Инженерная защита территории от подтопления и затопления

Подтопление и затопление. Два процесса - одна система защиты

Затопление и подтопление часто развиваются вместе, но это разные процессы. Затопление - покрытие территории поверхностными водами при половодьях, паводках и экстремальных ливнях. Подтопление - подъём уровня подземных вод выше нормы осушения; оно развивается медленно, годами, и действует на подвалы, фундаменты, коммуникации и грунты оснований.

Причины подтопления бывают природными - снеготаяние, паводковый подпор, изменение условий разгрузки подземных вод, - но на застроенных территориях чаще преобладают техногенные: утечки из водонесущих коммуникаций, барражный эффект от ограждающих конструкций и заглублённых частей зданий, засыпка оврагов и естественных дрен, нарушенная дождевая канализация, полив, формирование зон водонасыщения грунта планировки при её устройстве над слабопроницаемыми грунтами основания. Застройка без анализа этих факторов делает эксплуатацию территории дорогостоящей, а окружающую обстановку - неблагоприятной. Поэтому СП 104.13330.2016 (п. 4.1.4) требует предусматривать либо единую комплексную территориальную систему инженерной защиты, либо локальные приобъектные системы и увязывать проекты защиты с документами территориального планирования и документацией по планировке территории, а не собирать защиту из разрозненных мероприятий.

Масштаб задач - в цифрах проектов, описанных ниже в разделе «Из практики»:

С чем приходят заказчики

Шесть типовых ситуаций

Во всех шести случаях сначала считаем прогноз на модели, а уже по нему подбираем конструкции: планировочные отметки, глубины и трассировку дрен, размеры канав и аккумулирующих ёмкостей.

Участок попал в границы зоны затопления или подтопления

Границы зон, установленные по постановлению Правительства РФ № 360, вносятся в ЕГРН и попадают в ГПЗУ, а часть 3 статьи 67.1 Водного кодекса запрещает строительство объектов, не обеспеченных сооружениями и (или) методами инженерной защиты от негативного воздействия вод. Мы проектируем и обосновываем расчётами комплекс мероприятий, который снимает это ограничение.

Экспертиза требует обосновать защиту расчётом

Типовые замечания: нет прогноза изменения уровня подземных вод при освоении (СП 22.13330, СП 104.13330), не обоснованы притоки и конструкции дренажей, не подтверждены отметки планировки. Выполняем прогноз на численной модели и приводим проектные решения в соответствие с ним - каждая конструкция в разделе получает расчётное обоснование.

Вертикальная планировка усугубила подтопление

Засыпка ручьёв, тальвегов и оврагов устраняет естественные дрены территории, а в теле проницаемой подсыпки формируется техногенный водоносный горизонт. Выполняем оценку изменения гидрогеологических условий с учётом планируемого техногенного воздействия и проектируем компенсационные мероприятия: дренажи по тальвегам, фильтрующие слои в основании насыпи, корректировку планировочных отметок.

Высокий уровень подземных вод на площадке

Норма осушения не обеспечена: вода в основаниях, траншеях коммуникаций и заглублённых частях зданий. По расчётному положению уровня проектируем территориальные и локальные дренажные системы - от трассировки и конструкции дрен до насосных станций и выпусков.

Талые и ливневые воды затапливают территорию

Сток с примыкающего водосбора приходит на площадку, и пик снеготаяния часто в разы опаснее расчётного дождя. Гидродинамическая модель даёт расчётные расходы и объёмы; по ним проектируем нагорные канавы, лотки, аккумулирующие ёмкости и выпуски - вплоть до рабочей документации.

Существующая застройка уже подтоплена

Защита без остановки эксплуатации: по результатам моделирования оцениваем эффективность различных мероприятий и выполняем проектирование перехватывающих и локальных дренажей, восстановления водоотведения и естественного дренирования - с требуемым снижением уровня и минимальным вмешательством в сложившуюся застройку.

