Подтопление и затопление селитебных территорий: возможные пути решения

ПОДТОПЛЕНИЕ И ЗАТОПЛЕНИЕ 
СЕЛИТЕБНЫХ ТЕРРИТОРИЙ 

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ

Б.С. КСЕНОФОНТОВ

Москва
ИНФРА-М
2022

МОНОГРАФИЯ

УДК 628.31(075.4)
ББК 38.761.204
 
К86

Р е ц е н з е н т :
Луканин А.В., доктор технических наук, профессор Российского 
университета дружбы народов

ISBN 978-5-16-017431-0 (print)
ISBN 978-5-16-110276-3 (online)
© Ксенофонтов Б.С., 2022

Ксенофонтов Б.С.
К86  
Подтопление и затопление селитебных территорий: возможные пути 
решения : монография / Б.С. Ксенофонтов. — Москва : ИНФРА-М, 
2022. — 190 с.  — (Научная мысль). — DOI 10.12737/1852911.

ISBN 978-5-16-017431-0 (print)
ISBN 978-5-16-110276-3 (online)
В монографии рассмотрены вопросы современного состояния применяемых автором в течение последнего десятилетия методов расчета образующихся поверхностных сточных вод. Отмечено, что расчет по средним 
интенсивностям выпадающих осадков приводит к заниженным значениям 
расхода образующихся поверхностных сточных вод и к неверным исходным данным на проектирование очистных сооружений поверхностных 
сточных вод. В связи с этим предлагается использовать максимальные 
интенсивности выпадающих осадков. Приведены различные примеры 
использования нового подхода к расчету расхода поверхностных сточных вод, а также сведения о негативных последствиях при использовании 
устаревших систем водоотведения и очистки поверхностных сточных вод. 
Предложены практические рекомендации по обезвоживанию и утилизации образующихся осадков поверхностных сточных вод с использованием торфа. Кроме указанных задач, приведены сведения по возможности 
применения для очистки поверхностного стока нового вида оборудования 
в виде эко- и флотокомбайнов. Использование такой техники позволяет 
существенно интенсифицировать процессы очистки поверхностных сточных вод.
Рекомендуется научным сотрудникам, проектировщикам, преподавателям вузов, аспирантам, магистрам, бакалаврам, а также всем, кто интересуется водоотведением поверхностных сточных вод.

УДК 628.31(075.4)
ББК 38.761.204

Данная книга доступна в цветном  исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium

Введение

В ХХ столетии мировое сообщество оказалось перед лицом ряда 
глобальных угроз, одной из которых является стремительный рост 
природных катастроф и связанных с ними социальных и материальных ущербов. Анализ данных позволяет говорить об определенных тенденциях в развитии природных опасностей, выражающихся в резком увеличении количества катастроф гидрометеорологической природы, что свидетельствует о взаимосвязи природных 
катастроф с деградацией природной среды и глобальными изменениями климата.
Необратимый рост числа опасных событий обусловливает необходимость перехода на новую стратегию борьбы с природными катастрофами, основанную на оценке природных рисков и разработке 
методов снижения их последствий. Реализация такой стратегии 
позволит перейти к экономическому планированию и развитию 
с учетом природных рисков, повысить безопасность общества, сократить социальные и материальные потери.
В последнее десятилетие имеет место значительный экономический и социальный ущерб от гидрометеорологических опасных 
процессов.
К гидрометеорологическим опасным явлениям относятся: ураганы, тайфуны, смерчи, шквалы, наводнения, грозы, ливни, снегопады, подтопления, изменение уровня грунтовых вод, ледовые явления на реках и др. Все эти негативные природные явления приводят к причинению значительного экономического и социального 
ущерба и требуют принятия мер по их предупреждению.
Территория и многочисленные объекты хозяйства России 
подвержены разрушительным воздействиям практически всех 
известных типов опасных гидрометеорологических процессов, 
которые каждый раз связаны со значительными социально-экономическими потерями при поражении городов и других поселений.
К таким процессам относятся наводнения, которые являются 
самым разрушительным стихийным бедствием на протяжении 
практически всей истории России. В настоящее время опасность 
наводнений разного характера существует примерно на 2,4% территории России, а ежегодно в половодье затапливается около 5 млн га 
(ориентировочно 0,3%). Примерно 50% наводнений на указанной 
площади — половодья, обусловленные таянием снега, происходят 

