| 16. |
Аннотация |
В настоящее время на территории России происходит существенное изменение климата. Наиболее быстрые изменения наблюдаются в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ), которая занимает 65.5% всей площади страны (11.2 из 17 млн км2) (Отчет об особенностях климата…, 2017). Особенно выраженные изменения прослеживаются в Арктической зоне, где среднегодовая температура приземного воздуха за 1980-2012 гг. увеличилась на 0.5-2.2℃ (Порфирьев и др., 2019). Они обуславливают деградацию многолетней мерзлоты, изменения характеристик талых и мерзлых грунтов, их несущей способности (Российская Арктика…, 2014), что, в свою очередь, приводит к снижению устойчивости зданий и сооружений (Romanovsky et al., 2015).
Изменение прочности ММГ, их несущей способности, водопроницаемости в условиях потепления климата могут сопровождаться такими деструктивными криогенными процессами, как пучение и просадка грунтов, явлениями термоэрозии, солифлюкции и другими термомеханическими деформациями, осложняющими строительство и эксплуатацию зданий и сооружений. Многие сооружения построены на свайных фундаментах, когда ММГ используются в качестве оснований и рассчитаны на эксплуатацию в определенных температурных условиях. При оттаивании ММГ изменяются их физико-механические свойства, что, в конечном счете, уменьшает несущую способность фундаментов, приводя к повреждению построенных на них сооружений. Не менее серьезную угрозу представляет оттаивание льдонасыщенных грунтов. Таяние содержащегося в грунте льда сопровождается просадками поверхности и развитием опасных мерзлотных процессов: термокарста, термоэрозии и др.
Прогнозируемые изменения климата на территории регионов с наличием ММГ к середине 21 века затронут 54% всех жилых зданий, общей стоимостью 1.2 трлн руб. и более 20% всех коммерческих и промышленных сооружений, с суммарным ущербом от этих изменений и ликвидацией последствий примерно в 5 трлн руб. (Streletskiy et al., 2019).
Регионы, расположенные в зоне ММГ, играют ключевую роль в структуре российской экономики, т.к. содержат огромные запасы природных ресурсов. Освоение природных ресурсов влечёт за собой масштабное развитие энергетической и транспортной инфраструктуры. Таким образом, наблюдающиеся изменения климата превратили огромную территорию в зону повышенного инвестиционного риска. Для продолжения экономически оправданного и экологически безопасного освоения территорий необходимо учитывать возможный ущерб в результате деградации ММГ.
Одним из стратегически важных регионов России является Магаданская область. Область по масштабам прогнозных ресурсов коренного золота занимает второе место в России после Республики Саха (Якутия) (Справка о состоянии и перспективах использования минерально-сырьевой базы Магаданской области, от 14.01.2021 г. № 049-00016-21-00).
Несмотря на суровость климата и практически повсеместное распространение ММГ, территория Магаданской области в настоящее время не относится к Арктической зоне (АЗ) Российской Федерации. Именно для АЗ в основном публикуются расчетные прогнозы процессов деградации ММГ и оценки ущербов, связанных с деформацией существующей и проектируемой инфраструктуры (Snow, Water, Ice and Permafrost in the Arctic (SWIPA), 2017; Спорышев и др., 2016; Российская Арктика…, 2014; Стрелецкий и др., 2012; Instanes, Anisimov, 2008; Kattsov et al., 2017; Anisimov et al., 2013).
Более 98% территории Магаданской области расположена в зоне распространения ММГ. Несмотря на то, что Магаданская область не находится в таком фокусе внимания, как регионы развития топливно-энергетического комплекса (например, Западная Сибирь), очевидно, что проблемы, связанные с деградацией ММГ, характерны и для нашего региона. Например, изменения условий залегания ММГ стали причиной деформации здания Магаданского аэропорта, а каждый год более интенсивное оттаивание ледяных линз является причиной деформации и разрушения дорожного покрытия, жилых зданий и инфраструктуры (https://kolyma.ru/press/41528-na-chem-stoim-vechnaya-merzlota-taet.html).
За последние 50 лет на Северо-Востоке (включая Чукотский п-ов, Магаданскую обл., Восточную Якутию) температура воздуха выросла в среднем на +2.2℃, а температура грунта на глубине 80 см по данным метеорологических станций региона с длительным рядом наблюдений на +1.7℃ (Makarieva et al., 2019).
Согласно одному из климатических сценариев (RCP8.5) прогноза CMIP 5, к 2050 году в Магаданской области в среднем глубина протаивания увеличится на 0.5 м (с максимальными значениями до 0.6 м), несущая способность грунтов уменьшится в среднем на 23% (от 4% до 42%), а их просадка в среднем составит 15 см (от 3 до 24 см). При этом 26% всей инфраструктуры Магаданской области окажется в зоне геокриологических рисков, а общая стоимость ущерба от деградации мерзлоты к 2050 году достигнет около 60 млрд рублей (цены 2016 года) (Streletskiy et al., 2019).
Дорожная инфраструктура играет значительную роль в формировании экономического потенциала Магаданской области и одновременно характеризуется высокой уязвимостью к последствиям изменения климата. В настоящий момент автомобильный транспорт является практически единственным видом транспорта для перевозки грузов в удаленные районы региона, а также обеспечения горнопромышленного комплекса. В 2017 г. объем перевезенного груза составил около 2.2 млн. т. Затраты на восстановление и поддержание устойчивого функционирования региональной дорожной инфраструктуры в связи с риском протаивания и деградации ММГ по сравнению с 2018 годом удвоятся к 2050 году и составят 1.2-1.8 млрд рублей в год в зависимости от сценарных прогнозов (цены 2018 года) (Порфирьев и др., 2019).
Национальной программой социально-экономического развития Дальнего Востока на период до 2024 года и на перспективу до 2035 года, схемой территориального планирования Российской Федерации в области федерального транспорта предусмотрено строительство железнодорожной линии Нижний Бестях – Магадан, стоимость проекта оценивается в 1,6 трлн. рублей. В связи с возведением железной дороги планируется строительство асфальтированных дорог, мостов и другой сопутствующей инфраструктуры. Последствия климатических изменений влияют на проекты новых и эксплуатацию существующих объектов железнодорожной инфраструктуры вследствие появления просадок, затопления и заболачивания территорий и других негативных явлений, которые сказываются на устойчивости сооружений (Бушуев и др., 2019). Проектирование новых объектов требует не только учета множества различных факторов, к которым относят климатические, геокриологические, инженерно-геологические и гидрологические условия в районе проектирования, но и прогноза их развития на перспективу. С учетом значительной стоимости проектов необходимы актуальные данные о состоянии ММГ, а также прогноз опасных природных явлений, связанных с изменением климата и деградацией мерзлоты.
К геокриологическим явлениям, характерным для Магаданской области, относятся наледи. Наледи создают опасные ситуации для функционирования транспортных средств и инженерных сооружений. Опасность возникает не только зимой в процессе излияния, растекания и намораживания наледных вод, но и в теплый период года в результате разрушения наледного льда и развития сопутствующих мерзлотно-геологических и гидрологических явлений. В комплекс опасных процессов и явлений входят: затопление и подтопление территории в условиях отрицательных температур воздуха, статическое и динамическое давление льда, его пучение, обрушение, осадка, надвиги и сползание; образование ледовых плотин и барьеров, непредвиденных каналов стока; закупорка водопропускных труб и мостовых пролетов; формирование бугров и площадей пучения, пластов и линз подземного льда, термокарст и термоэрозия и пр.
В Магаданской области ежегодно проводятся противоналедные работы, часто уже после причинения ущерба инфраструктуре, что приводит к большим затратам средств, материалов, техники и рабочего времени. Так в 2022 г. мероприятия по очистке дорожного полотна от наледи были выполнены по трассе Палатка-Кулу-Нексикан, межмуниципальным дорогам Магадан-Балаганное-Талон и Герба-Омсукчан. На федеральной трасе Р504 «Колыма» наледь вышла на обочину и проезжую часть, а также создала давление в подмостовой зоне. На некоторых участках трассы, а также на ледовой переправе через р. Яна, проезд приостанавливался на время устранения наледного льда.
