Дамба ( / ˈ l ɛ v i / ), [1] [2] дамба ( американский английский ), дамба ( английский Содружество ), насыпь , наводнение или стоп - банк — это структура, используемая для предотвращения изменения течения рек и для защиты от затопления территории, прилегающей к реке или побережью. Обычно он земляной , часто проходит параллельно течению реки в ее пойме или вдоль низменной береговой линии. [3]
Дамбы могут представлять собой естественные грядовые конструкции, образующиеся рядом с берегом реки, или представлять собой искусственно построенную насыпь [4] или стену [5] , регулирующую уровень воды. Однако дамбы могут нанести вред окружающей среде. [6] Стены наводнения являются более ограниченной альтернативой.
Древние цивилизации в долине Инда , древнем Египте, Месопотамии и Китае строили дамбы. Сегодня дамбы можно найти по всему миру, и обрушение дамб из-за эрозии или по другим причинам может привести к серьезным катастрофам, [7] таким как катастрофическое обрушение дамб в Большом Новом Орлеане в 2005 году , произошедшее в результате урагана Катрина .
Носители американского английского языка используют слово levee от французского слова levée (от причастия прошедшего женского рода французского глагола рычаг , «поднимать»). Он зародился в Новом Орлеане через несколько лет после основания города в 1718 году и позже был принят англоговорящими людьми. [8] Название происходит от особенности хребтов дамбы, поднятых выше, чем канал и окружающие поймы.
Современное слово «дамба» или « дамба» , скорее всего, происходит от голландского слова «dijk» , причем строительство дамб хорошо засвидетельствовано еще в 11 веке. Вестфризе Омрингдейк длиной 126 километров (78 миль) , построенный к 1250 году, был образован путем соединения существующих старых дамб. Римский летописец Тацит упоминает, что мятежные батави пробили дамбы, чтобы затопить свою землю и защитить свое отступление (70 г. н.э. ). [9] Слово «дейк» первоначально обозначало и траншею , и берег . Оно близко к английскому глаголу копать . [10]
В англосаксонском языке слово dic уже существовало и произносилось как dick в северной Англии и как ditch на юге. Подобно голландскому, английское происхождение этого слова связано с рытьем траншеи и формированием насыпи рядом с ней из поднятой почвы. Эта практика означает, что название может быть дано либо раскопкам, либо банку. Таким образом, дамба Оффы представляет собой комбинированную структуру, а дамба Кар — это траншея, хотя когда-то она также создавала банки. В английском Мидлендсе и Восточной Англии , а также в Соединенных Штатах дамба — это то же самое, что канава на юге Англии: указатель границы собственности или дренажный канал. Там, где по ней протекает ручей, ее можно назвать бегущей дамбой, как в случае с бегущей дамбой Риппингейл , которая ведет воду из водосборной трубы Car Dyke в дренаж South Forty Foot Drain в Линкольншире (TF1427). Weir Dike — это плотина в Борн-Норт-Фен , недалеко от Твенти , вдоль реки Глен , Линкольншир . В Норфолке и Саффолке Бродс дамба может представлять собой дренажную канаву или узкий искусственный канал от реки или широкий для доступа или швартовки, некоторые более длинные дамбы называются, например, Кэндл Дайк. [11]
В некоторых частях Британии , особенно в Шотландии и Северной Англии , дамба может представлять собой полевые стены, обычно построенные из сухого камня .
Основная цель искусственных дамб - предотвратить затопление прилегающей сельской местности и замедлить естественные изменения русла водного пути, чтобы с течением времени обеспечить надежные судоходные пути для морской торговли; они также ограничивают течение реки, что приводит к более высокому и быстрому потоку воды. Дамбы можно найти в основном вдоль моря, где дюны недостаточно прочны, вдоль рек для защиты от паводков, вдоль озер или вдоль польдеров . Кроме того, дамбы были построены с целью предотвращения затопления или в качестве границы зоны затопления. Последнее может представлять собой контролируемое военными затопление или меру по предотвращению затопления большей территории, окруженной дамбами. Дамбы также строились в качестве границ полей и военной защиты . Подробнее об этом типе дамбы можно прочитать в статье о стенах из сухого камня .
Дамбы могут представлять собой постоянные земляные валы или аварийные сооружения (часто из мешков с песком ), построенные в спешке в случае наводнения.
