Современные изменения климатических норм и обеспечение устойчивого развития Санкт-Петербурга как крупнейшего мегаполиса Северной Европы

УДК 551.583

Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2013. Вып. 2

А. А. Павловский, Г. В. Менжулин

СОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ НОРМ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА КАК КРУПНЕЙШЕГО МЕГАПОЛИСА СЕВЕРНОЙ ЕВРОПЫ

На современном этапе развития знаний о глобальном потеплении все большее внимание уделяется исследованию возможного влияния антропогенных изменений климата на различные сферы деятельности общества и компоненты окружающей среды. Одним из основных объектов таких исследований являются урбанизированные территории — важнейший атрибут человеческой цивилизации. Темп урбанизации в современном мире беспрецедентен: с 1950 по 2012 годы городское население увеличилось практически в пять раз. При этом значительно увеличиваются размеры крупнейших городов мира. На городских территориях осуществляются различные виды деятельности, напрямую связанные с эмиссией парниковых газов: промышленное и энергетическое производство, транспортная инфраструктура. По оценке экспертов, в общем количестве выбросов парниковых газов доля городов составляет до 60-70% (www.unhabitat.org). Глобальное потепление приведет к новым экологическим вызовам для урбанизированных территорий и их растущего населения. В результате климатических изменений крупные города могут столкнуться как с риском деградации, например, при повышении уровня моря или стихийных бедствиях, так и со сложностями в обеспечении базовых услуг для своих жителей.

Как на международном, так и на национальном уровнях проблема устойчивого развития городов в условиях изменяющегося климата привлекает к себе широкое внимание городской администрации, научного сообщества и слоев населения. Заметим, что даже для небольшого по площади исторического ядра Лондона — Сити разработана концепция адаптационной политики муниципальной администрации к происходящим изменениям климата (www.cityoflondon.gov.uk), не говоря уже о том, что Правительство Великобритании пополнилось департаментом по Энергетике и Изменениям Климата (www.decc.gov.uk). Другими примерами этому являются канадский мегаполис Торонто (www.cityofchicago.org), столица США Вашингтон (www.green.dc.gov), Чикаго (www.chicagoclimateaction.org), австралийский мегаполис Мельбурн (www.melbourne. vic.gov.au), для которых разработаны долгосрочные планы по адаптации городской инфраструктуры к глобальному потеплению. Согласно этим планам финансирование мероприятий по адаптации к изменениям климата составляет десятки миллионов долларов. К сожалению, в России, несмотря на признанную пионерскую роль отечественных климатологов в обосновании теории глобального потепления, активное участие российских ученых в работе Межправительственной группы экспертов по изменению

Павловский Артем Александрович — канд. физ.-мат. наук, Санкт-Петербургский государственный университет; начальник отдела Научно-исследовательского и проектного центра Генерального плана Санкт-Петербурга; e-mail: pa1@ya.ru

Менжулин Геннадий Викторович — д-р техн. наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail: menz2007@ya.ru © А. А. Павловский, Г. В. Менжулин, 2013

климата, ратификацию Рамочной конвенции ООН об изменении климата и Киотско-го протокола, долгое время данная проблема никак не учитывалась в долгосрочных социально-экономических планах устойчивого развития страны и ее урбанизированных территорий. Более того, на информационном поле российских средств массовой информации с большим усердием проталкиваются различные спекулятивные мнения, пропагандирующие скептицизм по отношению к проблеме антропогенных изменений климата.

