С.В. Сольский, д-р техн. наук, главный научный сотрудник лаборатории «Фильтрационные исследования» им. акад. Н.Н. Павловского,
Е.В. Герасимова, ведущий инженер отдела «Основания, грунтовые и подземные сооружения», АО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»
По обилию вод Санкт-Петербург занимает одно из первых мест среди городов мира. Общая протяженность всех водотоков на территории города – 282 км, а их водная поверхность составляет 7% всей площади городской территории. Основа водной системы города – река Нева, протоки, притоки и каналы Невы и Финского залива, а также озера и пруды. Их современная конфигурация складывалась на всем протяжении развития и существования города.
Ко времени основания города его современную территорию занимали многочисленные болота, озера и пруды, пересекала густая сеть рек и ручьев. Они были гораздо полноводнее, чем теперь, так как протекали среди лесов и болот. Особенно полноводными были правые притоки Невы – Охта и Черная речка, левые притоки – Волковка, Ижора, Тосна со Славянкой. По Охте, Тосне и Славянке ходили суда. Невские воды выносились в Невскую губу по многочисленным рукавам и протокам.
В процессе застройки и благоустройства территории города его водоемы подвергались неоднократным и значительным преобразованиям. Более 200 озер и прудов, а также полусотни мелких речек и протоков были засыпаны или заключены в трубы (например, Лиговка и Таракановка). Строились каналы: Кронверкский проток вокруг Петропавловской крепости (1706), Крюков канал между Невой и Мойкой (1717–1719), Зимняя канавка (1718), Лебяжий канал (1716), каналы по линиям Васильевского острова (1720–1730), Адмиралтейский канал (1720), Литовский канал из р. Лиговки (1721), Обводный канал (1804–1832) и многие другие. Некоторые из этих каналов впоследствии были засыпаны (Адмиралтейский, Литовский, Введенский, каналы Васильевского острова и др.).
Часть рек и протоков Невы спрямили, очистили и углубили, по существу, превратив их в каналы: Мойку (1797–1810), Фонтанку (1780–1789), Кривушу – ныне канал Грибоедова (1764—1790). Они перестраивались, спрямлялись, углублялись, изменяли конфигурацию в связи со строительством набережных и мостов берега и самой Невы. Еще большим изменениям подверглись небольшие озера и пруды. Одни засыпались, и на их месте вырастали новые городские кварталы, появлялись другие в новых городских садах и парках.
На территории Санкт-Петербурга не сохранилось почти ни одного водоема в своих естественных, природных границах, большинство внутренних городских водоемов имеют искусственное происхождение и созданы перегораживанием плотинами малых рек, ручьев, а на равнинных участках местности – в искусственных выемках. Сохранившиеся до наших времен озера и пруды в границах старого города расположены в старинных аристократических парках и бывших императорских усадьбах (Таврический, Юсуповский сады, пруды Пушкина, Петергофа, Стрельны, Ломоносова, ЦПКиО и др.), созданы по замыслу ландшафтных архитекторов и в формировании художественного облика города важны не менее, чем памятники архитектуры.
Город формировался как форпост – морские ворота России, что влекло за собой обеспечение условий контролируемого судоходства (форты, подводные заграждения и судоходные каналы, места перевалки и складирования грузов, развитие судостроения и судоремонта). На рубеже XVIII–XIX веков грузооборот петербургского порта составлял 45% всей русской внешней торговли. С развитием судоходства возрастали размеры и осадка плавучих средств, что затрудняло подход судов непосредственно к петербургским портам, они были вынуждены разгружаться в Кронштадте.
Проблема была решена строительством Морского канала от Петербурга до Кронштадта, который был открыт для прохода судов 15 мая 1885 года. Шестнадцатимильный (29,6 км) канал глубиной около 7 м имел ширину от 64 до 106 м и использовал естественный фарватер у Кронштадта. Он обеспечил свободный проход торговых судов и кораблей военно-морского флота к причалам порта в районе Гутуевского, Вольного и Турухтанного островов. Его последние 4 версты (4,3 км) перед городом были ограждены дамбами, заканчивался он привозной гаванью. Количество грунта, вынутого из русла всего канала, составило 8 млн м3 .
Развитие Санкт-Петербурга как индустриального центра России повлекло за собой появление в черте города и его ближайших окрестностях плотин с водохранилищами для нужд оружейных Ижорских заводов (1722), Сестрорецкого завода (1721), пороховых производств на Охте (1716) и обеспечения производственного процесса Красногородской бумажной фабрики (середина XVIII века).
Жизнедеятельность крупного мегаполиса добавляет к исторически сложившейся структуре ГТС сооружения, обеспечивающие поддержание экологической обстановки в городе. Это объекты очистки и подачи питьевой воды ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» (Северная станция аэрации, Центральная станция аэрации на о. Белый и др.), многочисленные объекты обращения с отходами, как промышленными (полигон токсичных промышленных отходов «Красный Бор», полигон хранения осадка сточных вод «Волхонка-2» и др.), так и бытовыми (Приморская свалка ТБО, Волхонка и др.).
Неслучайным является тот факт, что гидротехника в России как наука зародилась и продолжает развиваться именно в СанктПетербурге. Актуальность обеспечения безопасности гидротехнических сооружений не вызывает сомнений по целому ряду причин:
• гидротехнические сооружения (не только напорные) представляют собой потенциальную опасность для здоровья и жизни людей;
• нормативно-правовая база определяет новые современные более жесткие требования к состоянию и уровню эксплуатации гидротехнических сооружений;
• широкое применение разнообразных гидротехнических приемов при создании и развитии различных отраслей хозяйственной деятельности, использующих водные ресурсы.
Следует отметить, что по статистике наиболее уязвимыми являются широко распространенные в Санкт-Петербурге грунтовые сооружения, аварии на которых происходят из-за потери фильтрационной прочности (38%), перелива через гребень (30%), оползания откосов (15%), стихийных бедствий (7%) и прочих причин (10%). К причинам, увеличивающим вероятность отказа гидротехнического сооружения, можно отнести:
• рост вероятности аварий по мере увеличения возраста (максимум приходится на сооружения, находящиеся в эксплуатации более 30–40 лет);
• снижение уровня эксплуатации и надзора за безопасностью, в т. ч. из-за отсутствия квалифицированного персонала;
• отсутствие у собственников необходимых средств для ремонта и реконструкции;
• несоблюдение собственниками законодательства по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений;
• отсутствие механизма выделение государственных дотаций собственникам аварийных ГТС;
• отсутствие собственника.
Следует отметить, что гидротехнические сооружения подвержены значительным и разнообразным по характеру нагрузкам и воздействиям, связанным как с их основной функцией – удержанием значительных масс воды (или иных веществ), так и вспомогательных – мосты, дороги, зеленые зоны и т. д. Особенностью городских гидротехнических сооружений является то, что они естественно сливаются с техногенным ландшафтом промышленных и селитебных зон до такой степени, что население районов размещения ГТС, пользуясь свободным доступом, в т. ч. к наиболее ответственным их элементам (низовым откосам плотин, гидромеханическому и подъемному оборудованию, водопропускным трактам), зачастую даже не подозревает об этом.
Обеспечение безопасности ГТС осуществляется на основании следующих общих требований федерального законодательства:
• обеспечение допустимого уровня риска аварий ГТС;
• представление декларации безопасности ГТС;
• разрешительный порядок осуществления деятельности по проектированию, строительству и эксплуатации ГТС;
• непрерывность эксплуатации ГТС согласно разработанным регламентам;
• осуществление мер по обеспечению безопасности ГТС, в т. ч. установление критериев их безопасности, оснащение техническими средствами для постоянного контроля за состоянием, обеспечение необходимой квалификации работников, обслуживающих ГТС;
• необходимость заблаговременного проведения комплекса мероприятий по максимальному уменьшению риска возникновения чрезвычайных ситуаций на ГТС;
• достаточное финансирование мероприятий по обеспечению безопасности ГТС;
• ответственность за действия (бездействие), которые повлекли за собой снижение безопасности ГТС ниже допустимого уровня.
Неоднократно проводившиеся по инициативе Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Администрации Санкт-Петербурга инвентаризации гидротехнических сооружений позволили получить подробные сведения и инженерно-техническую характеристику по 113 подпорным и регулирующим сооружениям на водных объектах, расположенным во всех 19 районах города (всего в Санкт-Петербурге по некоторым оценкам не менее тысячи ГТС). Общий вывод по результатам инвентаризаций – практически все гидротехнические сооружения (из обследованных) нуждаются в ремонтных работах различной степени капитальности. По многим сооружениям отсутствуют регламентированная документация и контрольно-измерительная аппаратура, не проводятся регулярные инструментальные наблюдения. Многие сооружения находятся в запущенном, аварийном или полуразрушенном состоянии.
Если для объектов, имеющих историческое значение и мировую известность, таких как уникальные комплексы гидротехнических сооружений в п. Стрельна Петродворцового района, городах Пушкине, Гатчине, Павловске, Ломоносове, фонтанная система Петергофа и др., можно рассчитывать на государственное финансирование, то забота о сооружениях, не являющихся таковыми, целиком ложится на плечи собственника. Как правило, собственником является юридическое лицо, к территории которого данный гидротехнический объект приписан исторически, что в настоящее время не всегда оправданно. Процесс передачи гидротехнических сооружений от одного собственника к другому (в более надежные руки) иногда затягивается.
Гидротехнические сооружения, являющиеся памятниками строительного и инженерного искусства, состоят на учете в Комитете по государственному контролю, использованию и охране памятников истории и культуры (КГИОП), требуют особо бережного отношения, все ремонты и реконструкции на них должны проводиться с учетом сохранения их исторического облика.
С развитием инфраструктуры города и появлением новых потребностей возникает и новый социальный заказ. Наиболее крупным гидротехническим объектом, появившимся на карте города, без сомнения является сооружение федерального уровня – Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений (КЗС). Комплекс призван не только защищать город от нагонной волны из Невской губы, но и служить элементом окружной кольцевой автодороги (КАД), которая позволяет значительно разгружать город от автотранспорта.
Некоторым особняком среди гидротехнических сооружений города стоят объекты обращения с отходами, такие как полигон хранения жидких промышленных отходов «Красный Бор»; расположенный около г. Колпино, в бассейне р. Ижора, впадающей в Неву выше водозабора Санкт-Петербурга накопитель осадка сточных вод южной части г. Санкт-Петербурга «Волхонка-2»; золошлакоотвал ТЭЦ-14, используемый для складирования донных отложений рек и каналов города; илонакопители Северной станции аэрации и др. В настоящее время ситуация на этих объектах заметно улучшилась и находится под контролем специалистов-гидротехников. Северная станция аэрации являет собой пример образцового отношения к подобным сооружениям: выполненная в полном объеме и согласованная в надзорных органах документация по сооружению отстойников-илонакопителей, научное обоснование, подкрепленное необходимыми расчетами, постоянный контроль в процессе строительства.
Следует отметить, что, несмотря на все многообразие гидротехнических сооружений города, у них у всех есть общие проблемы, с которыми сталкиваются собственники ГТС, эксплуатационные службы и надзорные органы. Очевидно, что большая ответственность приходится на долю эксплуатирующих организаций. В процессе обслуживания гидротехнических сооружений, находящихся в городской черте, эксплуатирующая организация сталкивается с рядом сложностей:
• как правило, по сооружению пролегает автодорога, проходят пешеходные тротуары, соответственно сооружение подвергается особым динамическим нагрузкам;
• через сооружение проходят коммуникации, в т. ч. и повышенной опасности, различной ведомственной принадлежности;
• не представляется возможным ограничить доступ горожан на подведомственные объекты, многие из которых стали традиционными местами отдыха;
• использование гидротехнических сооружений не по назначению (например, используют неподготовленные набережные для причаливания судов и складирования грузов);
• невозможность поддерживать в порядке элементарную контрольно-измерительную аппаратуру из-за проявлений хулиганства и просто вандализма на плохо охраняемом объекте;
• проблематичность определения своими силами первоочередных мероприятий и выделения приоритетов по этапам ремонта, реконструкции и нового строительства при появлении финансовых возможностей.
Сейчас в городе многое делается для налаживания надзора, в частности, разграничение полномочий контролирующих органов, планирование использования, охрана и восстановление водных объектов и водных ресурсов, а также меры по предупреждению вредного воздействия вод:
• установление лимитов водопользования (водопотребления и водоотведения);
• осуществление ведения государственного мониторинга водных объектов;
• нормирование в области использования, охраны, восстановления водных объектов и водных ресурсов, а также меры по предупреждению вредного воздействия вод;
• ведение водного кадастра и государственный учет использования поверхностных и подземных вод, обработка данных государственной статистической отчетности;
• проведение государственной водохозяйственной экспертизы предпроектной и проектной документации на строительство и реконструкцию хозяйственных и других объектов, влияющих на состояние водных объектов;
• предоставление в пользование водных объектов или их части (осуществление лицензирования в области использования и охраны водных объектов), ведение государственного реестра лицензий и договоров на пользование водными объектами;
• осуществление государственного контроля за использованием, охраной, восстановлением водных объектов и водных ресурсов, а также меры по предупреждению вредного воздействия вод, соблюдение режима использования территорий их водоохранных зон;
• обеспечение безопасности ГТС, внесение данных в государственный регистр ГТС, оформление деклараций безопасности ГТС, страхование риска гражданской ответственности, разработка правил эксплуатации ГТС и правил использования водохранилищ;
• осуществление иных функций, направленных на рациональное использование, восстановление и охрану водных объектов.
АО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» принимает активное участие в обеспечении безопасной эксплуатации ГТС города. Специалисты АО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» совместно с гидротехниками других научных, проектных и эксплуатирующих организаций, а также в сотрудничестве с надзорными и административными органами нашли свое место в решении всех многообразных изложенных выше проблем:
• разработка деклараций безопасности, составление необходимой документации, преддекларационных обследований для выявления объектов, подлежащих декларированию, идентификации водохозяйственных объектов как гидротехнических сооружений;
• разработка проектов, разделов проектов, эскизных решений, обоснований конструктивных решений по реконструкции и ремонту гидротехнических сооружений, в т. ч. и исторических памятников;
• организация инструментального обследования сооружений с выдачей заключений о состоянии и рекомендаций по повышению надежности. Разработка проектов установки контрольно-измерительной аппаратуры. Помощь в организации контроля за сооружениями (разработка журналов наблюдений, регламентов и др.).
Выводы
1. Многообразие гидротехнических сооружений – это не только лицо Санкт-Петербурга, но и объективная необходимость. Гидротехнические сооружения находятся на службе жизнеобеспечения города, создают его неповторимый колорит и являются его визитной карточкой. За более чем трехсотлетнюю историю города ГТС стали его неотъемлемой частью.
2. Современное состояние большинства гидротехнических сооружений, расположенных на территории Санкт-Петербурга и его ближайших окрестностей (по данным инвентаризаций и обследований), требует улучшения технических показателей подпорных грунтовых и бетонных сооружений, металлических конструкций, систем электроснабжения.
Комплексный подход к реконструкции и восстановлению гидротехнических объектов города приносит заметные положительные результаты.
Источники
Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» №117-ФЗ от 21.07.1997.
Сольский С.В. и др. Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений на территории Санкт-Петербурга в рамках Целевой программы. // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. – Сборник 242, Том 1, 2003 г. – СПб.
Жонсон А.А., Лопатина М.Г. Практика идентификации элементов систем водоснабжения на предмет декларирования безопасности ГТС. // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. – Сборник 242, Том 1, 2003 г. – СПб.
Сольский С.В. Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений Санкт-Петербурга. // Гидротехническое строительство. – №4, 2004 г.
Сольский С.В., Герасимова Е.В. и др. Практика рекультивации полигона промышленных токсичных отходов СПб ГУПП «Полигон «Красный Бор»//Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. – Сборник 253, 2009 г. – СПб.
Сольский С.В. Вторичное освоение техногеннонагруженных территорий. Проблемы и решения. // СанктПетербург: Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2011, 323 с.
Сольский С.В. Проблемы реконструкции Таицкого водовода// Гидротехника XXI век. №2 (9). 2012. С. 60–67.
Сольский С.В., Шипилов А.В., Герасимова Е.В. Проблемы проектирования и нормирования при решении задач защиты от подтопления и затопления. Опыт ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева// Гидротехническое строительство, №3, 2022. С. 7–14.