Некоторые из самых ранних дамб были построены цивилизацией долины Инда (в Пакистане и Северной Индии примерно с 2600 г. до н. э.), от которых зависела аграрная жизнь хараппских народов. [12] Дамбы также были построены более 3000 лет назад в Древнем Египте , где система дамб была построена вдоль левого берега реки Нил на протяжении более 1000 километров (600 миль), простираясь от современного Асуана до дельты Нила на берегу реки Нил. берега Средиземноморья . Месопотамские цивилизации и древний Китай также построили большие системы дамб. [13] Поскольку прочность дамбы зависит от ее самого слабого места, высота и стандарты строительства должны быть одинаковыми по всей ее длине. Некоторые авторитетные источники утверждают, что это требует сильной руководящей власти для руководства работой и, возможно, послужило катализатором развития систем управления в ранних цивилизациях. Однако другие указывают на свидетельства крупномасштабных земляных сооружений для контроля воды, таких как каналы и/или дамбы, датируемые еще до правления царя Скорпиона в додинастическом Египте , во время которого управление было гораздо менее централизованным.
Другой пример исторической дамбы, которая защищала растущий город-государство Мексихко-Теночтитлан и соседний город Тлателолько, был построен в начале 1400-х годов под руководством тлахтоани из альтепетля Тескоко, Несауалькойотль. Его функция заключалась в отделении солоноватой воды озера Тескоко (идеального для сельскохозяйственной техники Чинамитлс ) от пресной питьевой воды, подаваемой в поселения. Однако после того, как европейцы разрушили Теночтитлан, дамба также была разрушена, и серьезной проблемой стало наводнение, в результате которого в 17 веке большая часть озера была осушена.
Дамбы обычно строят путем насыпки земли на расчищенную ровную поверхность. Широкие у основания, они сужаются к ровной вершине, где можно разместить временные насыпи или мешки с песком. Поскольку интенсивность паводковых расходов увеличивается в дамбах на обоих берегах рек , а также из-за того, что отложения ила повышают уровень русла рек , планирование и вспомогательные меры имеют жизненно важное значение. Участки часто отступают от реки, чтобы сформировать более широкое русло, а бассейны пойменных долин разделены несколькими дамбами, чтобы предотвратить затопление большой территории из-за одного прорыва. Дамба, сложенная из камней, уложенных горизонтальными рядами с подушкой из тонкого дерна между каждым из них, называется спетчел .
Искусственные дамбы требуют серьезной инженерной мысли. Их поверхность должна быть защищена от эрозии, поэтому их засаживают растительностью, например, бермудской травой , чтобы связать землю вместе. На сухопутной стороне высоких дамб в качестве еще одной меры против эрозии обычно добавляют низкую земляную террасу, известную как банкетка . На берегу реки эрозия от сильных волн или течений представляет еще большую угрозу целостности дамбы. Последствиям эрозии можно противодействовать путем посадки подходящей растительности или установки камней, валунов, утяжеленных матов или бетонных ограждений . Отдельные канавы или дренажные плитки сооружают, чтобы фундамент не заболачивался.
Известные системы дамб были построены вдоль рек Миссисипи и Сакраменто в Соединенных Штатах , а также рек По , Рейна , Мааса , Роны , Луары , Вислы , дельты, образованной Рейном, Маасом/Маасом и Шельдой в Нидерландах и Дунай в Европе . В период Воюющих царств Китая ирригационная система Дуцзянъянь была построена Цинь как проект по сохранению воды и борьбе с наводнениями. Инфраструктура системы расположена на реке Миньцзян ( китайский :岷江; пиньинь : Миньцзян ), которая является самым длинным притоком реки Янцзы , в провинции Сычуань , Китай .
Система дамб Миссисипи представляет собой одну из крупнейших подобных систем в мире. Он включает в себя более 5600 км (3500 миль) дамб, простирающихся примерно на 1000 км (620 миль) вдоль Миссисипи, простирающихся от мыса Жирардо , штат Миссури , до дельты Миссисипи . Они были начаты французскими поселенцами в Луизиане в 18 веке для защиты города Новый Орлеан . [14] Первые дамбы Луизианы были около 90 см (3 фута) в высоту и покрывали расстояние около 80 км (50 миль) вдоль берега реки. [14] Инженерный корпус армии США совместно с Комиссией по реке Миссисипи расширил систему дамб, начиная с 1882 года, чтобы покрыть берега реки от Каира, штат Иллинойс, до устья дельты Миссисипи в Луизиане. [14] К середине 1980-х годов они достигли нынешнего размера и в среднем составляли 7,3 м (24 фута) в высоту; некоторые дамбы Миссисипи достигают высоты 15 м (50 футов). Дамбы Миссисипи также включают в себя одни из самых длинных непрерывных отдельных дамб в мире. Одна такая дамба простирается на юг от Пайн-Блафф , штат Арканзас , на расстояние около 610 км (380 миль). Масштаб дамб Миссисипи часто сравнивают с Великой Китайской стеной . [15]
Инженерный корпус армии США (USACE) рекомендует и поддерживает технологию сотового ограничения (геоячейки) как передовую практику управления. [16] Особое внимание уделяется вопросам поверхностной эрозии, предотвращению перелива и защите гребня дамбы и склона вниз по течению. Армирование геоячейками обеспечивает растягивающую силу почвы, чтобы лучше противостоять нестабильности.
Искусственные дамбы могут со временем привести к поднятию естественного русла реки; произойдет это или нет и насколько быстро, зависит от разных факторов, одним из которых является количество и тип русловой нагрузки реки. К такому поведению склонны аллювиальные реки с интенсивными скоплениями наносов. Примеры рек, где искусственные дамбы привели к поднятию русла реки, даже до такой степени, что русло реки выше, чем прилегающая поверхность земли за дамбами, можно найти для Желтой реки в Китае и Миссисипи в Соединенных Штатах.
Дамбы очень распространены на болотах, граничащих с заливом Фанди в Нью-Брансуике и Новой Шотландии , Канада . Акадийцам , заселившим этот район , можно приписать оригинальное строительство многих дамб в этом районе, созданных с целью обработки плодородных приливных болот. Эти дамбы называются дамбами. Они построены с навесными шлюзовыми воротами, которые открываются во время прилива для отвода пресной воды из сельскохозяйственных болот и закрываются во время прилива, чтобы предотвратить попадание морской воды за дамбу. Эти шлюзовые ворота называются « абоитео ». В Нижнем Мейнленде вокруг города Ванкувер , Британская Колумбия , есть дамбы (известные как дамбы, также называемые «морской стеной») для защиты низменных земель в дельте реки Фрейзер , особенно города Ричмонд . на острове Лулу . Существуют также дамбы для защиты других мест, которые были затоплены в прошлом, таких как Питт-Польдер, земли, прилегающие к реке Питт , и другие притоки рек.
Прибрежные дамбы для предотвращения наводнений также распространены вдоль внутренней береговой линии за Ваттовым морем , районом, опустошенным многими историческими наводнениями. [17] Таким образом, народы и правительства возводят все более крупные и сложные системы дамб для защиты от наводнений, чтобы остановить море даже во время штормовых наводнений. Самыми большими из них являются огромные дамбы в Нидерландах , которые вышли за рамки простой защиты от наводнений, поскольку они агрессивно захватили земли, находящиеся ниже среднего уровня моря. [18]
Эти типично искусственные гидротехнические сооружения расположены для защиты от эрозии. Они обычно размещаются в аллювиальных реках перпендикулярно или под углом к берегу канала или дамбы [ 19 ] и широко используются вдоль береговой линии. Существует два распространенных типа шпор: проницаемые и непроницаемые, в зависимости от материалов, использованных для их строительства.
Естественные дамбы обычно образуются вокруг равнинных рек и ручьев без вмешательства человека. Они представляют собой удлиненные гряды ила и/или ила, образующиеся в поймах рек, непосредственно примыкающих к изрезанным берегам. Подобно искусственным дамбам, они снижают вероятность затопления поймы.