В настоящее время, после подписания Президентом РФ Распоряжения «О Климатической доктрине Российской Федерации» и Указа «О Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года» [1, 2], наметилась положительная тенденция — проблема глобального потепления на государственном уровне признана одной из основных угроз национальной безопасности России в XXI веке. При этом подчеркивается, что действия на местах являются непременным условием реализации национальных обязательств в области изменения климата, оговоренных на международном уровне. В соответствии с Климатической доктриной РФ, при разработке региональных и муниципальных программ устойчивого развития необходимо обеспечить решение таких задач, как развитие и применение законодательства с учетом влияния климатических факторов на развитие территорий, разработка и реализация мер по адаптации к изменениям климата, разработка и внедрение региональных систем реагирования на опасные погодно-климатические явления, инвентаризация эмиссии парниковых газов, внедрение эффективных энергосберегающих технологий. Поскольку предметом нашего исследования, в первую очередь, являются крупные города, обратимся к анализу возможной стратегии адаптации мегаполиса к изменениям климата на примере Санкт-Петербурга и некоторых других крупных городов региона Финского залива с учетом положений Климатической доктрины РФ и международного опыта в разработке подобных документов.

Ряды наблюдений за климатическими параметрами в Санкт-Петербурге являются одними из самых продолжительных в Европе. Измерения температуры приземного воздуха в нашем городе были начаты в 1720-х годах по инициативе Российской академии наук; организаторами первых наблюдений были известные академики Ф. Х. Май-ер, Г. В. Крафт. Наблюдения за температурой в Таллинне начаты в 1806 г., в Хельсинки — в 1829 г. На графике временной динамики среднегодовой температуры приземного воздуха в Санкт-Петербурге выделяются несколько климатических периодов, известных в научной литературе под названиями — «малый ледниковый период», «потепление 1930-х годов», «современное антропогенное потепление». Кроме глобальных и региональных климатических тенденций на этом графике четко прослеживается развитие «городского острова тепла», связанное с градостроительными преобразованиями естественного ландшафта дельты Невы и побережья Финского залива. Массивы месячных значений среднесуточной, минимальной и максимальной температуры и атмосферных осадков в Санкт-Петербурге представлены в сети Интернет в архивах Мирового центра метеорологических данных «A» (Ш NCDC) (www.ncdc.noaa.gov), Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации — Мирового центра данных «В» (ВНИИГМЦ-МЦД) (www.meteo.ru).

Градостроительное планирование развития Санкт-Петербурга со времени его основания ориентировалось на обеспечение адаптации к специфике гидрометеорологических условий территорий, примыкающих к устью р. Невы и Финскому заливу,

широтному положению города, избыточному увлажнению и подверженностью наводнениям. Уже первые генеральные планы Санкт-Петербурга архитекторов Д. А. Трези-ни и Ж.-Б. Леблона предусматривали мероприятия по организации окружающего город водного пространства и развитию водных коммуникаций. Большой интерес представляет история мероприятий по защите города от невских наводнений, например, план Б. К. Миниха по инженерной подготовке города — возвышению отметок грунта более чем на четыре метра, знаменитый проект каменной дамбы П. Д. Базена, во многом опередивший свое время и концептуально соответствующий современным представлениям. Начало XXI века является знаковым в защите Санкт-Петербурга от наводнений — в 2011 г. введен в эксплуатацию комплекс защитных сооружений. Более чем трехвековая история накопления знаний о природе этого опасного гидрологического явления и разработке мер по защите города нашла свое логическое завершение в современном гидротехническом сооружении, состоящем из 11 каменно-земляных дамб, двух судопропускных и шести водопропускных ворот, которое протянулось более чем на 25 км (www.dambaspb.ru).

Однако перспектива глобального потепления ставит перед городом новые экологические вызовы. Устойчивое развитие градостроительного комплекса любого современного города основано на соблюдении научно-обоснованных норм и правил, которые лежат в основе архитектурно-строительного проектирования. На фоне развивающегося глобального потепления, усиленного локальными климатическими особенностями крупных городов, наиболее «неустойчивыми» оказываются гидрометеорологические нормы, закрепленные во многих нормативно-правовых и нормативно-технических актах. Эпидемиологическая обстановка и здоровье многомиллионного населения, современные строительные конструкции, инженерно-транспортная инфраструктура, высокоточное промышленное производство, зеленые насаждения, особо охраняемые природные территории, памятники историко-культурного наследия зависят от точности представления влияющих на них гидрометеорологических факторов.

