Для чего человек строит плотины
Зачем в городах строят плотины?
Зачем в городах строят плотины? Плотины — это сооружения, удерживающие воду, и строили их с древних времен. Обычно они сделаны из земли, камня, кирпича или бетона либо из комбинации этих материалов.
Плотины возводят для того, чтобы управлять течением воды в реках, и это необходимо по многим причинам. Одна из них — предотвращение наводнений.
Проливные дожди в верховьях могут повысить уровень воды в реке. Ниже по течению река может выйти из берегов и затопить поселения.
Плотина способна предотвратить наводнение, останавливая или замедляя течение воды и позволяя пропускать ее с контролируемой скоростью.
Кроме того, плотины часто используют для хранения воды, а воду из таких водохранилищ используют для разнообразных целей, в том числе для сельского хозяйства.
Когда течение реки ограничено плотиной, вода скапливается за дамбой, образуя озеро или водохранилище в долине реки.
Эту воду можно использовать по мере необходимости, что предотвращает нехватку воды и гибель посевов во время долгой засухи.
В сегодняшнем мире многие плотины используют для выработки электричества.
Плотины для гидроэлектрических станций строят очень высокими, чтобы создать большой перепад уровней воды перед плотиной и за ней.
Воду, находящуюся перед плотиной, выпускают сквозь отверстия в плотине, которые называются шлюзами, и она падает вниз, в реку.
На пути потоков воды помещают огромные лопасти, которые называются турбинами; эти турбины приводят в действие генераторы электричества.
Одна из самых больших и самых производительных в мире плотин гидроэлектрической станции — плотина Гувера, построенная на реке Колорадо между штатами Невада и Аризона.
Построенная в 30-х годах XX века, она имеет высоту 221 м, а длину 379 м.
Ее водохранилище (озеро Мид) является самым большим в мире и снабжает водой несколько штатов, что позволяет орошать огромные сухие территории в Южной Калифорнии, Аризоне и Мексике.
Многие современные плотины используют трояко: для предотвращения наводнений, хранения воды и получения электроэнергии.
Самые популярные курорты РФ: Сочи или Геленджик?
Откуда дует ветер?
Как работает сотовый телефон?
Игровой автомат Garage: как провести время весело и беззаботно?
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).
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.
«Зачем мы понастроили плотины?»
Ничто не вечно под луной…
В природе все, что рождается, в конце концов стареет и умирает. Таковы законы природы. Например, есть горы молодые, высокие, скалистые (Кавказ), но проходят целые геологические эпохи: миллионы и миллионы лет, и горы стареют. Становятся ниже и положе (Урал).
Человеку, чтобы родиться, вырасти, постареть и умереть, хватает и одного века. Не являются исключением и реки. У них за несколько тысячелетий от рождения произошли очень значительные изменения, особенно это касается наших рек, протекающих в степных равнинных зонах преимущественно на рыхлых породах.
Реки считаются голубыми артериями планеты, зеркалом природы, продуктом климата. Но как изменилась водность рек Белокалитвинского района за последние 70 лет, за период, когда проводились непрерывные систематические инструментальные наблюдения и измерения по гидрологическому режиму? Если принять водность десятилетия 1951-1960 годов за 100%, то получим, что за последнее десятилетие, 2011-2020 годы, водность составит р. Северский Донец у г. Белая Калитва 62%, р. Калитва у х. Погорелова — 41%, р. Быстрая у х. Апанасовка — 42%, р. Лихая у х. Богураев — 43%. Главные причины: изменение климата в сторону более засушливого, отсутствие высоких половодий. Так, в 1953 г. и 1956 г. пик половодья над меженью достигал 7-8 метров для рек Северский Донец и Калитва, а в самые многоводные в 2012 г. и в 2018г. только 2,5-3,5 м.
Как-то в телепередаче «Поле чудес» был задан вопрос, как называется еще по-другому река Волга? Ответ: водохранилище.
