CC BY
97
ТРАНСПОРТНАЯ ИНФРАСТРУКТУРА АРКТИЧЕСКИХ РЕГИОНОВ РОССИИ В УСЛОВИЯХ ДЕГРАДАЦИИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
Д.О. Елисеев1, канд. экон. наук, начальник НИЦ
Ю.В. Наумова2, канд. экон. наук, ведущий научный сотрудник
1 Автономная некоммерческая организация высшего образования «Российский новый университет»
Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление» (Россия, г. Москва)
DOI: 10.24411/2411-0450-2019-11226
Статья подготовлена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 17-02-00683-ОГН «Условия использования и развития ресурсного потенциала Арктической зоны РФ»
Аннотация. В статье рассмотрено влияние деградации вечной мерзлоты из-за климатических изменений на дорожную инфраструктуру Арктической зоны Российской Федерации. Рассчитаны количественные данные по дорожной инфраструктуре построенной на вечномерзлотных грунтах. Проведена модельная оценка последствий деградации вечной мерзлоты с использованием данных сценария изменений климата RCP8.5 на период до 2050 г. Определено, что ожидаемый ущерб от изменений составит 95 млрд. руб. в интервале 2020-2050 гг., что составит около 0,05% от валового регионального продукта исследованных регионов. Наибольший ожидаемый ущерб возникнет в Чукотском АО, Ямало-Ненецком АО и республике Саха (Якутия).
Ключевые слова: вечная мерзлота, климатические изменения, российская Арктика, деградация, дорожная инфраструктура, ущерб, риски.
Климатические изменения в Арктике и Северных территориях носят комплексный характер и оказывают существенное влияние на природную и социально-экономическую среду макрорегиона. За период 1980-2010 гг. среднегодовая температура приземного воздуха в этом регионе выросла на 0,5-2,5 С0 [1]. Вследствие такого увеличения температуры возникают процессы деградации вечной мерзлоты, которые становятся одним из самых важных вызовов для социально-экономического развития в этом регионе [2-4]. В докладе Гринпис отмечается, что из-за деформации вечномерзлотного грунта в Западной Сибири происходит около 7400 аварий в год на нефтегазовых месторождениях и продуктопроводах, а стоимость ликвидации этих аварий составляет около 55 млрд. рублей ежегодно [5]. За последние десятилетия значительно увеличилось количество разрушение зданий и сооружений, расположенных на вечной мерзлоте [6]. Исторически сло-
жилось, что строительство зданий и сооружений в вечной мерзлоте имело существенные отличия и ограничения из-за необходимости учета требований стабильности температурных режимов. Поэтому строительство в зоне вечной мерзлоты ведется с учетом климатических и физико-географических факторов [7]. Рост температуры в районах вечной мерзлоты увеличивает ее нестабильность и существенным образом снижают несущую способность грунта, что в свою очередь приводит к его оседанию и деформации и влияет на устойчивость построенных на нем конструкций [8].
В настоящее время практически вся территория Арктической зоны Российской Федерации (далее - АЗРФ) расположена в зоне вечной мерзлоты. Исключение составляют ряд муниципалитетов республики Карелия, а также Мурманская область, где вечномерзлотные грунты широко представлены в районах, где практически отсутствует население и не ведется хозяй-
ственная деятельность. Фактически в АЗРФ в зоне потенциального риска находятся все объекты недвижимого имущества, построенные на вечной мерзлоте, к которым относятся здания, сооружения, автомобильные и железные дороги, аэродромы и т.д. Однако наибольшее беспокойство вызывает возможный ущерб для автотранспортной инфраструктуры. Доля региональных перевозок автотранспортом в исследуемой области составляет около 69% и поэтому стабильность автодорожной транспортной инфраструктуры является важной составляющей экономики рассматриваемых регионов
Причины повышенного внимания к устойчивости дорожной инфраструктуры в АЗРФ обусловлено не только количественными объемами грузоперевозок автотранспортом, но и социально-экономическим значением дорог для этого макрорегиона. Автотранспорт является по своей сути безальтернативным видом массовых перевозок в АЗРФ. К примеру, на территории Ненецкого и Чукотского АО
отсутствует железнодорожное сообщение, региональные авиаперевозки являются дорогостоящими, а внутренние водные маршруты либо отсутствуют либо функционируют не в круглогодичном режиме. Поэтому доставка жизненно необходимых грузов (продукты питания, медикаменты и т.п.) в региональном масштабе осуществляется исключительно автотранспортом. Кроме этого, высока роль автомобилей в обеспечении доступа к медицинской и социальной помощи. Велика роль автоперевозок в ключевом нефте-газодобывающем Ямало-Ненецком АО, где все необходимые доставки оборудования, а также работников осуществляются в основном на автомобилях. Соответственно от стабильности дорожной инфраструктуры зависит не только экономика АЗРФ, но и жизнеобеспечение проживающего населения.
Протяженность автомобильных дорог в АЗРФ составляет 11,6 тыс. км. На них расположено 428 мостов и иных искусственных сооружений (табл. 1).
Таблица 1. Общая протяженность автомобильных дорог в АЗРФ на 2018 г.
Регион Протяженность дорог в муниципалитетах входящих в состав АЗРФ (км) Иск. сооружения в АЗРФ (шт.) Стоимость капитального ремонта (млрд. руб.)
дорожного полотна иск. сооружений
Республика Коми 221,00 12 2,14 6,69
Ненецкий АО 350,7 42 3,40 23,43
Ямало-Ненецкий АО 2504,40 246 24,31 137,02
Красноярский край 927,83 23 9,009 12,81
Республика Саха (Якутия) 4254,91 23 41,31 12,81
Чукотский АО 3354,37 82 32,57 45,67
Итого 11613,2 428 112,76 238,45
Источник: расчеты автора по данным Росстата
При деградации слоя вечной мерзлоты ухудшается несущая способность грунтов. Соответственно дорожное полотно в очаге деградации деформируется и требует капитального ремонта. Согласно данным Минтранса России стоимость капитального ремонта дорожного полотна оценивается в 9,71-20,62 млн. руб. в зависимости от качества дорожного полотна. Самыми дорогими являются дороги 1 категории с улучшенным дорожным покрытием (асфальтобетон, цементобетон), самыми де-
шевыми дороги V технической категории, которые как правило, являются грунтовыми или с усовершенствованными твердым грунтов. Учитывая, что дороги на севере не отличаются высоким качеством и, как правило, являются грунтовыми или с улучшенным грунтовым покрытием за расчетную основу настоящих оценок взяты данные Минтранса по капитальному ремонт дорог 5 категории, которые являются наиболее представленным в АЗРФ. Стоимость капитального ремонта таких
дорог составляет 9,71 млн. руб. за 1 км дороги. Средняя стоимость реконструкции дорожных сооружений по данным Минтранса составляет 558 млн. руб.
Методология оценки возможного ущерба от деградации вечной мерзлоты для транспортной инфраструктуры АЗРФ
С экономической точки зрения оценка ожидаемого ущерба базируется на нескольких предпосылках. Во-первых, в настоящее время не существует объективных данных о конкретном расположении построенных автомобильных дорог на вечной мерзлоте в АЗРФ. Поэтому для расчетов использовались данные о состоянии вечной мерзлоты согласно методологии Международной Ассоциации Мерзлотоведения, которая выделяет следующие ее типы: сплошная (90-100% охвата территории), прерывистая (50-90%), массивно-островная (10-50%), спорадическая или островная (менее 10% охвата территории). В части расположения конкретных объектов инфраструктуры использовалась методология предложенная в работах Д.А. Стрелецкого, Б.Н. Порфирьева, где определено, что для вечномерзлотных грунтов сплошного характера 90% объектов построено на вечномерзлотных грунтах; для прерывистой - 50% объектов построено на вечномерзлотных грунтах; для массивно-островной - 10% объектов построено на вечномерзлотных грунтах [910]. В общем виде формула расчетов выглядит следующим образом:
D=0,9dc+0,5dd+0,1 ds (1)
где, D - общая протяженность автомобильных дорог построенных на вечной мерзлоте; dc - протяженность автомобильных дорог построенных на непрерывной вечной мерзлоте; dd - протяженность автомобильных дорог построенных на прерывистой вечной мерзлоте; ds - протяженность автомобильных дорог построенных на фрагментарной вечной мерзлоте.
Во-вторых, в качестве базового сценария оценки климатических изменений для середины века был использован ЯСР8.5 (1РСС - доклад), который отражает наиболее вероятные значения изменений, а
также дает наихудший из возможных прогнозов, что в свою очередь позволяет проводить оценку климатических последствий с учетом максимальных рисков. Поэтому в качестве базы по наихудшему принятому в исследовании климатическому сценарию предположено поэтапное сокращение несущей способности вечномерзлотных грунтов и осадки грунтов к 2050 году.
В-третьих, предполагается, что при деградации вечной мерзлоты дорожное полотно приходит в негодность и требуется его капитальный ремонт. Учитывая, что нельзя оценить время наступления такого события, масштабы этого явления, а также конкретную стоимость каждого ремонта, предполагается, что его стоимость также будет равномерно распределена в течение срока оценок.
На заключительном этапе предусматривается оценка предполагаемой стоимости устранения ущерба, который может возникнуть для автомобильных дорог при деградации вечной мерзлоты в АЗРФ и сопоставления его с показателями валового регионального продукта (ВРП). Для этого используются полученные количественные показатели протяженности дорожного полотна построенного на вечной мерзлоте, стоимость его капитального ремонта на протяжении срока установленного в климатических моделях (2050 г.), а также вероятной доли дорожного полотна, которое окажется в зоне риска к 2050 г. (в соответствии с геотехническими расчетами). В общем виде формула расчетов выглядит следующим образом:
CD=D*S*P (2),
где общая протяженность автомобильных дорог построенных на вечной мерзлоте; £ - величина проседания грунта; Р -стоимость капитального ремонта дорог и искусственных сооружений.
Оценка вероятного ущерба от деградации вечной мерзлоты для автодорожной инфраструктуры АЗРФ.
Проведенные расчеты показывают, что в настоящее время на вечномерзлотных грунтах в АЗРФ построено 7,38 тыс. км автомобильных дорог и 264 искусственных сооружений (табл. 2).
Таблица 2. Протяженность автомобильных дорог в АЗРФ расположенных на вечной
мерзлоте на 2018 год в км
Протяженность автомобильных Количество искусственных соору-
Регион дорог построенных на вечной жений построенных на вечной
мерзлоте (км) мерзлоте (шт)
Республика Коми 138,53 8
Ненецкий АО 216,94 26
Ямало-Ненецкий АО 1222,08 120
Красноярский край 484,56 15
Республика Саха (Якутия) 2311,72 22
Чукотский АО 3006,95 73
Итого 7380,79 264
Источник: расчеты авторов
При этом наибольшая протяженность автодорожной инфраструктуры отмечается в республике Саха (Якутия), Чукотском и Ямало-Ненецком АО. Согласно предлагаемому сценарию оценки ожидаемого ущерба предусматривается, что в период 2020-2050 гг. автомобильные дорого в АЗРФ будут полностью подвержены деструктивным процессам вследствие протаи-вания и деформации грунтов. Скорость, глубина протаивания и масштабность деградации грунта различна в зависимости от регионов. Согласно использованной методологии оценки [10] применительно к дорожному полотну наибольшее воздействия из-за деградации грунтов будет наблюдаться в республике Коми и Красноярском крае, а наименьшее - в Ямало-Ненецком автономном округе. В случае искусственных сооружений максимальный эффект наблюдается в республике Коми, республике Якутия (Саха), а также в Чукотском автономном округе.
В исследуемый период времени согласно предложенному варианту оценки будет требоваться регулярный капитальный ремонт полотна и реконструкция различных искусственных сооружений. При этом подразумевается, что расходы на капитальный ремонт будут равномерно распределены во времени.
Результаты моделирования представлены в таблице 3. Анализ расчетных данных показывает, что общая стоимость дополнительных расходов на восстановительный ремонт дорожной инфраструктуры за 30-летний период в АЗРФ составит около 95 млрд. руб. в ценах 2018 г., что в целом является не критичной величиной. Однако существуют значительные региональные различия. Так деградация вечной мерзлоты крайне негативно может сказаться на экономике Чукотского АО, где ожидаемые убытки приближаются к 2% регионального внутреннего продукта.
Регион Дорожная инфраструктура под риском (%)* Искусственные сооружения под риском (%)* Стоимость восстановления дорожной инфраструктуры в млрд. руб.
2020-2050 ежегодно В % от ВРП (2018 г.)
Республика Коми 89,1 94,7 5,425 0,1808 0,03
Ненецкий АО 40 40 6,645 0,2215 0,08
Ямало-Ненецкий АО 27,6 30,5 23,698 0,7899 0,03
Красноярский край 63,1 4,1 3,312 0,1104 0,005
Республика Саха (Якутия) 33,6 64,8 15,497 0,5165 0,056
Чукотский АО 35,7 74,6 40,811 1,3603 1,98
Итого 48,18 51,45 95,388 3,1794 0,051
*по данным Dmitry A Streletskiy et al 2019 Environ. Res. Lett. 14 025003, с. 12
Источник: расчеты авторов
Таблица 3. Результаты моделирования стоимости восстановления дорожной инфраструктуры АЗРФ из-за деградации вечной мерзлоты (в ценах 2018 г. млрд. руб./% от ВРП)
Заключение. Таким образом, прове- тов. Это в свою очередь приведет к допол-денный анализ позволяет сделать следую- нительным расходам на ее поддержание в щие выводы. Во-первых, даже при усло- последующем при деградации вечной вии стагнации инфраструктурного строи- мерзлоты. Эти расходы могут быть незна-тельства необходимо учитывать возмож- чительными (если расширение и улучше-ное ожидаемое разрушение дорожной ин- ние будут носить фрагментарный харак-фраструктуры из-за деградации вечной тер) или очень существенными (в случае мерзлоты. Величина ущерба в стоимост- опережающего роста плотности автомоном и натуральном выражении может бильных дорог).
варьироваться, но эти расходы будут в В-третьих, наши оценки с точки зрения
любом случае возникать и их не учет мо- климатических изменений носят самый жет привести к негативным последствиям негативный характер и не учитывают воз-для экономики государства. В настоящем можные сценарии продления срока исчез-варианте рассчитан прямой возможный новения вечной мерзлоты, что в свою оче-ущерб, без учета косвенных убытков, к ко- редь сократит ожидаемый ущерб. Также не торым можно отнести невозможность проводились оценки экономического роста своевременной доставки и вывоза грузов, исследуемых регионов на столь долго-дополнительные затраты для устранения срочный период. Возможно в условиях аварий. изменения социально-экономических по-
Во-вторых, экономический рост в ука- казателей ожидаемый ущерб в контексте занных регионах в любом случае потребу- ВРП будет носить незначительный харак-ет постепенной и поэтапной модернизации тер, сопоставимый с текущими затратами существующей транспортной инфраструк- на ремонт автодорожной инфраструктуры. туры, а также строительства новых объек-
Библиографический список
1. Российская Арктика: современная парадигма развития / под ред. акад. А.И. Татаркина. - СПб.: Нестор-История, 2014. - 844 с.
2. AMAP 2017 Snow, Water, Ice and Permafrost in the Arctic(SWIPA) 2017 (Oslo: Arctic Monitoring and Assessment Program (AMAP)). - 269 p.
3. Romanovsky V.E., Smith S.L., Christiansen H.H., Shiklomanov N.I., Streletskiy D.A., Drozdov D.S., Malkova G.V., Oberman N.G., Kholodov A.L., Marchenko S.S. Terrestrial permafrost [in "state of the climate in 2014"] // Bulletin of the American Meteorological Society. -2015. - Т. 96. № 7. - S. 139.
4. Shiklomanov N.I., Drozdov D.S., Oberman N.G., Kholodov A.L., Marchenko S.S. Terrestrial permafrost [in "state of the climate in 2013"] Bulletin of the American Meteorological Society. 2014. Т. 95. № 7. S. 139.
5. Основные природные и социально-экономические последствия изменения климата в районах распространения многолетнемерзлых пород: прогноз на основе синтеза наблюдений и моделирования: Оценочный отчет / под ред. О.А. Анисимова. - М., Greenpeace, 2009. - 82 c.
6. Стрелецкий Д.А., Шикломанов Н.И., Гребенец В.И. Изменение несущей способности мерзлых грунтов в связи с потеплением климата на севере Западной Сибири // Криосфера Земли. - 2012. - Т. XVI. - № 1. - С. 22-32.
7. Рекомендации по устройству свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах / НИИ-ОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М., НИИОСП, 1985, 39 СНиП 2.02.04-88.
8. Instanes A and Anisimov O 2008 Climate change and arctic infrastructure Proc. 9th Int. Conf. on Permafrost (Fairbanks, Alaska, 29June-3 July) ed D Kane and K M Hinkel (Institute of Northern Engineering, University of Alaska Fairbanks) pp. 779-784.
9. Социально-экономическое развитие российской Арктики в контексте глобальных изменений климата / под ред. Б.Н. Порфирьева. - М.: Научный консультант, 2017. - 304 с.
10. Streletskiy D.A. et al 2019 Environ. Res. Lett. 14 025003 / https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aaf5e6
RANSPORT INFRASTRUCTURE OF THE ARCTIC REGIONS OF RUSSIA UNDER CONDITIONS OF PERMANENT FROZEN DEGRADATION
D.O. Eliseev1, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Chief of Scientific Department
Yu.V. Naumova2, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Leading Researcher
1 Autonomous non-commercial organization of higher education "Russian new university"
2 Federal Research Center "Informatics and Control", Russian Academy of Sciences
(Russia, Moscow)
Abstract. The article considers the influence of permafrost degradation due to climate change on the road infrastructure of the Arctic zone of the Russian Federation. Quantitative data on road infrastructure built on permafrost are calculated. A model assessment of the effects of permafrost degradation was carried out using data from the climate change scenario RCP8.5 for the period up to 2050. It is estimated that the expected damage from the changes will amount to 95 billion rubles. in the interval 2020-2050, which will be about 0.05% of the gross regional product of the studied regions. The greatest expected damage will occur in Chukotka Autonomous Okrug, Yamalo-Nenets Autonomous Okrug and the Republic of Sakha (Yakutia).
Keywords: permafrost, climate change, Russian Arctic, degradation, road infrastructure, damage, risks.
