Влияние климата на процессы подтопления и дренирования в городском строительстве

Введение. Подтопление подземными водами застроенных и застраиваемых территорий городов является неблагоприятным процессом в нашей стране и во всем мире. Уровень подземных вод (УПВ) повышается к поверхности земли. Последствия повышения УПВ опасны для человека и окружающей среды. Дренирование городских территорий приводит к понижению УПВ. Дренажные системы являются активной защитой от подтопления подземными водами. Климат оказывает влияние на процессы подтопления и дренирования в городском строительстве. Это влияние до сих пор мало учитывается в действующих строительных нормативах и расчетных методиках для проектировщиков, строителей и работников служб эксплуатации городского хозяйства. Накопилось много материалов, которые требуют научного опубликования вследствие их актуальности по дальнейшему совершенствованию борьбы с подтоплением подземными водами территорий городов и населенных пунктов с учетом климата. Ежегодно во всем мире наблюдаются ситуации неэффективной экстенсивной защиты от подтопления при его внезапном наступлении. Необходимо усиление роли научных подходов в решении выбора надлежащих мероприятий защиты от подтопления. Немалую лепту в этом направлении может внести учет влияния климата на процессы подтопления и дренирования в городском строительстве.

Методы и материалы. Городская техногенная среда обитания существенно отличается от природной среды до застройки больше всего при подтоплении и дренировании территорий, зданий и сооружений. Поэтому теория фильтрации в городском строительстве нуждается в совершенствовании методологии прогноза, расчета и моделирования подтопления и дренирования, особенно с учетом климата городов, что пока почти не принимается во внимание при разработке защитных мероприятий. В настоящей работе представлены новые идеи и их реализация по заявленной теме исследования. Это открывает новое направление научной методологии, связанной с защитой от подтопления в городском строительстве с учетом климата. Данные идеи невозможно реализовать в одной статье, так как тема весьма обширная. Поэтому в дальнейшем предполагается выход других научных публикаций по намеченной тематике, запланированных как направление перспективных и актуальных научных исследований.

Обсуждение. В ходе проведенного исследования были рассмотрены характеристики климата города, которые могут влиять на процессы подтопления и дренирования подземных вод на застраиваемых и застроенных территориях. Воздействие солнца весьма существенно. Солнечные лучи, проходя через атмосферу, оказывают влияние на режим подземных вод. Доля солнечной энергии на несколько порядков превышает влияние температурного градиента, поступающего из глубины недр земли к земной поверхности. Воздействие солнечных лучей выражается в виде солнечной радиации. При этом влияние оказывает альбедо облучаемых поверхностей. Городская застройка создает существенное затенение поверхности грунта с последующим уменьшением испарения и увеличением инфильтрации влаги к подземным водам. Ветровой режим застройки меняется. Это учтено в представленной методологии статьи, даны необходимые зависимости и примеры расчёта уменьшения испаряемости воды из грунтов оснований зданий и сооружений. Рассмотрены новые экспериментальные измерения по теме исследования, а также оригинальные приборы и средства измерения автора.

Заключение. Таким образом, открыто новое направление научной методологии, связанной с защитой от подтопления в городском строительстве с учетом изменения климата техногенной среды застраиваемых и застроенных территорий городов. Представленную работу следует рассматривать как дающую в первом приближении новую методологию учета влияния климата на процессы подтопления и дренирования в городском строительстве. Поэтому в дальнейшем предполагается выход других научных публикаций по намеченной тематике, запланированных в направлении перспективных и актуальных научных исследований.

1. Chang H., Ross A.R. Climate Change, Urbanization, and Water Resources. Portland : Springer, 2024. 198 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-49631-8

2. Kumareswaran K., Jayasinghe G.Y. Green Infrastructure and Urban Climate Resilience. Switzerland: Springer, 2023. 410 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-37081-6

3. Paolini R., Santamouris M. Urban Climate Change and Heat Islands. Amsterdam, Cambridge, Oxford: Elsevier, 2023. 353 p. DOI: https://doi.org/10.1016/C2018-0-04618-6

4. Pathak B., Dubey R.S. Climate Change and Urban Environment Sustainability. Singapore: Springer, 2023. 330 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-19-7618-6

5. Sharifi A., Khavarian-Garmsir A.R. Urban Climate, Adaptation and Mitigation. Amsterdam, Cambridge, Oxford: Elsevier, 2023. 378 p. DOI: https://doi.org/10.1016/C2020-0-01553-7

