Safety in TechnosphereSafety in TechnosphereБезопасность в техносфере1998-071X1507710.12737/24148Транспортная безопасностьTransport safetyТранспортная безопасностьMethod for Assessment of Risk of Auto-Roads’ Functionality Loss in Territories of Long-Term (Eternal) Permafrost in Connection with Projected Climatic ChangesМетодика оценки риска утраты функциональности автомобильных дорог на территориях распространения многолетней (вечной) мерзлоты в связи с прогнозируемыми климатическими изменениямиТрофименкоЮрий ВасильевичTrofimenkoYuri Vasil'evichywtrofimenko@mail.ru
доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
ЯкубовичА. Н.YakubovichA. Н.4081@mail.ruМосковский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)The Moscow State Technical University - MADI2510201625102016552737https://zh-szf.ru/en/nauka/article/15077/view
Риск утраты функциональности автомобильных дорог на территориях распространения многолетней (вечной) мерзлоты в связи с прогнозируемыми климатическими изменениями оценивается по величине надежности конструкции дороги с использованием действующих нормативных правовых документов. Количественная оценка риска утраты функциональности выполнена методами вероятностно-статистического моделирования для основных автодорог в зоне вечной мерзлоты. Показано, что в климатических условиях, характерных для криолитозоны России, увеличение температуры воздуха на 1 градус вызывает существенное возрастание риска утраты функциональности автодороги. Изменение контрастности температурного режима является вторым значимым фактором повышения риска.
The risk of auto-roads’ functionality loss in the territories of the long-term (eternal) permafrost in connection with predicted climatic changes is estimated on road structure’s reliability value with use of the existing regulating legal documents. The quantitative risk assessment of functionality loss has been carried out by methods of probabilistic and statistical simulation for the main auto-roads in permafrost zone. It has been shown that in the climatic conditions typical for Russia’s cryolithic zone, increase in air temperature by 1 degree causes an essential increase of risk for an auto-road’s functionality loss. Temperature regime’s contrast change is the second significant factor influencing the risk.
эксплуатация автодорогриск нарушения функциональностивечномерзлые грунтыизменение климатастатистическое моделированиеoperation of auto-roadsfunctionality violation riskpermafrost soilsclimate changestatistical simulation
1. ВведениеАвтомобильные дороги, расположенные в зонах наличия мерзлых и вечномерзлых грунтов, отличаются особым режимом эксплуатации, связанным со специфическими природно-климатическими условиями. Основным условием обеспечения достаточной функциональности автодороги выступает сохранение определенного постоянного температурного режима грунтов в основании земляного полотна, предусмотренного при ее проектировании и строительстве. Нарушение этого режима в процессе эксплуатации вследствие происходящих и прогнозируемых климатических изменений закономерно приводит к просадкам в основании земляного полотна дороги, и, как следствие, к чрезмерной деформации дорожного покрытия, существенно снижающим функциональность объекта транспортной инфраструктуры вплоть до полной её утраты [1, 2].Изменение температурного режима вечномерзлых грунтов активизирует на придорожных территориях такие неблагоприятные экологические процессы, как изменение уровня грунтовых вод, локальное заболачивание, деградация растительных комплексов и др. Это негативное влияние на экосистемы, отличающиеся уязвимостью и крайне медленными темпами их самовосстановления [3], по размеру вреда сопоставимо с утратой отдельными участками автодорог своей эксплуатационной функциональности [4]. Поэтому риск утраты эксплуатационной функциональности автодороги на территории криолитозоны неразрывно связан с сопутствующими экологическими рисками.
