Географічне положення Санкт-Петербурга: безпосередня близькість до Північної і Східної Європі завдяки спільним кордонів з Фінляндією і Естонією, а також вихід до Балтійського моря - сприятливо для його економічного розвитку. Місто є важливим промисловим, транспортним центром Росії, морською столицею країни. Санкт-Петербург по праву вважається культурним і науковим центром світового значення.
Санкт-Петербург розташований на східному узбережжі Фінської затоки в гирлі річки Нева, на 42 островах її дельти. В межах міста налічується 385 водотоків протяжністю 788 км, головним з яких є річка Нева, і 632 водойми загальною площею 33 кв.км.
Майже вся територія Санкт-Петербурга розташована на плоскій низькою рівнині, що має безліч стародавніх морських терас. Центральні райони знаходяться на висоті від одного до п'яти метрів над рівнем моря, і тільки в південних і північних околицях середня висота рельєфу підвищується до 50-60 м.
В геологічному відношенні територія міста знаходиться на стику двох великих тектонічних структур - Балтійського кристалічного щита і Російської плити. Сильно зім'яті метаморфизованние породи щита (граніти, гнейси) залягають на глибині до 200 м. Зверху вони перекриті осадовим чохлом, в розрізі якого виділяються дві товщі: нижня представлена ущільненими і практично зневоднених глинами і пісковиками кембрію і венда, верхня складається з піщано-глинистих ґрунтів четвертинного віку. Четвертинні відкладення утворені в результаті багаторазового чергування льодовикових і міжльодовикових епох, що зумовило складні геологічні та гідрогеологічні умови будови території.
Сукупність природних і кліматичних особливостей території створює передумови для активізації небезпечних геологічних процесів.
В рамках проекту CLIPLIVE для території Санкт-Петербурга вивчалися одинадцять факторів ризику: глибина залягання твердого грунту, утворення біогазів, берегова абразія, затоплення поверхневими водами, підтоплення грунтовими і напірними підземними водами, карстові процеси, неотектонические зони, наявність палеодолин, рівень радонової небезпеки і крутизна схилу денної поверхні. В якості базової використовувалася первинна геологічна інформація, яка зберігається в державну інформаційну систему у сфері охорони навколишнього середовища та природокористування «Екологічний паспорт території Санкт-Петербурга».
Для кожного небезпечного природного процесу побудовані карти прояви даного процесу. Для стабільних, що не залежать від зміни клімату, факторів ризику побудовані карти для поточної кліматичної ситуації, для кліматозавісімой - карти прояви даного процесу, як для поточної кліматичної ситуації, так і для оптимістичного та песимістичного сценаріїв зміни клімату.
Глибина залягання твердого грунту:
Фактором, що визначає ступінь придатності геологічного середовища для наземного будівництва, в першу чергу, є глибина залягання твердого грунту. На території Санкт-Петербурга самим верхнім стратиграфическим підрозділом, що розглядаються в якості надійного природного підстави для всіх типів фундаментів будівель і споруд, в тому числі і пальових, є шар Осташковського морени. Відкладення Осташковського морени на території Санкт-Петербурга розвинені практично повсюдно, потужність варіює від перших метрів до 60 і більше метрів, складаючи в середньому 20-30 м. Глибина залягання цієї товщі змінюється від метрів до перших десятків метрів, місцями відкладення Осташковського морени виходять на денну поверхню.
Для оцінки ризику, що визначає ступінь придатності для наземного будівництва, територія міста ранжирована на 4 класи: глибина залягання твердого грунту менше 2 м, 2-7 м, 7-17 м і більше 17 м.
Біогаз (болотний газ) являє собою суміш газів, що утворюються при мікробіологічному розкладанні рослинних залишків у природних умовах без доступу повітря, має властивості горючості і містить від 20 до 95% метану. Також в біогазі присутній незначна кількість CO2 і N2.
