stringtranslate.com

Плотина

Плотина Эдерзее в Гессене , Германия

Плотина — это барьер, который останавливает или ограничивает поток поверхностных вод или подземных рек. Водохранилища, созданные плотинами, не только подавляют наводнения, но и обеспечивают водой такие виды деятельности, как орошение , потребление человеком , промышленное использование , аквакультура и судоходство . Гидроэнергетика часто используется в сочетании с плотинами для выработки электроэнергии. Плотина также может использоваться для сбора или хранения воды, которая может быть равномерно распределена между местами. Плотины обычно служат основной целью удержания воды, в то время как другие сооружения, такие как шлюзы или дамбы (также известные как дамбы ), используются для управления или предотвращения потока воды в определенные регионы суши.

Слово «dam» (дамба) можно проследить до среднеанглийского языка [ 1], а до этого — до средненидерландского языка , что можно увидеть в названиях многих старых городов [2] , таких как Амстердам и Роттердам .

Древние плотины строились в Месопотамии и на Ближнем Востоке для контроля воды. Самая ранняя известная плотина — плотина Джава в Иордании , датируемая 3000 годом до нашей эры. Египтяне также строили плотины, такие как плотина Садд-эль-Кафара для контроля наводнений. В современной Индии Дхолавира имела сложную систему управления водными ресурсами с 16 водохранилищами и плотинами. Великая плотина Мариба в Йемене, построенная между 1750 и 1700 годами до нашей эры, была инженерным чудом, а Эфлатун Пинар, хеттская плотина и родниковый храм в Турции, датируется 15 и 13 веками до нашей эры. Плотина Калланаи в Южной Индии, построенная во 2 веке нашей эры, является одним из старейших водорегулирующих сооружений, которые все еще используются.

Римские инженеры строили плотины с использованием передовых технологий и материалов, таких как гидравлический раствор и римский бетон, что позволяло возводить более крупные сооружения. Они ввели плотины-резервуары, арочно-гравитационные плотины, арочные плотины, контрфорсные плотины и многоарочные контрфорсные плотины. В Иране мостовые плотины использовались для гидроэнергетических и водоподъемных механизмов.

В средние века в Нидерландах строились плотины для регулирования уровня воды и предотвращения вторжения моря. В XIX веке крупные арочные плотины были построены по всей Британской империи, что ознаменовало прогресс в технике строительства плотин. Эра крупных плотин началась со строительства Асуанской низкой плотины в Египте в 1902 году. Плотина Гувера, массивная бетонная арочно-гравитационная плотина, была построена между 1931 и 1936 годами на реке Колорадо. К 1997 году во всем мире насчитывалось около 800 000 плотин, причем около 40 000 из них имели высоту более 15 метров.

История

Древние плотины

Раннее строительство плотин имело место в Месопотамии и на Ближнем Востоке . Плотины использовались для контроля уровня воды, поскольку погода Месопотамии влияла на реки Тигр и Евфрат .

Самая ранняя известная плотина — плотина Джава в Иордании , в 100 километрах (62 мили) к северо-востоку от столицы Аммана . Эта гравитационная плотина изначально имела каменную стену высотой 9 метров (30 футов) и шириной 1 м (3,3 фута), поддерживаемую земляным валом шириной 50 м (160 футов). Сооружение датируется 3000 годом до нашей эры. [3] [4] Однако самая старая постоянно действующая плотина — плотина озера Хомс , построенная в Сирии между 1319 и 1304 годами до нашей эры. [5]

Древнеегипетская плотина Садд-эль-Кафара в Вади-эль-Гарави, примерно в 25 км (16 миль) к югу от Каира , имела длину 102 м (335 футов) у основания и ширину 87 м (285 футов). Сооружение было построено около 2800 [ 6] или 2600 г. до н. э. [7] как водоотводная плотина для борьбы с наводнениями, но было разрушено сильным дождем во время строительства или вскоре после этого. [6] [7] Во время Двенадцатой династии в 19 веке до н. э. фараоны Сеносерт III, Аменемхет III и Аменемхет IV вырыли канал длиной 16 км (9,9 миль), связавший Фаюмскую впадину с Нилом в Среднем Египте. Были построены две плотины под названием Ха-Уар, идущие с востока на запад, чтобы удерживать воду во время ежегодного наводнения, а затем сбрасывать ее на окружающие земли. Озеро под названием Мер-вер или озеро Мёрис занимало площадь 1700 км2 ( 660 кв. миль) и сегодня известно как Биркет-Карун. [8]

К середине-концу третьего тысячелетия до нашей эры была построена сложная система управления водными ресурсами в Дхолавире в современной Индии . Система включала 16 водохранилищ, плотин и различных каналов для сбора и хранения воды. [9]

Одним из инженерных чудес древнего мира была Великая плотина Мариб в Йемене . Начатая где-то между 1750 и 1700 годами до нашей эры, она была сделана из утрамбованной земли — треугольной в поперечном сечении, 580 м (1900 футов) в длину и первоначально 4 м (13 футов) в высоту — пролегала между двумя группами скал по обе стороны, с которыми она была связана значительной каменной кладкой. Ремонтные работы проводились в различные периоды, наиболее важным из которых был период около 750 года до нашей эры, а 250 лет спустя высота плотины была увеличена до 7 м (23 фута). После распада Сабейского царства плотина попала под контроль химьяритов ( ок. 115 г. до н. э.), которые провели дальнейшие усовершенствования, создав сооружение высотой 14 м (46 футов) с пятью водосбросами, двумя укрепленными камнем шлюзами, отстойником и каналом длиной 1000 м (3300 футов) к распределительному резервуару. Эти работы были завершены только в 325 г. н. э., когда плотина позволила орошать 25 000 акров (100 км 2 ).

Эфлатун Пынар — хеттский храм с плотиной и источником недалеко от Коньи , Турция. Считается, что он датируется хеттской империей между 15 и 13 веками до нашей эры.

Калланай построен из необработанного камня, более 300 м (980 футов) в длину, 4,5 м (15 футов) в высоту и 20 м (66 футов) в ширину, через основное течение реки Кавери в Тамил Наду , Южная Индия . Основная конструкция датируется 2 -м веком нашей эры [10] и считается одним из старейших водоотводных или водорегулирующих сооружений, которые все еще используются. [11] Целью плотины было отведение вод Кавери через плодородный регион дельты для орошения через каналы. [12]

Du Jiang Yan — старейшая сохранившаяся ирригационная система в Китае, которая включала плотину, направлявшую поток воды. Она была закончена в 251 г. до н. э. Большая земляная плотина, построенная Суньшу Ао , премьер-министром Чу (государства) , затопила долину в современной северной провинции Аньхой , что создало огромное ирригационное водохранилище (100 км (62 мили) в окружности), водохранилище, которое существует и по сей день. [13]

Римская инженерия

Римская плотина в Корнальво в Испании используется уже почти два тысячелетия.

Строительство римских плотин характеризовалось «способностью римлян планировать и организовывать инженерное строительство в больших масштабах». [14] Римские планировщики представили тогда новую концепцию больших водохранилищных плотин, которые могли обеспечить постоянное водоснабжение городских поселений в сухой сезон. [15] Их новаторское использование водонепроницаемого гидравлического раствора и, в частности, римского бетона позволило построить гораздо более крупные плотинные сооружения, чем построенные ранее, [14] такие как плотина озера Хомс , возможно, самая большая водная преграда на тот момент, [16] и плотина Харбака , обе в римской Сирии . Самой высокой римской плотиной была плотина Субиако близ Рима ; ее рекордная высота в 50 м (160 футов) оставалась непревзойденной до ее случайного разрушения в 1305 году. [17]

Римские инженеры регулярно использовали древние стандартные конструкции, такие как насыпные плотины и каменные гравитационные плотины. [18] Кроме того, они проявили высокую степень изобретательности, представив большинство других основных конструкций плотин, которые были неизвестны до тех пор. К ним относятся арочно-гравитационные плотины , [19] арочные плотины , [20] контрфорсные плотины [21] и многоарочные контрфорсные плотины , [22] все из которых были известны и применялись ко 2 веку н. э. (см. Список римских плотин ). Римские рабочие также были первыми, кто строил мосты-плотины, такие как мост Валериана в Иране. [23]

Остатки плотины Банде-Кайсар , построенной римлянами в III веке н.э.

В Иране мостовые плотины, такие как Банди-Кайсар, использовались для обеспечения гидроэнергией через водяные колеса , которые часто приводили в действие водоподъемные механизмы. Одним из первых был построенный римлянами мост-плотина в Дезфуле , [24] который мог поднимать воду на 50 локтей (около 23 м) для снабжения города. Также были известны водоотводные плотины . [25] Были введены фрезерные плотины, которые мусульманские инженеры называли Пул-и-Булайти . Первая была построена в Шустаре на реке Карун , Иран, и многие из них были позже построены в других частях исламского мира . [25] Вода проводилась с задней стороны плотины через большую трубу для приведения в действие водяного колеса и водяной мельницы . [26] В 10 веке Аль-Мукаддаси описал несколько плотин в Персии. Он сообщил, что одна из них в Ахвазе была длиной более 910 м (3000 футов) [27] и что она имела много водяных колес, поднимающих воду в акведуки , по которым она текла в водохранилища города. [28] Другая плотина, Банд-и-Амир, обеспечивала орошение 300 деревень. [27]

Средний возраст

14 век. Арочная плотина шаха Аббаса

Арка Шаха Аббаса (персидский: طاق شاه عباس), также известная как плотина Курит , является самой тонкой арочной плотиной в мире и одной из старейших арочных плотин в Азии. Она была построена около 700 лет назад в округе Табас , провинции Южный Хорасан , Иран . Ее высота составляет 60 метров, а ширина по гребню — один метр. Некоторые историки считают, что плотина была построена шахом Аббасом I, в то время как другие полагают, что он ее отремонтировал.

В Нидерландах , низменной стране, плотины часто строились, чтобы перекрыть реки, чтобы регулировать уровень воды и не допустить попадания моря в болота. Такие плотины часто отмечали начало города, потому что в таком месте было легко перейти реку, и часто влияли на голландские топонимы. Нынешняя голландская столица Амстердам (старое название Амстелредам ) началась с плотины на реке Амстел в конце 12 века, а Роттердам начался с плотины на реке Ротте , небольшом притоке Ньиве- Маас . Центральная площадь Амстердама, охватывающая первоначальное место 800-летней плотины, до сих пор носит название Площадь Дам .

Промышленная революция

Гравюра с изображением шлюзов канала Ридо в Байтауне.

Римляне были первыми, кто построил арочные плотины , в которых силы реакции опор стабилизируют конструкцию от внешнего гидростатического давления , но только в XIX веке инженерные навыки и доступные строительные материалы позволили построить первые крупномасштабные арочные плотины.

Три новаторские арочные плотины были построены вокруг Британской империи в начале 19 века. Генри Рассел из Королевских инженеров руководил строительством плотины Мир Алам в 1804 году для подачи воды в город Хайдарабад (она все еще используется сегодня). Она имела высоту 12 м (39 футов) и состояла из 21 арки переменного пролета. [29]

В 1820-х и 30-х годах подполковник Джон Бай руководил строительством канала Ридо в Канаде недалеко от современной Оттавы и построил ряд изогнутых каменных плотин как часть системы водных путей. В частности, плотина Джонс-Фолс , построенная Джоном Редпатом , была завершена в 1832 году как самая большая плотина в Северной Америке и инженерное чудо. Чтобы держать воду под контролем во время строительства, в плотине оставались открытыми два шлюза , искусственные каналы для проведения воды. Первый находился у основания плотины с ее восточной стороны. Второй шлюз был установлен на западной стороне плотины, примерно в 20 футах (6,1 м) над основанием. Чтобы переключиться с нижнего на верхний шлюз, сток озера Сэнд был перекрыт. [30]