Действительно, современная Волга — это цепочка водохранилищ, во вред экологии. Но водохранилища за счет плотин на Волге и других больших реках имеют важные экономические составляющие: выработка электроэнергии, судоходство, орошение, водоснабжение и т. д. А вот какие последствия мы получаем на наших малых и средних реках при создании там плотин? Только негативные. Выше плотин образуются заиленные, заболоченные участки рек, почти сплошь заросшие по берегам, а то и по руслу болотной травянистой и древесно-кустарниковой растительностью.
Создать малопроточные заболоченные участки рек можно двумя способами: построить глухие плотины (дамбы) или углубить русло на коротком участке реки. Поясню последнее. Уклон реки Калитвы на протяжении 63 км от х. Погорелова до х. Раздолье составляет 22 см на 1 км. И вот, если мы углубляем русло на 1,5 м, то выходит, что зона выклинивания подпорного уровня растянется на 7 км. И эффект от очистки будет на участке, который будет далее 7 км и при условии, что весь очищаемый участок будет освобожден от существующих всевозможных запруд (а они, как правило, не убираются), а вынутый грунт будет убран с берегов.
Река Лихая
Важным моментом в истории заболачивания р. Лихой у х. Богураева был такой случай в конце 50-х годов ХХ века. По рассказам старожилов, через реку вброд летом проезжало высокое районное начальство в сторону п. Синегорского и возмутилось тем, что через такую малую речку нет моста. И вот уже на обратном пути проезжали по мосту. В реку были быстро уложены трубы для меженного стока и засыпаны щебнем и камнем, благо карьеры были рядом.
В половодье вода размывала оба берега, мостовую дамбу наращивали вширь и в высоту. Росла дамба, увеличивалось год от года заиление и заболачиваемость реки выше моста. В 1986 г. в 15 м ниже каменной дамбы построили высоководный автомост, но саму дамбу не убрали, а от нее подпор воды на 1,8 метра. Далее в 1991-1992 годах чистили речку. Но как? Каменные завалы не убрали, а начали выше по течению вычерпывать грунт и складировать по берегам. Я выступил тогда 26 февраля 1992 г. в районной газете с резкой критикой по поводу такой «чистки» в статье «Миллионная халтура, или Как чистят речку Лихую». Статья вызвала широкий резонанс, против меня были критические статьи в газете. Ко мне даже приезжали проектировщики-инженеры с солидного института «Южгипроводхоз», сейчас его нет. Упразднен давно. Прошло почти 30 лет. И результат чистки реки Лихой такой, что сюда уместно приглашать участников телешоу «Последний герой», пусть они пробуют различных пресмыкающихся: пиявок, червяков, жучков. Барахтаются в грязной болотной жиже и завоевывают миллионные призы. И за границу ехать не надо.
Зато ниже автомоста, где не было чистки, река проточна. Здесь можно искупаться летом. А в январе православные христиане совершают крещенские обряды.
Река Калитва
Другой пример, р. Калитва у хут. Погорелова, где есть каменно-щебеночная плотина с пешеходным мостиком в узком пролете с бурным потоком внизу. Выше плотины начинается неприглядный заболоченный участок реки, зато ниже, где нет подпора, нормальное течение, песчаные берега и пляжи. Можно купаться и загорать. И меня еще и спрашивают, не будет ли большим половодье, чтоб заранее нарастить еще камнем плотину. Воистину, усердие не по разуму! И таких примеров могу привести множество.
Вспоминаю, как 28 сентября 1990 г. я выступал на районной сессии, где рассматривался вопрос о спасении р. Калитвы и ее притоков. Была создана комиссия, председателем утвержден директор совхоза. А меня, как начальника гидрологической станции, которая как раз и занимается изучением гидрологического режима рек, не включили даже в состав комиссии, зная мою позицию. Для меня это равнозначно, как если бы на консилиуме врачей по лечению болезни председателем комиссии утвердили бы тоже директора совхоза.
Так вот, в одном из пунктов решения комиссии было записано: «В течение 1990-1991 годов убрать все, пришедшие в негодность, неиспользуемые старые мосты, чаши, плотины, что является главным вредителем заиливания наших рек и тормозом весеннего половодья». Профессионально неграмотное изложение, но главное, что-то я не знаю, чтобы где-то какие-то запруды разобрали. Наоборот, подсыпают в старые, в бродах в русла насыпают камень и щебень.
Важно знать, что в незарегулируемой реке естественный процесс формирования речного русла происходит путем взаимодействия (борьбы) водного потока и грунта. Поток воды обычно один берег подмывает, противоположный намывает, перемещая крупные наносы (песок), намываются песчаные берега и отмели на выпуклых берегах. В вогнутых берегах более быстрый турбулентный завихренный поток углубляет русло, образуются омуты. Река приобретает извилистый контур, меандрирует. Но, конечно, на все это влияет рельеф местности, состав пород. Но когда мы создаем подпор, течение слабеет, крупные частицы (песок, галька) почти не участвуют в русловом движении. Мелкие частицы, поступающие в реку с поверхностным и овражно-балочным стоками, далеко не транспортируются, а оседают в русле и по берегам, происходит заиливание, заболачивание, зарастание и задернованность. Не случайно бытует народная пословица: река без течения, что человек без дела, быстро стареет.
Хочу отметить, что в последнее время в принимающих решения структурах все более зреет понимание того, что к рекам надо экологически грамотно относиться не на словах, а в поступках. В частности, вынутый из русла грунт вывозится с берегов. Есть случаи, когда самовольно возведенные запруды ликвидировали благодаря вмешательству властных структур. Пример, в 2011 г. на р. Быстрой у с. Скосырской Тацинского района русло перегородили бетонными плитами. Я обратился в Госкомприроду, оттуда направили двух специалистов, мы выехали на место, и местная администрация была вынуждена ликвидировать за три дня плотину, несмотря на протестный сход местных жителей. В 2014 году выше автомоста у хут. Ленина участок реки грамотно очищен и облагорожен, сохранена естественная проточность без запруд, есть песчаные берега и русла. Сейчас чистят р. Ольховую у с. Кашары, вынутый грунт вывозится, намерены убрать и мостовую дамбу.
Река Северский Донец
Коротко о реке Северский Донец, которая в нижнем течении на протяжении 208 км находится в подпоре от 6 разборных плотин системы Пуаре. Негативное воздействие от них на реку меньше, чем от глухих плотин. Но из-за маловодья последних десятилетий и отсутствия высоких половодий процесс заиления, зарастания берегов травянистой и древесно-кустарниковой растительностью усиливается год от года. Это видно каждому. Но, как правильно сообщалось в письме от министерства природных ресурсов и экологии РО, «расчистка зашлюзованных участков реки в условиях неизбежной аккумуляции твердого стока в результате ежегодной установки плотин гидроузлов неэффективна». И с этим приходится мириться.
О реках пишут много, переживают за них, дают советы и предложения по спасению наших рек. Я хочу только указать на некоторые заблуждения ряда авторов, не называя фамилий. В устье Калитвы возле моста у рынка нет и не может быть «суходола», и гидролога никто не наделял такой функцией, как «защита от наводнения», этим может быть только какое-то сооружение. Пишут, что 14.03.1986 г. за 2 часа уровень здесь поднялся на 5,5 метра, это отсебятина и страшилка. Интенсивность подъема уровня здесь не превышает 30 см за 1 час, и это паспортные данные на основе многолетних наблюдений. Некоторые преувеличивают роль ледохода в очистке русел, льдины плывут спокойно по течению, не кувыркаются, что случается только при прорыве заторов. При постройке высоководного автомоста через Калитву у х. Головка было принято правильное решение спрямить извилистое русло. И негатива здесь нет, это все фантазии. Некоторые даже ставят вопрос, а не «помогут ли плотины-времянки самоочищению рек?» Святая простота. Это все равно, что у медиков спрашивать, а не полезны ли для лечения наличие тромбов в артериях у больного.
К сожалению, по всей длине малых рек есть много незаконных запруд, глухих плотин для прудов и бродов. А ведь реки — это федеральная собственность.
Закончить хочу стихотворными строчками:
Зачем мы понастроили плотины
И волю не даем речной струе?
Болота с илом и вонючей тиной
Неужто лучше видеть вам и мне?
