Основы гидроэнергетики. Типы плотин. Плотина - это сооружение, используемое с древности до наших дней Смотреть что такое "Плотина" в других словарях

Из всех плотин самое большое впечатление безусловно производят арочные. Кажется совершенно невероятным, как тонкая выгнутая бетонная стена держит миллиарды тонн воды, да еще при этом имеет огромный запас прочности. Ну и в конце концов, арочные плотины просто очень красивы.

Сяовань — высочайшая арочная плотина мира. Фото отсюда

Принцип действия арочных плотин принципиально отличается от всех других типов плотин. Если гравитационные и контрфорсные плотины давят на основание, то арочные переносят нагрузку на берега. Арочная плотина может быть даже специально отрезана от основания особым швом-разрезом (так иногда делают для разгрузки напряжений, возникающих в некоторых типах плотин).

Плотина Люмей со швом в основании

При этом, бетон в арочной плотине работает на сжатие, а в такой ситуации его прочность чрезвычайно велика. Соответственно, арочная плотина может быть удивительно тонкой — при высоте в сотню метров ее толщина может составлять всего 2-3 м.

В то же время, такие тонкие арочные плотины строят не всегда. В зависимости от конкретных условий, более эффективным может оказаться строительство более толстой или даже арочно-гравитационной плотины, устойчивость которой обеспечивается как упором в берега, так и собственным весом.

Главное преимущество бетонной плотины — значительная экономия бетона, достигающая 80% от количества бетона в гравитационной плотине. В то же время, арочные плотины предъявляют особые требования к берегам — к ширине долины, ее форме и качеству пород.

Ингурская плотина. Фото отсюда

В широких долинах строительство арочных плотин неэффективно. Существует специальный коэффициент, отражающий отношение длины арочной плотины по гребню к ее высоте (L/H). Наиболее эффективно строительство арочных плотин в случае, если этот коэффициент не превышает 3,5, хотя известны случаи строительства арочных плотин и в относительно широких створах — так, для Саяно-Шушенской ГЭС L/H=4,56, для плотины Пьеве ди Кадоре в Италии L/H=7,45.

Плотина Пьеве ди Кадоре. Фото отсюда

Не любят арочные плотины и ассиметричных долин — в их арка нормально не работает. При необходимости, прибегают даже к строительству специальных врезок и подпорных стенок. Ну и наконец, породы, в которые упирается арочная плотина, должны быть весьма прочными. Соответственно, идеальное место для арочной плотины — горное ущелье, где собственно они в основном и строятся.

Схема плотины ГЭС Сяовань.

Устойчивость арочных плотин чрезвычайно велика. В модельных экспериментах они разрушались лишь при нагрузках, в 3-5 раз превышающих расчетные. Известен пример катастрофы на плотине Вайонт (очень высокой и очень тонкой), когда сошедший в водохранилище оползень вызвал перелив воды через плотину слоем не менее 70 м — плотина устояла и более того, почти не была повреждена.

Плотина Вайонт. Фото отсюда

В России арочных плотин немного — три чисто арочных (Чиркейская, Миатлинская и Гунибская) и две арочно-гравитационных (Саяно-Шушенская и Гергебильская). Существует проект Агвалинской ГЭС на р.Андийское Койсу с арочной плотиной высотой 210 м.

Чиркейская ГЭС. Фото отсюда

Высочайшей арочной плотиной мира является плотина китайской ГЭС Сяовань на р.Меконг высотой 292 м, введенная в эксплуатацию в 2010 году. До того, долгое время лидерство удерживала плотина Ингурской ГЭС в Грузии, ее высота 271,5 м. Много высотных арочных плотин строится в Китае — например, плотина ГЭС Силуоду высотой 278 м (кстати, мощность ГЭС тоже впечатляет — 13 860 МВт!). Там же строится и высочайшая арочная плотина мира — Жинпинь-1 высотой 305 м. Впрочем, и это не предел — существует красивый проект плотины Абу-Шенейла в Судане высотой 335 м!

Плотина

гидротехническое сооружение, перегораживающее реку (или др. водоток) для подъёма уровня воды перед ним, сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища. Водохозяйственное значение П. многообразно: подъём уровня воды и увеличение глубин в верхнем Бьеф е благоприятствуют судоходству, лесосплаву, а также водозабору для нужд орошения (См. Орошение) и водоснабжения (См. Водоснабжение); сосредоточение напора у П. создаёт возможность энергетического использования стока реки; наличие водохранилища позволяет регулировать сток, т. е. увеличивать расход воды в реке в меженные периоды и уменьшать максимальный расход в паводок, способный привести к разрушительным наводнениям. П. и водохранилище существенно воздействуют на реку и прилегающие территории: изменяются режим стока реки, температура воды, продолжительность ледостава; затрудняется миграция рыбы; берега реки в верхнем бьефе затопляются; меняется микроклимат прибрежных территорий. П. обычно является основным сооружением гидроузла (См. Гидроузел).

