Гребля

Гребля Гувера - бетонная плотина арочно-гравитационного типа высотой 221 м

Гребля - гидротехническое сооружение, что преграждает русло реки, болото или иной водоток для поднятия уровня воды перед ней с целью создания водохранилища, создание напора воды для использования ее энергии в ГЭС, водоснабжения населенных пунктов или промышленных объектов. По верхней части плотины, обычно прокладывается транспортная магистраль для проезда через нее. Также известна как синоним гати или гати - настила из дерева, хвороста и других строительных материалов для проезда через болото или водоток.

1. История

Гребля Корнальво в Испании используется уже в течение почти двух тысячелетий.

Гребля Калланаи на реке Кавери в Тамилнаду, Южная Индия (основана в 1 - 2 веке н.э.)

Украинское слово дамба, которое обычно используется для определения плотины происходит от среднеанглийский слова dam ^[1], которое в свою очередь происходит из середньонидерландськои языка, чьи следы можно увидеть в названиях многих городов, таких как Амстердам или Роттердам. Однако, использование термина "Дамба" в значении "плотина" является неправильным по нормативной терминологии, поскольку "Дамба" это гидротехническое сооружение в виде насыпи для защиты территории от наводнений, для окружения искусственных водоемов и водотоков, для направления потока воды в нужном направлении ^[2]. Это популярная языковая ошибка.

Первые древние плотины были построены в Месопотамии и на Ближнем Востоке. Они использовались для контроля уровня воды Тигра и Евфрата, которые во время сильных дождей становились непредсказуемыми.

Самая плотина из известных находится в Яве в Иордании, в 100 км северо-восточнее Амман. Плотина гравитационного типа была каменной стеной высотой 9 м и 1 м шириной. Поддерживал его земляной вал шириной 50 м. Эта плотина датирована 3000 г. до н.э. ^{[3] [4]}. Другим древним примером является Аль-Садд Кафара находится в Вади аль-Гарави, в 25 км к югу от Каир. Гребля шириной в 102 метров в длинном месте и высотой 87 метров была построена около 2800 г. до н.э. ^[5] или 2600 г. до н.э. ^[6] как распределяя плотина для контроля подъема воды в реке. Была разрушена в результате сильных дождей непосредственно перед или сразу после завершения строительства. ^{[5] [6]}

Примерами плотин, построенных в Древнем Риме могут быть три здания в Субьяко на реке Анио в Италии или плотины в Мериде в Испании.

Старейшей существующей и поныне считается плотина Qattinah в современной Сирии. Ее создание датируется периодом царствования египетского фараона Сети (1319 - 1304 гг до н.э.). Позже была увеличена римлянами и в современный период в 1934-1938 гг Гребля пор снабжает водой сирийское город Хомс.

Мощной плотиной, построенной из неотесанного камня является Калланаи, 300 м в длину, 4,5 м на 20 м в ширину, расположена на реке Кавери в Индии. Ее основные сооружения были построены во втором веке нашей эры ^[7] and is considered one of the oldest water-diversion or water-regulator structures in the world, which is still in use. ^[8] Она была построена с целью распределения воды реки на плодородный регион дельты через оросительные каналы.

Ду Цзян Янь является старейшей существующей ирригационной системой в Китае, содержащий плотину. Ее строительство было закончено в 251 г. до н.э. Мощная земляная плотина, разработанная министром государства Чу Sunshu Ао, затапливала долину в северной части современной провинции Аньхой и образовывала огромное водохранилище (100 км в диаметре). Это водохранилище существует и поныне.

В Иране плотины использовали для подъема воды с помощью водяного колеса. Первая такая сооружение было построено в Дезфули ^[9], которая поднимала воду на 50 локтей) и поставляла ее всему городу. Также были известны отводные дамбы ^[10]. Плотины построенные при мельницах мусульманскими инженерами во время Исламской аграрной революции назывались Pul-i-Bulaiti. Первая из них была построена в Shustar на реке Карун, Иран, и многие из них были построены позже и в других частях исламского мира. ^[10] Вода была подведена с задней части плотины через большую трубу, которая падала на водяное колесо. ^[11]

В Нидерландах, расположенных в основном на депрессиях, плотины использовались для блокировки рек, для того чтобы отрегулировать уровень воды и не дать морской воде затопить территории, лежащие ниже уровня моря. Этот тип плотины (дамбы) часто давал начало возникновения города, и поэтому она появлялась в названии, например, Амстердам (ранее Amstelredam) был создан после установки плотины на реке Амстел в конце ХII века и, в то время как Роттердам от плотины на реке Ротте, приток Ниве-Маас. Главная площадь Амстердама, вероятное место расположения первой плотины, до сих пор называется Dam.