Дроздов В. В., Шабуров С. С. Причины возникновения деформаций автомобильных дорог и мероприятия по снижению их интенсивности с высокотемпературным типом вечной мерзлоты в основаниях земляного полотна на примере строительства автомобильной дороги «Амур» Чита - Хабаровск // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2015; 2: 33-45.Drozdov V. V., Shaburov S. S. Prichiny vozniknoveniya deformatsiy avtomobil’nykh dorog i meropriyatiya po snizheniyu ikh intensivnosti s vysokotemperaturnym tipom vechnoy merzloty v osnovaniyakh zemlyanogo polotna na primere stroitel’stva avtomobil’noy dorogi Amur «Chita - Khabarovsk» [Causes of deformation of roads and measures to reduce their intensity with a high type of permafrost in the grounds of the roadbed on the example of the construction of the highway Amur “Chita - Khabarovsk”]. Izvestiya vuzov. Investitsii.Stroitel’stvo. Nedvizhimost’ [Proceedings of the universities. Investitsii. Stroitelstvo. The property]. 2015; pp. 33-45 (in Russian).Бедрин Е. А., Дубенков А. А. Анализ причин сверхнормативных деформаций на автомобильных дорогах в условиях высокотемпературной мерзлоты (по результатам мониторинга автомобильной дороги «Амур») // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2014; 3: 48-52.Bedrin E. A., Dubenkov A. A. Analiz prichin sverkhnormativnykh deformatsiy na avtomobil’nykh dorogakh v usloviyakh vysokotemperaturnoy merzloty (po rezul’tatam monitoringa avtomobil’noy dorogi «Amur») [Analysis of the causes of excessive strain on the roads in the conditions of high temperature permafrost (the results of the monitoring of the road “Amur”)]. Vestnik Sibirskoy gosudarstvennoy avtomobil’no-dorozhnoy akademii [Bulletin of the Siberian State Automobile and Highway Academy]. 2014; pp. 48-52 (in Russian).Якубович А. Н. Прогнозирование периодов восстановления природных комплексов, нарушенных при производстве горных работ // Естественные и технические науки. 2009; 2: 232-236.Yakubovich A. N. Prognozirovanie periodov vosstanovleniya prirodnykh kompleksov, narushennykh pri proizvodstve gornykh rabot [Prognozirovanie periods of restoration of natural complexes disturbed by mining operations]. Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and Technical Sciences]. 2009; pp. 232-236 (in Russian).Якубович И. А., Якубович А. Н. Оценка экологического вреда растительным комплексам Магаданской области при формировании сети временных автодорог // Автотранспортное предприятие. 2012; 3: 49-52.Yakubovich I. A., Yakubovich A. N. Otsenka ekologicheskogo vreda rastitel’nym kompleksam Magadanskoy oblasti pri formirovanii seti vremennykh avtodorog [Otsenka environmental damage vegetation complexes of the Magadan region in the formation of a network of temporary roads]. Avtotransportnoe predpriyatie [Transport enterprise]. 2012, pp. 49-52 (in Russian).Васильев А. А., Стрелецкая И. Д., Широков Р. С., Облогов Г. Е. Эволюция криолитозоны прибрежно-морской области Западного Ямала при изменении климата // Криосфера Земли. 2011; XV, 2: 56-64.Vasil’ev A.A., Streletskaya I. D., Shirokov R. S., Oblogov G. E. Evolyutsiya kriolitozony pribrezhno-morskoy oblasti Zapadnogo Yamala pri izmenenii klimata [The evolution of the permafrost zone of coastal marine area of Western Yamal under climate change]. Kriosfera Zemli [Cryosphere Earth]. 2011, pp. 56-64 (in Russian).Васильев А. А., Дроздов Д. С., Москаленко Н. Г. Динамика температуры многолетнемерзлых пород Западной Сибири в связи с изменениями климата // Криосфера Земли. 2008; XII, 2: 10-18.Vasil’ev A.A., Drozdov D. S., Moskalenko N. G. Dinamika temperatury mnogoletnemerzlykh porod Zapadnoy Sibiri v svyazi s izmeneniyami klimata [Dynamics of permafrost rocks in Western Siberia temperatures due to climate change]. Kriosfera Zemli [Cryosphere Earth]. 2008, pp. 10-18 (in Russian).Куликов А. И., Куликов М. А., Смирнова И. И. О глубине протаивания почв при изменении климата // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В. Р. Филиппова. 2009; 1: 121-126.Kulikov A. I., Kulikov M. A., Smirnova I. I. O glubine protaivaniya pochv pri izmenenii klimata [The depth of thawing of the soil to climate change]. Vestnik Buryatskoy gosudarstvennoy sel’skokhozyaystvennoy akademii im. V. R. Filippova [Bulletin of the Buryat State Agricultural Academy. VR Filippova]. 