в весеннее время. Особенно тяжелые последствия во время весенних половодий возникают в 10% случаях (от общего числа наводнений всех типов) при образовании заторов льда, что особенно 
характерно для всех российских рек, текущих на север, а также 
для верховий Волги, Вятки, Камы и Урала. Именно такие наводнения наблюдались на р. Лена. Первое из них частично разрушило, 
а второе практически уничтожило г. Ленск.
Значительный социальный и экономический ущерб на территории России приносят также более редкие, чем весенние, но не 
менее опасные паводковые наводнения, образующиеся из-за 
обильных дождевых осадков преимущественно в летне-осенний период. Особенно часто такие наводнения возникают в результате тихоокеанских циклонов (тайфунов) на побережье Дальнего Востока 
и продвижения их вглубь территории, вплоть до верховьев Амура 
и Восточного Прибайкалья. Кроме того, подтопление крупных городов и других населенных пунктов из-за аномального выпадения 
осадков и в результате наводнений, вызванных циклонами, может 
происходить и в других регионах России. В основном это связано с неудовлетворительным состоянием ливневых коллекторов, 
но надо учитывать и то, что зачастую городские коллекторы просто 
не рассчитаны на прием такого количества осадков. Все это приводит к подтоплению городских территорий с причинением значительного экономического и социального ущербов. Примером могут 
служить аномальные осадки в весенне-летний период в г. Москва 
в 2009 г., когда за 12 часов выпало 35 мм осадков. Это привело 
к осложнению дорожной обстановки и образованию подтоплений 
на ряде улиц столицы.
В конце июня — начале июля 2002 г. на юге России в результате 
наводнения погибло более 100 и пострадало около 340 тыс. человек. 
Серьезный ущерб был нанесен более чем 300 населенным пунктам. 
Почти 8 тыс. домов полностью было разрушено, а материальный 
ущерб оценивается в 14 млрд рублей. Нагонные наводнения поражают преимущественно дельтовые и устьевые части крупных рек 
в северном и дальневосточном регионах России, а также пологие 
побережья Азовского и Каспийского морей. Наиболее известные 
случаи нагонных наводнений связаны с периодическим затоплением Санкт-Петербурга.
Весьма тяжелые для России социальные и экономические последствия в 2001–2025 гг. могут с достаточно большой вероятностью возникнуть в результате поражения больших площадей 
урбанизированных территорий с высокой плотностью населения 
и производственных объектов, в том числе критически важных опа

сных производственных объектов, в результате наводнений и подтоплений.
По прогнозам, в ближайшие 15–20 лет значительный ущерб 
России будут наносить наводнения и подтопления урбанизированных территорий в результате проявления опасных гидрометеорологических процессов. В среднем за 20 лет серьезными наводнениями охватывается практически вся территории страны.

Глава 1. 
ВОДООТВЕДЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА 
В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

1.1. НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ, 
СВЯЗАННЫЕ С ГЛОБАЛЬНЫМ ПОТЕПЛЕНИЕМ

Проблемы подтопления и затопления селитебных территорий 
во многом обусловлены решением задач водоотведения поверх ностного стока. Следует отметить, что эти проблемы становятся 
с каждым годом все актуальнее. Это подтверждается многочисленными данными из различных регионов мира о чрезвычайных 
ситуациях, связанных с подтоплением и затоплением селитебных 
территорий, обусловленных паводковыми явлениями от частых 
и сильных ливней. Одной из основных причин этих негативных 
явлений является, по-видимому, наметившееся глобальное потепление. Новый Парижский договор, подписанный большинством 
стран мира, возможно, будет способствовать замедлению темпов 
глобального потепления путем снижения выбросов в атмосферу так 
называемых парниковых газов. Однако несмотря на эти предпринимаемые меры явления, связанные с выпадением сильных ливней, 
имеют тенденцию к частой повторяемости, причем с увеличением 
одновременно выпадающего объема осадков, как правило, соизмеримого с месячной нормой осадков. Все это указывает на то, что для 
того чтобы избежать подтопления и затопления селитебных территорий в этих случаях необходимо создавать более мощные системы 
отведения поверхностного стока по сравнению с существующими.
Рассмотрение указанных выше проблем является на современном этапе весьма актуальным, так как они приводят к частым 
и сильны подтоплениям селитебных территорий. В этой связи возникает необходимость осуществления различных мероприятий, 
способствующих уменьшению негативного влияния от возможного 
подтопления и затопления селитебных территорий.

1.2. СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА 
СЕЛИТЕБНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

По последним сведениям количество затоплений и подтоплений 
территорий с каждым годом увеличивается [1–2]. События 2013 года, 

когда в России произошло масштабное затопление территорий 
вокруг реки Амур и события 2014 года, когда произошло масштабное 
подтопление территорий в Алтайском крае и прилегающих территориях, а также сильное наводнение в Болгарии в районе города Варна 
подтверждают насущную необходимость разработки превентивных 
мероприятий по исключению проявления таких негативных природных явлений или уменьшению их масштаба нанесения ущерба.
Существующие методы расчета поверхностного стока 
не в полной мере учитывают основные условия образования такого 
вида водных потоков [3–12].
Предлагаемый нами подход заключается в анализе существующих селитебных территорий с учетом рельефа и сооружений 
отвода поверхностного стока в случае выпадения сильных ливней 
и таяния снежного покрова.
Для снижения риска подтоплений и затоплений территорий 
новое строительство необходимо вести только на возвышенных 
местах, причем с учетом необходимых расчетов при выпадении 
как минимум месячной нормы осадков в день. Кроме того, необходимо проводить сравнительные оценки по количеству образования 
поверхностного стока при выпадении сильных ливней и таянии 
снежного покрова. После сравнения использовать для расчета максимальное количество образующегося стока при выпадении ливней 
или таянии снежного покрова.
В случае отведения поверхностного стока селитебных территорий необходимо вести расчет по максимальному количеству 
поверхностного стока, образующегося при выпадении сильных 
ливней или таянии снежного покрова.
Известная методика отвода поверхностного стока проводится 
в следующей последовательности.
Максимальный объем поверхностных сточных вод, образующихся на селитебных территориях и площадках предприятий, Qг, 
определяется по формуле

 
Qг Qдp + Qт + Qм, 
 (1.1)

где Qдp, Qт, Qм — максимальный объем дождевых, талых и поливомоечных вод, стекающих с селитебных территорий и промышленных площадок, м3.