Наледи приносят экономический ущерб не только в зимний период, но и вначале теплого времени года. Так, в поселках Уптар, Сокол, Палатка, микрорайонах Солнечный, Снежный и др. во время половодья сохранившиеся наледи создают подпор, и талая вода идет поверх льда, затапливая близлежащие территории. Так, в 2015 г. мост через реку Красавица в пос. Стекольный сильно деформировался от давления большой наледи, в связи с чем был снесен и возведен новый; в 2016 году были разрушены дачные домики в микрорайоне Солнечный, в Хасынском районе подтоплены дома частного сектора; в 2020 г. река Палатка вышла из берегов из-за быстро растаявшей наледи, что способствовало нанесению ущерба дачам; в 2021 г. дренажная труба в пос. Уптар была забита наледным льдом, из-за чего талые воды пошли по поверхности земли.
Успешные методы борьбы с наледями могут быть разработаны на основе информации о инженерно-геологических, гидрологических и мерзлотно-грунтовых условиях мест их развития. Только на основании специальных данных могут быть составлены рациональные противоналедные мероприятия, которые позволят уменьшить экономический ущерб от опасного природного явления.
Магаданская область занимает первое место в России по добыче россыпного золота (Добыча..., 2022). Золотодобыча на россыпных месторождениях сопровождается значительным воздействием на природную среду, в частности загрязнением рек взвешенными веществами (Чупаченко, 2020; Gallo Corredor et al., 2021) и тяжелыми металлами (Радомская, Радомский, 2014; Jarsjö et al., 2017), нарушением ландшафтов. В регионах с суровым климатом и сплошным распространением ММГ, к числу которых относится Магаданская область, восстановление ландшафтов на нарушенных участках занимает продолжительное время, что усугубляет перечисленные проблемы. Это связано с существенным изменением геокриологических условий нарушенных полигонов, антропогенным изменением таликовых зон и процессов водообмена в долинах рек. Экологическое состояние нарушенных ландшафтов определяется характером проявления криогенных процессов – термокарста, солифлюкции, морозного пучения (Иванов, 2013).
Однако основное воздействие, связанное с дражной добычей золота, происходит в долинах рек, русла которых подвергаются значительной деформации. Многочисленные пруды-отстойники и русловая сеть антропогенного происхождения подвержены процессам заиливания и заболачивания. Образуются дамбы, которые в периоды интенсивных осадков прорываются и приводят к формированию катастрофических паводков. Одним из проблемных населенных пунктов Магаданской области в этом отношении является г. Сусуман, где в последние годы катастрофические наводнения наблюдались в 2016 и 2019 гг. В настоящем проекте предлагается провести количественную оценку вкладов климатических изменений и антропогенного воздействия (нарушение ландшафтов речных долин и деформация русел) в формирование опасных гидрологических явлений на примере р. Берелех (Сусуман). Это позволит оценить возможный ущерб от несвоевременных мер рекультивации речных долин и разработать рекомендации по снижению рисков затопления и минимизации ущерба.
В проекте будут рассмотрены три типа опасных природных явлений, обусловленных как изменением климата и трансформацией ММГ, так и антропогенным воздействием.
В связи с активным развитием регионов Дальнего Востока возрастает актуальность исследования взаимодействия инфраструктуры и природных систем. Изменения климата способствуют усилению природных и техногенных рисков, влияющих на безопасное и эффективное развитие инфраструктуры и социально-экономические процессы.
Исследование посвящено разработке обоснованных стратегий адаптации Магаданской области к неблагоприятным изменениям климата и их последствиям для минимизации природных и техногенных рисков и обеспечения его устойчивого развития. В настоящем проекте будут рассматриваться риски, связанные с тремя взаимосвязанными компонентами природной системы – мерзлоты, ландшафтов и гидрологического режима поверхностных и подземных вод. Исследование и построение функциональных зависимостей между факторами среды и состоянием природных и техногенных систем, оценка допустимых уровней воздействия на их отдельные компоненты требуют комплексного анализа актуальных данных наблюдений и результатов математического моделирования, которые и станут основой данного проекта.
Практическая значимость исследования связана с ориентацией долгосрочного развития Магаданской области на обеспечение приемлемого уровня рисков возникновения чрезвычайных ситуаций. Это сопряжено с необходимостью мониторинга, исследований и всестороннего учета природно-климатических факторов в условиях изменения климата, а также с введением в показатели прогнозного развития региона параметров стратегических рисков, отражающих непрерывное расширение спектра угроз, вызовов, аварий и катастроф. |