Зоны с особыми условиями использования территорий (ЗОУИТ)

Если территория уже определена как подверженная затоплению или подтоплению и не обеспечена сооружениями или методами инженерной защиты, это фиксируется юридически: для неё устанавливается зона затопления, подтопления - самостоятельный вид зон с особыми условиями использования территорий (п. 17 ст. 105 Земельного кодекса РФ). Решение принимает Федеральное агентство водных ресурсов по предложениям исполнительного органа субъекта РФ в порядке постановления Правительства РФ № 360 от 18.04.2014 «О зонах затопления, подтопления». Установленной зона считается со дня внесения сведений в ЕГРН; на местности границы не обозначаются - увидеть их можно в выписке из ЕГРН и на публичной кадастровой карте, а по конкретному участку - в градостроительном плане (пп. 9 и 10 ч. 3 ст. 57.3 Градостроительного кодекса РФ). Отсутствие зоны в ЕГРН снимает формальные ограничения, но не сам риск: подтопление проявляется и там, где зона не установлена, и оценить его можно только изысканиями и прогнозом.

Часть 3 статьи 67.1 Водного кодекса РФ запрещает в этих границах строительство объектов капитального строительства, не обеспеченных сооружениями и (или) методами инженерной защиты территорий и объектов от негативного воздействия вод. Запрет распространяется на объект без защиты, а не на участок целиком, и предусматривает два пути: сооружения - дамбы обвалования, берегоукрепление, дренажные системы - и методы, к которым ч. 4 ст. 67.1 относит искусственное повышение поверхности территории, устройство свайных фундаментов и другие решения. Обеспечить защиту закон обязывает в том числе правообладателя земельного участка - расходы ложатся на застройщика, но и снять ограничение он может сам.

Состав защитных сооружений должен определяться индивидуально для каждого случая по результатам технико-экономического сравнения. СП 104.13330.2016 (п. 4.8) требует обосновывать необходимость инженерной защиты сопоставлением затрат на её устройство и эксплуатацию с ущербом от подтопления и затопления при её отсутствии - либо с затратами на реконструкцию или перенос существующих объектов и функциональных зон на незатапливаемые и неподтапливаемые территории. Поэтому в основе наших проектов - прогноз: количественная оценка того, что произойдёт с территорией без защиты и с каждым из вариантов защиты.

Инженерная защита в составе проектной документации: ПП 87

Состав разделов проектной документации задан постановлением Правительства РФ № 87 от 16.02.2008. Инженерная защита территории попадает прежде всего в раздел 2 «Схема планировочной организации земельного участка»: подпункт «д» пункта 12 прямо требует обоснования и описания решений по инженерной подготовке территории, в том числе решений по инженерной защите территории и объектов капитального строительства от последствий опасных геологических процессов, паводковых, поверхностных и грунтовых вод. Соседний подпункт «е» - описание организации рельефа вертикальной планировкой, а в графической части того же раздела - схема организации рельефа и план земляных масс. Планировочные отметки и мероприятия защиты нормативно лежат в одном разделе - значит, и обоснование у них общее.

Конструктивная часть мероприятий расходится по смежным разделам. Дренажные системы и отвод собранной воды - раздел 5, подраздел «Система водоотведения»: пункт 18 требует решений в отношении ливневой канализации и расчётного объёма дождевых стоков (подпункт «д») и решений по сбору и отводу дренажных вод (подпункт «е»). Сброс дренажных и поверхностных вод в водный объект дополнительно проходит через раздел «Перечень мероприятий по охране окружающей среды», а по Водному кодексу требует решения о предоставлении водного объекта в пользование (п. 2 ч. 3 ст. 11; дренажные, дождевые и талые воды прямо отнесены к сточным - п. 19 ст. 1). Решение по Водному кодексу не заменяет документы экологического нормирования - комплексное экологическое разрешение или декларацию о воздействии на окружающую среду. Строительное водопонижение как временное мероприятие периода строительства входит в состав раздела 6 «Проект организации строительства»: там оно увязывается с организационно-технологической схемой, потребностью во временных зданиях и сооружениях и особенностями производства работ, а рабочие параметры системы детализируются в ППР; технические требования к самому водопонижению - СП 45.13330.

