Казань в условиях экстремальных гидрологических воздействий природного характера

Архитектурно-планировочные принципы и технологические способы организации среды жизнедеятельности на территории Казани в условиях экстремальных гидрологических воздействий природного характера.

Автор: Хамидуллина Зарина Ильнуровна, магистр архитектуры
Научный руководитель: Айдарова Галина Николаевна,
архитектуры, профессор КГАСУ.

Аннотация

Данная статья посвящена краткому обзору научного исследования на тему «Казань в условиях экстремальных гидрологических воздействий природного характера. Формирование среды жизнедеятельности». Рассмотрены когда-либо происходившие на планете гидрологические катаклизмы и их разрушительные последствия. 

В статье поднят вопрос о возможном затоплении г. Казань, в случае глобального подъема уровня воды, ввиду отсутствия принятия необходимых мер по оснащению города защитными от гидрологических воздействий сооружениями. Внимание так же обращено на ошибки в проектировании ливневых канализаций и других инженерных сетей. В статье изложены основные выводы и результаты исследования, итогом и новизной которого являются предложенные идеализированные гипотетические модели пространства жизнедеятельности: гидроаркология, гидрокластер.

Ключевые слова: наводнение, среда жизнедеятельности в условиях наводнения, затопление городов, ливневые канализации, казанский потоп, аркология, гидрополис, гидрокластер, гидроаркология.

Актуальность научной работы обусловлена высоким интересом к исследуемым вопросам организации среды жизнедеятельности в условиях потопа, к комплексному изучению современных архитектурных объектов на воде, сохранению архитектурного наследия и организации объектов среды жизнедеятельности в условиях затопления (в частности города Казань), а так же к разработке стратегии переселения людей в случае тотального затопления.

Доказано, что губительные для человека природные процессы участились. Землетрясения, вулканические извержения, аномальные температуры, ураганы происходят повсеместно. Высокий процент мировых катастроф составляют цунами и наводнения. История (в период с 1-ого по 2012-ый год) насчитывает 340 свидетельств крупнейших гидрологических катаклизмов [1]. Данные природные явления вызваны глобальными изменениями климата.

Схема №1 «Хронология крупнейших мировых наводнений». Разработана автором.

Учёные не могут сказать, что вызывает климатические изменения. В качестве причин глобального потепления выдвигается множество теорий. Исследования, проведенные профессором Полом О'Горманом и его коллегами из Технологического института Массачусетса (США), показали: увеличение средней температуры на планете на один градус будет приводить к росту количества осадков в районеэкватора на 10%. Это вызовет катастрофически разрушительные наводнения повсеместно [2].

Повышение температуры воздуха и подъём уровня мирового океана приводят человечество к планированию различных концепций адаптации и организации жизнедеятельности на поверхности воды. Однако, в отличие от многих стран, где такие стратегии активно разрабатываются и внедряются, Россия делает первые шаги в этом направлении.

Вне зависимости от амплитуды колебаний климата и климатообразующих факторов, изучать их нужно сегодня. В случае если предотвратить разрушительные последствия климатических переворотов не удастся, необходимо разрабатывать стратегии спасения человеческой цивилизации.

Гипотезой исследования является тезис о возможности создания среды жизнедеятельности в условиях экстремальных гидрологических воздействий природного характера.

На сегодняшний день существует множество проектных работ по отдельным типам архитектурных объектов на воде, на базе которых автором была разработана классификационная таблица, представленная ниже, но практически отсутствуют научные исследования, посвящённые этому вопросу. Для нашего региона разработаны некоторые стратегии и системы защитных сооружений от наводнений, но при этом не затронута необходимость адаптации жилой среды к экстремальным гидрологическим условиям.

Таблица №1 «Классификация объектов взаимодействующих с водой». Разработана автором.

Формированием обитаемой среды и созданием вне территориальных проектов городов-мегаструктур на поверхности воды и под водой в условиях перенаселенности крупных мегаполисов на суше занимались многие архитектурно-строительные организации и архитекторы. К началу XXI века были запроектированы искусственные острова различного функционального назначения.

При многообразии архитектурных решений в мировом опыте, не рассмотрены современные технологические способы адаптации архитектурно-планировочных принципов для России и Казани в частности. Не предложены способы сохранения архитектурного наследия и стратегии переселения людей на поверхность воды на территории города Казань при возможном его затоплении. Опыт формирования среды жизнедеятельности на территории Казани в условиях экстремальных гидрологических воздействий природного характера требует многостороннего анализа и теоретического обобщения.

Целью исследования в рамках магистерской диссертации являлись принципы архитектурно-планировочных и технологических способов организации среды жизнедеятельности на территории Казани в условиях затопления.

В процессе исследования перед автором были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать особенности зарождения и развития исторической практики проектирования и эксплуатации архитектурных объектов на воде в мировой культуре. Выяснить предпосылки возникновения, технологические способы и конструктивные особенности водной архитектуры.
2. Проанализировать теории глобального потопа и его последствия для Казани, чтобы предположить наиболее вероятный сценарий возможных катаклизмов на территории города.
3. Выявить современные направления и способы организации архитектурных объектов на воде.
4. Проанализировать современный теоретический и концептуальный опыт развития водных цивилизаций.
5. Исследовать современные способы энергоснабжения, ресурсосбережения, различных высоких технологий.

