зачем нужны дамбы и плотины
Зачем нужны плотины?
С самых древних времен человечество строит на реках плотины, таким образом, перегораживая русла рек. Было время, когда запруды выполнялись при помощи поваленных деревьев, которые должны были располагаться поперек течения реки. Если не было возможности повалить дерево, то ложились камни и насыпались земляные валы.
Сегодня времена уже не те и теплое остекление балконов как и при строительстве плотин используются другие материалы, вернее даже сказать комбинация нескольких материалов, это может быть земля, бетон, кирпичи или камень. Для чего это делается? Все очень просто! Ведь ни для кого не секрет, что вода является не только источником жизни, но еще и разрушительной стихией и человек во все времена борется за то, чтобы укротить ее мощь. А помогают в этом нелегком деле людям именно плотины, ведь они способны контролировать воду в реках. Словом, плотина – это отличный способ защититься от паводков. Как известно ливни, подтаявший снег и прочие климатические осадки зачастую становятся причиной повышения уровня воды, и когда вода выходит из берегов она затапливает низменные участки.
Надо сказать, что порой площадь затопления просто огромна, зачастую под водой оказываются луга, поля и даже населенные пункты. А вот, если на реке будет стоять плотина, то она сможет собрать и выпустить воду в нормальное русло.
К тому же не стоит забывать, что плотина является еще и водохранилищем. Если река будет перегорожена, то вода будет скапливаться на этом участке и разливаться. Однако особого внимания требует выбор места для разлива воды. Впоследствии эта вода может использоваться для хозяйственных нужд, например, можно поставить гидроэлектростанцию и тогда она сможет вращать турбины генераторов и вырабатывать электричество. Вот такое вот непростое объяснение мы нашли вопросу, для чего нужны плотины. 
Человек не просто дитя природы. Он старается изменить окружающую среду вокруг себя, сделать ее более комфортной для проживания. Этим он отличается от животных. С давних пор люди старались обуздать стихии, чтобы не зависеть от капризов природы и погоды. Так, они научились возводить плотины, чтобы вода для полива полей и водопоя животных была всегда. Это инженерное устройство помогает людям сохранять и рационально использовать как водные, так и земельные ресурсы, а также предотвращает разрушительные наводнения.
Что такое плотина?
Плотина – это преграда, сдерживающая или контролирующая водный поток. Благодаря им создаются искусственные водохранилища, в которых происходит накопление живительной жидкости, а затем ее расход по необходимости.
Помимо накопительных функций, плотина на реке может приносить и еще большую пользу, когда мощь водного потока приводит в действие электростанции, снабжающие города и населенные пункты электроэнергией. Люди за многие годы научились не только контролировать реки, но и вынуждать их работать на благо страны.
Сложное сооружение
Плотина – это сооружение гидротехническое, с различными функциями. При возведении каждого нового сооружения проводится предварительная работа, в результате которой производится экономическое обоснование, рассчитываются технические возможности будущего сооружения. Строительство плотины – сложный и трудозатратный процесс, который требует высокой квалификации рабочих как на этапе проектирования, так и при ее возведении и дальнейшей эксплуатации.
Виды плотин
Плотина – это сооружение, которое не возводится по единому образцу. Для каждого конкретного объекта требуются свои параметры и расчеты. Существует несколько видов плотин.
Сплошные железобетонные обладают практически неограниченным запасом прочности. Этот материал способен сдерживать мощнейшие потоки воды. Их еще называют гравитационными, потому что они удерживаются на поверхности земли за счет силы тяжести, прочно фиксирующей железобетон на месте. Эти плотины весьма дороги ведь они целиком состоят из указанного материала. Поэтому их возводят только на самых мощных реках и эксплуатируют очень длительное время.
Плотины из пустотелого железобетона намного дешевле сплошных. Их внутренности усиливают стальной арматурой различного сечения, чтобы повысить запас прочности.