Процеси газоутворення на території міста відбуваються як в умовах природних (болотних) ландшафтів, так і в умовах антропогенно-змінених ландшафтів. У процесі підготовки площ під забудову нерідко відбувається засипання видатків та звалищ з подальшим ущільненням поверхневого шару ґрунтів бетонними плитами, будівельним сміттям, твердими побутовими відходами, асфальтовим покриттям і т.д. що значно знижує початкову проникність грунтів. При цьому на окремих фрагментах засипаній території (палеорек і озера, болота, канали, звалища і т.д.) з початковим кількістю органічної речовини і підвищеною вологістю грунтів зберігаються сприятливі умови для активного газоутворення
Накопичення в грунті біогаз в певний момент часу під тиском може прорвати вищерозміщених товщу в найближчому ослабленому місці, реалізуючись у вигляді газо-грязьового викиду, або ж буде накопичуватися в довколишніх підземних спорудах, в тому числі і підвалах. Особливо небезпечним вважається накопичення метану, при певних концентраціях якого в атмосферному повітрі суміш стає горючою і навіть вибухонебезпечною.
На підставі наявних даних територія міста ранжирована на 4 класи: освіту біогазу не відзначено; похована гідромережа; потенційні зони екологічно небезпечного освіти біогазів; виявлені зони екологічно небезпечного утворення біогазу.
Підтоплення напірними підземними водами:
Напірні води верхнього межморенного (Полюстровского) водоносного горизонту, поширеного на території міста локально, становлять потенційну небезпеку з точки зору підтоплення на ділянках з високим пьезометрические рівнем (місцями вище денної поверхні) і малою потужністю перекривають водотривких відкладень Осташковського морени.
Причиною підтоплення напірними підземними водами може стати наявність у верхній частині розрізу «гідрогеологічних вікон», в межах яких відбувається гідравлічний зв'язок Полюстровского водоносного горизонту з вищерозміщеним горизонтом ґрунтових вод.
Крім того, підтоплення територій може бути обумовлено техногенними факторами, в тому числі проривами напірних Полюстровском вод по стовбурах погано затампонованих ліквідованих вишукувальних інженерно-геологічних свердловин. В межах таких ділянок при виробництві будівельних робіт можливі прориви вод в котловани, освіту висхідних джерел, затоплення підвалів і деформація будівель.
За сукупністю параметрів, що обумовлюють підтоплення території міста, виділені такі градації: - глибина залягання рівня менше 3 м, потужність перекриває товщі менше 5 м; глибина залягання рівня 3-6 м, потужність перекриває товщі менше 5 м; і глибина залягання рівня вище 6 м, потужність перекриває товщі менше 5 м.
Розвиток карстових процесів накладає Карст - сукупність явищ, пов'язаних з діяльністю води (поверхневої та підземної) і виражаються в розчиненні і вилуговування гірських порід з утворенням в них порожнеч різного розміру і форми. Своєрідні негативні карстові форми рельєфу (лійки, улоговини, суходіл) виникають на ділянках розвитку порівняно легкорозчинних карбонатних гірських порід (вапняки, доломіт).
Наявність карстових форм рельєфу накладає великі обмеження на наземне будівництво. У Санкт-Петербурзі карстові процеси проявлені в південних районах (Красносельський і Пушкінський), на території яких розвинені карбонатні породи ордовика. Територія міста за цією ознакою ранжируется на два класи: площі потенційного карстоутворення або розвитку локального карсту і площі, на яких карбонатні породи не розвинені (показники «так / ні».)
Неотектонические активність на території Санкт-Петербурга проявляється в коливальних рухах земної поверхні різної спрямованості, амплітуди, швидкості, частоти і масштабності, що призводить до істотної зміни механічних властивостей несучих грунтів і порід, аж до утворення пливунів.
Саме тому сучасна тектонічна активізація становить велику загрозу інженерним спорудам і повинна спеціально оцінюватися, особливо при освоєнні підземного простору, висотному будівництві та зведенні об'єктів високого екологічного ризику.
Неотектонические активність в Санкт-Петербурзі локалізована в сучасних тектонічних зонах, які картуються або за результатами буріння свердловин, або з геофізичних даних. Територія міста ранжирована на три класи. Найвищий ранг для неотектонічної небезпеки присвоєно ділянках перетину двох тектонічних зон. Ділянки, розташовані в межах однієї тектонічної зони, мають менший потенціал неотектонічної небезпеки. Нижчий ранг визначено для ділянок, які перебувають за межами впливу сучасних тектонічних зон.