 
Qт 10hт т F,   
(1.2)

где F — общая площадь стока, га; hд — количество осадков за теплый 
период года (определяется по таблице 2 СНиП 23-01–99 [8]), мм; 

hт — количество осадков за холодный период года (определяется 
по таблице 1.1 СНиП 23-01–99 [8]), мм; т — общий коэффициент 
стока талых вод с селитебных территорий и площадок предприятий 
с учетом уборки снега и потерь воды за счет частичного впитывания 
водопроницаемыми поверхностями в период оттепелей, можно 
принимать в пределах 0,5…0,7 [5]; д — общий коэффициент стока 
дождевых вод.
Общий годовой объем поливомоечных вод, стекающих с площади стока, определяется по формуле [5]

 
Qм 10mkFм м,  
(1.3),

где m — удельный расход воды на мойку дорожных покрытий, л/м 2 
(принимается 1,2–1,5 л/м 2 на одну мойку [5]); k — среднее количество моек в году (для средней полосы России составляет около 
150 [5]); Fм — площадь твердых покрытий, подвергающихся мойке, 
га; м — коэффициент стока для поливомоечных вод (принимается 
равным 0,5 [5]).
Определение максимальных расходов от дождевых вод различной вероятности превышения 
дp,
Q
 м3/с производится по формуле

 
=
α
ϕ
p
p
дp
ф
16,7
,
J
Q
a
F K K  
(1.4)

где 
p
a  — расчетная интенсивность осадков, соответствующая требуемой вероятности превышения расхода; αp — расчетный коэффициент склонового стока; F  — водосборная площадь, км 2; ϕ — коэффициент редукции максимального дождевого стока в зависимости 
от размеров водосборной площади (определяется по таблице 1.4); 

J
K  — коэффициент учета влияния крутизны водосборного бассейна 
(определяется по таблице 1.5); 
ф
K  — коэффициент, учитывающий 
формулу водосборного бассейна.
Расчетная интенсивность осадков различной вероятности превышения определяется по формуле

 
=
⋅
p
час
,
t
a
a
K  
(1.5)

где 
час
a
 — максимальная часовая интенсивность дождя требуемой 
ВП. Определяется по таблице 1.1 для заданного ливневого района 
(рисунок 1.1), мм/мин; 
t
K  — коэффициент редукции часовой интенсивности осадков в зависимости от времени формирования максимальных расходов на малых водосборах (определяется 
по таблице 1.4).

Рис. 1.1. Карта-схема ливневых районов России

Расчетный коэффициент склонового стока определяется по формуле

 
α
= α ⋅ δ
p
0
e,  
(1.6)

где 
0
α  — коэффициент склонового стока при полном насыщении 
почв водой, принимаемый по таблице 1.5; δе — коэффициент, учитывающий естественную аккумуляцию дождевого стока на поверхности водосборов в зависимости от различных залесенности и почвогрунтов (определяется по формулам 1.7, 1.8, 1.10).
Величина коэффициента δе на водосборах, площадь которых характеризуется сплошной залесенностью или однородными грунтами по всему бассейну, определяется по формуле

 
δ =
− γ β
е
д
1
П, 
(1.7)

где 
д
γ  — коэффициент, учитывающий различную проницаемость 
почвогрунтов на склонах водосборов в расчетных условиях и определяемый по таблице 1.8; β — коэффициент, учитывающий состояние почвогрунтов к началу формирования расчетного паводка, 
определяемый по таблице 1.5; П — поправочный коэффициент 
на редукцию проницаемости почвогрунтов с увеличением площади 
водосборов (определяется по таблице 1.7).
При частичной залесенности и резких различиях почвогрунтов 
на водосборах (рисунок 1.2) для коэффициента е применяется следующая формула

 
δ =
− γ
⋅
+ γ
⋅
β
е
дл
л
дг
г
1
(
) П
f
f
, 
(1.8)

где 
дл
γ , 
дг
γ  — коэффициенты, учитывающие проницаемость грунтов 
на отдельных частях водосбора, различных по степени залесенности и почвогрунтам (определяются по таблице 1.6); П — имеет 
то же значение, что и в (1.7); 
лf , 
гf  — коэффициенты, характеризующие величины отдельных частей водосбора, различных по степени залесенности и почвогрунтам, и определяемые соответственно 
по формулам

 
л
г
л
г
;
F
F
f
f
F
F
=
=
 
(1.9)

где 
л
F , 
гF  — площади отдельных частей водосбора, занятые различными почвогрунтами и растительностью.