Образование дамб является естественным следствием разлива извилистых рек, которые несут большое количество взвешенных наносов в виде мелкого песка, ила и ила. Поскольку пропускная способность реки частично зависит от ее глубины, осадок в воде, находящейся над затопленными берегами русла, больше не способен удерживать во взвешенном состоянии такое же количество мелких отложений, как основной тальвег . Таким образом, сверхмелкие отложения быстро оседают на участках поймы, ближайших к руслу. При значительном количестве наводнений это в конечном итоге приведет к образованию гребней на этих позициях и снижению вероятности дальнейших наводнений и эпизодов строительства дамб. [20]
Если ухудшение состояния основного русла продолжит происходить, это снова повысит вероятность превышения дамбы, и дамбы могут продолжать наращиваться. В некоторых случаях это может привести к тому, что русло русла в конечном итоге поднимется над окружающими поймами, ограниченным только окружающими его дамбами; Примером может служить Желтая река в Китае у моря, где океанские корабли плывут высоко над равниной по возвышенной реке. [21]
Дамбы распространены в любой реке с высоким содержанием взвешенных наносов и, таким образом, тесно связаны с извилистыми руслами, которые также с большей вероятностью возникают там, где река несет большие фракции взвешенных наносов. По тем же причинам они также распространены в приливных ручьях, куда приливы приносят большое количество прибрежного ила и ила. Высокие весенние приливы вызовут наводнения и приведут к созданию дамб.
Как естественные, так и искусственные дамбы могут выйти из строя по разным причинам. Факторы, вызывающие разрушение дамбы, включают перекрытие, эрозию, структурные разрушения и насыщение дамбы. Наиболее частым (и опасным) является прорыв дамбы . Здесь часть дамбы фактически прорывается или разрушается, оставляя большое отверстие для воды, чтобы затопить землю, иначе защищенную дамбой. Нарушение может быть внезапным или постепенным разрушением, вызванным либо поверхностной эрозией, либо подземной слабостью дамбы. В результате нарушения может образоваться веерообразное отложение отложений, расходящееся от места нарушения, что называется расширением трещины . В естественных дамбах после того, как произошло нарушение, разрыв в дамбе будет оставаться до тех пор, пока он снова не будет заполнен в процессе строительства дамбы. Это увеличивает вероятность будущих нарушений, произошедших в том же месте. Разрывы могут быть местом перекрытия меандра , если направление потока реки постоянно отклоняется через разрыв.
Иногда говорят, что дамбы разрушаются, когда вода выходит за гребень дамбы. Это вызовет наводнение в поймах, но, поскольку оно не повредит дамбу, оно будет иметь меньше последствий для будущих наводнений.
Среди различных механизмов разрушения дамб, вызывающих прорывы дамб, эрозия почвы оказывается одним из наиболее важных факторов. Прогнозирование эрозии почвы и образования размывов в случае перелива важно для проектирования устойчивых дамб и дамб . Было проведено множество исследований по изучению эрозии почв. Брио и др. (2008) [22] использовали тест на аппарате функции эрозии (EFA) для измерения эрозионной способности почв, а затем с помощью программного обеспечения Chen 3D было выполнено численное моделирование на дамбе, чтобы определить векторы скорости в вышедшей через верх воды и возникающие размывы. когда вышедшая вода сталкивается с дамбой. На основе анализа результатов теста EFA была разработана диаграмма эрозии для классификации эродируемости почв. Хьюз и Надаль в 2009 году [23] изучили влияние комбинации выхода волн и разлива штормовых нагонов на эрозию и размыв дамб. В исследование были включены гидравлические параметры и характеристики потока, такие как толщина потока, интервалы волн, уровень нагона над вершиной дамбы, при анализе развития размывов. По данным лабораторных испытаний были получены эмпирические корреляции, связанные со средним превышением расхода воды, для анализа устойчивости дамбы против эрозии. Эти уравнения могут подойти только к ситуации, аналогичной экспериментальным испытаниям, тогда как они могут дать разумную оценку, если их применить к другим условиям.
Осули и др. (2014) и Каримпур и др. (2015) провели физическое моделирование дамб в лабораторном масштабе, чтобы оценить балльные характеристики различных дамб из-за перекрытия паводковой стены. [24] [25]
Другой подход, применяемый для предотвращения обрушений дамб, - это электротомография (ERT). Этот неразрушающий геофизический метод позволяет заранее обнаружить критические зоны насыщения насыпей. Таким образом, ERT может использоваться для мониторинга явлений просачивания в земляных сооружениях и действовать в качестве системы раннего предупреждения, например, на критических участках дамб или насыпей. [26]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )