Введение
Я родился в Санкт-Петербурге в семье коренных ленинградцев. Санкт-Петербург – это мой город, я в ответе за то, каким он будет. Меня беспокоит сохранение исторических ценностей Санкт-Петербурга. Я считаю, что наш город должен иметь надёжную защиту от наводнений. В течение двух лет я занимался исследованием проблемы строительства дамбы, пытался разобраться в причинах неугасающих на протяжении 20 лет споров около этой, грандиозной в свое время стройки, понять насколько связано ухудшение экологической обстановки в Невской губе со строительством дамбы, оценить роль комплекса защитных сооружений (КЗС) от наводнений в решении транспортной проблемы города.
Первый материал, книги и газеты, изданные в 80-е годы, я получил от своего учителя, у которого хранился материал, посвященный проблемам дамбы. Далее я стал изучать статьи о дамбе, опубликованные в периодической печати в последние годы, и к моему удивлению, их оказалось не меньше, чем в прошедшие годы. Более всего мне помогли разобраться в этой проблеме статьи, опубликованные в журналах “Знание-сила”, “Звезда”, и изучение материалов “Научного обоснования сооружений защиты Ленинграда от наводнений”, сделанных учеными Всесоюзного НИИ гидротехники им. Веденеева.
Со времен основания в Санкт-Петербурге зафиксировано 270 подъемов воды в Неве на 150 см и выше над ординаром. В августе 1703 вода в Неве поднялась более чем на 200 см и смыла часть леса и другие материалы, заготовленные для строительства Петропавловской крепости. Наводнения почти ежегодно наносили урон строившемуся городу. Самые разрушительные наводнения произошли в 1777, 1824, 1924 и 1955. В наводнении 19 ноября 1824 года подъем воды 410 см над ординаром, был затоплен весь город кроме Литейной, Рождественской и Каретной частей. В результате были разрушены 462 и поврежден 3681 дом. В наводнении 23 сентября 1924 года, втором по силе за всю историю города, подъем воды над ординаром 369 см. Вода затопила свыше 1/2 территории, местами глубина затоплений достигала 2-2,5 метра. Были разрушены или повреждены 19 мостов, всплыли деревянные торцовые мостовые. Повреждены свыше 5000 домов; свыше 100 промышленных предприятий временно прекратили работу.
С каждым разом ущерб от наводнений становился более значительным и исчислялся миллионами рублей. Историческому центру наносился тяжелый непоправимый ущерб. Принимая во внимание состояние зданий исторического центра города (износ старого фонда значителен, состояние фундамента у большинства зданий находится в неудовлетворительном состоянии), можно предположить, что в случае возникновения наводнения большое количество архитектурных ансамблей просто не сможет быть восстановлено. Поэтому, принимая во внимание прошлый опыт, мы должны позаботиться о предотвращении возможных в будущем наводнений.
Итак, прежде чем приступить к рассмотрению обозначенных проблем, я считаю необходимым кратко изложить историю наводнений Санкт-Петербурга, принимая во внимание, что эта проблема стоит перед городом уже около 300 лет.
Закладывая город, Пётр I, видимо, рассчитывал, что Ладожское озеро – вполне надёжный регулятор, обеспечивающий Неве завидную равномерность стока. И девять наводнений, ещё при его жизни, обрушившиеся на Петербург, немало озадачили царя.
Уже в 1706 году у государя Петра I созрело кардинальное решение – поднять уровень прибрежных территорий, особенно на Васильевском острове, где намечалось создать центр города, его морской фасад. По указанию царя его архитекторы Д. Трезини и Жан-Батист Леблон в своих проектах планировки города предусматривали подсыпку территории Васильевского острова и Петроградской стороны на 3,2 метра за счёт земли, вынутой из прудов и каналов, которые там предполагалось создать.
Второе оригинальное предложение, озаглавленное “Пройакт, каким образом Санкт-Петер-Бурх от разливания воды укрыть возможно”, предложил в 1727 году фельдмаршал Б. Миних. Идея состояла в том, чтобы город и каждый остров порознь оградить дамбами, возвышающимися над ординаром на 4 метра.
Третье предложение было внесено профессором П. П. Базеном, почётным членом Петербургской академии наук. Базен занимал с 1824 по 1834 год пост директора Института инженеров путей сообщения. Через год после “потопа XIX века” Базен представил правительству проект заградительной каменной дамбы длиной 22 км, которая перекрыла бы Финский залив от Лисьего носа через Кронштадт до Ораниенбаума. Это была бы в полном смысле слова дамба, так как предлагалось сделать лишь одно отверстие – шлюз в районе Морского канала для пропуска. А также водослив – у южной оконечности дамбы. Предложение не получило поддержки. В основном возражения вызвала необходимость проводить суда через шлюз и факт значительного подъёма грунтовых вод в городе.
Было много и других вариантов защиты, однако они являлись лишь видоизменениями упомянутых выше.
Были также ошибочные, и даже курьёзные проекты, которые основывались на неправильном понимании причин такого явления, как наводнение. Некоторые из таких проектов были даже осуществлены, но проблему, естественно, не решили. Так, были прорыты Екатерининский канал (ныне канал Грибоедова), Крюков канал, Обводный канал, созданные с целью отвода воды. Но понятно, что эти меры и не могли спасти город от затопления.
В советское время после наводнения 1924 года была образована при Гидрологическом институте межведомственная комиссия для разработки вопроса о защите Ленинграда от нагонных волн. Специалисты остановились на проекте Базена, взяв его за основу.
Мелиоративный же институт предложил соорудить дамбы вдоль всего морского побережья.
К решению проблемы защиты города возвращались неоднократно, но довести предложения до уровня проектного задания так ни разу и не удалось. Завершить длительную эпопею по выработке оптимального варианта гидрокомплекса выпало сотрудникам Ленинградского отделения института Гидропроект, которые работали в содружестве с десятками коллективов НИИ, КБ и ученых институтов. Проект разрабатывался несколько лет, научно – исследовательские работы проводились по единой комплексной программе, рассмотренной и одобренной межведомственным советом, куда входило 66 организаций, после всесторонних исследований и экспертиз он был закончен в 1978 году.
Для более полного понимания проблемы защиты города от наводнений, необходимо рассмотреть причины возникновения последних.
Еще с момента строительства столицы частые наводнения заставляли задуматься о причинах этого явления. Повседневные наблюдения показывали, что причина наводнений – ветер, дующий с моря. Такой ветер нагоняет морскую воду в устье Невы. Однако дальнейшее сопоставление фактов поколебало это, в общем-то, верное, представление.
В поисках объяснения некоторые ученые выдвинули предположение, что наводнение бывает в тех случаях, когда нагон воды с моря совпадает с приливом в новолуние или полнолуние. Последующие исследования, однако, не подтвердили этого.
В середине 18 века наряду с ветровой теорией появилось мнение, что наводнение создается самой Невой. Ветер, дующий с моря, считали некоторые исследователи, подпирает Неву и создает затруднения для стока ее вод. Не находя выхода, невская вода затопляет окружающую местность. Такой вывод совпадал с интересами строительства города, и описанная стоковая теория надолго стала господствующей.
В первой половине 19 века появились некоторые данные о расходе воды реки Невы. Это позволило выполнить простейшие расчеты и убедиться, что роль задержания невских вод ветром переоценена. В самом деле, примем расход воды близким к среднему, т.е. 2500 м2/сек. За один час река проносит 2500х3600=9000000 м2 воды. При уровне воды у Горного института 300 см над ординаром площадь затопления в пределах дельты составляет 50 км2, или 50000000 м2. При полном прекращении стока уровень воды на затопленной территории может повыситься на величину 9000000: 50000000= 0,18 м. В действительности же при больших наводнениях, когда отмечалось обратное течение и могло иметь место полное прекращение стока, за 1 час уровень воды повышается на 0,6 – 0,8 м и более. Следует, впрочем, заметить, что на поверхности реки обратное течение устанавливается в редких случаях – при западном ветре, достигающем силы жестокого шторма. В глубине же потока на главных рукавах дельты обратного течения, по-видимому, никогда не бывает, а если и бывает, то непродолжительное время.
Долгое время все усилия ученых понять механизм наводнений оставались тщетными. Первый обнадеживающий сдвиг появился в конце прошлого столетия, когда начали составляться синоптические карты, отражающие состояние погоды на обширных пространствах, и были организованы более частые наблюдения за уровнем воды в ряде пунктов Балтийского моря.
По современным воззрениям, природа невских наводнений вкратце такова. Подчиняясь общим законам циркуляции атмосферы на земном шаре, области с низким давлением – циклоны, перемещаются обычно с запада на восток. Циклон, мощный атмосферный вихрь, несет с собой ненастную, ветреную погоду. Ветровые потоки в циклоне направлены против часовой стрелки и к его центру. Чаще всего в южной половине циклона находится сектор с относительно теплым воздухом. Линия раздела между теплым и холодным воздухом в циклоне называется атмосферным фронтом, или просто фронтом. Ветер в циклоне достигает наибольшей силы в полосе фронта.
Циклоны, пересекающие Балтийское море, выводят из равновесия его водные массы и чаще всего формируют особого рода длинную волну. Высота такой волны в центральных районах моря обычно не превышает нескольких десятков сантиметров, а ее длина сравнима с длиной самого моря.
Циклоны перемещаются над Балтийским морем по разным траекториям. Особое значение в формировании наводнения имеют те из них, которые пересекают море с юго-запада на северо-восток, т.е. в том направлении, в котором вытянуто само море. В этом случае циклоны увлекают длинную волну в Финский залив. Профиль волны здесь, у горла залива, становится довольно четко выраженным, чему в немалой мере благоприятствуют и господствующие в это самое время в периферии циклона над Финским заливом восточные ветры. У горла залива как бы возникает выпученность за счет воды, согнанной сюда из открытых районов Балтики и отчасти из центральных районов Финского залива.
Первоначальная высота длинной волны в горле Финского залива обычно 40-60 см, скорость её распространения 40-60 км/час. При продвижении по широкой и глубокой части залива высота и скорость волны мало меняются. С подходом к вершине залива высота волны возрастает, так как залив делается уже и мелководнее, в особенности вблизи устья реки Нарвы, где резко уменьшается площадь поперечного сечения залива вследствие падения глубин.
По пути движения форма волны видоизменяется и усложняется из-за неровностей берегов и дна. Длинная волна пробегает залив за 7-9 часов. Если в течение этого времени нет ветра или ветер очень слабый, то волна распространяется лишь под действием силы тяжести – в этом случае она называется свободной длинной волной. За счет свободной длинной волны в устье реки Невы возможен подъем иногда до 200-250 см.
Свободной длинной волны в чистом виде не бывает, так как при похождении циклонов всегда дуют ветры различных направлений. Северные и южные ветры являются нейтральными: они никак не влияют на высоту волны. Встречный восточный ветер уменьшает высоту волны, а попутный западный – увеличивает. В последнем случае возрастание высоты волны бывает особенно значительным: если атмосферный фронт совпадает с гребнем волны и перемещается вместе с ним примерно с одинаковой скоростью (40-60 км/час), фронт как бы подхлестывает волну, появляется эффект резонанса. Подобные случаи бывают тогда, когда циклон, дойдя до горла Финского залива, поворачивает на восток. Эффект “подхлестывания”, помимо прочего, создается и за счет ветрового раздела на фронте, точнее, за счет смены ветров южных румбов впереди фронта на западные в тылу фронта, а также за счет перехода от пониженного давления перед фронтом к повышенному позади фронта. Таким образом, длинная волна практически всегда бывает вынужденной, т.е. такой, на которую воздействует ветер. Постепенное возрастание высоты вынужденной длинной волны за счет ветра и сужение залива хорошо прослеживается на рисунке 1, где изображен ход уровня воды в различных пунктах Финского залива и реки Невы при наводнении 1955 года.
После набегания длинной волны в вершину Финского залива и ее последующего отражения колебания водных масс всего моря преобразуются в затухающие инерционные колебания, обычно называемые сейшами. Узел сейши располагается в районе острова Готланд, а пучности – в оконечностях моря: у Датских проливов и вершинах Ботнического и Финского заливов. Сейши Балтийского моря имеют период около 26 часов, поэтому с интервалом примерно в одни сутки в устье Невы наблюдается еще несколько подъемов уровня. Высота таких подъемов, как правило, не превышает 50 см. Но случается, что циклоны движутся “семействами” с интервалами около 24-28 часов, и тогда на первое колебание накладываются последующие. Водные массы моря как бы раскачиваются циклонами, и подъем уровня в устье Невы за счет сейши возрастает до 100-150 см.
В пределах Финского залива известны также случаи сейшеобразных колебаний уровня с периодом 7-9 часов. Довольно значительный подъем воды в городе может иметь место и без длинной волны и сейши, а лишь за счет сильного устойчивого западного ветра на Финском заливе. Однако случаев, когда очень сильный западный ветер наблюдался бы длительное время на всем заливе, почти не бывает. Сравнительно неширокая зона очень сильных западных ветров перемещается вместе с циклоном и в каждый данный момент охватывает лишь какую-то часть залива. И только лишь за счет более или менее устойчивого западного ветра на Финском заливе в устье Невы может быть подъем до 130-150 см.
Таким образом, очень большое наводнение бывает в тех случаях, когда основные причины, вызывающие подъем воды: образование длинной волны и перемещение ее вдоль Финского залива вместе с углубляющимися циклонами и с сильным западным ветром; раскачка водных масс Балтийского моря, т.е. возникновение сейши, действуют одновременно.