Палеодолини в більшості випадків являють собою поховані врізами древніх річок та їх приток. З точки зору геологічної будови палеодолини можна розділити на 2 типу, в першому випадку вони заповнені переважно глинистими і супіщаними відкладеннями, у другому - піщаними і гравійно-піщаними. Наявність палеодолин, заповнених пухкими обводненими відкладеннями є вкрай несприятливим фактором, особливо при будівництві підземних споруд, тому ранжування за цією ознакою передбачає тільки два класи - наявність і відсутність палеодолин.
Радон є радіоактивним газом, який утворюється в процесі природного радіоактивного розпаду порід, що містять уран. Як правило, на поверхні землі радон не накопичується, тому що важчий за повітря в 7,5 рази.
Для населення радон і продукти його розпаду становлять потенційну небезпеку через здатність концентруватися в повітрі приміщень - зазвичай закритих підвальних приміщень або перших поверхів будівель. За наявними даними, для Санкт-Петербурга доза опромінення, що формується геологічними чинниками, не перевищує допустимих норм. Проте, облік геологічних особливостей території при будівництві нових будівель, а також виконання обстежень і радонозащитних заходів для існуючих будівель, є головними складовими комплексу заходів щодо зниження опромінення населення від природних джерел іонізуючого випромінювання.
На території південних районів Санкт-Петербурга (Красносільського та Пушкінського) ураноносность діктіонемовие сланці ордовика розвинені на незначних глибинах і місцями виходять на денну поверхню. Районування зазначених територій виконано на основі вимірів об'ємної активності радону в грунтах.
За рівнем радонової небезпеки територія міста ранжирована на три класи: небезпека відсутня, помірно-небезпечна і небезпечна зони.
Ухил поверхні є показником крутизни схилу і відображає ставлення перевищення місцевості до горизонтального протягу, на якому воно спостерігається. Даний фактор визначає потенційну можливість гравітаційного зсуву мас гірських порід, і, як наслідок, при ухилі більше 10% виникає небезпека розвитку зсувних процесів. На території Санкт-Петербурга подібна загроза малораспространена. Зсувні процеси можуть спостерігатися на схилах долин річок і схилах каналів Санкт-Петербурга, що може чинити негативний вплив на стійкість і нормальне функціонування набережних, інженерних комунікацій і розташованих уздовж водотоків будівель і споруд.
За крутизні схилу денної поверхні територія міста була поділена на три основні класи: <5%, 5-15% и>15%.
Берегова абразія - руйнування берега під впливом морських хвиль, течій і льоду.
Основними причинами прояву процесу абразії є геологічна будова берегової зони, сучасний тектонічний режим, особливості рельєфу берегів і підводного берегового схилу, а також комплекс гідрометеорологічних чинників. Екстремальні розмиви берегів відбуваються при впливі на берег штормового хвилювання в умовах нагонов при відсутності льодового покриву. Негативний вплив на стійкість берегів багатодітній родині і техногенні процеси (підводний видобуток піщаного матеріалу, будівництво гідротехнічних споруд, відсутність науково-обґрунтованої стратегії берегозахисту, будівництво об'єктів рекреаційної інфраструктури та стихійні заходи по берегозащіте в прибережній смузі і т.д.).
У межах Санкт-Петербурга загальна протяжність берегів Фінської затоки складає 190 км. В даний час в межах Курортного району берега Фінської затоки розмиваються і відступають на значному протязі. Порушення в береговій зоні призводять до її деградації з безповоротною втратою особливо цінних прибережних територій, а також дестабілізують інженерно-геологічні умови прилеглих територій.
Максимальна швидкість розмиву берега (до 1,8 м / рік) встановлена в східній частині Фінської затоки, на захід від Комплексу захисних споруд Санкт-Петербурга від повеней (КЗС). Однак активний розмив може також торкатися частина берегової зони затоки, захищену КЗС (Невська Губа), і досягати 1,5 м / рік.
Для оцінки ризику, обумовленого проявом процесів берегової абразії, виконаний прогноз розмиву берегів на період 50 і 100 років, для поточної кліматичної ситуації та для оптимістичного та песимістичного сценаріїв, з урахуванням наступних показників: підвищення рівня моря на 0,4 м і прояв штормової активності з ймовірністю 1 раз в 25 років (для оптимістичного) і підвищення рівня моря на 1,0 м і прояв штормової активності з ймовірністю 1 раз в 10 років (для песимістичного) сценаріїв. [ov1]
Затоплення поверхневими водами:
Основним фактором ризику затоплення території Санкт-Петербурга поверхневими водами є зганяння явища. Механізм виникнення невських нагінних повеней полягає в тому, що циклони, які перетинають Балтійське море з південного заходу на північний схід, формують особливий хвилю і захоплюють її в напрямку гирла Неви, де вона зустрічається з природним плином річки. Підйом води посилюється через мілководдя і пологами дна в Невській губі, а також звужується до дельті Неви Фінської затоки. Висота хвилі спочатку коливається від 30 до 50 см, і гребінь поширюється на 40-60 км за годину.
В даний час, після введення в експлуатацію комплексу захисних споруд (КЗС), узбережжя Невської губи і острова дельти Неви вважаються захищеними, в той час як закриті створи КЗС збільшують максимальні рівні води при повенях в Курортному районі приблизно на 5-10% внаслідок дії відбитої від дамби хвилі.
Спостерігається тенденція підвищення рівня води в Балтійському морі і Фінській затоці, а також збільшення інтенсивності і кількості опадів, що випадають може стати причиною збільшення числа і частоти виникнення нагінних повеней на території Санкт-Петербурга.
Для оцінки ризику затоплення території міста поверхневими водами виконано моделювання підйому води Фінській затоці і Невській губі в результаті нагінних явищ для поточної кліматичної ситуації та при різних сценаріях зміни клімату.
Області затоплення ділянок суші для трьох сценаріїв (існуючий середній рівень моря, підйом води на 0.4 м і 1.0 м) з вірогідністю 1 раз в 100 років і 1 раз в 10 років розраховані на основі комбінації цифрової моделі рельєфу території Санкт-Петербурга і відповідної матриці максимального рівня підйому води.
Підтоплення грунтовими водами:
Фактор ризику підтоплення території Санкт-Петербурга за рахунок підземних вод пов'язаний в першу чергу з залягає першим від поверхні горизонтом безнапірних грунтових вод. Даний водоносний горизонт на території Санкт-Петербурга розвинений практично повсюдно і характеризується високим рівнем стояння грунтових вод, що в певних умовах може призвести до підтоплення заглиблених споруд (підвалів будівель, фундаментів, підземних переходів, гаражів та ін.). Для оцінки ймовірності підтоплення ґрунтовими водами проведено районування території міста за глибиною залягання максимального прогнозного рівня.
Даний фактор ризику необхідно враховувати як при проектуванні цивільного і промислового будівництва на знову забудовуються територіях, так і при проведенні ремонтно-відновлювальних робіт житлового і нежитлового фонду.
Прогнозоване в майбутньому збільшення кількості опадів може призвести до підвищення рівня ґрунтових вод і, як наслідок, до підтоплення території.
Для оцінки ймовірності підтоплення ґрунтовими водами при поточній кліматичної ситуації проведено районування території міста за глибиною залягання максимального рівня грунтових вод з виділенням наступних градацій: менше 0,5 м, 0,5-1,0 м, 1,0-1,5 м, 1,5-3,0 м, і більше 3 м.
З метою оцінки залежності даного чинника ризику від кліматичних змін проведено моделювання мінливості рівня ґрунтових вод, в залежності від зміни кількості атмосферних опадів із застосуванням таких показників: оптимістичний сценарій: максимальна кількість місячних опадів - 191 мм і максимальну кількість зимових опадів - 330 мм; песимістичний сценарій: максимальна кількість місячних опадів - 198 мм і максимальну кількість зимових опадів - 290 мм. [ov2]
Інтегральна оцінка потенційних ризиків:
Карта комплексного ризику відображає інтегральне взаємодія всіх факторів геологічних ризиків. Окремі фактори ризиків об'єднані таким чином, що в кожному осередку приймається максимальне значення серед одинадцяти приватних параметрів. Зеленим кольором показаний найнижчий потенційний ризик, червоним - найвищий.