Сооружения защиты города Ленинграда от наводнений
В августе 1979 года ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление «О строительстве сооружений защиты города Ленинграда от наводнений». Ряду министерств и ведомств поручено приступить к реализации проекта, разработанного Ленинградским отделением Всесоюзного ордена Ленина проектно-изыскательского и научно-исследовательского института «Гидропроект» им. С. Я. Жука (Ленгидропроект) с участием других научных и проектных учреждений.
Напротив Горного института к Неве спускается каменная лестница. С левой ее стороны прикреплены две рейки с делениями, нижняя — у самой воды. Ноль на ней — это обычный уровень Невы, ординар, как говорят специалисты. От него ведут отсчет высоты подъема воды в реке. Когда вода «с головой» покроет верхнюю рейку, Нева выходит из берегов — начинается наводнение. «Дворцовая площадь с Невою составляла одно огромное озеро, изливавшееся Невским проспектом как широкою рекою до самого Аничкова моста. Мойка скрылась от взоров и соединилась, подобно всем каналам, с водами, покрывавшими улицы...» — так описывает очевидец картину наводнения 1824 года — самого сильного в истории города, когда вода поднялась на 410 см выше ординара.
За 276 лет жизни Ленинграда Нева выходила из берегов 245 раз. В нескольких случаях наиболее высокого подъема воды она доходила до Аничкова моста. Далее никогда не шла.
Почему? Вдоль южного берега Невской губы, через Петродворец, Стрельну, идет береговая терраса — естественное поднятие суши. Оно проходит и через город, доходит до Аничкова моста, идет вдоль Фонтанки до Моховой и там, повернув к Литейному мосту, продолжается вдоль Невы к Смольному. У Литейного моста южная терраса соприкасается с северной, а та пролегла вдоль проспекта К. Маркса и далее по линии Ланская — Удельная — Коломяги... Это берег древнего Балтийского моря. Во время наводнений море возвращается к своим старым рубежам, покинутым из-за того, что несколько тысяч лет назад суша здесь поднялась. Возвращается, но одолеть эту преграду не в силах.
Таким образом, мы можем представить ту часть города (примерно 1/5 территории), которая подвержена затоплению. Это Васильевский остров и Кировский остров, Петроградская сторона. Дворцовая площадь, Марсово поле, площадь Декабристов, большая часть Невского и соседние улицы,
это морской торговый порт, Пассаж, Дом ленинградской торговли, Гостиный двор, Дом книги,
это Петропавловская крепость, Зимний дворец, Адмиралтейство, Мраморный дворец — филиал Центрального музея В. И. Ленина, Летний сад, Инженерный замок,
это Эрмитаж и Русский музей, Исаакиевский собор и Казанский собор, Кунсткамера, Зоологический и Центральный Военно-Морской музеи, Ленинградский университет и Горный институт, это дворцы — Меншиковский, Мариинский, Строгановский, Шереметевский, Аничков — теперешний Дворец пионеров,
это почти все театры, филармония, Государственная публичная библиотека имени М. Е. Салтыкова-Щедрина,
а кроме того, это и Петродворец с его фонтанами, и Ломоносов (Ораниенбаум), и, наконец, Кронштадт.
Вот что надо защитить от наводнений.
Сделать это стремились всегда, столько лет, сколько существует город, ибо первое в истории города наводнение случилось через три месяца после его закладки. А тремя годами позже Петр I писал А. Д. Меншикову: «Третьего дня вест-зюйд-вестом такую воду нагнало, какой, сказывают, не было. У меня в хоромах (в домике на Петроградской стороне.— В. Т.) было сверху полу 21 дюйм, а по городу свободно ездили на лодках». (Позднее высчитали, что в тот день, 23 сентября 1706 года, вода поднималась на 251 см выше ординара.) Так что Петр отлично видел эту угрозу своему городу. Но стремление «ногою твердой стать при море» было так сильно, что он решил не отступать перед стихией (такие предложения были), а противодействовать ей.
Приказал строить склады и пороховые погреба на более высоких основаниях, потребовал от домовладельцев при застройке набережных подсыпать грунт и укреплять берега. Он планировал превратить Васильевский остров в подобие Венеции: пересечь его каналами, поднять на острове грунт на полторы сажени выше среднего уровня Невы, сделать берег залива морским фасадом города.