Объектом исследования являлась архитектурная среда в условиях экстремальных гидрологических воздействий природного характера, научная литература, реализованные и концептуальные проекты архитектурных объектов на воде.

В качестве предмета исследования были рассмотрены структура, типология, композиционные приемы формирования современных автономных архитектурных объектов в условиях экстремальных гидрологических ситуаций природного характера.

Перед человечеством все острее встает проблема организации среды жизнедеятельности в условиях затапливаемых территорий. Многие крупные города до сих не оснащены технологиями, необходимыми для предупреждения и ликвидации последствий наводнений. В частности, город Казань ежегодно подвергается экстремальным гидрологическим воздействиям природного характера. Более того, Казань находится в зоне риска при глобальном подъеме уровня воды в Мировом океане. Научные разработки, в этой сфере, ведутся не активно, оснащения города, для готовности противостоять наводнениям, нет. Но есть убеждение, что к решению данной проблемы необходимо приступить как можно скорее.

Схема №2 «Последовательность затопления городов мира». Разработана автором.

Профессор Института Океанологии РАН Сергей Константинович Гулев, констатирует, что климат меняется на более теплый. Согласно наблюдениям, за весь ХХ в. потепление климата составило менее одного градуса, но столбик термометра продолжает расти с большей скоростью [3]. По прогнозам ученых, в ближайшие десятилетия на территории Европы и европейской части России постепенно будет устанавливаться новая климатическая среда: лето станет более холодным, зима, наоборот, более мягкой.

Происходит это по многим, в том числе пока не известным нам причинам, следствиями которых являются таяние ледников, изменение орбиты Земли, изменение солнечной активности, вулканические выбросы и парниковый эффект, что приводит к смещению траекторий циклонов: они будут приносить пасмурную погоду и обильные осадки. В связи с этими явлениями увеличится опасность наводнений, так как количество воды на планете стабильно увеличивается.

Согласно законам физики, чем теплее вода, тем больше ее объем. Соответственно, по мере нагревания уровень воды в Мировом океане постепенно поднимается, что теоретически может привести к затоплению обширных территорий [4].

Казань неоднократно подвергалась экстремальным гидрологическим воздействиям природного характера. Крупнейшим катастрофическим происшествием стал майский паводок 1926 года. Предохранительная система не была рассчитана на подобную нагрузку, из-за этого практически все земляные валы и дамбы были размыты водой. Так высоко вода не поднималась с 1719 года, с этого времени на территории Татарстана ведутся гидрологические наблюдения [5].

Жизнь на воде выбирали для себя различные цивилизации в разных климатических поясах – от рыбацких поселений Китая до современных, оснащенных высокотехнологичным оборудованием европейских городов на воде. Особенностью возникновения таких поселений зачастую являлось перенаселение. Архитектура водных поселений имеет много общего. В основном, это свайные стихийные постройки, образующие каналы с возведенными вдоль них тротуарами.

Анализ различных литературных источников показывает обширный опыт освоения человеком водных территорий. Люди жили не только на сезонно подтопляемых территориях, но и располагали свои поселения непосредственно, на воде, строили дома, передвигались между ними, вели сельское хозяйство. На базе этих данных автором была разработана аналитическая таблица «Исторический опыт формирования поселений на воде».

В исследовании был проведен анализ современных способов энергоснабжения и ресурсосбережения, а так же обзор альтернативных возобновляемых источников энергии.

Теоретически доказано, что жизнь на территории Казанивозможна не только при малых масштабах водных катаклизмов, но и при тотальном затоплении. Предложенные модели обитаемого пространства на территории Казани позволили решить важную и актуальную для города задачу в условиях экстремальных гидрологических воздействий природного характера. Структуры максимально включают в себя все необходимые функции для долговременного проживания человека на поверхности воды.

Таблица №2 "Исторический опыт формирования архитектурных объектов на воде". Разработана автором

Автором предложены технологические способы организации архитектурно-планировочных принципов, уместно адаптирующихся для России и Казани в частности. Выявлены меры для защиты Казани в условиях нестабильных гидрологических ситуаций. Применена выявленная автором ранее широкая типология архитектурных объектов взаимодействующих с водными пространствами. Изучены и внедрены градостроительные тенденции и технологии будущего, а так же новейшие технологии энергоснабжения ресурсосбережения, изучены альтернативные возобновляемые источники энергии.

Автономная плавучая гидроаркология под названием KZNArcology и гидрокластер InsulaEripio представляют собой сложный синтез биологических и технических систем. Прообразом для данных архитектурных форм послужили медузы. Основание структур являет собой воссоздание принципа сокращения стенок колокола медузы. Такое строение обеспечивает способность к реактивному движению. Модели гидроаркологии и гидрокластера подробно представлены ниже.

Модель №1 «Функциональное зонирование гидрокластер на 50000 человек». Разработана автором.

Схема №3 «Принцип передвижения людей различных возрастных категорий на плавучем кластере»

Модель №2 «Функциональное зонирование гидроаркологии на 1500000 человек» .

Проведенное исследование позволило решить важную и актуальную для города Казань задачу организации среды жизнедеятельности в условиях экстремальных гидрологических воздействий природного характера. Защита построек, находящихся в потенциально опасной зоне разливов рек, является актуальной проблемой, так как эти происшествия наносят не только колоссальный материальный ущерб, но и ввиду событий, связанных с гидрологическими катаклизмами, тысячи людей получают психологические травмы. В связи с этим, была поставлена проблема и предложено решение по выявлению современных способов организации жилых объектов на подтопляемых территориях. Определена проблематика причинно-следственных связей глобального потепления, рассмотрена классификация наводнений, прогнозы ученых относительно гидрологической ситуации на Земле, а так же статистика наводнений на территории города Казань.

В результате проведенного исследования основных факторов и предпосылок, а также обобщения процессов архитектурного формирования объектов, взаимодействующих с водными пространствами, сделаны следующие выводы:

1. Возникновение и развитие исторической практики проектирования и эксплуатации архитектурных объектов на воде в мировой культуре доказывает гипотезу о возможности адаптации человека к проживанию на поверхности воды в условиях глобального потопа.

2. На основе проведенного анализа исторической организации обитаемых структур взаимодействующих с водными пространствами выявлена типология архитектурных объектов на прибрежных территориях и на поверхности воды: свайные сооружения, плавучие постройки на понтонах и дебаркадерах, подводные и нависающие над водой объекты.

3. Эволюция архитектурно-планировочных принципов направлена на сближение целей экологии и архитектуры. Рассмотренные тенденции и технологии позволили определить основные градостроительные решения будущего: города с возобновляемыми источниками энергии, устойчивые города, города-аркологии.

4. Исследованные новейшие технологии энергоснабжения ресурсосбережения и альтернативные возобновляемые источники энергии помогли выявить наиболее приоритетные направления в развитии энергетики будущего: ветроэнергетика и гидроэнергетика.

5. В результате исследования выявлен и аналитически обработан круг литературных источников по историко-архитектурным аспектам и современному опыту проектирования архитектурных структур для использования в экстремальных гидрологических условиях. На основании исследованных материалов, разработана классификация архитектурных объектов, взаимодействующих с водными пространствами. Выявлены аналоги, применимые к условиям Казани.

6. Предложены конкретные меры для защиты Казани в условиях нестабильных гидрологических ситуаций:

• регулирование паводкового стока с помощью гидротехнических сооружений, укрепление берегов рек, спрямление русел рек и подсыпка низменных участков территорий;
• проектирование и строительство жилых районов и промышленных объектов, особенно потенциально-опасных, вне мест возможного затопления с высокими уровнями паводка с учетом норм запаса их прочности в условиях затопления;
• рациональное размещение элементов инфраструктуры с учетом возможных зон катастрофических затоплений;
• обеспечение необходимой устойчивости функционирования мостов, линий связи и линий передач электроэнергии на случай наводнения;
• строительство домов на сваях и использование в зонах возможного затопления помещений нижних этажей жилых зданий для административных целей

7. Введены термины: гидрополис, гидроаркология, гидрокластер.

8. Современные зарубежные технологические способы организации среды жизнедеятельности на воде уместно адаптируются для России и Казани в частности: энергоснабжение обеспечивается за счет солнечной энергии, энергии воды и ветра, аэробная очистка воды, использование в строительстве самовосстанавливающихся нано-материалов, организация подводных и плавучих ферм для выращивания водорослей.

9.Сохранение архитектурного и культурного наследия Казани осуществимо в перспективе, посредством возведения подводных купольных конструкций, а так же подводных путепроводов.

10. Разработаны концептуальные основы формирования идеализированного объекта исследования плавучей гидроаркологии KZNArcology, а так же автономного гидрокластера InsulaEripio, которые представляют собой сложный синтез биологических и технических систем.

Библиография:

1) Сайт исторического клуба «Сокол» http://sokol.zbord.ru/viewtopic.php?t=644. Время доступа: 12.05.14., 23.30.

2) Сaroline J. Muller and Paul A.O’Gorman, 2011, Intensification of Precipitation Extremes with Warming in a Cloud-Resolving Model, Geophys. Res. Lett , DOI:10.1175/2011JCLI3876.1

3) Будущее Земли-наводнения. http://www.ng.ru/science/2009-04-08/9_ocean.html, (Интервью с С.К. Гулевым), Время доступа: 1.12.12., 19:45.

4) Paul A. O’Gorman, 2010, Understanding the varied response of the extratropical storm tracks to climate change, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139.

5) Ж.Бурлакова. http://www.xn----8sbarmcoc4a6a.xn--p1ai/interesny... Время доступа 16.12.12. 16:40.