На сложных площадках решения по защите не помещаются в общие разделы. В таких случаях мы выпускаем отдельный том инженерной защиты от подтопления - с фильтрационными расчётами, планами, разрезами и конструкциями дренажей; его включают в состав раздела «Иная документация в случаях, предусмотренных законодательными и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации» либо отдельным томом раздела 2 по согласованию с экспертизой. Заказчику так удобнее: расчёты и графика по защите собраны в одном месте, а не размазаны по схеме планировочной организации, водоотведению и проекту организации строительства.

От компоновки томов не зависит главное: экспертиза проверяет, как результаты инженерных изысканий перешли в прогноз, а прогноз - в проектное решение. Прогноз изменения уровня подземных вод при освоении территории обязателен по СП 22.13330 и СП 104.13330; если его нет или он не подтверждён расчётом, замечание получат и раздел планировочной организации, и раздел водоотведения. Мы формируем расчётное обоснование один раз - на модели - и дальше используем его во всех разделах, где по ПП 87 требуются решения по защите.

Результаты моделирования - основание для проектирования

Состав и стоимость мероприятий зависят от того, где окажется вода после застройки, поэтому проектировать защиту по аналогам с соседними площадками бессмысленно. Мы моделируем оба вида стока:

• Подземные воды - геофильтрационная модель территории (MODFLOW) воспроизводит фактическое состояние, выявляет источники и факторы подтопления и даёт прогнозные уровни для сценариев застройки и защиты. Результат - карты глубин залегания и дефицита нормы осушения, границы зон подтопления и балансовые оценки притока к дренажам
• Поверхностный сток - гидродинамическая 1D/2D-модель (HEC-RAS) русел, пойм и самой площадки рассчитывает уровни, глубины и скорости при паводках и ливнях заданной обеспеченности, границы зон затопления, подпор от мостов и дамб, работу нагорных каналов, лотков и аккумулирующих ёмкостей
• Совместный анализ - часть осадков инфильтруется и питает водоносные горизонты, а подпор в реке меняет условия разгрузки подземных вод. Связка двух моделей позволяет согласовать мероприятия, которые по отдельности могут противоречить друг другу

Прогнозные уровни опираем на фактические данные гидрогеологических наблюдений: если факт превышает прогноз, ищем неучтённые источники подтопления и только после этого закладываем мероприятия в проект. Именно так п. 4.5.4 СП 104.13330.2016 требует определять прогнозные количественные характеристики подтопления для освоенных территорий. В сценарии закладываем и нештатные ситуации: отключение существующих систем защиты, экстремальные гидрометеорологические события, многолетние тренды - вплоть до подъёма уровня моря за срок эксплуатации для приморских территорий.

Локальная или территориальная система

В зависимости от масштаба процесса защита проектируется на двух уровнях. Локальная система защищает отдельные здания и сооружения: пристенные, кольцевые, пластовые дренажи, противофильтрационные завесы, гидроизоляция заглублённых частей. Территориальная система обеспечивает защиту застройки в целом: перехватывающие дренажи, регулирование стока, вертикальная планировка, дождевая канализация. Уровень защиты выбирается по результатам моделирования и технико-экономического сравнения. Часто оптимальна связка: систематический дренаж территории принимает на себя основную нагрузку, и отдельные сооружения обходятся без собственных дренажей - только с гидроизоляцией.