2. Основные понятия и характеристики

Общие для всех видов плотин определения понятий ^{[2] [12]} :

• водоток - водный объект, характеризующийся движением воды в направлении уклона в углублении земной поверхности;
• верхний бьеф - акватория, образующийся перед плотиной;
• нижний бьеф - водоток за плотиной;
• напорная грань (напорный откос) - поверхность плотины со стороны верхнего бьефа;
• низовая грань (низовой откос) - поверхность плотины со стороны нижнего бьефа;
• подошва (подземный контур) - основа дамбы, контактирующей с грунтом, на котором она возведена;
• гребень - верхняя горизонтальная часть плотины, на которой обычно размещают транспортные магистрали;
• подпор - подъем уровня воды, возникающее вследствие перегораживание или сужение русла водотока или изменения условий стока подземных вод;
• рисберма - укрепление русла потока в пределах гидротехнического сооружения непосредственно за водобоя.

Гребля характеризуется следующими величинами:

• уровень мертвого объема - объем, предназначенный для осаждения наносов за весь срок эксплуатации водохранилища. При забора воды из водохранилища для водоснабжения уровень воды в нем не должно быть ниже уровня мертвого объема;
• нормальный уровень подпора - уровень, что соответствует расчетному объему водохранилища;
• форсированный уровень подпора - максимально возможный (аварийный) уровень воды в водохранилище, превышение которого недопустимо.

3. Классификация плотин по видам материалов

Насыпная земляная плотина Нурекской ГЭС высотой 300 м ( Таджикистан

Гранд Диксенс ( Швейцария) - самая высокая (285 м) плотина гравитационного типа

Гребля массивно-контрфорсной типа Днепровской ГЭС (высота 60 м)

Гребля Гордона - плотина арочного типа высотой 140 м ( Австралия)

Многоарочная плотина Даниеля-Джонсона в Квебека ( Канада)

Плотины по материалам, которые использованы для их сооружения бывают следующих

3.1. Сыпучие плотины

Сыпучие плотины - это насыпи из местных почв ( песок, супесь, суглинок, камень) ^[13]. Основу такой плотины делают значительно шире, чем гребень, потому что напор воды является крупнейшим именно у основания плотины. Слой камня защищает дамбу от размывания. В толщине плотины находится водонепроницаемый барьер - бетонные кулисы. Такие плотины строятся обычно на широких реках, потому что материал для их сооружения сравнительно дешевый. Такие плотины устойчивы против смещения основы, однако подвержены подмыва и разрушения. Земляные плотины с напором до 15 м называют низким, 15-50 м - средненапорные, более 50 м - высоконапорными; каменные и каменно-земляные с напором до 20 м называют низким, 20-70 м - средненапорные, 70-150 м - высоконапорными и свыше 150 м - надвисоконапирнимы.

Сыпучие плотины из камня в зависимости от конкретных условий строительства могут сводиться насыпкой, накидкой взрывом, механической накидкой и сухой кладкой. Каменные плотины строят с принудительным уплотнением материала украдаеться или без уплотнения. Обязательным элементом насыпной плотины является дренаж - система каналов, предназначенных для сбора и транспортировки в заданное место фильтрационной воды, которая проходит через тело плотины.

Все насыпные плотины имеют трапециевидную поперечное сечение с ломаным профилем напорного и низового откосов. Верхние кромки откосов на уровне гребня называют бровками, а нижние, обусловленные топографией створа плотины - подошвами. На откосах через определенные расчетные высотные интервалы располагают горизонтальные участки - бермы, предназначенные для обеспечения проезда транспортно-строительной техники при строительстве и эксплуатации, а также для повышения устойчивости откосов. Для защиты откосов насыпных дамб от разрушения волнами применяют различные материалы - бетонные или железобетонные плиты, камень, асфальтобетон, биологическое укрепления (высадки быстрорастущих многолетних трав и растений).

