Оценка рисков подтопления городских территорий

11.09.2023
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.

Расположение объекта относительно водосборных бассейнов и путей течения поверхностных вод на основе анализа DSM с данными SRTM

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.

Местный водосбор поверхностного стока, влияющий на участок, основанный на пятиметровой ЦМР, интерполированной на основе топографической съёмки и путей течения поверхностных вод

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 %)
511,814,79,7
1020,325,419,6
2030,738,431,5
4040,150,242,1
6044,856,047,1
9052,265,255,4
15059,173,858,6
30059,173,858,6
72073,091,258,6
144073,191,458,6
Таблица показывает глубину выпадения осадков различной продолжительности для одного дождя в 100 лет в современном климате с учётом изменения климата и с учётом влияния городской системы ливневой канализации.

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.

Максимальная глубина потока в сценарии без инфильтрации и дождевой канализации

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.

Алексей Саянов
кандидат географических наук, преподаватель Кафедры рационального природопользования Географического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, президент ассоциации «Гильдия ландшафтных инженеров»

COVID-19 ESG TEEB treetalker Абакан Альметьевск Ачинск Бразилия Видное Волгоград Екатеринбург Ижевск Казань Киров Китай Красноярск Курган Минск Москва Мурманск Нижний Новгород Новосибирск Омск Пермь Петровск-Забайкальский Ростов-на-Дону Санкт-Петербург Сургут Тюмень Усть-Илимск ЧЕБОКСАРЫ ЧЕРЕПОВЕЦ администрация архитектурные решения биоразнообразие благоустройство внутреннее озеленение водно-зелёный каркас газон глобальное потепление городское планирование градостроительство двор деревья детские площадки дождевой сад здоровье зелёные крыши зелёные решения идентичность канализация климат климатическое моделирование космоснимки микропатогены мониторинг набережная насекомые наука нормативы озеленение опрос парк переработка мусора подтопление почва проект птицы пыль реки свет сертификация снег технологии туризм устойчивое развитие фауна экосистемные услуги энергоэффективность