С 1714 года более 60 лет действовал царский указ о том, чтобы всякая подвода, едущая в город, привезла 3 камня по 5 фунтов весом, а всякое судно — от 10 до 30 камней, 10-фунтовых. За недовоз брали штраф — гривну за камень. У застав и пристаней росли горы камней. Земля из каналов тоже шла на подсыпку. Раскопки показывают, что высота насыпей в иных местах превышает 3 м и что набережная у Зимнего дворца покоится на свайном основании.
Словом, фундамент всего города подрос.
И это дало довольно ощутимый результат: в первые годы существования Петербурга наводнение начиналось при подъеме воды на 130—150 см, в конце XVIII и начале XIX века — уже при 150—170 см. В наши дни подъем воды до 170—180 см вызывает лишь подтопление, то есть вода через канализацию попадает в подвалы, а затопление города, когда слой воды покрывает улицы и дворы, начинается при подъеме уровня больше чем на 180 см.
Однако подсыпка грунта не спасала и не спасает даже от средних по силе наводнений (выше 200 см). Поэтому все время шли поиски более надежного способа защиты.
Понятно, что этот поиск прямо связан с пониманием причин наводнений.
Первым, еще в 1727 году, сочинил «Пройакт, каким образом Санкт-ПитерБурх противо разливания воды укрыть возможно» известный военачальник Б. Миних.
Он, видимо, не очень вдаваясь в причины наводнений, считал, что раз вода поднимается, значит, надо берега, острова и низкие места окружить дамбами. «Пройакт» был солидно обоснован: Миних сделал чертежи сооружений, подсчитал расходы, затраты труда и материалов — всего на сумму 750 тысяч рублей. И. М. Кутузов (отец великого полководца), полагая, что причина наводнений — это паводок в Неве, предложил прорыть каналы, чтобы прибывающей по течению воде было куда стекать помимо основного русла. Екатерина II согласилась выполнить этот план. Прорыли канал, названный Екатерининским (ныне — канал имени Грибоедова). Не помогло.
Еще в 1726 году был вычислен ординар Невы, и с той поры начались наблюдения за уровнем воды в реке и за погодой. В XIX веке уже велись регулярные приборные наблюдения. После наводнения 1824 года академик Ф. Ф. Шуберт высказал мысль о том, что причина наводнений не только в приливах Финского залива, что «нужно искать причины более отдаленной», а именно в бурях и штормах Северного моря и даже Атлантики, которые и нагоняют воду в Балтийское море. Это уже было близко к истине.
В ту пору уже твердо знали, что наводнение вызывается приливом воды из Финского залива. Считали, что воду нагоняет ветер. И действительно, наиболее сильные наводнения всегда сопровождались штормовыми ветрами западных направлений. Но вместе с тем бывали наводнения и при полном штиле или очень слабом ветре (1752 год — 193 см, 1764 год — 233 см). А наводнение в 1765 году (178 см) было даже при встречном ветре.
После наводнения 1824 года русское правительство объявило международный конкурс на лучший проект защиты Петербурга. В нем участвовали ученые России, Германии, Англии, Франции. Выдающийся русский электротехник академик В. В Петров предложил оградить острова отдельными дамбами. Французские инженеры спроектировали одну общую дамбу у самого города, а в.дельте реки — плотины. Специальная комиссия в 1838 году признала этот проект наиболее целесообразным. Однако, как мы теперь можем судить, на самом-то деле наиболее целесообразным был проект профессора П. П. Базена, в то время директора Петербургского института инженеров путей сообщения. Он предложил перегородить Финский залив по линии Лисий Нос — остров Котлин — Ораниенбаум, оборудовать дамбу шлюзом для прохода судов и водопропускными сооружениями. Эта идея отличалась от других выбором места для дамбы.
В последующие годы специалисты и авторы всех будущих проектов делились на два лагеря: на сторонников западного (базеновского) расположения защитных сооружений и восточного, то есть у самого города. Споры между «западниками» и «восточниками», утихая и возобновляясь, продолжались более 150 лет...
Впрочем, это не мешало изучать наводнения, их причины и характер. Так, постепенно ученые установили, что при наводнениях повышается уровень воды не только в Неве, но и во всем Финском заливе.
При этом у входа в залив высота нагонной волны может быть 30—40 см, а у Петербурга до 4 и более метров, что длина волны — несколько сот километров, а скорость — 40—60 км/час. Словом, знания накапливались, и в начале нынешнего века русские ученые (С. А. Советов, С. Д. Грибоедов) уже пришли к выводу о влиянии циклонов, то есть в принципе к современным взглядам на причины наводнений.