Земляные сооружают из почвы, камней, песка, чтобы сдержать поток воды. Зачастую их возводят в местах разливов рек как временные преграды вокруг населенных пунктов.
Еще одна разновидность плотин – это дамбы и насыпи, которые должны предотвратить наводнения в случае повышения уровня воды в реках. Высота плотины зависит от ее технических характеристик. Земляные редко насыпают выше 15 метров, а вот железобетонные могут быть практически любой высоты, которой требует проект.
Исторические факты
Плотина – это сооружение мирное. Но в истории бывали случаи, когда подобные объекты использовались в военных целях. Нередко захватчики при осаде города перекрывали русло реки земляной плотиной, изменяя направление водного потока. Осажденные жители, истомившись от жажды, открывали ворота. Бывали и противоположные ситуации, когда с помощью плотины затапливали непокорный городишко. Немало таких сооружений было взорвано во время Второй мировой, чтобы фашисты не могли пройти вглубь страны.
Кстати, по одной из версий историков, не найденная могила Чингисхана также покоится на дне реки, поэтому ее поиски так затянулись. Возведение дамб – прием, который часто применял этот могущественный завоеватель.
Современные плотины выполняют зачастую сразу три функции – защищают от паводков, позволяют накапливать запасы воды и помогают производить электричество.
ПОЧЕМУчка
Плотины часто строят для того, чтобы создать водохранилища, сделать запас воды для общего пользования и для сельскохозяйственных нужд. Когда поперек реки возводят плотину, вода часто разливается, образуя в речной долине озеро или резервуар. Эту воду впоследствии можно использовать для различных нужд – например для того, чтобы предотвратить неурожай сельскохозяйственных культур в засушливые периоды.
Сегодня очень много плотин строят для вырабатывания электричества. Для гидроэлектростанций плотины строят очень высокими, чтобы создать большую разницу высот уровня воды перед плотиной и позади нее. Поднявшаяся вода позади плотины проходит через шлюзовые ворота в ее стене, которые дают возможность воде падать вниз в реку. Когда вода падает вниз, она проходит через огромные лопасти гидротурбин. Турбины при¬водят в действие генераторы, вырабатывающие электричество. Одна из самых больших и мощных плотин в мире – плотина Гувер, расположенная в США на реке Колорадо между штатами Невада и Аризона. Она была построена в 1930-х годах.
Высота этой плотины составляет 221 м, а длина 379 м. Ее водохранилище (Лейк Мид) – самое большое в мире. Оно поставляет воду в несколько штатов, и благодаря этой воде процветают огромные территории с природным засушливым климатом в штатах Южная Калифорния, Аризона и Мехико. Многие современные плотины выполняют одновременно все три задачи – защита от наводнений, накопление запасов воды (водохранилища) и производство электрической энергии (на гидроэлектростанциях).
Водосброс, водосливная плотина
Водосброс, водосливная плотина — устройство в гидротехническом сооружении
Сброс воды осуществляется в случае переполнения водохранилища из-за паводка, сильных дождей и тд.
Другие часто используемые названия водосброса и сопутствующие термины:
Пропуск воды через водосливные отверстия на гребне плотины чаще всего регулируется затворами.
Водосливные отверстия ограничены быками и устоями, направляющими поток в отверстия и используемыми одновременно в качестве опор для затворов, подъемных механизмов и мостов.
ВП бывают бетонные, железобетонные, деревянные; проводятся исследования возможности перелива воды через земляные плотины и каменнонабросные плотины.
ВП рассчитывают на пропуск «расчетного» максимального расхода реки при нормальном подпорном уровне (НПУ) верхнего бьефа (с учетом пропускной способности др. сооружений гидроузла), затем проверяется возможность пропуска макс, расхода при чрезвычайных условиях эксплуатации и определяется форсированный подпорный уровень (ФПУ).