Планировка или дренаж: поиск оптимальной отметки

Самый частый вопрос заказчика на подтапливаемой территории - объём планировки. Подсыпка до отметки, при которой обеспечены и незатопляемость, и норма осушения, - решение надёжное и без эксплуатационных затрат, но объёмы насыпи быстро становятся главной статьёй сметы: в одном из наших проектов вариант «только планировка» потребовал около 0,9 млн м³ грунта по двум участкам. Противоположный вариант - минимальная подсыпка «только от затопления» плюс дренаж - требует значительно меньших объёмов земляных работ, но дренаж с прогнозным притоком в тысячи кубометров в сутки означает насосные станции, очистку и постоянные затраты на весь срок эксплуатации.

Рабочее решение обычно лежит между этими вариантами и ищется расчётом: на геофильтрационной модели просчитывается серия сочетаний «отметка планировки - параметры дренажа», для каждого определяются объём насыпи, приток к дренажу и затраты на устройство и эксплуатацию. Так находится планировочная отметка с минимальной суммарной стоимостью при обеспеченной норме осушения - вместе с расчётным обоснованием вертикальной планировки для экспертизы.

В расчёте приходится учитывать и то, что уровень подземных вод может сформироваться в самой планировочной насыпи. Проницаемая подсыпка поверх суглинков или мёрзлых грунтов работает как новый водоносный горизонт: в ней накапливаются инфильтрационные воды и формируется техногенный уровень подземных вод. Территория, поднятая «выше воды», оказывается подтопленной собственным горизонтом. Поэтому прогноз выполняется и для тела насыпи, а в проект закладываются дренажи по тальвегам засыпанных водотоков и фильтрующие слои в основании подсыпки.

Нормы осушения и классы сооружений защиты

Критерий защищённости от подтопления - норма осушения: нормативная глубина залегания уровня грунтовых вод от поверхности земли, благоприятная для хозяйственного использования территории (СП 104.13330.2016, п. 3.6). Значения зависят от функционального использования участка, и СП 104.13330.2016 (п. 4.6) отсылает за ними к профильным документам: для территорий под объекты жилого, производственного, общественно-делового назначения, спортивно-оздоровительные объекты и зоны рекреационного и защитного назначения - к СП 116.13330, для сельскохозяйственных земель - к СП 100.13330, для территорий разработки полезных ископаемых - к СП 103.13330. Класс сооружений защиты от подтопления назначается по расчётному прогнозному понижению уровня подземных вод (п. 5.8): I класс - свыше 5 м, II - от 3 до 5 м, III - от 2 до 3 м, IV - до 2 м. При защите от затопления расчётный уровень воды принимается с вероятностью превышения по классу сооружения в соответствии с СП 58.13330, а перелив через гребень сооружений защиты жилых территорий при поверочных расчётных уровнях не допускается (п. 5.6).

Как мы работаем

1. Диагностика. Определяем источники и факторы затопления и подтопления: анализируем изыскания, режимные наблюдения, рельеф, застройку и коммуникации. Дефицит данных фиксируем и закрываем программой дополнительных исследований - режимные скважины, опытно-фильтрационные работы, геофизика, в криолитозоне - термометрия грунтов.
2. Прогноз. Строим геофильтрационную модель территории и модель поверхностного стока, калибруем их по фактическим наблюдениям и просчитываем сценарии: естественные условия, застройка без защиты, варианты защиты, отказ систем, экстремальные события.
3. Сравнение вариантов с технико-экономическим обоснованием (ТЭО). Вертикальная планировка, дренаж, регулирование стока, обвалование и их комбинации сравниваются по достигаемому эффекту, объёмам работ и эксплуатационным затратам, чтобы в проект не попали избыточные сооружения.
4. Документация. Концепция инженерной защиты, раздел проектной документации или рабочая документация: планы и профили сетей, конструкции дренажей, лотков, колодцев и насосных станций, ведомости объёмов и спецификации.
5. Сопровождение. Ответы на замечания экспертизы, авторский надзор, программа мониторинга уровней - чтобы подтвердить, что построенная система обеспечивает расчётную норму осушения и пропуск расчётных расходов.

