На протяжении своей деятельности ИТП «Град» приобрел значительный опыт в разработке документов территориального планирования на территориях Крайнего Севера. Институтом успешно реализовано множество проектов в Ямало-Ненецком автономном округе, Ханты-Мансийском автономном округе – Югре и других северных регионах. В ходе разработки проектов особое внимание уделяется особенностям инженерной инфраструктуры на данных территориях, что связано с суровыми климатическими условиями, наличием вечной мерзлоты и специфическими требованиями к строительству и эксплуатации инженерных коммуникаций.

Неотъемлемым и крайне важным элементом инженерной инфраструктуры любого населенного пункта является система водоотведения, играющая стратегическую роль. Она обеспечивает не только высокое качество жизни населения, но и сохранение экологического состояния окружающей среды.

В населенных пунктах северных регионов России наблюдаются низкая обеспеченность централизованным водоотведением. Медленные темпы развития централизованных систем водоотведения связаны с рядом влияющих факторов, а именно: экстремальными климатическими условиями, нестабильными грунтами, удаленностью населенных пунктов от транспортных магистралей, с недостаточным финансированием, строгими требованиями к проектированию и эксплуатации объектов. Рассмотрим подробнее ключевые особенности эксплуатации и проектирования системы водоотведения на территориях Крайнего Севера.

1. Климатические условия. Продолжительность зимнего периода в северных регионах составляет около 200-305 суток с низкими отрицательными температурами, сильными ветрами и снегом. Строительство объектов водоотведения в таких условиях необходимо выполнять из материалов, устойчивых к замерзанию и разрушению. При выборе материала канализационных сетей предпочтение отдается полиэтиленовым, стальным и чугунным трубам с резиновыми уплотнителями. Применение железобетонных и асбестоцементных труб в таких условиях не допускается.

В районах с глубинным промерзанием почв и грунтов (вечная мерзлота) необходимо учитывать особенности вечномерзлых грунтов при проектировании и эксплуатации объектов водоотведения. Главным фактором, определяющим особенности таких грунтов при использовании их в качестве оснований для сооружений, является наличие в них льда. Термодинамические процессы, происходящие в период эксплуатации трубопроводов, оказывают влияние на грунты. Присутствующая в порах грунта вода при понижении температуры превращает грунт в твердую субстанцию, в которой образующийся лед выполняет функцию связующего элемента. В результате вспучивания грунта (морозное пучение) может наблюдаться неравномерный подъем грунтового массива вдоль трассы трубопровода.

Несущая способность грунтов снижается при их переходе из мерзлого состояния в талое. Сезонное и многолетнее промерзание и оттаивание горных пород в сочетании с их составом вызывают широкое развитие криогенных явлений.

В целях обеспечения надежной эксплуатации канализационных сетей требуется соблюдение специальных технологий прокладки трубопроводов.

2. Одной из главных проблем при устройстве канализационных сетей в районах вечномерзлых грунтов является прокладка трубопроводов. Способы прокладки трубопроводов в зависимости от объемно-планировочных решений застройки, мерзлотно-грунтовых условий по трассе, теплового режима трубопроводов и принципа использования многолетнемерзлых грунтов в качестве основания следует принимать:

• подземный – в траншеях или каналах (проходных, полупроходных, непроходных);

• наземный – на подсыпке с обвалованием;

• надземный – по опорам, эстакадам, мачтам и другим с устройством пешеходных переходов в поселениях и городских округах при расположении на низких опорах.

На практике преимущественно применяются наземная или надземная прокладка на эстакадах, мачтах или конструкциях зданий. Данные виды расположения коллекторов позволяют избежать воздействия вечной мерзлоты на трубы и замерзания сточных вод. Подземная прокладка применяется в каналах или тоннелях, если другие варианты невозможны.

Размещение сетей на плане следует предусматривать исходя из принципов максимального совмещения инженерных коммуникаций, минимальной протяженности сетей, сокращения числа выпусков в канализацию и блокировки зданий, позволяющей прокладку сетей на подвесах в проветриваемых подпольях.

Совместная прокладка канализационных сетей с сетями хозяйственно-питьевого водопровода допускается в случае, если под канализационные трубы выделен отдельный отсек канала, обеспечивающий отвод сточных вод в аварийный период.

3. Все элементы системы водоотведения должны быть защищены от промерзания. Эксплуатация систем ведется с учетом сезонной и суточной неравномерности водоотведения. Поддержание теплового режима канализационных сетей достигается применением теплоизоляционных материалов и дополнительных сбросов в сеть канализации теплой воды (отработанной или специально подогретой). Величина объема сброса воды для предохранения сетей от замерзания определяется теплотехническим расчетом, но не более 20 % основного объема водоотведения.

Сопровождение участков трубопроводов, в наибольшей степени подверженных опасности замерзания, производится греющим кабелем или теплопроводом. Выбор мер по защите канализационных сетей от замерзания должен быть обоснован технико-экономическим расчетом.

4. Изменение мерзлотно-грунтовых условий в связи с тепловым и гидравлическим влиянием системы водоотведения. Неудовлетворительное физическое состояние объектов и сетей водоотведения, нарушение теплоизоляции на канализационных сетях приводит к образованию утечек, вызывая увеличение влажности и оттаивание вечномерзлых грунтов. Измененные физико-механические свойства грунтов могут оказать влияние на основания фундаментов зданий, стать источником деформаций и просадок. В целях исключения возможного нарушения многолетнемерзлого состояния грунтов выпуски канализации необходимо прокладывать в подземных каналах или надземно для зданий с проветриваемыми подпольями.

При эксплуатации систем водоотведения необходимо проводить постоянный контроль за соблюдением теплового режима и состоянием трубопроводов, корректировать теплоизоляцию поверхности земли в соответствии со временем года, незамедлительно устранять утечки при обнаружении, производить мониторинг изменений мерзлотно-грунтовых условий.

5. Экологические аспекты. Отсутствие централизованных систем водоотведения на территориях Крайнего Севера оказывает значительное негативное воздействие на экологическое состояние водных ресурсов и окружающей среды.

В целях охраны водных ресурсов и улучшения экологического состояния на территориях с нецентрализованным водоотведением эксплуатируются автономные очистные сооружения (станции с утеплением и встроенными греющими элементами), работающие при температурах до минус 60 °C. Очистка сточных вод включает анаэробно-аэробные процессы с последующим обеззараживанием ультрафиолетом.

При проектировании канализационных очистных сооружений централизованных систем водоотведения необходимо учитывать адаптивность к низким температурам и вечной мерзлоте, а также применение предварительной обработки стоков для предотвращения замерзания в трубопроводах. Эксплуатация канализационных очистных сооружений должна проводиться с учетом минимизации воздействия на окружающую среду с сохранением при этом нормативного уровня очистки сточных вод перед их сбросом.

6. Экономические факторы. Стоимость строительства объектов водоотведения на северных территориях России рассчитывается с учетом регионально-экономических, регионально-климатических и инженерно-геологических условий осуществления строительства с применением зональных коэффициентов изменения стоимости строительства в разрезе субъекта Российской Федерации, а также с учетом дополнительных затрат, возникающих при особых условиях строительства (в удаленных от существующей инфраструктуры населенных пунктах, стесненных условиях производства работ).

При расчете стоимости производства работ в районах Крайнего Севера и приравненных к ним местностях затраты на выполнение мероприятий по снегоборьбе (работы по ликвидации снежных заносов, вызванных стихийными явлениями (метель, буран, пурга)) могут быть дополнительно учтены с применением поправочного коэффициента. Ввиду всех вышеперечисленных особенностей северных регионов стоимость строительства объектов водоотведения на данных территориях значительно выше, чем стоимость строительства аналогичных объектов водоотведения в ценах базового района.

Проектирование и эксплуатация централизованного водоотведения требует значительных финансовых инвестиций и адаптации инженерных решений к специфическим условиям Крайнего Севера.

Проектирование и эксплуатация систем водоотведения на территориях Крайнего Севера представляют собой сложную инженерную задачу, требующую учета множества факторов. Суровые климатические условия, наличие вечной мерзлоты и специфические требования к строительству создают уникальные вызовы для развития инженерной инфраструктуры в этих регионах. Успешная реализация проектов по развитию и совершенствованию систем водоотведения позволит обеспечить не только надежное функционирование систем, но и повысить качество жизни населения, обеспечить рациональное использование водных ресурсов и сохранить экологическое равновесие в условиях хрупкой северной природы.