2009; pp. 121-126 (in Russian).Кириллина К. С., Лобанов В. А. Оценка современных климатических изменений температуры воздуха на территории Республики Саха (Якутия) // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2015; 38: 137-151.Kirillina K. S., Lobanov V. A. Otsenka sovremennykh klimaticheskikh izmeneniy temperatury vozdukha na territorii Respubliki Sakha (Yakutiya) [Otsenka current climatic changes in air temperature on the territory of the Republic of Sakha (Yakutia)]. Uchenye zapiski Rossiyskogo gosudarstvennogo gidrometeorologicheskogo universiteta [Scientific notes of Russian State Hydrometeorological University]. 2015, pp. 137-151 (in Russian).Киктев Д. Б., Секстон Д. М., Александер Л. В., Фолланд К. К. Тренды в полях годовых экстремумов осадков и приземной температуры во второй половине XX века // Метеорология и гидрогеология. 2002; 11: 13-24.Kiktev D. B., Sekston D. M., Aleksander L. V., Folland K. K. Trendy v polyakh godovykh ekstremumov osadkov i prizemnoy temperatury vo vtoroy polovine XX veka [.Trendy extrema in the fields of annual precipitation and surface temperature in the second half of the XX century]. Meteorologiya i gidrogeologiya [Meteorology and hydrology]. 2002, pp. 13-24 (in Russian).Груза Г. В., Ранькова Э. Я. Наблюдаемые и ожидаемые изменения климата России: температура воздуха. - М.: Изд-во ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД», 2012. - 195 с.Gruza G. V., Ran’kova E. Ya. Nablyudaemye i ozhidaemye izmeneniya klimata Rossii: temperatura vozdukha [The observed and expected climate change Russia: Temperature vozduha]. Moscow, FGBU «VNIIGMI-MTsD» Publ., 2012. 195 p. (in Russian).Цаликов Р. Х. Опасности и угрозы для северных территорий Российской Федерации, обусловленные глобальным изменением климата // Обеспечение комплексной безопасности северных регионов Российской Федерации. Материалы научно-практической конференции. Москва, 22 апреля 2008 г. - М.: Изд-во НЦУКС МЧС России, 2008. - С. 8-25.Tsalikov R. Kh. Opasnosti i ugrozy dlya severnykh territory Rossiyskoy Federatsii, obuslovlennye global’nym izmeneniem klimata [The risks and threats to the northern territories of the Russian Federation, due to global climate change]. Obespechenie kompleksnoy bezopasnosti severnykh regionov Rossiyskoy Federatsii. Materialy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Provision of complex safety of the northern regions of Russia. Proceedings of the conference]. Moscow, NTsUKS MChS Rossii Publ., 2008, pp. 8-25 (in Russian).Трофимова И. Е., Макаров С. А., Балыбина А. С., Опекунова М. Ю. Геокриологические риски при современных изменениях климата и техногенных воздействиях на природу // Криосфера Земли. 2010; XIV, 3: 61-68.Trofimova I. E., Makarov S. A., Balybina A. S., Opekunova M. Yu. Geokriologicheskie riski pri sovremennykh izmeneniyakh klimata i tekhnogennykh vozdeystviyakh na prirodu [Geocryological risks in today’s climate and anthropogenic impacts on nature]. Kriosfera Zemli [Cryosphere Earth]. 2010, pp. 61-68 (in Russian).Трофименко Ю. В., Якубович А. Н. Методика прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций природного характера на сети автомобильных дорог // Безопасность в техносфере. 2015; 2: 73-82.Trofimenko Yu.V., Yakubovich A. N. Metodika prognozirovaniya riskov chrezvychaynykh situatsiy prirodnogo kharaktera na seti avtomobil’nykh dorog [Methods of predicting the risk of emergency situations of natural character to the road network]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in Technosphere]. 2015, pp. 73-82 (in Russian).Полищук Ю. М., Полищук В. Ю. Использование геоимитационного моделирования для прогноза изменения размеров термокарстовых озер на севере Западной Сибири // Криосфера Земли. 2016; XX, 2: 32-40.Polishchuk Yu.M., Polishchuk V. Yu. Ispol’zovanie geoimitatsionnogo modelirovaniya dlya prognoza izmeneniya razmerov termokarstovykh ozer na severe Zapadnoy Sibiri [Using geoimitatsionnogo modeling for resizing forecast thermokarst lakes in the north of Western Siberia]. Kriosfera Zemli [Cryosphere Earth]. 2016, pp. 32-40 (in Russian).Якубович А. Н., Якубович И. А., Рассоха В. И. Концептуальные основы моделирования самовосстановления экосистем Крайнего Северо-Востока России, нарушенных при сооружении временных автодорог // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012; 10: 182-186.Yakubovich A. N., Yakubovich I. A., Rassokha V. I. Kontseptual’nye osnovy modelirovaniya samovosstanovleniya ekosistem Kraynego Severo-Vostoka Rossii, narushennykh pri sooruzhenii vremennykh avtodorog [Conceptual bases of self-healing ecosystem modeling of the Extreme Northeast of Russia disturbed during construction of temporary roads]. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State University]. 2012, pp. 182-186 (in Russian).Судаков И. А., Бобылёв Л. П., Береснев С. А. Моделирование термического режима вечной мерзлоты при современных изменениях климата // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 7. Геология. География. 2011; 1: 81-88.Sudakov I. A., Bobylev L. P., Beresnev S. A. Modelirovanie termicheskogo rezhima vechnoy merzloty pri sovremennykh izmeneniyakh klimata [Modelling of the thermal regime of permafrost under present climate]. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Seriya 7. Geologiya. Geografiya [Bulletin of St. Petersburg State University. Series 7. Geology. Geography]. 2011, pp. 81-88 (in Russian).Анисимов О. А. Вероятностно-статистическое моделирование мощности сезонноталого слоя в условиях современного и будущего климата // Криосфера Земли. 2009; XIII, 3: 36-44.Anisimov O. A. Veroyatnostno-statisticheskoe modelirovanie moshchnosti sezonnotalogo sloya v usloviyakh sovremennogo i budushchego klimata [Probabilitystatistical modeling of power-Layer under current and future climate]. Kriosfera Zemli [Cryosphere Earth]. 2009, pp. 36-44 (in Russian).Якубович А. Н., Шек В. М. Управление освоением горнопромышленной территории на основе результатов геомоделирования самовосстановительных процессов природных комплексов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009; 2, 12: 457-463.Yakubovich A. N., Shek V. M. Upravlenie osvoeniem gornopromyshlennoy territorii na osnove rezul’tatov geomod elirovaniyasamovosstanovitel’nykh protsessov prirodnykh kompleksov [Upravlenie development of mining areas based on the results geomodelirovaniyasamovosstanovitel nyh processes of natural systems]. Gornyy informatsionnoanaliticheskiy byulleten’ [Mountain information-analytical bulletin]. 2009, pp. 457-463 (in Russian).Трофименко Ю. В., Медведева О. Е., Артеменков А. В., Медведев П. В. Методика оценки эколого-экономической эффективности проектов в сфере дорожного строительства // Безопасность в техносфере. 2015; 4, 4: 56-68.Trofimenko Yu.V., Medvedeva O. E., Artemenkov A. V., Medvedev P. V. Metodika otsenki ekologo-ekonomicheskoy effektivnosti proektov v sfere dorozhnogo stroitel’stva [Metodika assessment of environmental and economic efficiency of the projects in the field of road construction]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in Technosphere]. 2015, pp. 56-68 (in Russian).Артеменков А. И., Медведева О. Е., Медведев П. В., Трофименко Ю. В. Оценка общественной (эколого-экономической) эффективности транспортных проектов в России // Вестник Финансового университета. 2015; 4: 45-56.Artemenkov A. I., Medvedeva O. E., Medvedev P. V., Trofimenko Yu.V. Otsenka obshchestvennoy (ekologoekonomicheskoy) effektivnosti transportnykh proektov v Rossii [Otsenka public (environmental and economic) efficiency of transportation projects in Russia]. Vestnik finansovogo universiteta [Financial University Bulletin]. 2015, pp. 45-56 (in Russian).Цыцура А. А., Нечитайло О. Н. Разработка имитационной модели управления экологической безопасностью // Экология и промышленность в России. 2007; 5: 40-42.Tsytsura A. A., Nechitaylo O. N. Razrabotka imitatsionnoy modeli upravleniya ekologicheskoy bezopasnost’yu [Development of a simulation model of environmental control]. Ekologiya i promyshlennost’ v Rossii [Ecology and Industry in Russia]. 2007, pp. 40-42.Пассек В. В., Вербух Н. Ф., Пасков М. В., Палавошев И. Н., Андреев В. С. Стабилизация температурного режима насыпей в районах вечной мерзлоты // Путь и путевое хозяйство. 2015;10: 28-30.Passek V. V., Verbukh N. F., Paskov M. V., Palavoshev I. N., Andreev V. S. Stabilizatsiya temperaturnogo rezhima nasypey v rayonakh vechnoy merzloty [The stabilization of the temperature regime of embankments in permafrost regions]. Put’ i putevoe khozyaystvo [path and track facilities]. 2015, pp. 28-30 (in Russian).