Макс. расходы реки определяют методами гидрологии. Пропускная способность водосливной плотины рассчитывается по формулам гидравлики.
Величина напора на гребне водослива назначается из условий: достижения возможно больших удельных (на 1 м длины плотины) расходов воды в конце крепления русла (на рисберме) в нижнем бьефе (однако с допустимыми в отношении защиты сооружения от подмыва скоростями течения воды), получения минимальной общей стоимости сооружения, приемлемой высоты затворов и недопущения опасной вибрации тела водослива.
На построенных ВП величина напора на гребне обычно составляет от 2 до 8 м, достигая в отдельных случаях 15-18 м.
Общая длина водосливного фронта разбивается на ряд пролетов, в тч рассчитанных на величину хода судов.
ВП имеют также глубинные отверстия (водоспуски).
Величина кинетической энергии потока, сбрасываемого через водосливные плотины (зависящая от расхода воды и напора), может быть весьма значительной.
Эта энергия гасится частично в процессе разрушения дна и берегов нижнего бьефа, частично затрачивается на внутреннее сопротивления воды (вихреобразование, удары струи и др).
По мере увеличения размыва русла его интенсивность уменьшается и с течением времени размывы прекращаются.
Основные виды сопряжения потока, прошедшего через плотину, с нижним бьефом:
донный режим, когда струя плавно опускается с плотины и движется у дна, растекаясь кверху, и вихревой валец затопленного прыжка располагается сверху;
поверхностный режим, когда струя сходит с повышенного уступа или носка плотины и движется у поверхности нижнего бьефа, образуя поверхностный прыжок и растекаясь книзу, покрывая собой вихревой валец у дна;
свободно падающая струя, когда струя свободно падает с гребня или носка-трамплина, размер которых выбирают, исходя из условий пропуска льда, леса, судов, производства работ, экономических показателей и тд.
Дно нижнего бьефа (водобой и рисберма) крепится на таком протяжении от плотины, чтобы возможный размыв русла не угрожал ее устойчивости и прочности. Для удешевления крепления стремятся погасить избыточную энергию потока и довести его скорости до приемлемых величин на кратчайшем расстоянии от плотины. Это достигается регламентированным маневрированием затворами (равномерное открытие их- по длине водосливной плотины) и сооружением на водобое спец. устройств для гашения энергии потока.
При сходе с рисбермы скорости течения доводятся до неразмывающих или до почти неразмывающих русло.
В ряде случаев для этой цели рисберма заканчивается углублением (ковшом), на дно которого отсыпается камень.
Режим сопряжения бьефов, тип и размеры крепления нижнего бьефа для крупных сооружений
Фильтрация воды из верхнего бьефа в нижний происходит под подошвой ВП и в обход ее в грунте берега или примыкающей земляной плотины. Для борьбы с фильтрацией воды в обход плотины устои снабжают открылками и диафрагмами.
Против фильтрационных деформаций (суффозии, выпора) грунта основания под подошвой плотины устраивается рациональный подземный контур гидросооружения. В состав последнего при нескальных основаниях входит подошва понура, тела водослива, водобоя и рисбермы, шпунты или зуб, дренажи.
Дамба
Да́мба – гидротехническое сооружение для временного удержания воды, разделения акваторий на функционально различные части, защиты частей акваторий от волнения, защиты территорий от затопления, направления потоков и др. целей.
Дамбы схожи с плотинами, однако в отличие от плотин могут и не быть подпорным сооружением (например, разделительные или оградительные дамбы в акваториях водохранилищ), могут воспринимать напор лишь время от времени (оградительные дамбы), и располагаться часто не поперёк, а вдоль потока (противопаводковые дамбы).