Вопрос открытый, господа и товарищи.
О. Зеленин,
начальник гидрологической станции г. Белая Калитва.
Как устроена плотина и как она возводится
Одной из самых важных составляющих любой промышленной экономики являются электростанции, с помощью таких станций экономика обеспечивается электроэнергией. Во многих странах большое распространение получили гидроэлектростанции, или ГЭС, это те страны, которые имеют большой водный ресурс, в частности — реки. Обычно такие станции называются плотинами, состоят из специальных бетонированных дамб и целого комплекса сооружений, в которых размещается оборудование, с помощью которого «извлекается» электроэнергия из водяного потока, проходящего через дамбы. Следует хотя бы в общих чертах рассмотреть работу таких ГЭС и понять, по каким принципам они строятся.
Как работают плотины
Итак, плотины, или, что точнее, гидроэлектростанции — это гидротехнические сооружения, с помощью которых вырабатывается электрическая энергия в больших количествах. При этом используется энергия масс падающей воды, предварительно накопленной в сопутствующих плотинам водохранилищах. Преобразователем энергии кинетической в механическую является турбина, от которой физические усилия передаются на электрический генератор, который уже, в свою очередь, преобразует эту энергию в электричество.
Однако классификация ГЭС весьма обширна. Существуют не только гигантские станции, каждая из которых способна обеспечить электроэнергией миллионы людей и даже целые промышленные районы. Достаточно широко распространены совсем небольшие плотины, так называемые «микро-гидроэлектростанции», которые используются в основном для питания электроэнергией каких-нибудь небольших предприятий, или же всего нескольких жилых домов.
С точки зрения гражданского строительства, типичная плотина представляет собой стену, выполненную из твердого материала, перегораживающую реку так, чтобы блокировать ее поток и накопить массу воды. Основной целью большинства плотин является создание постоянного резервуара воды для последующего ее использования. Плотина должна быть водонепроницаемой, чтобы вода не вытекала через плотину без всякой пользы, нарушая гидрологический режим расположенной ниже по течению части реки и не являлась причиной затопления территорий. Поэтому существенной частью плотины является специальная «непроницаемая мембрана», то есть водонепроницаемая часть плотины, которая предотвращает утечку воды.
Однако плотина должна быть не только водонепроницаемой, но и устойчивой. Естественный земляной вал или каменный утес, с опорой на которые запруда построена (так называемые учредительство запруды) должны также быть водонепроницаемыми. Также должна хорошо держать массы запруженной воды и долина реки выше по течению, в которой резервуар хранения формируется. Если эти природные зоны не являются водонепроницаемыми, то вода может вытекать из резервуара, даже если сама плотина водонепроницаема. Утечка воды может происходить через естественные полости земли (пещеры, разломы скал), поэтому перед устройством плотины вся местность хорошо исследуется с применением самых современных средств геологической диагностики.
Устойчивость самой плотины достигается с помощью максимального упрочнения ее стен. Плотина должна противостоять не только давлению воды, собранной в озере выше по течению, но и собственному весу, особенно если, по крайней мере, часть стены плотины насыщена водой. Чем выше плотина, тем больше глубина водохранилища за плотиной, и тем больше давление воды на подводную часть стены дамбы. Также плотина должна противостоять другим силам, которым она может время от времени подвергаться, например, тряске от землетрясений. Угроза, которую землетрясения представляют для плотин, широко варьируется в зависимости от региона мира, в котором находится плотина. Поэтому при проектировании любых плотин в обязательном порядке к изысканиям подключаются и опытные специалисты-сейсмологи.
Для того чтобы вода из водохранилища не перетекала через верхний край дамбы в случае ее переизбытка, плотина должна иметь некоторый путь для выпуска «лишней» воды в контролируемом количестве по мере необходимости. В зависимости от назначения плотины вода может быть выпущена в трубопровод для снабжения города водой, или на ГЭС для получения электроэнергии, или просто производится выпуск излишка воды в русло реки без всякого использования, только лишь с целью снижения избыточного давления.
Если во время весеннего наводнения река, на которой построена плотина, переполнится, в водохранилище будет поступать очень большой объем паводковой воды. Обычно это намного больше воды, чем можно выпустить через клапан выхода. Поэтому плотина должна иметь некоторые средства, с помощью которых эти большие объемы паводковой воды могут течь вокруг плотины, не нанося ущерба самой плотине; а также территориям, расположенным ниже по течению. Для этого используется специальный водосброс, который в большинстве случаев представляет собой открытый прорезной канал, достаточно большой, чтобы направлять паводковые воды вокруг плотины. Если плотина построена из бетона, водосброс может быть частью самой стены плотины. Однако если плотина земляная, или ее тело состоит из каменной засыпки (грунт и разрушенная порода), водосброс должен быть отдельным сооружением. Дело в том, что паводковые воды не могут течь поверх насыпной плотины, не разрушая ее, так как неконтролируемый водный поток имеет очень большую мощность, а земля или каменная засыпка не могут ей противостоять в должной мере.
Строительство плотины
Для того чтобы построить плотину, инженеры должны сперва осушить часть реки, на которой они хотят разместить дамбу. Обычно это достигается путем отвода реки через тоннель, то есть нужно изменить русло реки, чтобы построить в намеченном месте прочное основание дамбы. Тоннель строится через одну сторону реки вокруг планируемой строительной площадки. Сначала бурится ряд отверстий в скале, взрывчатые вещества помещаются в буровые скважины, разрушенная порода удаляется. Эта процедура повторяется столько раз, сколько необходимо для завершения постройки тоннеля. Готовые водоотводные туннели часто облицовываются бетоном. Если же река равнинная, то просто роется обводной канал, который впоследствии легко перекрыть.
Обычно работы по отводу реки начинаются летом, когда уровень воды в ней самый низкий. Землеройное оборудование используется для того, чтобы построить малую запруду (коффердам) перед площадкой основной конструкции. Это действует как барьер для реки и заставляет ее течь в проделанный туннель. Другой коффердам строится ниже по течению от основной конструкции, он необходим для того, чтобы предотвратить обратный поток воды в район строительства. Вся вода, которая все же просачивается через коффердамы, активно откачивается специальными водяными насосами.
Водоотводные туннели не всегда необходимы при строительстве бетонных плотин. Иногда река просто направляется через большую трубу и плотину, построенную вокруг нее.
Методы строительства, используемые при строительстве плотины, зависят от типа строящейся плотины. Первый этап строительства включает удаление всех оставшихся после отвода реки скальных образований. Скалы взрываются, их остатки в виде щебня впоследствии можно использовать для строительных работ.
Строительство водохранилища – это один из самых ответственных этапов строительства всей ГЭС. Дно этой гигантской запруды должно быть хорошо проверено на наличие природных трещин, через которые могла бы уходить вода. Если трещины имеются, они расширяются бурением и в них под высоким давлением закачивается специальный водостойкий цементный раствор. В ряде случаев, особенно если плотина строится на равнинной реке, дно хорошо бетонируется, причем перед армированием основного массива покрытия производится подбетонка природной поверхности. Чтобы вода не просачивалась в породу по краям плотины, необходимо устраивать специальные бетонные плинтуса.
При строительстве плотины также возводятся и сопутствующие сооружения, главным из которых является здание самой электростанции, где размещаются генераторы. Сами турбины находятся в теле плотины. После полного завершения всего строительства водозаборный тоннель закрывается, и озеро начинает заполняться водой. Закрытие водоотводного туннеля осуществляется в два этапа. Во время низкой подачи большой многоразовый стальной строб опускается через вход. Обходной тоннель после этого преграждается бетонной пробкой. В некоторых дамбах водоотводные выходы устроены по типу штепсельных вилок, чтобы в случае экстренной ситуации воду можно было быстро выпустить.
Видео как работает плотина
Заключение
Любая плотина, даже небольшая, требует не только выполнения очень большого объема земляных и взрывных работ, но и привлечения самых высококвалифицированных специалистов. Также необходима специальная техника в большом количестве, но самое главное – требуются проверенные временем технологии сооружения таких станций, которые имеются только в экономически развитых странах.