Плотиностроение возникло так же давно, как и Гидротехника , в связи со значительным развитием искусственного орошения территорий у земледельческих народов Египта, Индии, Китая и др. стран. Возведение П. потребовалось для строительства гидросиловых установок, а затем и сооружения гидроэлектростанций. Энергетическое использование водных ресурсов явилось основным стимулом увеличения размеров и совершенствования конструкций П., появления гидроузлов на многоводных реках.

На территории СССР водяные мельницы с П. строились ещё во времена Киевской Руси. В 17-19 вв. горнодобывающая, металлургическая, текстильная, бумажная и др. отрасли промышленности на Урале, Алтае, в Карелии и центральных областях России использовали в основном механическую энергию гидросиловых установок; их П. были незначительны по размерам и сооружались из местных материалов. Мощные гидроэлектростанции с бетонными и земляными П. больших размеров начали строить лишь при Советской власти, после принятия плана ГОЭЛРО . В 1926 была построена первая бетонная водосливная П. Волховской ГЭС. В 1932 сооружена высокая бетонная П. Днепровской ГЭС (её наибольшая высота около 55 м ). Водосливная П. Нижнесвирской ГЭС - первая П., построенная на слабых глинистых грунтах. В 50-70-х гг. на многоводных реках были сооружены: намывные земляные П. на Волге у Куйбышева и Волгограда, бетонные П. Братской ГЭС на Ангаре (высота 128 м ) и Красноярской ГЭС на Енисее (124 м ) (рис. 1 ), высокая 300-метровая каменно-земляная П. Нурекской ГЭС на р. Вахш, арочная П. Саянской ГЭС на Енисее (высота 242 м, длина по гребню 1070 м; находится в стадии сооружения, 1975) и многие др. Проектирование и строительство П. в СССР отличаются высоким техническим уровнем, позволившим советскому плотиностроению занять одно из ведущих мест в мире.

Из П., сооруженных за рубежом, следует отметить: многоарочную П. Бартлетт, высота 87 м (США, 1939), каменную П. Парадела, высота 112 м (Португалия, 1958), земляную П. Сер-Понсон, высота 122 м (Франция, 1960), каменно-земляную П. Миборо, высота 131 м (Япония, 1961), гравитационную бетонную П. Гранд-Диксанс, высота 284 м (Швейцария, 1961).

Тип и конструкция П. определяются её размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. По назначению различают П. водохранилищные и П. водоподъёмные (предназначенные лишь для повышения уровня верхнего бьефа). По величине напора П. условно подразделяют на низконапорные (с напором до 10 м ), средненапорные (от 10 до 40 м ) и высоконапорные (более 40 м ).

В зависимости от роли, выполняемой в составе гидроузла, П. может быть: глухой, если служит лишь преградой для течения воды; водосливной, когда предназначена для сброса избыточных расходов воды и оборудована поверхностными водосливными отверстиями (открытыми или с затворами) или глубинными водоспусками; станционной, если имеет водозаборные отверстия (с соответствующим оборудованием) и водоводы, питающие турбины ГЭС. По основному материалу, из которого возводят П., различают земляные плотины (См. Земляная плотина), каменные плотины (См. Каменная плотина), бетонные плотины (См. Бетонная плотина), деревянные плотины (См. Деревянная плотина).

Земляная П. возводится полностью или частично из малопроницаемого грунта. Уложенный по верховому откосу П., малопроницаемый грунт образует экран; при расположении такого грунта внутри тела П. создаётся ядро. Наличие экрана или ядра обеспечивает возможность возведения остальной части П. из проницаемого грунта или из каменных материалов (каменно-земляная П.). У подошвы низового откоса земляной П. для отвода воды, профильтровавшейся через тело и основание П., устраивают Дренаж . Верховой откос П. защищают от воздействия волн бетонными плитами или каменной наброской. При возведении земляной насыпной П. грунт добывают в карьере экскаваторами, транспортируют к месту сооружения самосвалами, укладывают в тело П., разравнивают бульдозерами и уплотняют послойно катками. Возведение намывной П. включает разработку грунта землесосами или гидромониторами, транспортировку пульпы по трубам и распределение её по поверхности возводимой П., после чего вода уходит, а оседающий грунт самоуплотняется. Для подготовки основания и возведения земляной П. в русле реки её котлован ограждается Перемычка ми, а река отводится по заранее проложенным временным водоводам, закрываемым после возведения П.

В каменной (набросной) П. экран или центральный водонепроницаемый элемент (диафрагму) выполняют из железобетона, асфальта, дерева, металла, полимерных материалов. Требование малой водопроницаемости распространяется и на основание П. Если грунт основания проницаем на большую глубину, его покрывают перед П. Понур ом (например, из глины), образующим с экраном одно целое. П. с ядром дополняется устройством в основании стальной шпунтовой стенки или противофильтрационной завесы (См. Противофильтрационная завеса). Камень в каменнонабросную и каменно-земляную П. отсыпается слоями большой высоты.