Из практики

Объекты защищены соглашениями о конфиденциальности, поэтому названия не приводим - только тип объекта, регион и цифры.

Комплексная защита - приморская низменность

Курортный комплекс на приморской низменности, Черноморское побережье

Исторически осушенная низменность с сетью дренажных каналов: при отключении существующей системы защиты территория частично затапливается, уровни воды в осушительной системе в многоводные годы поднимались до плюс 0,8 м. Геофильтрационная модель откалибрована на три состояния - естественные условия (1948 год), работа системы осушения (1974 год) и современный режим (2017-2023 годы) - со среднеквадратическим отклонением уровней от 0,17 м.

• Сравнены варианты: вертикальная планировка, исключающая и затопление, и подтопление (насыпь около 0,9 млн м³ по двум участкам), против планировки «только от затопления» с дренажем - его прогнозный приток до 8,9 тыс. м³/сут означал постоянные затраты на перекачку и очистку
• Просчитаны сценарии полного отключения систем инженерной защиты и подъём уровня моря на 0,16 м за 50-летний срок эксплуатации
• Для этапа замещения слабых грунтов рассчитано строительное водопонижение - приток до 15 тыс. м³/сут по одной захватке

Модельная сторона этого объекта - на странице геофильтрационного моделирования.

Концепция защиты - криолитозона

Горный туристический комплекс на Крайнем Севере

Склоновая площадка в зоне распространения многолетнемёрзлых пород: сезонно-мёрзлый слой работает временным водоупором, и пик притока - снеготаяние плюс склоновый сток - совпадает с минимумом дренирующей способности разреза. Оценка на модели показала, что в естественных условиях подтоплено около 11 % территории, а вертикальная планировка с засыпкой ручья в исходной версии увеличивала долю подтопленных площадей до 18 %.

• Концепция защиты: систематический дренаж со сбросом самотёком - без насосных станций, - сопутствующие дрены по тальвегу засыпаемого ручья, нагорные канавы для перехвата склонового стока
• Чистый склоновый сток отделён от внутриплощадочной ливневой канализации по СП 32.13330.2018: перехваченная до застройки вода не требует очистных сооружений
• Сформирована программа изысканий под рабочее проектирование: режимные скважины, термометрия грунтов, опытно-фильтрационные работы, электротомография

Проект защиты от подтопления - логистика

Складской комплекс с автопарковками, Ярославская область

Площадка на надпойменной террасе: два напорных водоносных горизонта с уровнями 1,3-2,7 м от поверхности и сезонная верховодка; планировочная подсыпка песчаным грунтом поверх суглинков создаёт условия для накопления инфильтрационных вод. Проект инженерной защиты от подтопления выполнен в составе проектной документации.

• Пристенный дренаж по контуру складского корпуса и систематический дренаж автопарковок; средняя глубина заложения дрен 2,6 м обеспечивает норму осушения 2 м
• Расчётные притоки: среднегодовой к дренажу комплекса 316 м³/сут, максимальный суточный - 598 м³/сут; по парковкам - до 1008 м³/сут в пиковые периоды
• Сброс в ливневую канализацию самотёком; для одного из участков - через насосную станцию с колодцем-гасителем; выполнены гидравлический и прочностной расчёты дренажных труб

Защита от затопления - поверхностный сток

Складской комплекс, Владимирская область

Задача - защитить территорию от затопления талыми и дождевыми водами, поступающими с примыкающего водосбора площадью около 63 га. Двумерная гидродинамическая модель (расчётная сетка 143 тыс. ячеек с разрешением до 0,25 м в лотке) показала: пик талого притока достигает 410 л/с против 113 л/с от дождя расчётной обеспеченности, объём талого стока - 7,1 тыс. м³ против 1,2 тыс. м³ дождевого.

