Ru En
Аннотация. Обобщается десятилетний опыт и результаты эксплуатации уникального гидротехнического сооружения. Обосновывается технологическая, экономическая, экологическая эффективность КЗС. Обозначены инновационные технические решения, не предусмотренные проектом, разработанные и реализованные в процессе эксплуатации объекта.
Ключевые слова: защита от наводнений, батопорт, водопропускное сооружение, безопасность ГТС.
Сумма вероятностного потенциального ущерба от наводнений в Санкт-Петербурге за десять лет могла составить не менее 123 млрд. руб., и это только по особо опасным (211-299 см) наводнениям. Этот ущерб, как и 27 морских нагонных наводнений успешно предотвратил Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений (КЗС) за десятилетие своей работы. КЗС был сдан в эксплуатацию в августе 2011 г., а до этого момента город пережил более трехсот наводнений, в том числе три катастрофических (1777, 1824, 1924 гг.). КЗС – уникальное гидротехническое сооружение, предназначенное для предотвращения чрезвычайных ситуаций (морских нагонных наводнений) в пятимиллионном мегаполисе.
КЗС протянулся через акваторию Финского залива от его южного до северного берега через остров Котлин. Длина сооружения - 25,4 км. Комплекс состоит из 11-ти каменно-земляных дамб, 6-ти водопропускных сооружений (В1 – В6), 2-х сооружений для пропуска морских (С-1) и речных (С-2) судов. По гребню защитных дамб проходит морской участок кольцевой автодороги вокруг Санкт-Петербурга – шестиполосная скоростная магистраль. В состав комплекса входит две транспортные развязки, семь автодорожных мостов, глубоководный тоннель, расположенный под Кронштадтским корабельным фарватером.
Защитные дамбы прерывают 66 водопропускных отверстий, которые оборудованы затворами различного типа: 64 сегментных подъемно-опускных затвора на водопропусках, плоский подъемно-опускной затвор на С-2 и уникальный плавучий двухстворчатый затвор на судопропускном сооружении С-1. При угрозе морского нагонного наводнения, перекрывая затворами водопропускные отверстия, комплекс физически изолирует акваторию Невской губы и устье реки Невы от воздействия нагонных волн, тем самым предотвращая стремительное повышение уровня воды в Санкт-Петербурге.
За десятилетний период эксплуатации КЗС доказал свою эффективность и полностью окупил средства, вложенные в строительство (109 млрд. руб). По проектным расчетам, минимальный срок эксплуатации КЗС составляет 100 лет, но таким он возможен только при условии неукоснительного соблюдения всех регламентов по содержанию и обслуживанию гидротехнических сооружений, защитных дамб, обслуживанию и ремонту оборудования, контроля и мониторинга технического состояния объектов.
Поскольку КЗС – изначально объект уникальный, не имеющий аналогов в России (да и в мире ему нет аналогов по сосредоточию в одном комплексе такого количества дамб, водопропусков, судопропускных сооружений с различными типами конструкции затворов, огромным числом единиц технологического оборудования и систем автоматизированного управления, программного обеспечения и систем прогнозирования угрозы наводнений), стандартов эксплуатации подобных объектов не существовало. Поэтому специалистам Дирекции КЗС, при участии специализированных научно-исследовательских организаций, пришлось самим разрабатывать технические стандарты предприятия. Основой для них послужили инструкции по эксплуатации отдельных видов серийно производимых механизмов и оборудования, техническая документация и рекомендации по эксплуатации оборудования, специально разработанного и произведенного для КЗС, рекомендации подрядных строительных и монтажных организаций, принимавших участие в строительстве. Далее разрабатывались регламенты и технологические карты. В настоящее время результат этой работы представляет собой многотомный трактат, который обязателен к исполнению подрядной эксплуатирующей организацией (эксплуатация КЗС осуществляется генеральной подрядной организацией, выбираемой на основе конкурса и заключенного государственного контракта). Составляются годовые и месячные графики проведения технического обслуживания. Ежедневно на различных объектах КЗС проводятся запланированные работы по обслуживанию систем, машин, механизмов, строительных конструкций, зданий и сооружений.
От грамотной эксплуатации и своевременного обслуживания комплекса зависит безопасность города и горожан. КЗС - гидротехническое сооружение 1 класса опасности. При наихудшем сценарии – отказе гидромеханического оборудования и невозможности закрыть затворы для предотвращения наводнения общая сумма ущерба, заложенная в декларации безопасности КЗС как гидротехнического сооружения, нанесенного городу, гражданам, а также экологии, может составить не менее 49,5 млрд. руб. Важно подчеркнуть, что за 10 лет эксплуатации на КЗС не возникло ни одной аварийной ситуации, и в этом главная заслуга проектировщиков, разработавшим высококачественный проект (проектная организация – институт «Ленгидропроект»), а также строителей, реализовавших проект на высоком профессиональном уровне.
Но в силу уникальности КЗС предусмотреть все возможные сценарии не представлялось возможным, в ходе эксплуатации комплекса возникают отдельные вопросы и проблемы, не учтенные проектом. Основные причины возникновения подобного рода проблем связаны, прежде всего, с изменениями природно-климатических условий. В связи со стремительными изменениями климата уже сегодня комплекс вынужден работать в «непроектных» условиях. В частности, это касается «сезонности» наводнений. Если еще в ХХ в основное количество наводнений приходилось на сентябрь – ноябрь, то в настоящее время их «сезон» сместился на декабрь-январь, а также за последние три года наводнения происходили в феврале и марте. Это зимние наводнения, то есть проходящие в период ледостава и при отрицательных температурах. Важно подчеркнуть, что затворы способны ломать лед толщиной до 60 см – это еще один показатель уникальности КЗС: он является единственным ГТС подобного типа в мире, способным работать в зимних условиях, разрушая ледовое поле.
По проекту, КЗС способен предотвратить одно наводнение при наличии в акватории ледового покрытия. При этом в открытую доковою камеру попадает большое количество колотого льда, а временно заполняемые водой объемы батопортов забиваются шугой, которая нарушает плавучесть затворов. Поэтому специалисты службы эксплуатации по мере возникновения проблем вынуждены применять новые технические решения. Например, были проведены расчеты, по результатам которых было принято решение об уменьшении количества отверстий временно заполняемых объемов. Кроме того, разработаны технологические карты очистки доковых камер с использованием мощных парогенераторов, способных в кротчайшие сроки растапливать лед, вошедший в доковые камеры во время вывода батопортов. Выполнение данных технологических операций позволяет обеспечить необходимое количество выводов затвора С-1 в судоходный канал. Был спроектирован и изготовлен легкосъемный кожух теплового контура для обогрева резиновых уплотнителей доковых ворот. Его использование позволяет предотвратить течи через резиновые уплотнители, возникающие вследствие расширения льда между створками ворот. Усовершенствуются и другие узлы КЗС.
Также следует отметить, что увеличилась интенсивность наводнений, за период эксплуатации она составляет в среднем 2,6 наводнений в год. КЗС работает в непроектных условиях по ветровым нагрузкам – к примеру, в марте 2019 г. и сентябре 2020 г. сила ветра составляла, соответственно, 31 и 32 м/с. Чаще стали возникать наводнения с двумя и тремя (25-26 декабря 2015 г.) пиками подъема уровня воды, продолжающиеся до двух суток.
Но потенциал, заложенный проектировщиками и строителями в Комплекс защитных сооружений, позволяет защитить город не только от катастрофических (более +300 см БСВ), но и от уникальных наводнений, повторяющихся один раз в 1000 лет, когда уровень воды на водомерном посту «Горный институт» Васильевского острова может составить +5 м.
Особо следует отметить экологическую эффективность КЗС – важнейшего водоохранного природно-техногенного объекта на акватории Балтийского моря. Дирекция КЗС следует исполнению конвенции ХЕЛКОМ, является постоянным участником Дня Балтийского моря и международных конференций по экологии Балтики.
Специалистами-экологами осуществляется мониторинг качества воды в Невской губе, на комплексе работает эффективная система очистки загрязненных стоков с автомагистрали. КЗС является единственным гидротехническим сооружением в России, на котором полностью очищаются сточные воды с автодороги протяженностью 25,4 км, проходящей по дамбам с ежесуточным трафиком, как минимум, 18 тыс. автомобилей. Исключено попадание ливневых и сточных вод в акваторию Невской губы, при этом технологии работы очистных сооружений ежегодно совершенствуются. Так, на двух ЛОС (локальных очистных сооружениях) в 2021 г. был проведен эксперимент по замене импортного компонента одной из ступеней глубокой доочистки – активированного угля, имеющего большую стоимость, на новый сорбент, полученный на основе модифицированного гидролизного лигнина, который производится из вторичных ресурсов и совсем недавно появился на рынке. В результате испытаний был сделан вывод о том, что оба исследованных сорбента идентичны по своей эффективности. То есть в процессе сорбции различных загрязнений из стоков в очистных установках может использоваться высокоэкологичный лигнин. В отличие от дорогого активированного угля, для специального производства которого требуется большое количество древесины и энергии, определяющих высокую стоимость импортного сорбента, лигнин образуется как побочный технологический продукт целлюлозно-бумажного производства. По итогам завершения эксперимента с использованием нового сорбента в ЛОС КЗС приято решение о поэтапном переходе на использование нового поглотителя загрязнений для глубокой доочистки стоков.
Даже технологические регламенты обслуживания дамб КЗС в настоящее время составлены с учетом периода перелета и гнездования птиц, выбравших своим новым домом мелководья и откосы дамб Комплекса защитных сооружений. Для мониторинга и организации экологически эффективных режимов работы приглашаются различные профильные специалисты. На территориях КЗС орнитологи насчитывают 20 колоний птиц и 42 вида перелетных.
На работу КЗС оказывают влияние не только природные, но и антропогенные факторы. К таковым относится создание в Невской губе искусственных территорий. Периодически возникают вопросы о влиянии на эксплуатацию КЗС работ по намыву территорий, ведущихся на Васильевском острове, а также о подтоплениях территорий в районе Ижоры Ломоносовского района. Следует учитывать, что КЗС проектировался прежде всего для защиты от наводнений в пределах огороженной комплексом Невской губы, которая, по сути, представляет собой водохранилище общей площадью 400 км2, аккумулирующее невскую воду в период наводнений. Действительно, КЗС не защищает Курортный район Петербурга и Ломоносовский район Ленинградской области, но его влияние на подъем уровня за пределами Невской губы незначительно - не более чем на 5%. При разработке проекта КЗС предусматривались берегозащитные сооружения для этих районов, но реализованы были частично.
Вероятностная угроза подтопления Санкт-Петербурга водами Невы существует, что связано со многими факторами: глобальным потеплением и повышением уровня Балтийского моря, сокращением площади акватории Невской губы и снижением ее аккумулирующей способности, повышением уровня Ладожского озера и рядом других возникающих проблем. Этот вопрос особо актуален и требует тщательного научного анализа и изучения. Для этой цели необходимо создание большой цифровой модели гидравлической системы «Ладожское озеро – река Нева – Финский залив», с помощью которой можно будет сделать обоснованные выводы.
При этом многолетний мониторинг свидетельствует, что КЗС не оказывает никакого влияния на гидрологический режим Невской губы и полностью выполняет свое главное назначение – обеспечивает надежную защиту Северной столицы от морских нагонных наводнений. За прошедшее десятилетие комплекс подтвердил свою не только технологическую, но и экономическую и экологическую эффективность, став при этом уникальным украшением Санкт-Петербурга и Кронштадта.
Статья опубликована в журнале Гидротехника 4(65)/2021