Бетонные П. обычно классифицируют по конструктивному признаку в зависимости от условий работы на Сдвиг ; соответственно этому различают 3 основных типа П. (рис. 2 ) - гравитационные плотины (См. Гравитационная плотина), арочные плотины (См. Арочная плотина), контрфорсные плотины (См. Контрфорсная плотина). Осн. материалом для современных бетонных П. (преимущественно гравитационных) служит Гидротехнический бетон . Один из важнейших вопросов при возведении бетонных П. - снижение фильтрации воды в основании. С этой целью в основании высокой бетонной П. вблизи верховой грани устраивается противофильтрационная завеса. На остальном участке основание дренируется для уменьшения давления воды на подошву П., что повышает устойчивость сооружения. Гравитационная и контрфорсная П., во избежание образования трещин вследствие температурных колебаний, разрезаются по длине на короткие секции, швы между которыми перекрываются водонепроницаемыми уплотнениями (см. Гидроизоляция). Для предотвращения появления трещин в результате усадки бетона при твердении и снижения температурных напряжений П. бетонируют отдельными блоками ограниченных размеров, применяют искусственное охлаждение составляющих бетонной смеси и уложенного в блоки бетона посредством циркуляции охлаждающей жидкости (от холодильной установки) по системе труб, проложенных в теле П. Бетонная П. в русле реки обычно сооружается в 2 очереди под защитой ограждающих котлованы перемычек. При возведении первой очереди П. река течёт по свободной части русла; при второй - через оставленные в П. отверстия (Проран ы), которые закрывают по окончании всех строительных работ. Если русло реки узкое, бетонная П. строится в один приём, с временным отводом реки в береговые водоводы. Распространённая в практике гидротехнического строительства низконапорная бетонная Водосливная плотина , возводимая на нескальном основании и предназначенная для пропуска больших расходов воды, имеет конструкцию, показанную на рис. 3 . Основу её составляют водосливные пролёты, образованные бетонным Флютбет ом и Бык ами и перекрываемые гидротехническими затворами (См. Гидротехнический затвор). За водосливами устраивается массивное крепление русла - Водобой (иногда заглубленное в виде водобойного колодца), далее располагается более лёгкое крепление - Рисберма . Под водобоем устраивается дренаж. С берегами или земляными П. водосливная П. сопрягается массивными устоями. Низконапорная бетонная водосливная П. обычно строится с применением армирования, часто всего сооружения (см. Железобетонная плотина). Флютбет и быки такой П. с целью экономии материала иногда делают облегчённой ячеистой конструкции, с заполнением ячеек грунтом.

В лесных районах часто сооружают низконапорные деревянные П. свайной и ряжевой конструкции (обычно их устраивают водосливными).

Особый тип водоподпорного сооружения - разборная судоходная П. Для её возведения в летнюю межень на плоском флютбете устанавливают контрфорсы из стальных ферм, по ним прокладывают мосты, на которые опирают затворы простейшей конструкции. П. подпирает уровень верхнего бьефа, а суда и плоты идут через шлюз. В многоводный период затворы и мосты убирают, фермы контрфорсов укладывают на флютбет, открывая судам и плотам путь через П.

Общая тенденция современного плотиностроения - увеличение высоты П. Технически достигнутые высоты могут быть превзойдены, однако в экономическом отношении сооружение двух последовательно расположенных П. меньшей высоты часто оказывается более рациональным, чем одной высокой. Совершенствование типов П. из грунтовых материалов осуществляется при одновременном удешевлении и ускорении их строительства за счёт повышения мощности строительных механизмов и транспортных средств. Повышение экономичности бетонных П. достигается уменьшением их объёма, заменой гравитационных П. контрфорсными и более широким применением арочных П. Этой тенденции сопутствуют улучшение и специализация свойств цемента и бетона. Весьма эффективно совмещение в одном сооружении водосливной плотины и здания ГЭС, что обеспечивает сокращение бетонной (наиболее дорогостоящей) части напорного фронта гидроузла. Эта задача решается как путём размещения Гидроагрегат ов в полости высокой П., так и посредством использования подводного массива низконапорной ГЭС для устройства в нём водосбросных отверстий.

Лит.: Гришин М. М., Гидротехнические сооружения, М., 1968; Ничипорович А. А., Плотины из местных материалов, М., 1973; Моисеев С. Н., Каменно-земляные и каменно-набросные плотины, М., 1970; Гришин М. М., Розанов Н. П., Бетонные плотины, М., 1975; Производство гидротехнических работ, М., 1970.