6. Giannini L.M., Younsi S., Burchini B., Deia na R., Cassiani G., Ciampi P. Integrating geophysical methods, InSAR, and field observations to address geological hazards and buried archaeological features in urban landscapes // Journal of Applied Geophysics. 2025. V. 238. P. 105726. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2025.105726

7. Martinez S., Vellei M., Rendu M., Brange on B., Griffon C., Bozonnet E. A methodology to bridge urban shade guidelines with climate metrics // Sustainable Cities and Society. 2025. V. 124. P. 106322. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scs.2025.106322

8. Shen P., Li Y., Gao X., Chen S., Cui X., Zhang Y., Zheng X., Tang H., Wang M. Climate adaptability of building passive strategies to changing future urban climate // Nexus Review. 2025. V. 2. I. 2. P. 100061. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ynexs.2025.100061

9. Shen P., Li Y., Gao X., Zheng Y., Huang P., Lu A., Gu W., Chen S. Recent progress in building energy retrofit analysis under changing future climate // Applied Energy. 2025. V. 383. P. 125441. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.125441

10. Shen P., Wang M., Liu J., Ji Y.Hourly air temperature projection in future urban area by coupling climate change and urban heat island effect // Energy and Buildings. 2023. V. 279. P. 112676. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112676

11. Liu S., Wang Y., Liu X., Yang L., Zhang Y., He J. How does future climatic uncertainty affect multi-objective building energy retrofit decisions? Evidence from residential buildings in subtropical Hong Kong // Sustainable Cities and Society. 2023. V. 92. P. 104482. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scs.2023.104482

12. Fernandes M., Coutinho B., Rodrigues E. The impact of climate change on an office building in Portugal: Measures for a higher energy performance // Journal of Cleaner Production. 2024. V. 445. P. 141255. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.141255

13. Abdeen A., Mushtaha E., Hussien A., Ghenai C., Maksoud A., Belpoliti V. Simulation-based multi-objective genetic optimization for promoting energy efficiency and thermal comfort in existing buildings of hot climate // Results in Engineering. 2024. V. 21. P. 101815. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.101815

14. Li J., Zhai Z., Li H., Ding Y., Chen S. Climate change’s effects on the amount of energy used for cooling in hot, humid office buildings and the solutions // Journal of Cleaner Production. 2024. V. 442. P. 140967. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.140967

15. Tomrukcu G., Ashrafian T. Climate-resilient building energy efficiency retrofit: Evaluating climate change impacts on residential buildings // Energy and Buildings. 2024. V. 316. P. 114315. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114315

16. Shen P. Building retrofit optimization considering future climate and decision-making under various mindsets // Journal of Building Engineering. 2024. V. 96. P. 110422. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.110422

17. Аверьянов С.Ф. Фильтрация из каналов и ее влияние на режим грунтовых вод: монография. М.: Колос, 1982. 238 с.

18. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири: монография. Ч. I. Теплоэнергетические ресурсы климата и климатических процессов. Омск: ОмСХИ, 1989. 76 с.

19. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири: монография. Ч. II. Водный баланс и водные ресурсы. Омск: ОмСХИ, 1991. 84 с.

20. Будыко М.И. Испарение в естественных условиях: монография. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1948. 136 с.

21. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности: монография. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1956. 255 с.

22. Харченко С.И. Управление водным режимом на мелиорируемых землях в нечерноземной зоне (гидрологические аспекты): монография. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1987. 240 с.

23. Ретхати Л. Грунтовые воды и строительство: монография. М.: Стройиздат, 1989. 432 с.

24. Caron C., Lauret P., Bastide A. Machine Learning to speed up Computational Fluid Dynamics engineering simulations for built environments: A review // Building and Environment. 2025. V. 267. P. 112229. DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.112229

25. Вандер П.Д. Python для сложных задач: наука о данных: монография. СПб: Питер, 2025. 592 с.

26. Куликова И.В. Нейросети на Python. Основы ИИ и машинного обучения: монография. СПб: Наука и техника, 2025. 304 с.

27. Ландсберг Г.Е. Климат города: монография. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1983. 248 с.

28. Реттер Э.И. Архитектурно-строительная аэродинамика: монография. М.: Стройиздат, 1984. 294 с.