Это интересно

Плотины и дамбы: какими они были от начала времен и до наших дней

Волжская ГЭС

Вода – основа жизни, это бесспорный факт. При этом важно отметить, что недостаток воды порой приводил к гибели цивилизаций, но и ее избыток нередко имеет разрушительный характер. Первые организованные поселения человека зарождались на берегах рек и озер, ведь сельское хозяйство являлось самым важным занятием.

Близость к воде имела огромное значение, так как только в таких условиях можно было вырастить достаточный урожай. В то же время нередко это было сопряжено с опасностью во время выхода рек из берегов. Поэтому уже не одно тысячелетие человек применяет различные гидротехнические сооружения, позволяющие удерживать воду, когда ее мало, и отводить, если наблюдаются ее излишки. Основой таких сооружений стали плотины и дамбы.

Строительство плотин и дамб в древности

Древнейшей из сохранившихся плотин считается плотина Садд эль Кафара, обнаруженная в 1885 году недалеко от Каира. Первое упоминание о ней встречается еще у Геродота. По самым распространенным свидетельствам археологов, она была построена между 2950 и 2750 гг. до н.э., по некоторым другим источником ее сооружение относится к 3200 г. до н. э.

Садд эль Кафара представляет собой две параллельные стены, сложенные из крупного камня, пространство между стенами засыпано мелкими камнями. Длина сооружения по гребню составляет 111 м, высота местами достигает 12 м. Эта плотина была построена при создании водохранилища в Вади эль-Гарави.

Предположительно примерно к этому же времени относится строительство первых плотин в Месопотамии. Однако из дошедших до наших дней плотин из каменной кладки самыми древними на этой территории является плотина Нахр эль-Аси, построенная в 1500 г. до н.э. (находится на территории современной Сирии), а также плотина, возведенная в Ассирии при Сеннахерибе (694 г. до н.э.).

На территории Ирана близ Персеполя в ходе археологических раскопок были открыты три гравитационные плотины (сопротивляющиеся смещению собственным огромным весом), сооружение которых относится к периоду правления династии Ахменидов (558-331 гг. до н.э.).

Большое развитие строительство плотин и каналов получило в Древнем Китае. Согласно легенде, Великий Юй (личность, которую китайцы считают вполне исторической) в 2283 г. до н.э. по поручению императора Яо руководил возведением всех водных сооружений Китая, которые сыграли одну из важнейших ролей в расцвете цивилизации. До сих пор на берегах рек и каналов стоят храмы, возведенные в честь Великого Юя.

Масштабы и технологическое совершенство древнекитайских ирригационных сооружений способны удивить даже современных инженеров. Так, еще в 250 г. до н.э. в пустынном районе Китая Сычуань водами реки Миньцзян было орошено более 50 тыс. кв. км.!

Примечательно, что монголы, впоследствии захватившие Китай, не только не разрушили гидротехнические сооружения, но и развили его. В период правления хана Хубилая осуществилась мечта китайцев – Хуанхэ и Янцзы были соединены каналом протяженностью более 1000 км. Здесь, на масштабном строительстве канала (период 1289-1293 гг.) возводилась такая инженерная конструкция, как арка (свод).

Прообразами арочных плотин стали бочарные своды из кирпича, обнаруженные в Месопотамии. Их строительство относится к 700 г. до н.э. Еще раньше (примерно в 1500 г до н.э.) похожая конструкция в виде купола применялась в Микенах (Древняя Греция) при строительстве гробницы Аганемнона.

Арочные конструкции очень часто применялись древними римлянами при строительстве акведуков (сооружений с водоводами) и мостов. В Древнем Риме появляются плотины, которые строились не только посредством каменной кладки. Например, плотина Прозерпина имеет грунтовый верховой клин (часть, обращенная к водохранилищу), тогда как ее низовая часть – это бетонная стена, облицованная камнем. Длина Прозерпины составляет более 400 м, высота достигает 4,5 м.

Гидротехнические сооружения средневековья

Активное строительство арочных плотин в Европе начинается с XVI века. Первыми, где возникли такие сооружения, стали Италия и Испания. Считается, что в Испанию возведение ирригационных систем пришло из мусульманского Востока в период арабской экспансии.

Первое упоминание о старейшей арочной плотине Испании Альманца относится к 1586 году. Однако ученые считают, что возведена она была на 200 лет раньше. Эта плотина была сооружена из каменной кладки. Она имеет высоту 16 м и довольно большую постоянную толщину 12 м. Это говорит о том, что строителям того времени еще не были известны все возможности арочных конструкций.

Вторая из старейших арочных плотин Испании Елче имеет более «изящный» вид. При высоте 23 м и толщине у подножия 12 м, толщина у гребня составляет 9 м.

Следует упомянуть самую высокую плотину Испании Аликанте, возведенную в 1580-1594 гг. Она представляет собой гравитационную стену из каменной кладки с трапециевидным сечением. Максимальная высота плотины составляет 42 м, толщина по гребню 20 м, а у подошвы 34 м. Имеются сведения о масштабной реконструкции Аликанте в 1738 году.

В 1853 году французский инженер М. де Сазили произвел расчеты этих старейших плотин Испании на предмет прочности. Он применял метод сопротивления материалов. Результаты показали, что максимальное напряжение сжатия в Альманца составила 6 кг/см², в Аликанте – 14 кг/см². Конечно, в современных бетонных плотинах этот показатель значительно выше. Так, в плотине Саяно-Шушенской ГЭС он составляет 100 кг/см².

Очень интересна история старейшей арочной плотины Италии Понте Альто, сооруженной в ущелье в Доломитовых Альпах. Первый этап строительства был осуществлен Франко Рекаматти в 1534 году, но в 1542 году почти все созданное было разрушено паводком.

В 1550 году плотина была реконструирована, каменную кладку выполняли на цементном растворе. Позже это сооружение неоднократно надстраивалось, в 1887 году оно достигло высоты 39 м при толщине всего 4,5 м. Даже по современным меркам это очень стройная конструкция и смелое техническое решение.

Для оценки плотин и в настоящее время иногда используется коэффициент стройности плотины, представляющий собой отношение ширины основания к высоте плотины, и коэффициент смелости, являющийся отношением гидростатического давления к массе или объему строительного материала.

Чуть ниже плотины Понте Альто сохранились остатки древнего арочного моста из каменной кладки. Близкое расположение этих объектов говорит об их родстве, а также о том, что арочная плотина представляет собой свод, «положенный на бок».

Строительство плотин в средние века осуществлялось почти во всех европейских странах. Примечательно, что в Италии, во Флоренции проектированием плотин занимался Леонардо да Винчи, а в Милане – Доменико Малатеста.

Первая грунтовая (земляная) плотина была возведена во Франции в 1191 году. Несмотря на то, что грунт — далеко не самый прочный материал, это сооружение было разрушено лишь через 100 лет.

Самый масштабный гидротехнический комплекс во Франции периода средневековья был спроектирован Леонардо да Винчи, которого в 1516 году пригласили во Францию специально для этой работы. Это сооружение представляет собой канал длиной 200 км, соединяющий бассейны рек Гаронны и Ауди. Правда построен он был только спустя 150 лет.

Плотины XIX века

В первой половине XIX века появляются гравитационные и грунтовые плотины, конструкции которых уже близки к современным. Несмотря на то, что бетон, как строительный материал, был известен еще в Древнем Риме, бетонные и железобетонные конструкции в строительстве стали широко применяться лишь к началу XX века.

Первая полностью бетонная плотина возведена в 1887-1889 гг. в Калифорнии для снабжения водой города Сан-Франциско. Она называется Сан Матео. Ее высота составляет 53 м, длина – 210 м.

История российских дамб и плотин

Климатические условия нашей страны позволяли на большей ее части очень долго обходиться без масштабного орошения. Впервые плотины в России стали возводиться для водяных мельниц в XIV веке. В историческом документе, известном как завещание Дмитрия Донского (1389г.), говорится о мельницах на реках Ходынка и Яуза.

Позже плотины возводились для водоснабжения крупных лесопильных, текстильных, горно-металлургических комбинатов. По подсчетам ученых, в XVIII веке в России построено около 200 плотин, они располагались под Москвой, на Урале, в Алтае и Забайкальском крае. Одна из самых крупных старых российских плотин – Змеиногорская земляная плотина, высота которой составляет 18 м.

С развитием флота в России получило развитие строительство судоходных систем, которые соединяли реки. Так, в XVIII — начале XIX веков были построены Тихвинская, Северо-Двинская, Вышневолоцкая и Мариинская системы. Мариинская впоследствии была перестроена в Волго-Балтийскую гидротехническую систему.

Что сегодня?

Современные плотины – это сооружения, преграждающие путь потоку воды и поднимающие его уровень. Плотины увеличивают проходимость рек и способствуют извлечению максимального энергетического ресурса воды. Образующиеся водохранилища позволяют орошать огромные посевные площади.

Строительство плотин на крупных реках – это сложное и дорогостоящее мероприятие. Очень коротко схему строительства можно представить следующим образом. После определения места строительства (с учетом всех возможностей и целесообразности возведения), этот участок примерно наполовину огораживают временной плотиной, которую называют перемычкой.

Какое-то время часть реки остается не перекрытой, ее называют проран. Внутри перемычки воду откачивают и начинают укреплять грунт и устанавливать основные конструкции. В итоге перемычка и станет корпусом ГЭС.

Когда все монтажные работы в перемычке будут завершены, между ней и прораном наводят наплывной мост, с которого будет произведена засыпка русла реки камнем и бетоном.

Вскоре перед сплошной плотиной образуется водохранилище, которое затапливает близлежащие территории. Бывает, что в зону затопления попадают села или даже города, жителей которых заблаговременно переселяют. Так, известно, что при строительстве Рыбинского водохранилища был затоплен город Молога.

Последним этапом возведения плотины является монтаж турбин и доработка водосброса. Кроме того, строится судоходный канал. Иногда, при наличии возможностей, реку могут пустить по другому руслу, а по окончании строительства вернуть в старое.

Произведения инженерного искусства или опасный объект?

В составе любой ГЭС есть плотина, которые сегодня можно назвать произведениями инженерного искусства. Но каким бы сложным с технической точки зрения не было бы это сооружение, по факту оно является заслоном в «горловине» водохранилища. Прорыв крупных плотин чреват масштабными, порой катастрофическими, последствиями.

Вследствие разрушения плотины, сдерживаемая ею вода из водохранилища устремится вниз по течению с такой силой, что будет сметать все на своем пути. Крупнейшей катастрофой такого рода считается разрушение плотины Баньцяо в китайской провинции Хэнаь в 1975 году. Мощный тайфун принес такое количество осадков, что конструкция не выдержала. Волна невероятных размеров смыла десятки дамб и затопила площадь около 12 000 км. Кв. По официальным данным погибшими считаются 26 тысяч человек.

Поэтому возведение плотин требует огромных трудовых, интеллектуальных и материальных затрат. В ходе таких работ должны быть учтены все, даже не значительные на первый взгляд, предполагаемые события. Кроме того, плотины относятся к особо охраняемым стратегическим объектам.

Самые крупные в мире

Асуанская плотина

Асуанская плотина, которая является гордостью Египта, в 1960-е гг. была спроектирована советскими инженерами. Благодаря строительству этого гидротехнического сооружения страна перешла на круглогодичное орошение своих сельскохозяйственных земель.

Однако, при ее возведении случались и неприятности: были разрушены некоторые древнейшие памятники, которые оказались на пути воды. К счастью, некоторые все же удалось спасти, например, Башню Ветров. Их перенесли в другое место.

Асуанскую плотину посещают не только специалисты, она открыта для туристов. Очень часто там бывают туристы из России, ведь рядом с плотиной находится Советско — Египетский мемориал. Египтяне установили его как знак благодарности советским людям за оказание помощи в строительстве плотины.

Мемориал представляет собой огромную башню в виде лотоса. На его крыше оборудована смотровая площадка, с которой открывается потрясающий вид на Асуанскую плотину и озеро Насер. Неподалеку установлен павильон, внутри которого плотина представлена в виде сильно уменьшенной копии. Асуанская плотина протянулась на 4 км, ее ширина составляет 40 м. Рядом расположена мощная электростанция и сеть ирригационных каналов.

Асуанская плотина играет огромную роль в жизнеобеспечении целой страны, однако она же является и очень опасным сооружением. Если произойдет что-то непредвиденное, и плотина начнет стремительно разрушаться, большая часть территории Египта будет снесена потоками воды в Средиземное море. Поэтому плотина очень тщательно охраняется, посетить ее можно только в составе организованных групп.

Плотина Алмендра

В Испании находится одна из крупнейших плотина мира – Алмендра. Ее высота составляет 200 м, протяженность – 567 м, а площадь поверхности 90 кв.км. Строительство плотины на реке Тормес было начато в 1964 году и продолжалось 6 лет. Эту арочную плотину называют иногда Вилларино. Плотина является частью мощной гидроэнергетической системы Дуэро Капс.

Устройство этой дамбы достаточно сложное, рядом с ней сооружен подземный туннель для выработки электроэнергии. Интересной особенностью этой дамбы является то, что после сброса вода поступает уже в другую реку – Дору.

Плотина Гувера

В 50 км к юго-востоку от Лас-Вегаса находится плотина Гувера, высота которой составляет 221 м. Расположена она в нижнем течении реки Колорадо и образует водохранилище Мид. Свое название плотина получила в честь 31-го президента США Герберта Гувера, сыгравшего решающую роль в ее строительстве, которое продолжалось с 1931 по 1936 гг.

До возведения этой плотины большая часть фермерских полей заливалась водами Колорадо во время паводка, а когда наступало жаркое лето, уровень воды в реке сильно падал, и тогда поля страдали от дефицита влаги. Строительство плотины позволило сгладить колебания уровня реки, образовавшееся водохранилище дало мощный толчок развитию земледелия на прилегающих территориях.

Сооружение было настолько масштабным, что строителям пришлось столкнуться с такой проблемой, как слишком долгое остывание бетона. В условиях высоких температур местности и огромных объемов бетона этот процесс шел очень медленно. По этой причине инженеры приняли решение вместо сплошного монолита возводить серию взаимно связанных колонн, имеющих форму трапеции.

Такая конструкция позволяла рассеиваться излишнему теплу. Специалисты подсчитали, что если бы сооружение было возведено в виде бетонного монолита, то он остывал бы 125 лет. Считается, что плотина Гувера – самое массивное искусственное сооружение, возведенное на земле со времен Пирамид Гизы.

Этим перечень крупнейших в мире плотин не ограничивается, их достаточно много. Например, плотина на китайской ГЭС «Три ущелья», которая считается крупнейшей в мире, плотина Итайпу на бразильско-парагвайской границе, Гури в Венесуэле и другие.

Плотины и дамбы в России

Как и во всем мире, в России плотины возводятся в комплексном строительстве гидроэлектростанций, дамбы же (сооружения, аналогичные грунтовым плотинам), как правило, выполняют защитные функции.

Крупнейшие плотины

В России насчитывается более сотни гидроэлектростанций различной мощности. Самые крупные сосредоточены на реках Сибири и на Волге.

Саяно-Шушенская ГЭС

Этот комплекс находится в Хакассии. Строительство было начато в 1963 году, ввод в эксплуатацию состоялся в декабре 1978 года. Арочно-гравитационная плотина является самым значительным элементом ГЭС. Ее длина составляет 1074 м, высота – 242 м. Это самая высокая плотина в России.

Уникальность плотины состоит в том, что она возведена в очень широком створе. В плотину Саяно-Шушенской ГЭС уложено около 9 миллионов кубометров бетона. В теле плотины размещено 10 продольных галерей, в которых установлено 11000 единиц контрольно-измерительной аппаратуры.

Красноярская, Братская, Волжская ГЭС

Красноярская ГЭС является первой из построенных на реке Енисей. Ее возведение завершилось в 1972 году. Она входит в десятку крупнейших электростанций мира.  Гравитационная плотина имеет длину 1065 м и высоту 124 м.

В состав сооружений Братской ГЭС входит плотина длиной 924 м и высотой до 124,5 м. Комплекс Волжской ГЭС включает в себя три земляных плотины (русловая и две пойменные), а также водосбросную, которая по конструкции является гравитационной бетонной.

Дамбы

В отличие от плотин, которые возводятся на реках с целью удержания воды с одной стороны на более высоком уровне, чем на другом, основная роль дамб – оградительная. Их возводят вдоль оберегаемых территорий или акваторий. Строительство дамб осуществляется, как правило, из местных материалов (камни, грунт), но могут использоваться и железобетонные конструкции.

Крупнейшей дамбой в России является комплекс для защиты Санкт-Петербурга от наводнений. Он представляет собой 11 каменно-земляных дамб общей протяженностью более 25 км и шириной в основании до 80 м. По оценкам Минрегионразвития РФ, 29 октября 2016 года закрытием створок этого сооружения удалось предотвратить катастрофическое наводнение.

Крупной дамбой является сооружение в Оренбургской области, которое из-за печальных обстоятельств в одночасье стало известно всем жителям нашей страны. Построенная для защиты территорий от наводнений, дамба имеет протяженность 13,5 км. 5 апреля 2024 года сооружение не выдержало напора воды, произошел прорыв, большие территории были затоплены. В настоящее время причины катастрофы устанавливаются.

Гидротехнические сооружения играют огромную роль в жизнеобеспечении и хозяйственной деятельности человека. Высокий уровень развития науки и техники позволяет возводить совершенные конструкции, которые обеспечивают решение сложнейших задач. Однако, человеку нужно помнить, что, стремясь укротить стихию, нельзя ее недооценивать.

Похожие записи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *