Транспортная инфраструктура арктических регионов России в условиях деградации вечной мерзлоты

Климатические изменения в Арктике и Северных территориях носят комплексный характер и оказывают существенное влияние на природную и социальноэкономическую 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 социальноэкономического 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 физикогеографических 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 социальноэкономическим 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%), массивноостровная (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=0,9d c +0,5d d +0,1d s (1)

где, D – общая протяженность автомобильных дорог построенных на вечной мерзлоте; d c – протяженность автомобильных дорог построенных на непрерывной вечной мерзлоте; d d – протяженность автомобильных дорог построенных на прерывистой вечной мерзлоте; d s – протяженность автомобильных дорог построенных на фрагментарной вечной мерзлоте.

Во-вторых, в качестве базового сценария оценки климатических изменений для середины века был использован RCP8.5 (IPCC – 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; S – величина проседания грунта; P – 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

Регион	Протяженность автомобильных дорог построенных на вечной мерзлоте (км)	Количество искусственных сооружений построенных на вечной 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 протаивания 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 ЯмалоНенецком 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.

Таблица 3. Результаты моделирования стоимости восстановления дорожной инфраструктуры АЗРФ из-за деградации вечной мерзлоты (в ценах 2018 г. млрд. руб./% от ВРП)

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

Заключение. Таким образом, проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы. Во-первых, даже при условии стагнации инфраструктурного строительства необходимо учитывать возможное ожидаемое разрушение дорожной инфраструктуры из-за деградации вечной мерзлоты. Величина ущерба в стоимостном и натуральном выражении может варьироваться, но эти расходы будут в любом случае возникать и их не учет может привести к негативным последствиям для экономики государства. В настоящем варианте рассчитан прямой возможный ущерб, без учета косвенных убытков, к ко- торым можно отнести невозможность своевременной доставки и вывоза грузов, дополнительные затраты для устранения аварий.

Во-вторых, экономический рост в указанных регионах в любом случае потребует постепенной и поэтапной модернизации существующей транспортной инфраструктуры, а также строительства новых объек- тов. Это в свою очередь приведет к дополнительным расходам на ее поддержание в последующем при деградации вечной мерзлоты. Эти расходы могут быть незначительными (если расширение и улучшение будут носить фрагментарный характер) или очень существенными (в случае опережающего роста плотности автомобильных дорог).

В-третьих, наши оценки с точки зрения климатических изменений носят самый негативный характер и не учитывают возможные сценарии продления срока исчезновения вечной мерзлоты, что в свою очередь сократит ожидаемый ущерб. Также не проводились оценки экономического роста исследуемых регионов на столь долгосрочный период. Возможно в условиях изменения социально-экономических показателей ожидаемый ущерб в контексте ВРП будет носить незначительный характер, сопоставимый с текущими затратами на ремонт автодорожной инфраструктуры.