для чего строят плотины в наши дни
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 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.
По следам космических событий
Кому что досталось
Эратосфен
Коралл — это животное или растение?
Почему мне надо выполнять домашние задания?
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).
«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.
Что такое водохранилища и зачем их строят?
Водные богатства, которыми столь обильна наша страна, распределены по её территории не слишком равномерно.
В некоторых местностях наблюдается избыток водных ресурсов, в других же, наоборот, ощущается постоянный недостаток пресной воды. Но особенно чувствительными для хозяйственной деятельности являются сезонные колебания уровня рек. Чтобы снизить их влияние и сделать речной сток более равномерным, в предыдущем столетии была создана обширная сеть водохранилищ – искусственных водоёмов различной вместимости.
Что такое водохранилище?
Как понятно из названия, водохранилище – это искусственное сооружение, специально предназначенное для хранения воды. По своему размеру оно вполне сравнимо с крупным или средним озером: подавляющее большинство водохранилищ вмещают более миллиона кубометров воды, а крупнейшие из них имеют объём, превышающий 500 миллионов кубометров.
Они создаются, как правило, в речных долинах путём перегораживания русла реки плотиной. Существуют, кроме того, водохранилища озёрного типа, когда избыток воды сбрасывается в озеро, а затем по мере необходимости поступает оттуда в речную систему или систему каналов.
Вода, находящаяся в водохранилище, не пребывает в полной неподвижности, как в озере, и сохраняет поступательное движение речного течения, однако оно существенно замедлено по сравнению с рекой. Кроме того, для водоёмов этого типа характерными являются:
– значительные сезонные колебания уровня воды, который повышается весной и осенью, постепенно снижаясь в течение зимнего и летнего сезонов;
– более холодная вода, чем в озёрах, из-за непрекращающегося течения;
– замерзание мелких водохранилищ раньше, а крупных – позже рек, причём таяние льда наблюдается позже, чем у рек, и в тех, и в других случаях;
– содержание в воде большего количества растворённых минеральных веществ, чем в речной.
Помимо чаши, в состав любого водохранилища обязательно входит дамба (плотина), которая устанавливается поперёк течения реки, а также станция очистки воды. Глубина дна возле дамбы, как правило, намного больше, чем возле противоположного дамбе берега.
Для чего нужны водохранилища?
В настоящее время водохранилища существуют во многих странах мира и на всех континентах, кроме Австралии.
Необходимость в них вызвана сезонными колебаниями уровня речной воды. В нашей стране во время весеннего половодья по руслам рек протекает, в зависимости от региона, до 70% общегодового стока речных вод.
В зимнюю и летнюю межень, напротив, ощущается резкий недостаток воды в реке, причём именно тогда, когда она необходима. Строительство водохранилищ позволило решить эту проблему: избыточная вода аккумулируется в водохранилище, а затем постепенно сбрасывается в реку, чем поддерживается её более-менее постоянный уровень.
Наличие водохранилищ оказывает позитивное влияние на хозяйственную деятельность человека. С их помощью:
– снижается риск наводнений, затопления жилых домов, сельхозугодий, промышленных предприятий и т.д.;
– улучшаются условия для плавания речного транспорта, появляется возможность эксплуатации крупных глубоководных судов, более рентабельных, чем мелкие;
– создаются каскады гидроэлектростанций для выработки дешёвой электроэнергии без загрязнения среды;
– создаются рыбоводческие хозяйства для разведения ценных пород речной рыбы;
– увеличивается пространство рекреационных зон.
В то же время существуют и негативные стороны создания водохранилищ, которые выражаются в нарушении сложившихся экосистем, затоплении большого количества пахотных земель, иногда даже с населёнными пунктами, из-за чего приходится переселять людей, в заболачивании территорий, расположенных выше плотины по течению реки и т.д.
Водохранилища: история и современность
Необходимость в строительстве водохранилищ человечество испытывало с тех пор, как вокруг оседлых поселений хлебопашцев начали складываться первые государства. Небольшие водохранилища существовали ещё в Древнем Египте: в них земледельцы запасали воду во время разлива Нила, а затем понемногу расходовали для орошения земель. Водохранилища существовали в древних Китае и Индии, а затем в средневековой Европе. Но лишь с приходом века пара и электричества энергию течения рек стали использовать в промышленном производстве.
Наибольшее число водохранилищ, существующих в настоящее время, были построены в 50-60-е годы ХХ века. Их сооружение продолжалось и позже, но уже не так активно. Сегодня во всём мире существует около 30 000 водохранилищ, общий объём воды в которых достигает 6 000 кубических километров.
В хозяйственной деятельности используется порядка 3500 кубических километров воды – количество, примерно равное десятой доле суммарного годового стока всех рек мира. При этом затоплению подверглись территории общей площадью до 350 000 квадратных километров.