Дамбы, как и плотины, и каналы, появились ещё до нашей эры у древних цивилизаций Месопотамии и Египта. Особое значение они получили при строительстве системы каналов древних египтян, начатом еще в додинастическую эпоху (5000–3000 лет до н.э.), а законченном уже в эпоху Среднего царства (середина XXII – начало XVIII вв. до н.э.). В отличие от месопотамской системы каналов, имевшей прежде всего дренажное назначение, древнеегипетская система представляла собой бассейновую ирригационную систему, призванную как можно дольше сохранять воду на полях. Использовать такой тип ирригационной системы древних египтян побудил рельеф долины Нила. С помощью продольных и поперечных дамб и плотин долина была перегорожена на квадраты бóльших и мéньших размеров, так что по Египту, по словам Геродота, стало возможным передвигаться только по каналам.
По срокам эксплуатации дамбы делятся на постоянные и временные, сооружаемые в определённых обстоятельствах (например, из мешков с песком во время наводнений), а потом разбираемые.
Современные дамбы могут быть сооружены из различных материалов.
По основному материалу различают дамбы грунтовые (чаще всего), бетонные, деревянные (ряжевые, шпунтовые), фашинные (из пригруженных камнем связок прутьев), габионные (из загруженных камнем корзин определенной формы – раньше из ивовых прутьев, теперь из стальной оцинкованной проволоки).
По характеру взаимодействия с водной средой дамбы делятся на напорные и безнапорные.
Напорные дамбы возводятся для защиты от воды территорий, расположенных вдоль рек, морских берегов, каналов. Земляные напорные дамбы, наряду с плотинами и каналами, – древнейшие гидротехнические сооружения. При низких уровнях воды они воду не подпирают и напора воды не воспринимают. Тем не менее, они должны отвечать тем же требованиям водонепроницаемости, прочности и устойчивости, что и плотины.
Грунтовые напорные дамбы, ограждающие акваторию от суши (например, рисовые чеки) или, наоборот, территорию от воды (от затопления), называют дамбами обвалования.
Дамбы обвалования могут быть незатопляемыми (перелив воды через гребень недопустим в любых эксплуатационных условиях) и затопляемыми, обеспечивающими защиту обвалованной территории лишь в определённое время, при невысоких уровнях воды. Устройство затопляемых дамб сопряжено с необходимостью укрепления их откосов и гребня для предотвращения размыва и устройства в теле дамб водопропускных отверстий.
Если дамбы обвалования служат для защиты территорий от затопления паводковыми водами, их называют противопаводковыми. Противопаводковые дамбы в мире очень распространены; на реках Китая, исключительно опасных в смысле генерации наводнений, такие дамбы обычно устроены в три фронта, причем дамбы первого фронта – бетонные.
Вместе с тем защита от наводнений дамбами иногда приводит к прямо противоположному результату, что особенно ярко иллюстрирует наводнение на Кубани в июне 2002 г. Защитная дамба была прорвана в верхней (по течению) части и со своей обратной стороны стала играть роль подпорного сооружения: «защищаемая» ею территория была затоплена до отметки, на 2,5 м превышающей уровень воды в Краснодарском водохранилище, от которого дамба должна была бы защищать. Вода стала уходить с затопленной территории только тогда, когда в дамбе был сделан соответствующий проран.
Особый случай дамб обвалования – противонагонные дамбы. Их задача – защита прибрежных территорий от затопления при повышении уровня воды под действием ветра (ветрового нагона). Они могут располагаться на суше или же отчленять часть нагонного водоёма.
В наши дни одним из самых известных сооружений России, именуемых дамбой, является Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений. Следует, однако, указать, что называть его дамбой не совсем верно. Действительно, весьма протяжённые грунтовые дамбы входят в состав комплекса, но кроме них имеются ещё многочисленные и сложные водопропускные и судопропускные сооружения, автомобильные дороги, проходящие под судопропускными сооружениями в туннелях и многое другое. При значительных нагонах водо- и судопропускные сооружения закрыты, и дамбы комплекса, обычно безнапорные, становятся напорными.
Безнапорные дамбы возводят для разных целей: