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. до нашей эры.
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 бронзовом веке 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 водяных мельниц. 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 гидротехническое сооружение, 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 часть реки 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 укрепления берега 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.