• Система защиты: водоотводная канава с лотком вдоль границы участка и шпунтовое ограждение, регулируемый выпуск в существующую сеть с ограничением сброса на очистные сооружения 80 л/с
• Обоснован аккумулирующий резервуар 1130 м³, срезающий пиковые нагрузки, - против минимальных 502 м³ по формальному расчёту СП 32.13330.2018
• Выпущена рабочая документация: конструкции лотков, дренажных колодцев и шпунтового ограждения

Карты, схемы и чертежи инженерной защиты

‹ 1 / 10 ›

Карты затопления и глубин залегания, результаты моделирования, планы и конструкции дренажных систем с наших объектов. Листайте ленту; нажмите на изображение, чтобы открыть его крупно.

Мировая практика: от «борьбы с водой» к управлению риском

Современный подход к защите территорий сместился от наращивания дамб к управлению риском наводнений. Европейская Директива о наводнениях 2007/60/EC выстраивает работу в три шага: предварительная оценка риска, карты опасности и риска затопления, планы управления риском по принципу «предотвращение - защита - готовность». Нидерландская программа Room for the River вместо повышения дамб вернула рекам пойменные территории - расширение пойм и обводные русла снизили расчётные уровни без бесконечного наращивания валов. Китайские «города-губки» и британские SuDS (устойчивые дренажные системы) задерживают и инфильтруют ливневый сток в месте выпадения осадков - проницаемые покрытия, биодренажные канавы, накопительные пруды - вместо того чтобы максимально быстро сбросить его в перегруженную сеть.

Мы применяем эти принципы в российском нормативном поле: сочетаем «серую» инфраструктуру (дамбы, дренажи, канализацию) с «зелёной» - к вспомогательным средствам инженерной защиты СП 104.13330.2016 прямо относит повышение водоотводящей и дренирующей роли гидрографической сети расчисткой русел и стариц и агролесотехнические мероприятия (п. 4.10), а при искусственном повышении поверхности требует обеспечивать условия естественного дренирования подземных вод (п. 6.1.2.7), - учитываем многолетние климатические тренды в прогнозных сценариях, а решения принимаем по критерию «риск и ущерб против стоимости», как это делает мировая практика и требует российский свод правил.

Нормативная база

• Водный кодекс РФ, ст. 67.1 - запрет строительства объектов, не обеспеченных сооружениями и (или) методами инженерной защиты от негативного воздействия вод (ч. 3); состав таких сооружений и методов и обязанности правообладателей (ч. 4)
• Земельный кодекс РФ, ст. 105 (п. 17) - зоны затопления и подтопления как зоны с особыми условиями использования территорий
• Постановление Правительства РФ № 360 от 18.04.2014 «О зонах затопления, подтопления» - установление, изменение и прекращение существования зон; прекращение при обеспечении территории инженерной защитой (подп. «а» п. 20 Положения)
• Постановление Правительства РФ № 87 от 16.02.2008 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» - место решений по инженерной защите в проектной документации: п. 12 подпункты «д» и «е», п. 18 подпункты «д» и «е»
• СП 104.13330.2016 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления» (с изменениями) - основной документ: средства защиты, нормы осушения, классы сооружений, требования к дренажным системам
• СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения» - нормы осушения, требования к защите при опасных геологических процессах
• СП 42.13330.2016 «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений» - градостроительные требования к защите территорий
• СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения» - расчётные расходы дождевого и талого стока, аккумулирующие резервуары, разделение стоков
• СП 58.13330 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» - классы сооружений и расчётные уровни воды
• Пособие к СНиП 2.06.15-85 «Прогнозы подтопления и расчёт дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях» - методическая основа фильтрационных расчётов

Смежные услуги

Дренажные системыПостоянные дренажи для защиты территорий и сооруженийГеофильтрационное и геомиграционное моделированиеЧисленные модели - расчётное ядро наших проектовМоделирование поверхностного стокаЧисленное моделирование дождевого и паводкового стокаЗащита зданий и сооруженийКомплексная защита подземных частей зданий от подземных вод