Современные подходы в городском планировании способны предсказывать риск подтопления городских территорий в ближайшем и отдалённом будущем. Как именно это делают ландшафтные инженеры, что возможно и что невозможно спрогнозировать, – читайте в материале.
Авторы: Алексей Саянов, Юрий Кондратенко, Мария Рамих
Оценка рисков подтопления территории (англ. flood risk assessment) очень важна для определения условий строительства новых зданий и анализа существующей застройки районов, так как позволяет определить уровень опасности возможного наводнения и принять меры по снижению риска. Такая оценка может помочь выбрать наиболее безопасную зону для строительства или выявить необходимость укрепления склонов или берегов, создания системы дренажа или водно-зелёной инфраструктуры для отвода и хранения воды в случае наводнения. Также она позволяет установить необходимый для новых зданий уровень защиты, например, высоту подвала или тип фундамента. Оценка помогает уменьшить потенциальные климатические убытки, что особенно важно для регионов с увеличением событий экстремальных осадков.
Оценка изменения риска наводнений
Оценка рисков подтопления территории проводится с учётом многих факторов. Среди них – геоморфологическая ситуация, климат, планировочные решения и технические характеристики зданий и сетей. Изменение климата и увеличение осадков являются важными факторами, которые влияют на затопление и подтопление городов. Одним из наиболее заметных последствий изменения климата является увеличение количества экстремальных погодных явлений: сильных дождей, наводнений и ураганов. Когда такие явления происходят в городах, увеличивается риск затопления и повреждения инфраструктуры. При обильных осадках формируется дополнительный поверхностный сток. Это может привести к возникновению зон скопления дождевой воды, способной затопить улицы и дома. Кроме того, на это влияет фактор наличия непроницаемых поверхностей (дорожно-тропиночная сеть и крыши здания), которые не позволяют влаге проникать в почву, что усиливает стоки и повышает риск затопления. При исследовании климатических изменений анализируются сценарии прогнозов изменения температур и осадков, к примеру, сценарии RCP 2.6 и RCP 8.5.
Определение границ водосборного бассейна
Моделирование рельефа территории застройки является одним из важных этапов оценки рисков подтопления. Оно позволяет определить основные зоны скопления воды, что, в свою очередь, необходимо для оценки потенциальных рисков. В ходе проводимого исследования была осуществлена локальная проверка наводнений для конкретного участка, отражающая предлагаемую застройку, включая запланированные отметки поверхности, здания и особенности ландшафта, а также предлагаемую систему ливневой канализации на участке. Прежде всего был проведён анализ цифровой модели поверхности (DSM) на основе ГИС для определения водосборного бассейна и направления поверхностного стока воды.
На основе топографической съёмки участка и прилегающих территорий была создана более подробная цифровая модель местности с разрешением 5 м, а также внесены предлагаемые высоты участка к существующему DSM и предложения генерального плана. В результате был детализирован местный водосборный бассейн и направления поверхностного стока.
Гидродинамическая модель
Для выбранного водосборного бассейна модель паводка поверхностного стока была подготовлена с использованием программного обеспечения моделирования паводков. Моделирование наводнения выполнялось для однодневного синтетического дождя в сценарии далёкого будущего, сочетающем в себе экстремальные ливни (вероятность повторения 1 раз в 100 лет) и интенсивность осадков при продолжительности дождя от 5 минут до 1 дня на основе данных о глубине. Использовались таблицы «интенсивность-длительность-частота» (IDF), созданные в рамках исследования на основе многолетних метеорологических наблюдений. К историческим данным была добавлена надбавка на изменение климата в размере 25 % согласно региональным прогнозам изменения климата.
| Продолжительность дождя, мин. | Глубина дождя, мм (рассчитано на основе исторических наблюдений) | Высота осадков в сценарии без ливневой канализации, мм (с учётом климатических изменений 25 %) | Высота осадков в сценарии с канализацией, мм (с учётом климатических изменений 25 %) |
| 5 | 11,8 | 14,7 | 9,7 |
| 10 | 20,3 | 25,4 | 19,6 |
| 20 | 30,7 | 38,4 | 31,5 |
| 40 | 40,1 | 50,2 | 42,1 |
| 60 | 44,8 | 56,0 | 47,1 |
| 90 | 52,2 | 65,2 | 55,4 |
| 150 | 59,1 | 73,8 | 58,6 |
| 300 | 59,1 | 73,8 | 58,6 |
| 720 | 73,0 | 91,2 | 58,6 |
| 1440 | 73,1 | 91,4 | 58,6 |
В модель затопления были введены проектные решения вертикальной планировки, расположение зданий и дождевой канализации. Были подготовлены три прогона модели, имитирующие ряд условий: ситуация без инфильтрации (условия нулевой водопроницаемости) и без ливневой канализации, ситуация с инфильтрацией и без ливневой канализации и ситуация с инфильтрацией и ливневой канализацией.
По результатам моделирования были выделены участки с уровнем воды выше 15 см. Были определены максимальные глубины затопления (отражающие пиковый расход) и окончательные глубины.
Водно-зелёная инфраструктура
Чтобы снизить риск затопления городов, необходимо разрабатывать ливневую канализацию и водно-зелёную инфраструктуру, а также строить здания с учётом климатических изменений. Водно-зелёная инфраструктура – это комплексная система, которая строится на основе технологий сохранения и рационального использования природных ресурсов. Она включает в себя множество природоподобных элементов: зелёные насаждения, водоёмы, ландшафтные элементы, инфильтрационные и аккумуляционные системы, зелёные крыши, вертикальное озеленение и многие другие. Одной из основных функций водно-зелёной инфраструктуры является задержка и очистка поверхностного стока перед его попаданием в очистные сооружения или природные водоёмы. Затопляемые территории, создаваемые в составе водно-зелёной инфраструктуры, выполняют функцию регулирующего резервуара, в который сходятся дождевые стоки и другие водные потоки при формировании излишних объёмов воды.