Суть их коротко в следующем. Циклон, как известно,— это гигантский атмосферный вихрь, в центре которого находится зона низкого давления. Когда эта зона проходит над морем, то она как бы подсасывает воду вверх, и за счет этого образуется гидростатический подъем воды. Затем, когда циклон отойдет на сушу, на море образуется длинная волна, которая равномерно распространяется во все стороны, в том числе и в Финский залив. Если центр циклона уйдет севернее Финского залива, то (поскольку циклон вращается против часовой стрелки) над заливом окажется его периферийная часть, движущаяся с запада на восток. Проще говоря, над заливом возникает западный (или юго-западный) ветер, который усилит движение длинной волны к Ленинграду. А из-за того, что залив ближе к городу становится уже и мельче, волна тем больше растет вверх.
Такова схема явления, которое на деле, конечно, намного сложнее. В частности, не- которые исследователи считают, что сила нагонной волны может быть увеличена так называемым вторичным термическим циклоном.
Этот вторичный циклон образуется в тот момент, когда основной вихрь переходит от участка с более холодной водой к зоне более теплой. Перепад температур усиливает восходящие токи воздуха и, следовательно, еще более понижает давление, стимулируя «подсос» воды. В итоге образуется наиболее высокая волна, вызывающая катастрофическое наводнение.
Для нагонных наводнений характерны внезапность, кратковременность и высокая интенсивность подъема и спада воды, примерно 1 м/час. Скорость волны в заливе, как мы уже говорили, 40—60 км/час, иногда она может достигать и 100 км/час.
От Таллина до Ленинграда волна доходит, как правило, за 6 часов. На этих расчетах основан так называемый эмпирический метод прогноза наводнений. Он позволяет предсказывать их за 5—8, а чаще за 3—4 часа. В последние годы разработан гидродинамический метод прогноза. В его основе — теория «мелкой воды», то есть теория движения волны в море, глубина которого меньше длины волны (в нашем случае глубина Финского залива — десятки метров, а длина волны — десятки и сотни километров). Этот метод позволяет предсказывать наводнение за 12—18 часов.
Но прогнозы, хоть они очень важны, не избавляют от беды... Что может наводнение натворить за несколько часов, видно хотя бы по публикуемым здесь фотографиям.
Очевидцы и документы свидетельствуют, что до революции наводнения сеяли ужас, панику, уныние. Деловая жизнь города после наводнений надолго замирала.
Наводнение 24 августа 1918 года было первым после установления в нашей стране Советской власти.
Последствия уже этого наводнения ликвидировались совсем иначе.
На следующий день Советская власть обнародовала декрет о немедленном переселении пострадавших от наводнения жителей из подвалов. Когда 23 сентября 1924 года Нева снова хлынула на город, разгулу стихии была противопоставлена твердая воля и четкая организованность действий ленинградцев. Это наводнение C69 см) было лишь немногим слабее, чем в 1824 году, и ущерб оно нанесло очень большой, но число жертв было минимальным, и последствия были ликвидированы намного быстрее.
На помощь Ленинграду пришла вся страна, весь народ. На восстановительные работы городу было выделено 12 миллионов рублей. Огромная сумма, если учесть экономическое положение страны в те годы.
Разработка мер защиты Ленинграда от наводнений шла долгие годы, накапливались знания, росли технические возможности. Поворотным моментом в этой истории можно считать 1966 год, когда Советское правительство утвердило Генеральный план развития Ленинграда. В соответствии с ним приморское побережье на протяжении 25 километров, от Ольгина на севере и до Стрельны на юге, станет морским фасадом города — красивые набережные, жилые кварталы, гостиницы, магазины, кинотеатры. К 2000 году там намечено построить 15—20 миллионов квадратных метров жилой площади, для этого будет намыт грунт на 5 тысяч гектаров, и при таком масштабном размахе строительства не обойтись без лаборатории грунтов.
Понятно, что такое строительство невозможно, если не защитить город от наводнений. Поэтому правительство тем же постановлением обязало Ленсовет разработать технико-экономическое обоснование защиты города от наводнений. Ленгидропроект эту работу выполнил. В ходе ее были тщательно, детально исследованы оба основных варианта — западный и восточный. Интересно сравнить их хотя бы по некоторым главным позициям.
Прежде всего отметим, что защитные сооружения, размещенные по западному варианту, прикроют от наводнений не только Ленинград, но и города Петродворец, Кронштадт, Ломоносов и все остальные населенные пункты на побережье Невской губы. Восточный вариант защитит только один Ленинград.
Надежность защиты в западном варианте существенно выше, чем в восточном. Дело в том, что при западном расположении дамб между Кронштадтом и Ленинградом образуется огражденная акватория площадью 400 кв. км.
Когда возникнет опасность наводнения, потребуется полчаса, чтобы закрыть все водопропускные и судоходные пролеты и тем самым отсечь Финский залив от Невской губы. Огражденная акватория должна будет принять в себя весь сток Невы за то время, пока перекрыты все пролеты плотины. Расчеты показывают, что при большой акватории вода в губе будет подниматься на 2—3 см в час, то есть на 50—70 см за сутки. Это вполне допустимо и совершенно безопасно.
Иное дело при восточном варианте. Ограждаемая территория там около 30 кв. км. Она не может принять много невской воды. Придется притормаживать сток, чтобы не залило город. Иными словами, надо строить выше города гидроузел с ГЭС, агрегаты которой могли бы работать как насосы. Но тогда, чтобы ввести в действие всю восточную систему защиты — закрыть водосливные отверстия гидроузла, остановить агрегаты ГЭС, два из них переключить на перекачку воды и т. д., — потребуется не меньше чем 2—2,5 часа. Поскольку прогноз иногда делают всего за три часа, то при быстром подъеме воды можно и не успеть...
Далее. Западный вариант ничуть не мешает градостроительству на приморских берегах, которое предусмотрено Генпланом Ленинграда, тогда как при восточном варианте город будет стянут бетонным корсетом и выход в Невскую губу для него окажется закрытым. Точно так же будет стеснено развитие морского торгового порта. Западный вариант никаких помех водному транспорту не создает. Гидрологический режим Невской губы при западном варианте остается прежним.
При восточном резко ухудшатся условия выноса льда из Невы в залив, затруднится миграция рыб в Неве, значение реки как нерестовой для балтийского лосося вообще будет потеряно.
Объем работ и стоимость сооружений по восточному варианту выше, чем по западному.
Словом, все преимущества у западного варианта, у восточного — только одно: гидроузел позволил бы регулировать сток Невы и тем избавил бы Ленинград от так называемых зажорных наводнений. Они происходят из-за того, что под поверхностью воды образуется шуга (внутриводный лед), которая забивает русло реки по всему сечению, и Нева выходит из берегов. Но эта беда неизмеримо меньше нагонных наводнений, да и случается она примерно вдвое реже.
Итак, в итоге принят западный вариант. Ленгидропроект с участием еще 52 научных и проектных организаций выполнил технический проект защитных сооружений (главный инженер проекта С. С. Агалаков).
Одиннадцать каменно-земляных насыпных дамб пересекут Финский залив от станции Горская (это чуть западнее мыса Лисий Нос) через остров Котлин к городу Ломоносову (бывший Ораниенбаум). Общая их длина составит 25,4 км, в том числе по акватории залива 22,2 км. Между дамбами разместятся два пролета для прохода судов и 6 водопропускных сооружений.
Одно судопропускное сооружение встанет южнее, другое — севернее острова Котлин. Южные ворота — ширина их пролета 200 метров — круглый год будут пропускать морские корабли и суда типа «река — море». Северные ворота, их ширина 110 метров, предназначены для небольших судов. Оба сооружения будут оборудованы откатными металлическими затворами, на южном их будет два, на северном — один.
В обычное время затворы будут спрятаны в доковых камерах, а при угрозе наводнения выкатятся по рельсам в пролет и наглухо закроют его. Если понадобится, затворы могут прорезать лед, но вообще-то намечено держать пролеты свободными ото льда.
Водопропускные сооружения имеют 10 или 12 отверстий шириной 24 метра каждое. Затворы постоянно будут располагаться над отверстиями, а при нужде опускаться вниз, преграждая путь волне.
Надо сказать, что в практике гидростроительства такие сооружения и затворы спроектированы впервые. Впервые у нас в стране будет применена и телевизионная система управления средствами навигации.
Телеэкраны, установленные в центральном пункте управления (ЦПУ), покажут диспетчеру всю обстановку на судоходных пролетах. Сооружения будут буквально нашпигованы различными датчиками, следящими за состоянием сооружений, за глубиной и скоростью течения воды в пролетах. Поступающую от них информацию, обработанную на ЭВМ, отразят световые табло.
По гребню дамб пройдет первоклассное шестирядное автомобильное шоссе (в восточном варианте его нет) с мостами над водопропускными сооружениями и туннелями под судоходными пролетами. Длина южного туннеля около 2000 м, северного — 1400 м. Их также оборудуют системами телевизионного контроля, устройствами для откачки ливневых вод, для очистки от мусора, принудительной вентиляцией и другими современными устройствами. Шоссе замкнет автомобильное кольцо вокруг Ленинграда, оттянет от городских магистралей значительную часть транзитного грузопотока и тем уменьшит загрязнение воздуха в городе.
Таков в общих чертах этот проект, реализация которого уже началась. Строить сооружения намечено одновременно с трех площадок: в Ломоносове, на Котлине и в Горской, где уже идут подготовительные работы. Центральный участок, на Котлине, самый трудный, ибо он включает строительство обоих судопропускных сооружений, обоих автомобильных туннелей, четырех дамб и транспортной развязки.
С вводом в строй защитных сооружений и шоссе массу преимуществ получит город Кронштадт. Прежде всего он, конечно, будет защищен от наводнений. Берега у острова низкие, во время наводнений их заливает очень сильно. Дамбы прикроют от нагонной волны всю восточную половину острова вместе с Кронштадтом.
Автомобильная дорога, которая соединит остров с материком, решит массу проблем связи и снабжения.
И, наконец, Кронштадт получит возможность расти, расширяться. Свободные сей- час, но затопляемые территории можно будет поднять над уровнем моря и там строить новые кварталы.
Остановимся еще на одном очень важном разделе проекта — экологическом. Этому разделу — проблеме сохранения природы и санитарного состояния Невской губы — на всех стадиях проектирования и экспертизы и при обсуждении в правительстве уделялось особое внимание.
Сооружение большое, перегородит весь залив — не причинит ли оно вреда природе? Нет, не причинит.
Последние 15 лет ведутся регулярные (квартальные, месячные, декадные) наблюдения за уровнем загрязнения Невской губы. Особенно тщательной стала эта работа с 1973 года в связи с начавшейся разработкой проекта.
Подняли результаты всех старых исследований и заново провели большой комплекс всевозможных экспериментов, исследований, расчетов — волновых, гидравлических, ледовых, биохимических, гидро- и микробиологических, ихтиологических и пр.
В ходе исследований было, в частности, опровергнуто утверждение «восточников» о том, что наводнения очищают Невскую губу, унося с собой мусор. Оказалось наоборот: нагоны приносят с собой немало грязи, да еще смывают мусор с улиц.
В экологических исследованиях участвовали 20 организаций — Государственный гидрологический институт, Арктический институт и Антарктический институт, Ленинградский санитарно-гигиенический медицинский институт, Северо-Западное управление гидрометеослужбы. Институт гидродинамики Сибирского отделения АН СССР, ВНИИ охраны вод, Институт кибернетики АН УССР, НИИ озерного и речного рыбного хозяйства. Институт социально-экономических проблем АН СССР и другие. И все они независимо друг от друга пришли к выводу, что система защитных сооружений отрицательного влияния на Невскую губу не окажет. Естественный режим ее не изменится. Дело в том, что воды Финского залива проникают только в западную часть губы, до створа Лисий Нос — Ломоносов, остальное заполнено водами Невы. Когда возведут дамбы, водообмен между заливом и губой уменьшится в среднем всего на 7 процентов. Правда, из-за этого вблизи самих сооружений могут возникнуть малопроточные зоны. Но есть возможность улучшить проточность этих зон, манипулируя затворами водопропускных устройств.
Словом, санитарное состояние губы останется прежним. Нет, даже не прежним, а улучшится, потому что в Ленинграде в ближайшее время намного возрастет мощность очистных сооружений.
Теперь дело за строителями. По объему бетонных и земляных работ эту стройку можно сравнить с возведением Нурекской или Чебоксарской ГЭС. Но условия работы здесь будут, пожалуй, посложнее: трехметровые волны летом, а зимой навалы льда до десяти метров. Да в наводнения до окончания строительства тоже не исключены.
А как поведут себя еще не достроенные сооружения во время штормов и особенно наводнений? Все это и многое другое надо предвидеть, предусмотреть. И строителям, и инженерам, и ученым, конечно, придется нелегко.
Но пройдет еще 10 или 12 лет, и «юный град, полнощных стран краса и диво», избавится от наводнений навсегда. И прекрасные пушкинские строки, обращенные к великому городу, обретут новый, конкретный смысл:
Красуйся, град Петров, и стой
Неколебимо, как Россия,
Да умирится же с тобой
И побежденная стихия;
Вражду и плен старинный свой
Пусть волны финские забудут...
В. ТЮРИН, специальный корреспондент журнала «Наука и жизнь».
По материалам журнала «Наука и жизнь», № 1 1980 год