А. Л. Можевитинов.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Плотина" в других словарях:

На озере Гордон У этого термина существуют и другие значения, см. Плотина (значения). Плотина гидротехническое сооружение, перегораживающее … Википедия

ПЛОТИНА, барьер, построенный поперек потока, реки, устья или части моря. Плотина накапливает воду, а также регулирует подачу воды для целей орошения. Плотины служат также для предупреждения наводнений и как основа для работы гидроэлектростанций.… … Научно-технический энциклопедический словарь

Дамба, запруда, мол, насыпь, преграда, гать. ... .. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. плотина дамба, запруда, мол, насыпь, преграда, гать; перемычка; гидроплотина, плотинка … Словарь синонимов

Плотина - Братской ГЭС. ПЛОТИНА, гидротехническое сооружение, перегораживающее реку (или другой водоток) для подъема уровня воды в ней, сосредоточения напора в месте расположения сооружения, создания водохранилища. Плотины могут быть глухие и водосбросные; … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ПЛОТИНА, плотины, жен. 1. Запруда, сооружение из земли, камня, железа, бетона и т.п., устраиваемое поперек реки для поднятия уровня воды или поперек оврага для образования искусственного пруда. «У мельника вода плотину прососала.» Крылов.… … Толковый словарь Ушакова

плотина - Водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и его долину для подъема уровня воды [ГОСТ 19185 73] плотина Водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и (иногда) долину водотока для подъема уровня воды. [СО 34.21.308 2005] плотина… … Справочник технического переводчика

плотина - Гидротехническое сооружение из намывного грунта (земляная плотина), камня, бетона (бетонная плотина), предохраняющее берега рек и морей от размыва и затопления, а также создающее подпор на водохранилищах. → Рис. 80 Syn.: дамба … Словарь по географии

Плотина была первым гидротехническим сооружением, которое научился строить древний человек. Плотины древности, конечно, не могли похвастаться высотой и изяществом, а возводились из подручных материалов. Функция такой плотины сводилась к удержанию воды, чтобы позже использовать её для орошения или в качестве питьевой воды.

ВНИМАНИЕ!

Данная статья находится на переработке! Благодарим за понимание!

Современная плотина представляет собой сложное гидротехническое сооружение, предназначенное для удержания необходимого объема воды в заданных пределах. Самое распространенное применение плотины – перегораживание русла реки для создания напора и водохранилища гидроэлектростанции. Помимо выработки электроэнергии на ГЭС подъем уровня воды в реке создает благоприятные условия для лесосплава, судоходства, орошения и водоснабжения. В то же время при создании водохранилища затопляются существенная площадь зачастую плодородных земель, затрудняется естественная миграция рыбы, изменяется климат вблизи водохранилища.

Плотины подразделяются по нескольким критериям:
По роли в составе гидроузла:

• глухие;
• водосливные;
• станционные;

По величине напора:

• низконапорные;
• средненапорные;
• высоконапорные;

По используемому материалу:

• бетонные (железобетонные);
• грунтовые;
• деревянные;

По конструктивному признаку:

• гравитационные;
• контрфорсные;
• арочные;

Плотину называют глухой, если её конструкцией не предусмотрены водосбросные устройства. Водосливная плотина , как понятно из названия, оборудована одним из видов водосбросных устройств и предназначена для пропуска избыточного объема воды в нижний бьеф. Станционная плотина оборудуется водоподводящими устройствами.

Разделение плотин по напору, также как и в случае с гидроэлектростанциями, носит условный характер. Вот наиболее распространенные значения:

• низконапорные плотины – до 20 м;
• средненапорные плотины – от 20 до 80 м;
• высоконапорные плотинные – от 80 до 200 м;

Бок о бок с критерием напора идет используемый материал плотины. Высоконапорные плотины возводятся из бетона или железобетона, в диапазоне средних напоров можно использовать для строительства грунтовые материалы, а низконапорные плотины допустимо возводить из дерева.

В свою очередь с материалом, из которого строится плотина тесно связан её конструктивный признак. Грунтовые плотины и деревянные плотины могут быть только гравитационными. Это значит устойчивость плотины, то есть способность устоять под давлением воды из водохранилища, определяется только лишь её весом. Гравитационные плотины можно возводить на любых основаниях.
Железобетонные и бетонные плотины могут быть гравитационными, арочными и контрфорсными.

Арочная плотина обеспечивает устойчивость в водохранилище за счет передачи давления воды с фронта плотины на берега или береговые устои. Позволяет это сделать её необычная конструкция - дуга выпуклая в сторону верхнего бьефа, сверху напоминающая арку (отсюда и название). Но из-за этой же особенности возводить её можно только на скальном основании.

Контрфорсная плотина представляет собой бетонные перекрытия либо своды (арки), опирающиеся на контрфорсы. При этом напорное перекрытие, в виде плит или сводов, стоит не вертикально, а под определенным углом к верхнему бьефу. Такая конструкция обеспечивает устойчивость не только за счет веса плотины, но и за счет давления воды на её наклонную поверхность. Строительство контрфорсной плотины возможно только на скальном основании.

Плотина - это сооружение, которое помогает перегородить подъем воды или ее течение в тех или иных целях. Самые первые постройки данного типа были обнаружены в Египте, где использовались для создания хранилищ воды. Такой объект археологи из Германии нашли в двухстах километрах от Каира. Это была плотина с собственным именем "Сад-эль-Караф", которое встречается в записях Геродота. Относительно ее возраста специалисты расходятся во мнениях. Одни полагают, что ее построили в 3200 году до нашей эры, другие - что в промежутке между 2950-2750 гг.

Из чего была сделана древнейшая плотина?

Каких размеров была самая древняя плотина? Это внушительное сооружение представляло собой двойную каменную стену, между сторонами которой были дополнительно набросаны осколки камней. Длина плотины составляла по гребню более 100 метров, высота же доходила до 12 метров. Подобный проект позволял аккумулировать до двух миллионов кубометров воды в Вади-эль-Гарави.

Китайцы строили масштабно и на века

Некоторые историки считают, что плотины в строились повсеместно в точках развития той или иной локальной цивилизации. К примеру, в Месопотамии найдено каменное сооружение, датируемое седьмым веком до нашей эры. В древней же Сирии строились подобные сооружения за полторы тысячи лет до Рождества Христова. (Нахр-эль-Асси). Масштабное строительство плотин наблюдалось и в Древнем Китае. Здесь прославился мастер, а впоследствии и император Юй, которому в 2283 году до нашей эры действовавший властитель поручил управление всем водным строительством в империи. Под руководством Великого Юя (как его до сих пор величают), была возведена не одна плотина. Это было масштабное строительство на века и тысячелетия, которое позволило к 250 году до Р. Х. орошать, к примеру, 50 000 квадратных километров в пустынях Сычуаня за счет вод реки Миньцзян. И именно в Китае зародилась практика строить гидротехнические сооружения с использованием такого элемента, как арка.

Их проектировал сам да Винчи

В Европе, где проблема орошения стояла не так остро, как в Азии и в Африке, плотины появились значительно позже - в 16-м веке. Арочные варианты, в частности, упоминаются в испанских летописях в 1586 году, но инженеры полагают, что сами устройства могли быть сооружены на столетия раньше. Это основывается на том, что в их проектировании участвовали гении того времени - Леонадо да Винчи, Малатеста, Мечини, а также с учетом наработанного опыта, который пришел в Европу после контактов с арабским миром. Например, известно, что даже такое, на первый взгляд не очень прочное сооружение, как земляная плотина, эксплуатировалось в течение века, прежде чем разрушилось (была возведена во Франции в 1196 году).

Использование плотин на Руси

Для Руси с ее богатыми водными ресурсами также, на первый взгляд, не особо требовались плотины. Однако здесь они существовали с 14-го века нашей эры и использовались в системах Первое упоминание о плотинах отмечено в завещании Дмитрия Донского, относимого к 1389 году. Особый интерес к таким сооружениям проявил Петр Первый, поэтому в 18-м веке в Российской империи было уже более 200 объектов, среди которых выделялась высокая земляная плотина - Змеиногорская. Водные ресурсы посредством таких устройств передавались для использования на текстильных, горных и других предприятиях того времени.

Плотина - это которое может относиться к тому или иному виду объектов в зависимости от классификации. Сегодня выделяют устройства водохранилищные, водоопускающие и подъемные. Водохранилищные плотины, как правило, очень высокие и имеют возможность регулировать сброс воды. Невысокие же сооружения (к примеру, для устройства прудов) стока обычно не имеют. Еще одной важной классификацией является подразделение объектов в зависимости от глубины воды перед заплотом. Здесь выделяют низко-, средне- и высоконапорные плотины (до 15, 50 и более 50 метров соответственно).

Плотины для рек и оврагов

Плотины на реках могут быть возведены как поперек (для поднятия уровня вод, обустройства водопада, силой которого можно как-то пользоваться; для того, чтобы сделать мелководную проходимой для судов), так и вдоль (для защиты от наводнений). В некоторых случаях плотинами перегораживаются ручьи, овраги, ложбины - для удержания в них талых снеговых вод, которые потом используются для полива или для подпитки судоходных каналов.

Основные элементы ГЭС

В состав гидротехнических сооружений обычно входит плотина, водохранилище перед или после неё, установка для водоподъема, комплекс гидроэлектростанций, спуски для прохода рыбы, слив воды (если система водопропускная), сооружения для и очистки системы от наносов. Крупные объекты выполняются из железобетона, небольшие же могут строиться из грунта, металла, бетона, дерева или даже ткани. Известно, что во время наводнения в Комсомольске-на-Амуре защитная плотина состояла из солдат МЧС, державших на себе полотна пленки, которые не давали воде перехлестнуть через вершины имеющихся защитных сооружений.

