтоплению территорий;
• техногенные грунты характеризуются низкой несущей способностью, в связи с неоднородным гранулометрическим составом обладают неравномерной сжимаемостью; недоучет засыпанных водотоков приводит к развитию аварийных ситуаций на инженерных коммуникациях и разнообразных сооружениях (просадки, суффозионные явления, деформации фундаментов и стен и др.).

В руслах засыпанных рек и ручьев развиты современные аллювиальные отложения (отложения водных потоков, слагающих речные поймы и террасы и состоящие из окатанного обломочного материала (галечника, гравия, песка, суглинка и глины) мощностью от 2 до 5 м. Содержание органики доходит до 3–5% (в виде торфа).

Песчаные грунты часто находятся в плывунном, связанные грунты – в текучем и текучепластичном состоянии. Все эти грунты обладают неблагоприятными физико-механическими свойствами (низкой уплотненностью, сильной и неравномерной сжимаемостью, низкими прочностными характеристиками). Эти грунты не могут рассматриваться в качестве надежного основания для фундаментов зданий и сооружений.

К негативным процессам относится и биохимическая газогенерация. Микробная деятельность может сопровождаться образованием биохимических газов, генерируемых бактериями различных физиологических групп в процессе преобразования органических субстратов. Потенциально опасными в отношении биохимической газогенерации не только метана и углекислого газа, но и сероводорода являются зоны погребенных заболоченных русел рек и болотных массивов в Санкт-Петербурге.

Еще одним негативным геологическим явлением, связанным с воздействием поверхностных и подземных вод, является процесс карстообразования. Результаты этого процесса проявляются в формировании участков разуплотненных пород, проседании поверхности блюдцеобразной конфигурации и, наконец, обрушении кровли пород с формированием воронок и пустот (на территории города наблюдаются воронки от 0,5 до 2 м глубиной и до 15 м в диаметре).

Карстовые процессы на территории Санкт-Петербурга связаны с областью развития ордовикских карбонатных пород в Красносельском и Пушкинском районах города. Наиболее опасен карст на начальной стадии развития, когда формируется область разуплотненных пород, невидимая с поверхности.

Особенность карстовых процессов заключается в том, что они существенно усложняют процесс строительства и эксплуатации зданий и сооружений, а также препятствуют рациональному использованию сельскохозяйственных земель и наносят значительный ущерб населению и хозяйству.

В территориальных строительных нормах (ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге»), утвержденных постановлением Правительства Санкт-Петербурга №11 от 05.08.2004, учтены особенности геологического строения гидрогеологических и инженерно-геологических условий территории города.

Климатические факторы, влияющие на режим грунтовых вод и подземных водных объектов, определяют и возможные изменения в погребенной гидросети и в развитии карста. Указанные объекты из-за их относительно нестабильного состояния могут быть особенно чувствительны к прогнозируемому росту уровня моря, возрастанию количества и интенсивности осадков, увеличению доли жидких осадков в годовой сумме. Рост температуры воздуха и почвы, вероятно, приведет к негативным физико-химическим и биохимическим процессам, способным нарушить несущую способность грунтов и вызвать аварийные ситуации.

Таким образом, учет засыпанных техногенными грунтами русел и долин водотоков и наличия на территории карбонатных пород при планировании, проектировании и строительстве становится одной из важных задач современного развития города и рационального освоения подземного пространства, систем водоотведения в условиях изменяющегося климата.

Негативное влияние указанных объектов должно учитываться при решении проектными, планирующими и другими организациями города следующих задач:
1. Обоснование разработки схем детальной планировки и застройки участков, районов и территорий города.
2. Проектирование и зонирование различных видов строительства в начальных стадиях.
3. Обоснование проектов, методики, видов и объемов инженерно-геологических и гидрогеологических исследований и изысканий.
4. Выбор глубины заложения свайных фундаментов и целесообразности возведения подземных и заглубленных сооружений (подвалов, подземных переходов, паркингов и т. п.).
5. Оценка опасности и риска от природных и техногенных процессов.
6. Обоснование мероприятий по инженерной защите территории.

Оценка воздействия на погребенную гидросеть и процессы карстообразования в границах

Санкт-Петербурга

Широкое распространение засыпанных водотоков, обогащенных органическими остатками, приводит к развитию опасных геологических процессов. К наиболее опасному из них следует отнести негативную трансформацию песчано-глинистых пород при изменении физико-химических и биохимических условий. Причем такие изменения могут быть вызваны не только техногенным фактором (например, контаминацией – загрязнением подземной среды органическими компонентами, поступающими из аварийных канализационных сетей и коллекторов), но и действием природных условий, в частности широким развитием захороненных болот и отложений, обогащенных органическим материалом.

Негативная трансформация песчано-глинистых грунтов под воздействием физико-химических и биохимических факторов приводит к развитию таких природно-техногенных явлений, как образование плывунов, структурно-неустойчивых грунтов, что, в свою очередь, формирует дефицит несущей способности грунтов в основании наземных сооружений, развитие значительных и неравномерных осадок зданий, увеличение давления на крепь подземных выработок, потерю устойчивости откосов водотоков и др. Изменение физико-химических и биохимических условий приводит к деградации не только грунтов, но и строительных материалов.

Карстовые процессы – одни из наиболее тяжело прогнозируемых и опасных геологических процессов. Вследствие необратимых преобразований рельефа и пород, загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы и атмосферных осадков, а также деградации растительности существенно изменяются условия и факторы карстообразования.

Карст активизируется и проявляется на поверхности в результате сокращения мощности до обнажения карстующихся пород, в виде изменения состава и свойств при увлажнении покровных отложений, нарушения рельефа. Появляются и расширяются очаги повышенной инфильтрации поверхностных, а также подземных агрессивных вод. Участками ослабления служат карстовые полости, открытые трещины, зоны дробления, погребенные провалы и другие подземные формы карста. Скорость карстового процесса уменьшается с глубиной и с удалением от базиса эрозии.

Большое влияние на величину провальной опасности оказывает естественный режим поверхностных и подземных вод. В свою очередь, карстовые процессы оказывают влияние на все физико-географические условия местности. Они резко изменяют рельеф, характер и режим подземных и наземных вод.

Объекты погребенной гидросети и процессы карстообразования из-за их относительно нестабильного состояния могут быть особенно чувствительны к прогнозируемому росту уровня моря, возрастанию количества и интенсивности осадков, увеличению доли жидких осадков в годовой сумме. Рост температуры воздуха и почвы, вероятно, приведет к негативным физико-химическим и биохимическим процессам, способным нарушить несущую способность пород и вызвать аварийные ситуации.

Характеристика гидротехнических сооружений Санкт-Петербурга и влияющих на их состояние климатических параметров

Совокупность расположенных на территории Санкт-Петербурга гидротехнических сооружений (далее – ГТС) образует сложную систему, состоящую из технически разнородных объектов (плотины, водосбросные и водопропускные сооружения, каналы, коллекторы, берегоукрепительные сооружения и др.), обладающих различным имущественно-правовым статусом.

Ответственность за обеспечение безопасности ГТС лежит на собственнике сооружения и эксплуатирующей его организации. Собственником ГТС, расположенного на территории Санкт-Петербурга, могут являться Российская Федерация, Санкт-Петербург (как субъект Российской Федерации), муниципальное образование, физическое или юридическое лицо независимо от его организационно-правовой формы, имеющие права владения, пользования и распоряжения ГТС. Потенциально опасными ГТС являются бесхозяйные гидротехнические сооружения, которые не имеют собственника и эксплуатирующей организации, обеспечивающих их безопасность. Отсутствие собственника приводит к ухудшению состояния сооружений и возрастающей угрозе возникновения аварийных и чрезвычайных ситуаций. Полномочия по выявлению бесхозяйных сооружений, подготовке необходимой документации и ее направлению в уполномоченные органы государственной власти для последующего определения собственника ГТС закреплены за администрациями районов Санкт-Петербурга.

Необходимо отметить, что государственный учет и регистрация ГТС осуществляется на основании Федерального закона от 21.07.1997 №117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений». Порядок формирования Российского регистра ГТС определен Постановлением Правительства Российской Федерации от 23.05.1998 №490 «О порядке формирования и ведения Российского регистра гидротехнических сооружений». При этом ГТС вносятся в регистр только после утверждения органом надзора за безопасностью ГТС декларации безопасности ГТС.

В соответствии с Административным регламентом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) по предоставлению государственной услуги по утверждению деклараций безопасности поднадзорных гидротехнических сооружений, находящихся в эксплуатации, утвержденным приказом Ростехнадзора от 12.08.2015 №312, заявителем утверждения декларации безопасности ГТС может быть собственник ГТС или эксплуатирующая организация либо их уполномоченные в соответствии с законодательством Российской Федерации представители. При этом разработка и согласование деклараций безопасности бесхозяйных ГТС в существующем правовом поле не определена. Таким образом, регистр ГТС не отражает общего количества ГТС, расположенных на территории Санкт-Петербурга.

Основными обязанностями собственника ГТС и эксплуатирующей его организации являются обеспечение соблюдения норм и правил безопасности ГТС на всех этапах его функционирования; обеспечение контроля (мониторинга) за показателями состояния ГТС; осуществление разработки и реализации мер по обеспечению технически исправного состояния ГТС.

Среди климатических параметров, способных оказать существенное влияние на гидротехнические сооружения, следует выделить количество и интенсивность выпадающих осадков, что приводит к повышению уровня воды в водных объектах.

Особенно это актуально для бесхозяйных ГТС, непрерывная эксплуатация которых не осуществляется. Продолжительные осадки высокой интенсивности могут привести к нарушению работоспособности сооружений, и, как следствие, к затоплению прилегающих территорий.

Оценка воздействия на гидротехнические сооружения, расположенные на территории

Санкт-Петербурга

Наземные части ГТС находятся под воздействием тех же атмосферных нагрузок, что и другие здания и сооружения города. Поэтому проявление климатических изменений в виде увеличения числа дней с заморозками и оттепелями и «косыми дождями» приводит к их преждевременному старению. В настоящее время наблюдается положительный тренд как числа дней с обледенением, так и мощности гололедных отложений. Образование наледи на оборудовании и механизмах ГТС также может оказать негативное влияние на их безопасную эксплуатацию.

Особое место среди ГТС занимает Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений. КЗС представляет собой гигантский гидротехнический объект общей длиной 25,4 км, включающий в себя два судопропускных сооружения, шесть водопропускных сооружений и одиннадцать дамб, автомагистраль с тремя развязками Среди климатических параметров, способных оказать существенное влияние на гидротехнические сооружения, следует выделить количество и интенсивность выпадающих осадков, что приводит к повышению уровня воды в водных объектах. и семью мостами, а также автомобильный тоннель.

Помимо защиты Санкт-Петербурга от наводнений и регулирования гидрологического режима в акватории Невской губы комплекс используется как часть Кольцевой автодороги вокруг Санкт-Петербурга. Таким образом, вместе с воздействием сгонно-нагонных и сейшевых волн Финского залива, формирующих затопление побережья Финского залива и создающих нагрузку на КЗС, на него как на автомагистраль оказывают влияние климатические параметры, учитываемые в дорожном хозяйстве (скорость ветра, гололедо-изморозевые явления и т. п.).

В общем случае затопление побережья Финского залива возможно в результате действия двух основных факторов: медленных климатических изменений уровня воды за счет современного потепления и обусловленного этим векового повышения уровня Мирового океана (УМО) и быстрых синоптических изменений уровня при прохождении над заливом циклонических образований, вызывающих штормовые нагоны и наводнения.

Следующим фактором, влияющим на вероятность возникновения наводнения, является изменчивость уровня Ладожского озера, от которого, в свою очередь, зависит величина объема стока Невы. За более чем столетний период наблюдений выявлены циклы наступления максимумов и минимумов уровня озера, приближающиеся к 30–35 годам. Последний выраженный минимум среднегодового уровня наблюдался в 1973 году. Период с 2002-го по 2006 год можно отнести к завершающей части фазы снижения уровня.

Таким образом, Санкт-Петербург расположен в уникальном месте, т. е. по совокупности причин именно здесь создаются наибольшие предпосылки для возникновения крупных наводнений с подъемом уровня более 300 см.

Помимо факторов, связанных с изменением скорости и направления ветра, и приземного поля давления, приводящих к увеличению уровня воды в дельте р. Невы и, соответственно, к увеличению нагрузки на КЗС, существуют метеорологические параметры, от которых зависит качество непосредственного функционирования КЗС. К таким параметрам, например, относится количество случаев с гололедом, толщина стенки гололеда, количество ледяного дождя. Эти характеристики влияют на степень износа и скорость работы механизмов гидротехнических сооружений КЗС.

Характеристика зон затопления и подтопления Санкт-Петербурга

Для Санкт-Петербурга весьма существенной является проблема затопления и подтопления территорий. Это подтверждается и ретроспективными, и современными данными по количеству выпадающих осадков в регионе. Так, по данным Гидрометеорологической службы, осадки в 2019 году в целом по России составили 108% нормы. Значительный избыток осадков отмечен на севере европейской части России (в СЗФО выпало 131% нормы – максимальная величина в ряду; значительный избыток осадков наблюдался во все сезоны).

Общая площадь затапливаемой территории Санкт-Петербурга составляет 4765,73 га, или около 3% от общей площади Санкт-Петербурга. От отдельных водных объектов площади затопления составляют:
• Финский залив, Невская губа – 2595,54 га;
• р. Нева – 425,33 га;
• озеро Сестрорецкий Разлив – 447,38 га;
• озеро Лахтинский Разлив – 1297,48 га.

Общая площадь зоны подтопления, не выходящей за границы зоны затопления, составляет 343,50 га.

Согласно п. 6 ст. 67.1 Водного кодекса РФ в границах зон затопления, подтопления запрещаются:
• размещение новых населенных пунктов и строительство объектов капитального строительства без обеспечения инженерной защиты таких населенных пунктов и объектов от затопления, подтопления;
• использование сточных вод в целях регулирования плодородия почв;
• размещение кладбищ, скотомогильников, объектов размещения отходов производства и потребления, химических, взрывчатых, токсичных, отравляющих и ядовитых веществ, пунктов хранения и захоронения радиоактивных отходов;
• осуществление авиационных мер по борьбе с вредными организмами.

Создать комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

English EN Finnish FI Russian RU
Размер шрифта
Контраст