3.2. Суцильнокамьяни плотины

Суцильнокамьяни плотины основном строят из бетона или железобетона ^[14]. Их сооружают в узких, глубоких ущельях, поскольку только бетон способен выдержать сильный напор на основание плотины. Простейший тип такой плотины, усиленная гребля, основа которой намного шире, чем гребень. Бетонные и железобетонные плотины на не скальных основаниях можно строить высотой не более 45 м. На скальных основаниях высота плотины не ограничивается и определяется конкретными геологическими, гидрогеологическими и сейсмическими условиями района строительства.

3.3. Деревянные плотины

Деревянные плотины - это плотины, основные конструкции которой выполнены из дерева преимущественно хвойных пород ( сосна, ель). Деревянные плотины строятся для небольших напоров (2-4 м, реже 4-8 м и, как исключение, до 16-20 м). Деревянные плотины строят очень редко, в основном в местностях, имеющих недорогой и качественный лес.

3.4. Металлические плотины

Металлические плотины (щитовые, разборно-щитовые) строят крайне редко из-за высокой стоимости металла, зато он широко используется в гидротехнических сооружениях в виде проката (для задвижек, закладных элементов, трубопроводов, резервуаров и т.д.) и как арматура в железобетонных конструкциях (армопакеты, армофермы, каркасы, сетки).

4. Виды плотин по способу восприятия нагрузок

Плотины по способу восприятия нагрузок разделяют на несколько

4.1. Гравитационные плотины

Гравитационная плотина - бетонная или каменная плотина, устойчивость которой по отношению к силам смещения (давление воды, льда, волн и др.). обеспечивается в основном силами трения в подошве, пропорциональными собственному весу плотины. Такие плотины имеют значительную массу и значительный поперечное сечение, за счет которого обеспечивается большая устойчивость. Недостаток таких плотин - неоправданно высокий запас прочности, что обуславливает перерасход строительных материалов. Его отстраняют выполнением облегченных конструкций: с расширенными швами у основания, с экраном на напорной грани, с анкеровкой в ​​основании плотины; с уменьшением угла наклона подошвы, с обустройством сухих или мокрых продольных пустот ( потерн), свободных или заполненных дешевыми инертными материалами.

Это довольно распространенный тип плотин, используется как на скальных (Красноярская ГЭС), так и на нескальных (водосливные плотины волжских гидроузлов) почвах. Экономичные формы контура поперечного профиля гравитационных плотин близкие треугольника или трапеции. Основной параметр гравитационной плотины - отношение толщины плотины по подошве к ее высоты - зависит от характера почвы или пород подошвы и колеблется от 0,6 (скала) до 1,2 (глина). Наибольшую высоту 285 м среди существующих гравитационных плотин имеет плотина Гран-Диксенс ^[15] (1962) в Швейцарии. Длина плотины 700 м, ширина плотины в основе составляет 200 м, по гребню - 15 м. Гребень располагается на высоте 2 365 м над уровнем моря. На строительство плотины ушло 6 млн м ³ бетона.

4.2. Контрфорсные плотины

Контрофорсна плотина - это плотина, в которой давление воды верхнего бьефа, воспринимается напорным перекрытием (в виде плит, сводов и т. п.), передается контрфорсам и через последние - подошве. Такие плотины сооружают преимущественно из бетона и железобетона. Контрфорсы бывают двух типов: массивные (бетонные и бутобетонные) и тонкие (бетонные и железобетонные) сплошные или сквозные. Для обеспечения устойчивости тонких контрфорсов между ними располагают балки жесткости (распорки), которые противодействуют продольном изгиба контрфорсов.

Контрфорсные плотины легче по сравнению с гравитационными. Эти дамбы могут выполняться из отдельных контрфорсов, примыкающих друг к другу и имеющих расширение со стороны верхнего бьефа (массивные оголовки), в этом случае пруд называют массивно-контрфорсной ( Днепровская ГЭС). Если пространство между отдельно стоящими контрфорсами перекрывают арками, то такую ​​плотину называют Многоарочная контрфорсной. Контрфорсные плотины всех видов сводят на прочных подошвах.

4.3. Плотины арочного типа

Арочная плотина - криволинейная в плане плотина, прочность которой обеспечивается в основном работой ее как арки с передачей горизонтального давления воды почти полностью берегам или уступам. Их относительно, тонкостенные конструкции имеют поперечное сечение сложного профиля (двоякой кривизны или купольного типа), обращенное выпуклостью в сторону верхнего бьефа. Арочные плотины сооружают преимущественно из бетона при наличии прочной (скальной) подошвы и скалистых берегов. Арочные плотины могут быть глухими, т.е. без сброса воды или водосбросных. Это легкие плотины, которые применяются в определенных природных условиях и служат для создания высоких (до 300 м) и сверхвысоких напоров.

В зависимости от отношения толщины b плотины внизу до ее высоты h арочные плотины делятся на собственно арочные (b / h = 0,35) и гравитационно-арочные (b / h = 0,35 ... 0,6).

5. Виды плотин по способу пропуска воды

Гребля с регулируемым сливом:
1 - Кулиса, 2 - Водослив 3 - Клапан-регулятор водослива, 4 - Щит плотины

По способу пропуска воды плотины делятся на глухие, водосливные и фильтрующие.

В глухих плотинах нет специальных устройств для пропуска воды в нижний бьеф.

В водосливных плотинах воду в нижний бьеф пропускают через гребень плотины или поверхностные водосливные отверстия. Различают:

• водосливы без затвора - пропускная способность водослива не регулируется и зависит только от уровня воды в водохранилище;
• водосливы с затвором - пропускная способность водослива регулируется.

Водопропускные сооружения могут располагаться как в теле плотины так и на берегах, обеспечивая транспортировки воды в обход тела плотины. В некоторых случаях плотины из камня, построенные без противофильтрационных средств, обеспечивающих пропуск расчетной расходы воды в нижний бьеф только за счет фильтрации потока через тело плотины (фильтровальная гребля).

Существуют переливные плотины, в которых расчетные расходы воды пропускают в нижний бьеф через поверхностные водоемы или через укрепленные откосы плотины. Пропуск воды через водосливные отверстия на гребне плотины зачастую регулируется затворами. Водосливные отверстия могут быть использованы также для пропуска льда, иногда деревянных лесозаготовительных бревен, а при низком пороге - наносов и, при соответствующих скоростях течения и габаритах отверстия, - судов.

Величина напора на гребне водослива назначается из условий достижения возможно максимальных удельных (на 1 м длины плотины) расходов воды в конце укрепления русла за дамбой (на рисберми) в нижнем бьефе (однако с допустимыми по защите сооружения от подмывания быстрым течением воды), получения минимальной общей стоимости сооружения, приемлемой высоты затворов и недопущения опасной вибрации тела водослива. На построенных водосливных плотинах величина напора на гребне обычно составляет 2 ... 8 м, достигая в отдельных случаях 15 ... 18 м. Удельные расходы принимаются до 50 ... 60 м ³ / с на 1 погонный метр длины водостока для гребли на нескальных грунтах и до 100 ... 120 м ³ / с - на скальных.

6. Самые высокие в мире действующие дамбы

Плотина Киевской ГЭС

Гребля Кременчугской ГЭС

Водосливная плотина Каховской ГЭС

Название	Высота	Тип	Страна	Река
Нурекская ГЭС	300 м	Земляная, насыпная	Таджикистан	Вахш
Гранд Диксенс	285 м	Гравітаційна, бетонна	Швейцария	Діксенс
ГЕС Інгурі	271,5 м	Арочна, бетонна	Грузия	Інгурі
Гребля Вайонт	261,6 м	Арочна, бетонна	Италия	Вайонт
ГЕС Чікоасен (англ. Chicoasen Dam ) [16]	261 м	Земляна, насипна	Мексика	Грихальва
ГЕС Техрі (англ. Tehri Dam )	261 м	Земляна, насипна	Индия	Бхагіраті
ГЕС Альваро Обрегон (англ. Alvaro Obregn Dam )	260 м	Арочна, бетонна	Мексика	Ріо Якуї
Гребля Мавосін (англ. Lac de Mauvoisin ) [17]	250 м	Арочна, бетонна	Швейцария	Багне
ГЕС Гуавіо (англ. Guavio Dam )	243 м	Камінно-насипна	Колумбия	Гуавіо
ГЕС Міка (англ. Mica Dam )	243 м	Земляна, насипна	Канада	Колумбия

7. Греблі в Україні

См.. также

• Асуанські греблі
• Каріба (гребля)
• Кокаральська гребля
• Льодяна гребля

Примечания