Как дамбы могут принимать нагрузку?

Другая классификация плотин отражает то, как эти объекты противостоят нагрузкам. Гравитационные постройки воспринимают удары всей своей массой и сопротивляются за счет сцепления подошвы плотины и основания, на котором она стоит. Такие варианты, как правило, очень массивные. К примеру, плотина ГЭС на реке Инд (дамба Тарбела) имеет высоту около 143 метров, а длину - более 2,7 км, что создает общий объем в 130 млн куб. метров. Арочные объекты передают давление на берега. Если арка широкая и давление большое, то применяются арочно-гравитационные модели или арки с контрфорсами в основании. Контрфорсные же варианты имеют более тонкую стену плотины, но усиленное основание за счет подпорочных элементов. Возводят плотины сегодня насыпным или намывным методом, а также методом направленного взрыва.

Последствия аварий

Аварии на плотинах несут с собой существенные материальные потери, так как разрушается не только уникальное оборудование, но и останавливаются предприятия, которые работают на электричестве и поставках воды с данной плотины. Водными потоками смываются иногда целые населенные пункты, заливаются посевные площади, утрачивается урожай. Но самое страшное то, что могут почти мгновенно погибнуть десятки, сотни и даже тысячи людей.

Так, в марте 1928 года в каньоне Сан-Францискито произошло разрушение плотины Сент-Фрэнсис, тогда погибло около шести сотен человек, а многометровые куски самой плотины находили на расстоянии около километра от места прорыва. В СССР в период Великой Отечественной Войны (1941 год) было принято решение о намеренном подрыве плотины Днепрогэс в связи с оккупацией Запорожья фашистскими войсками. Массивное сооружение из бетона было частично повреждено с помощью 20 тонн аммонала. Сколько тогда погибло людей, до сих пор точно не определено. Называют цифры от двадцати до ста тысяч человек, включая войска, беженцев и население, которое могло находиться на левом берегу Днепра, принявшего основной удар водной стихии.

Общее число жертв - около 230 тысяч человек

Послевоенные аварии на плотинах крупных электростанций повлекли за собой еще более крупные жертвы. В августе 1975 года при прорыве дамбы Баньцяо только утопленников оказалось 26 000 человек, а с учетом распространившихся эпидемий и голода число погибших достигло 170-230 тысяч человек. Тогда же было уничтожено около трети миллиона голов скота и разрушено около 6 миллионов зданий и построек. На восемнадцать дней была закрыта магистраль из Гуанчжоу в Пекин. И все это произошло потому, что плотины, рассчитанные на максимальное число осадков, не выдержали натиска водных масс, которые принес тайфун «Нина». 8 августа 1975 года развалилась самая малая из дамб, что повлекло сброс воды в Баньцао, где за короткий срок были прорваны 62 плотины. Образовавшаяся волна была шириной до 10 км и высотой от трех до семи метров. Некоторые китайские села были полностью смыты вместе с их жителями.

Чтобы предотвратить прорыв плотины, сегодня предпринимается ряд мероприятий, среди которых - соблюдение параметров проектирования дамбы, проверка на соответствия в ходе работ, наблюдения в ходе эксплуатации, сбор визуальной и геодезической информации и др. Для плотин различают два несоответствия требованиям проектов и нормативов: "К1" - объект имеет потенциально опасное состояние и нужны срочные меры по устранению его причин, и "К2" - предаварийное состояние, возможно разрушение, нужны спасательно-эвакуационные работы.

По назначению плотины бывают водохранилищные, водоопускающие и водоподъёмные. Подпор уровня воды у водоподъёмных плотин невысок, целью устройства таких плотин является улучшение условий водозабора из реки, использования водной энергии и пр. Водохранилищные плотины отличаются заметно большей высотой, как следствие, большим объёмом создаваемого водохранилища. Отличительной особенностью больших водохранилищных плотин является способность регулировать сток, малые плотины, с помощью которых создают, например, пруды, сток не регулируют. Чаще всего подобное функциональное разделение плотин на водохранилищные и водоподъёмные является условным, в силу трудности определения более важной функции. Вместо этого может использоваться деление плотин по высоте подъёма воды: низконапорные (глубина воды перед плотиной до 15 м), средненапорные (15-50 м), высоконапорные (более 50 м).

Поперек рек и речек плотины устраиваются с целью поднять уровень воды и образовать искусственный водопад , которым пользуются как механическою силою или же чтобы сделать мелкие реки судоходными и распространить судоходство и сплав далее вверх по течению реки.

Ручьи, балки, овраги и ложбины заграждаются плотинами для задержания в них дождевых и снеговых вод, образующих пруды и резервуары, запасами которых пользуются в сухое время года для орошения полей, для водопоя и других потребностей в домашнем хозяйстве или же для водоснабжения населенных мест, для питания судоходных каналов, а также для пропусков воды в реки при недостаточной глубине их для судоходства (реки Мста , Верхняя Волга и другие).

Плотины вдоль рек возводятся для направления течения соответственно потребностям судоходства, а по берегам рек, озёр и морей - для предохранения от наводнений и для предупреждения вторжения морских вод внутрь страны.

Классификация плотин

Тип и конструкция плотины определяются её размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. Плотины различаются по типу основного материала, из которого они возводятся, по назначению и по условиям пропуска воды.

По типу материала

По типу основного материала различают плотины:

По способу возведения

• насыпные
• намывные
• направленного взрыва

По способу восприятия основных нагрузок

• гравитационные
• арочные
• контрфорсные
• арочно-гравитационные

По условиям пропуска расхода воды

• глухие (не допускают перелива воды через гребень)
• водосбросные
• фильтрующие (пропуск воды осуществляется через тело плотины)
• переливные (катастрофического действия)
• разборные

История

Искусство возведения плотин известно уже с глубокой древности. О водоподъёмных плотинах упоминает Геродот . Абу-л-Фида сообщает о плотине, построенной персами для отвода воды от города Тостара . Аббас I Великий соорудил близ Кашана каменную плотину длиной 36 метров, высотой 16 м и толщиной 10 м, снабженную у подошвы каналом для пропуска воды. Наконец, в древние времена строились также весьма большие плотины для ограждения местностей от наводнений, например, арабами во II столетии н. э. Подобные же работы, по рассказу Абу-л-Фиды, предприняты были Александром Македонским для предупреждения разлива озера Кадис близ сирийского города Эмесы .

Самая древняя из известных плотин датирована 3000 годом до нашей эры. Располагалась она в ста километрах от Аммана ; это была каменная стена 4,5 метра в высоту и 1 метр в толщину . В 2800 /2600 году до нашей эры в 25 километрах от Каира была возведена плотина протяжённостью 102 метра; она была вскоре разрушена ливнем . В середине III века была построена целая система рядом с индийским городом Дхолавира . Римляне строили весьма разнообразные плотины, в первую очередь - для получения водохранилищ на засушливые периоды ; самая высокая римская плотина достигала 50 метров в высоту и была разрушена лишь в 1305 году .

С 1998 года в десятках стран мира ежегодно 14 марта по инициативе организации «Международная сеть рек» отмечается «Международный день действий против плотин » (иначе: «День действий в защиту рек, воды и жизни ») . Активистам движения против плотин уже удалось добиться реальных результатов: в Соединённых Штатах были демонтированы две шестидесятиметровые плотины, а в Швеции принят закон, который запрещает строить плотины более пятнадцати метров в высоту .

Гравитационные плотины

Давление от масс воды гравитационные плотины воспринимают своей массой. Сопротивление сдвигу происходит за счёт сил трения или сцепления подошвы плотины по основанию. Вследствие этого такие плотины имеют массивный характер, чаще близкое к трапецеидальному сечение в поперечнике.

Арочные плотины

Арочные плотины давление от масс воды передают на берега ущелья (реже - на искусственные устои). В силу этого такие плотины чаще возводятся в горной местности, где берега сложены прочными породами. Часть нагрузок арочная конструкция передаёт на основание. При этом, чем шире арка, тем больше давление на основание. Это требует увеличение ширины плотины в нижней части, и приводит к появлению арочно-гравитационных плотин. Арочные плотины с контрфорсами в нижней части арки называют арочно-контрфорсными. В них работа арки ограничивается верхней частью, что позволяет применять арочные плотины в более широком диапазоне мест расположения.

Арочно-гравитационные плотины

Арочно-гравитационные плотины совмещают в себе свойства арочных и гравитационных плотин.

Контрфорсные плотины

Как и арочные плотины позволяют уменьшить массу тела плотины, её размеры за счёт более эффективной расчётной схемы. Стена в контрфорсной плотине более тонкая, чем в гравитационной благодаря её усилению с низовой стороны подпорными конструкциями (стенами).

Грунтовые плотины

Грунтовые, или земляная плотина строится из грунтовых материалов, в том числе песчаных, суглинистых, глинистых, как правило, без перелива воды через неё. Обычно форма поперечного сечения приближается к трапецеидальной . Грунтовые плотины просты по конструкции, строительство их возможно в очень широком диапазоне геологических условий. Учитывая это, а также использование при возведение плотины местных строительных материалов, почти полную механизацию труда и сокращение трудозатрат, грунтовые плотины можно считать самым распространённым типом водоподпорного сооружения. Грунтовые плотины относятся к гравитационным плотинам .

Грунтовые плотины были в числе самых первых плотин в истории человечества. С давних пор такие плотины строились и в России. Известна Змеиногорская плотина XVIII века, построенная выдающимся русским инженером Козьмой Фроловым .

Современные грунтовые плотины достигают весьма больших размеров, к примеру, Нурекская плотина достигает высоты трёхсот метров, а плотина Тарбела объёма 130 миллионов кубических метров. География плотин чрезвычайно широка: Вилюйская , Усть-Хантайская , Колымская плотины возведены в условиях вечной мерзлоты, в Средней Азии строится самая высокая в мире Рогунская плотина, существуют плотины на Кавказе - Сарсангская , Мингячевирская , известны плотины на Дальнем Востоке, Карпатах, Крыму.

Классификация грунтовых плотин

Грунтовые плотины классифицируются по материалу тела плотины, по конструкции, методу производства работ, высоте, типу противофильтрационных устройств в основании.

Низкими считаются плотины высотой до 25 метров, средними в диапазоне 25-75 метров, выше 75 метров - высокие плотины. Особо высокие плотины (более 150 м) относятся к «сверхвысоким».

Расчёты грунтовых плотин

При проектирование современных грунтовых плотин проводятся расчёты с учётом напряжённо-деформированного состояния при статических и динамических воздействиях. При проведении расчётов используются компьютеры , а инженеру-проектировщику требуются знания теории упругости и пластичности , ползучести , численных методов . Работа грунта моделируется с учётом наиболее важных его свойств, и применение методов механики сплошных сред позволяет получить весьма близкие к реальности результаты расчётов. Современное проектирование грунтовых плотин учитывает иногда и реологию грунтов .

При проектировании плотин следует провести несколько групп расчётов, среди которых:

• расчёты фильтрации в теле плотины;
• расчёты основания плотины;
• расчёты тела плотины;
• расчёты, связанные с сейсмостойкостью;
• расчёты устойчивости откосов плотины;
• расчёты сопряжения плотины с основанием.

Расчёты фильтрации в теле плотины необходимы для проведения прочих расчётов, например, устойчивости откосов. Фильтрационный поток через плотину влияет на работу плотины в целом. Параметры фильтрационного потока определяют конструкцию как плотины, так и сопутствующих устройств. В ходе расчёта фильтрации определяются скорости движущейся грунтовой воды, фильтрационные расходы через тело плотины, строится гидродинамическая сетка движения фильтрационного потока и депрессионная поверхность (верхняя граница фильтрационного потока в теле плотины).

При расчётах основания определяются осадки основания, несущая способность грунта, прогнозируется уплотнение (консолидация) основания.

Расчёты тела плотины определяют его осадки, проверяются прочность грунтовых материалов, даётся оценка трещинообразования.

Конструкции грунтовых плотин

Конструкция плотины во многом определяется свойствами местных грунтов, имеющихся вблизи створа. Также на конструирование влияют инженерно-геологическая ситуация места строительства, гидрологические характеристики реки и стока, климатические условия, сейсмичность района, наличие парка необходимых строительных машин.

В ходе конструирования решаются следующие задачи:

• назначаются габаритные размеры сооружения (высота плотины, заложение откосов, ширина гребня, размеры берм);
• выбирается тип укрепления откосов и гребня;
• определяются противофильтрационные устройства в теле плотины;
• разрабатываются дренажные устройства;
• конструируется подземный контур плотины;
• назначается тип сопряжения плотины с основанием и берегами.

Разрушения плотин и обеспечение безопасности

Ущерб от разрушения плотины может быть чрезвычайно большим. Обусловлено это тем, что разрушение непосредственно конструкции плотины является, зачастую, лишь небольшой частью общего ущерба, в который включаются потери от разрушения сопутствующих сооружений (поскольку плотина почти всегда является лишь частью гидроузла), потери предприятий, производство на которых может быть парализовано в результате прекращения поступления от ГЭС, потери от разрушений, произведённых катастрофическим водосбросом в нижнем бьефе плотины.

Крупные катастрофы на плотинах

Список некоторых крупных катастроф, произошедших на плотинах .

Обеспечение безопасности

В Российской Федерации безопасность гидротехнических сооружений регулируется Федеральным Законом «О безопасности гидротехнических сооружений», принятым Государственной Думой 23 июня 1997 года. Плотины должны проектироваться в соответствии с действующими нормативными документами: строительными нормами и правилами (СНиПами), Государственными стандартами (ГОСТами), ведомственными нормативными документами (РД).

Мероприятия по обеспечению безопасности должны выполняться начиная со стадии проектирования. В ходе возведения плотины должна производиться проверка на соответствие работ, свойств оснований и строительных материалов проектным данным. В ходе эксплуатации сооружения требуется осуществлять натурные наблюдения - мониторинг плотины с помощью контрольно-измерительной аппаратуры. Установка аппаратуры в сооружении должна предусматриваться ещё на стадии проектных работ и обеспечивать, в зависимости от класса сооружения, наблюдения за осадками, горизонтальными смещениями, параметрами фильтрационного потока в теле плотины, температурой, напряжённо-деформированным состоянием и прочим.

Помимо аппаратного мониторинга на всех плотинах следует выполнять натурные визуальные и