Согласно прогностическим сценариям современных климатических моделей, глобальное потепление будет продолжать развиваться в XXI столетии, что приведет к существенным отклонениям от используемых в настоящее время значений норм, и, следовательно, к увеличению масштаба и спектра возможных последствий этих отклонений. Ниже будут выделены те компоненты городской инфраструктуры, для которых следует ожидать наибольшего проявления последствий глобального потепления.

Обратимся к анализу возможных изменений наиболее часто используемых климатических строительных норм. Например, согласно СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», среднегодовая температура приземного воздуха в Санкт-Петербурге составляет 4,4 °С, тогда как, по данным Санкт-Петербургского ЦГМС-Р, эта величина при осреднении за принятый Всемирной метеорологической организацией период (1961-1990 гг.) составляет 5 °С, при расчете же по данным специализированных баз Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации — Мирового центра данных за период 1981-2010 гг. — уже 5,8 °С. Среднее количество атмосферных осадков в Санкт-Петербурге, согласно СНиП 23-01-99*, за холодный период года (ноябрь — март) равно 200 мм, за теплый (апрель — октябрь) — 420 мм. По сравнению с этими цифрами расчет периода 1981-2010 гг. дает 217 мм и 436 мм, соответственно [3].

Важнейшими гидрометеорологическими показателями при проектировании сетей и сооружений канализации являются интенсивность дождя д20, л/с на один гектар,

продолжительностью 20 минут, и среднее за год количество дождей год тг. Согласно СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения», для Санкт-Петербурга д20 = 60 л/с/га, по расчету же за период 1981-2010 гг. эта величина равна 63,3 л/с/га, тг в обоих случаях составляет 150. В отношении приведенных показателей интересны изменения, произошедшие в другом крупном городе России — Владивостоке. Так, если, согласно СП 32.13330.2012, ц_20 для этого города составляет 85 л/с/га, а тг — 90, то по расчету за период 1981-2010 гг. они стали равными 98,5 л/с/га и 110, соответственно. При этом, согласно модельным оценкам, в течение XXI в. тенденция к увеличению ливневых осадков в зоне умеренного климата Северного полушария будет усиливаться [4]. Понятно, что пренебрежение к ожидаемым изменениям интенсивности осадков при проектировании систем ливневой канализации на обширных городских территориях способно привести к существенным просчетам при определении расходов воды, диаметров труб и объемов земляных работ.

Одной из важнейших строительных норм, влияющих на надежность фундаментов зданий и сооружений, является глубина сезонного промерзания. Согласно ТМД 50-601-2004 «Методика оценки характеристик морозоопасных свойств грунтов в строительстве Санкт-Петербурга», нормативная глубина промерзания й^ в Санкт-Петербурге принимается равной 1,2 м для глин и суглинков, для супесей, песков мелких и пылеватых — 1,45 м, песков крупных и средней крупности 1,55 м, крупнообломочных грунтов 1,75 м [5]. Согласно СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», нормативную глубину сезонного промерзания грунтов допускается рассчитывать по формуле: = М(, в которой М(: — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за холодный период в данном районе; й0 — величина, принимаемая равной: для суглинков и глин — 0,23 м, супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28 м, песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30 м [6].

Ориентируясь на приведенную формулу и климатические нормы для Санкт-Петербурга за период 1981-2010 гг., можно получить следующие значения глубины промерзания грунтов: для суглинков и глин — 0,93 м, супесей, песков мелких и пылева-тых — 1,13 м, песков гравелистых, крупных и средней крупности — 1,21 м (расчетные величины отличаются от приведенных в нормативных документах данных).

Другой важнейшей гидрометеорологической нормой, во многом определявшей градостроительное развитие Санкт-Петербурга на протяжении его истории, является максимальный уровень воды при наводнениях 1% и 10% обеспеченности. За время, прошедшее с конца 1960-х годов, когда Ленинградским отделением института «Гидропроект» было разработано технико-экономическое обоснование защиты Ленинграда от наводнений, до начала XXI столетия, когда завершилось строительство комплекса защитных сооружений, границы города изменились почти в три раза: от 527 км2 до 1439 км2. В настоящее время в границы Санкт-Петербурга входит активно развивающийся Курортный район — площадью 268 км2 и населением около 70 тыс. чел., расположенный вне границ защищенной акватории. Для этого района проблема наводнений остается по-прежнему острой — согласно модельным оценкам, закрытые створы комплекса защитных сооружений увеличивают максимальные уровни воды при наводнениях в Курортном районе примерно на 5-10%. Кроме сказанного следует принимать во внимание значительные изменения показателей повторяемости и годовом ходе

невских наводнений, произошедшие в последние годы. В период 1979-2008 гг. общее количество наводнений было максимальным за всю историю наблюдений и составило 63, что более чем на 40% выше по сравнению с периодом 1949-1978 гг. В этот же период более чем на 30%, по сравнению с периодами XIX и XX веков, возросло количество «особо опасных наводнений» (211-299 см БС). Следует принять к сведению также существенные отличия сезонного хода количества наводнений в последний период от такового в прошлые периоды: максимум наводнений в тридцатилетие 1979-2008 гг. сместился с осени на зиму, особенно сильно выросло их количество в январе [7, 8]. При сохранении сформировавшейся тенденции повышения уровня Мирового океана и Балтийского моря к концу XXI века, несмотря на наличие комплекса защитных сооружений, проблема подтопления и затопления прибрежных территорий Невской губы может стать снова актуальной. Расчеты показывают, что наибольшее увеличение уровня произойдет в южной и восточной части Балтики. В табл. 1 представлена оценка безвозвратных потерь территории Курортного района (это, в особенности, наиболее ценный рекреационный ресурс — пляжи района) при подъеме среднего многолетнего уровня Финского залива на один метр, а также площади затопления при максимальных подъемах уровня на два, три и четыре метра. Согласно полученным результатам, при подъеме уровня на один метр под водой окажется около 230 гектаров, в числе которых 63 гектара пляжей, то есть 37% пляжей всего Курортного района [9].

Таблица 1. Площади затопления территорий

Муниципальные образования (города, поселки) 1 метр 2 метра 3 метра 4 метра

Всего Пляжи Всего Пляжи Всего Пляжи Всего Пляжи

га % га % га % га %

г. Сестрорецк 167 21 48 386 35 80 560 41 96 731 43 99

п. Солнечное 6 5 19 13 13 44 43 24 84 100 28 99

п. Репино 4 6 29 15 13 65 33 17 87 80 20 100

п. Комарово 6 5 33 11 10 61 23 15 89 71 17 100

г. Зеленогорск 11 8 33 24 15 60 51 22 90 103 25 100

п. Ушково 3 3 34 6 5 59 12 8 84 19 9 95

п. Серово 12 4 48 15 6 72 18 7 94 35 8 99

п. Молодежное 16 6 52 23 8 74 40 10 87 72 11 100

п. Смолячково 6 5 47 10 7 70 16 10 95 51 10 100

ВСЕГО 230 63 37 502 111 65 795 154 90 1261 170 99

В настоящее время отмечается активизация процессов морской абразии в береговой зоне Финского залива, которые наиболее интенсивно проявляются в береговых зонах его восточной части. Здесь происходят масштабные и динамичные процессы разрушения побережья, которые приводят к уничтожению пляжей, угрожают прибрежным паркам, строениям и объектам инженерной инфраструктуры. В настоящее время наиболее интенсивный размыв наблюдается в районах пляжей с развитой инфраструктурой и большим рекреационным потенциалом (поселки Ушково, Репино, Комарово, Солнечное Курортного района Санкт-Петербурга).

Особое значение при анализе возможных последствий климатических изменений в мегаполисе представляет оценка негативного влияния на здоровье населения. Обсуждая этот вопрос, следует вспомнить продолжительный период аномально жаркой погоды на территории Европейской части России в последней декаде июня — первой половине августа 2010 г., приведший к увеличению смертности, особенно среди пожилого населения. На рисунке для 2010 г. представлены сезонные данные по отклонению количества смертей от средней величины за период 2006-2011 гг. и отклонению средней температуры приземного воздуха от нормы за период 1981-2010 гг. для двух крупнейших российских мегаполисов — Москвы и Санкт-Петербурга. Эта информация была почерпнута из баз данных Единой межведомственной информационно-статистической службы (www.fedstat.ru), климатические данные — из ранее упомянутых специализированных массивов ВНИИГМЦ-МЦД (www.meteo.ru). Аномалии количества смертей в июле 2010 г. составили: в Москве — 3985 человек, в Санкт-Петербурге — 1139 человек. В августе 2010 г. в Москве в связи с усилением торфяных и лесных пожаров и, как следствие, повышением загрязнения воздушного бассейна, количество смертей возросло до 4543 человек. В период снижения температуры в Санкт-Петербурге

а Т°С

,0 ,0 ,0 ,0

2,0 4,0 6,0 8,0 10,0

б Т°С

Сезонная динамика аномалий количества смертей в 2010 году от среднего за период 2006-2011 гг. и аномалий средней месячной температуры приземного воздуха по сравнению с нормой за период 1981-2010 гг. (а — Москва, б — Санкт-Петербург).

и

(Г N

I

в первой декаде августа 2010 г. и уменьшением загрязненности воздуха смертность значительно снизилась.

События лета 2010 г. в России продемонстрировали крайнюю уязвимость городского населения и инфраструктуры к экстремальным метеорологическим явлениям. Суховеи (тепловые волны) и засухи приносят значительный ущерб и самым развитым странам мира. Например, в США за последние 30 лет самыми опасными стихийными бедствиями по количеству жертв стали засухи 1980 г. (приблизительно 10000 человеческих жертв) и 1988 г. (7500 смертей). Для сравнения ураган «Катрина» унес жизни только 1833 человек (www.ncdc.noaa.gov). Кроме этого, такие явления являются угрозой не только для здоровья и жизни населения, но они причиняют и большой ущерб объектам инженерной инфраструктуры стран и регионов.

Одним из важнейших последствий климатических изменений, способных существенно изменить долгосрочные планы развития энергетической инфраструктуры (генеральные схемы электроснабжения, отопления и газоснабжения), являются изменения энергетических затрат на отопление и кондиционирование. Согласно данным американского агентства по защите окружающей среды, зависимость затрат электроэнергии от максимальной суточной температуры приземного воздуха выглядит следующим образом. В зимний период при повышении температуры затраты электроэнергии снижаются линейно, в летний же период при повышении максимальных дневных температур затраты энергии возрастают экспоненциально. Основой адаптационной политики по снижению негативного эффекта от повышения максимальных температур приземного воздуха в летний период должно стать широкое внедрение, так называемых, «охлаждающих» технологий: использование для крыш, стен зданий, автомобильных дорог материалов светлых тонов, обладающих более высоким альбедо, а также увеличение процента озеленения городских территорий, включая стены и крыши зданий. Согласно международному опыту, планы по повышению энергетической эффективности следует разрабатывать, как правило, совместно с планами по адаптации к изменениям климата. Примером такого сочетания является документ канадского города Торонто «Climate Change, Clean Air and Sustainable Energy Action Plan» (www.toronto.ca).

Изменение гидрометеорологических факторов способно повлиять не только на человека, но и на животных, населяющих урбанизированные территории. Известно, что Санкт-Петербург расположен на путях миграций птиц — Беломоро-Балтийский миграционный путь перелетных птиц, и водном пути миграции корюшки. Одними из основных задач для природных территорий, расположенных в зоне мегаполиса и примыкающих к нему регионов (Северное побережье Невской губы, Западный Кот-лин, Юнтоловский заказник, Сестрорецкое болото), являются охрана птиц и прибрежных водно-болотных угодий как кормовой базы и мест стоянок мигрантов. Согласно историческим данным, в прошлые периоды при колебаниях климата наблюдались изменения сроков миграции. Другой пример этому — объем популяции и период нерестового хода европейской корюшки, важной промысловой рыбы региона. Согласно данным ФГУ «Севзапрыбвод», формирование в конце апреля 1993, 1994 г. температурного градиента на границе зоны транзита невских вод с сильно прогретыми водами южной части Невской губы явилось препятствием для нерестовой миграции в эту акваторию холодолюбивой корюшки; в эти годы основная масса рыбы пошла в реку Неву. Рост миграции корюшки в Неву в последующие годы принял устойчивый характер,

тогда как нерестилища Южной Лахтинской отмели, где ежегодно воспроизводилось до 40-45% ее молоди в Финском заливе, в настоящее время утратили свое значение [10].

Представленные примеры со всей очевидностью свидетельствуют, что изменение гидротермических норм способно повлиять практически на все компоненты современного мегаполиса. Уже в настоящее время эти изменения стали весьма заметными и должны быть отражены в нормативно-правовых документах, лежащих в основе планирования и функционирования городских систем. Дополнительно к этому можно с уверенностью говорить и о том, что прогностические оценки подтверждают развитие тенденции на повышение температуры и изменения режима атмосферных осадков в большинстве регионов России и на территориях крупных городов. Бесспорно, текущие проблемы российских мегаполисов многочисленны и серьезны. Наиболее значимые объемы ассигнований приходятся на такие отрасли, как образование, здравоохранение, жилищно-коммунальное хозяйство, социальная политика, дороги и транспорт. Понимая это, все же следует заметить, что издержки от бездействия в вопросах изменения климата в ближайшем будущем будут стоить во много раз больше, чем меры, необходимые для решения поднятых вопросов уже сегодня.

Литература

1. Распоряжение Президента РФ от 17.12.2009 № 861-рп «О Климатической доктрине Российской Федерации». Собрание законодательства Российской Федерации, № 51, 21.12.2009, ст. 6305.

2. Указ Президента РФ от 12.05.2009 № 537 «О Стратегии национальной безопасности Российской Федерации». Российская газета, № 88, 19.05.2009, Собрание законодательства Российской Федерации, № 20, 18.05.2009, ст. 2444.

3. Постановление Госстроя России от 11.06.1999 № 45 СНиП от 11.06.1999 № 23-01-99* «Строительная климатология (с Изменением № 1). Официальное издание. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003.

4. Приказ Минрегиона России от 29.12.2011 № 635/11 СП (Свод правил) от 29.12.2011 № 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85». Официальное издание. М.: Минрегион России, 2012.

5. Распоряжение Комитета по строительству Санкт-Петербурга от 12.10.2004 № 20 ТМД от 12.10.2004 № 50-601-2004 «Методика оценки характеристик морозоопасных свойств грунтов в строительстве Санкт-Петербурга». Официальное издание. СПб.: Правительство Санкт-Петербурга, 2005.

6. Приказ Минрегиона России от 28.12.2010 № 823 СП (Свод правил) от 28.12.2010 № 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*». Официальное издание. Минрегион России. М.: ОАО «ЦПП». 2011 г.

7. Павловский А. А., Малинина Ю. В. Повышение уровня Финского залива в XXI веке: сценарии и последствия. К вопросу о затоплении береговой зоны в пределах Курортного района Санкт-Петербурга // ТеггаНишапа. 2010. Вып. 4. С. 219-226.

8. Павловский А. А., Менжулин Г. В. О динамике Санкт-Петербургских наводнений в различные климатические периоды и оценки изменений уровня финского залива при ожидаемом глобальном потеплении // Вестн. С.-Петерб. ун-та. 2010. Сер. 7: Геология, География. Вып. 2. С. 71-83.

9. Павловский А.А., Митина Ю. В. Возможные последствия повышения уровня Финского залива в XXI столетии для прибрежных территорий Санкт-Петербурга // ТеггаНишапа. 2012. Вып. 1. С. 221-227.

10. Письмо ФГУ «Севзапрыбвод» от 30.11.2007 № 07-1653 об ихтиологическом заказнике «Питерская корюшка».

Статья поступила в редакцию 21 января 2013 г.