Каменная арочная стена, Парраматта , Новый Южный Уэльс , первая спроектированная плотина, построенная в Австралии

Хантс-Крик около города Парраматта , Австралия , был перекрыт плотиной в 1850-х годах, чтобы удовлетворить спрос на воду со стороны растущего населения города. Каменная арочная плотина была спроектирована лейтенантом Перси Симпсоном, на которого оказали влияние достижения в области техники строительства плотин, достигнутые Королевскими инженерами в Индии . Плотина стоила 17 000 фунтов стерлингов и была завершена в 1856 году как первая спроектированная плотина, построенная в Австралии, и вторая арочная плотина в мире, построенная по математическим спецификациям. [31]

Первая такая плотина была открыта двумя годами ранее во Франции . Это была первая французская арочная плотина индустриальной эпохи , и она была построена Франсуа Золя в коммуне Экс-ан-Прованс для улучшения водоснабжения после того, как вспышка холеры 1832 года опустошила этот район. После получения королевского одобрения в 1844 году плотина была построена в течение следующего десятилетия. Ее строительство было выполнено на основе математических результатов научного анализа напряжений.

Плотина длиной 75 миль около Уорика , Австралия, была, возможно, первой в мире бетонной арочной плотиной. Спроектированная Генри Чарльзом Стэнли в 1880 году с водосбросом и специальным водосбросом, она в конечном итоге была увеличена до 10 м (33 фута).

Во второй половине девятнадцатого века были достигнуты значительные успехи в научной теории проектирования каменных плотин. Это превратило проектирование плотин из искусства, основанного на эмпирической методологии, в профессию, основанную на строго применяемой научной теоретической основе. Этот новый акцент был сосредоточен вокруг инженерных факультетов университетов Франции и Соединенного Королевства. Уильям Джон Маккорн Ранкин из Университета Глазго стал пионером теоретического понимания конструкций плотин в своей статье 1857 года « Об устойчивости рыхлой земли» . Теория Ранкина обеспечила хорошее понимание принципов, лежащих в основе проектирования плотин. [32] Во Франции Ж. Огюстен Тортен де Сазилли объяснил механику вертикально облицованных каменных гравитационных плотин, и плотина Золя была первой, построенной на основе этих принципов. [33]

Современная эпоха

Плотина Гувера , Ансель Адамс , 1942 г.

Эпоха больших плотин началась со строительства Асуанской низкой плотины в Египте в 1902 году, гравитационной каменной контрфорсной плотины на реке Нил . После вторжения и оккупации Египта в 1882 году британцы начали строительство в 1898 году. Проект был разработан сэром Уильямом Уиллкоксом и включал в себя несколько выдающихся инженеров того времени, включая сэра Бенджамина Бейкера и сэра Джона Эйрда , чья фирма, John Aird & Co. , была главным подрядчиком. [34] [35] Капитал и финансирование были предоставлены Эрнестом Касселем . [36] Когда первоначально строительство началось между 1899 и 1902 годами, ничего подобного по масштабу ранее не предпринималось; [37] по завершении это была самая большая каменная плотина в мире. [38]

Плотина Гувера — массивная бетонная арочно-гравитационная плотина , построенная в Черном каньоне реки Колорадо , на границе между американскими штатами Аризона и Невада, между 1931 и 1936 годами во время Великой депрессии . В 1928 году Конгресс одобрил проект по строительству плотины, которая будет контролировать наводнения, обеспечивать поливную воду и производить гидроэлектроэнергию . Победившая заявка на строительство плотины была представлена ​​консорциумом под названием Six Companies, Inc. Такая большая бетонная конструкция никогда ранее не строилась, и некоторые из методов были непроверенными. Жаркая летняя погода и отсутствие объектов вблизи места также представляли трудности. Тем не менее, Six Companies передали плотину федеральному правительству 1 марта 1936 года, более чем на два года раньше запланированного срока. [39]

К 1997 году в мире насчитывалось около 800 000 плотин, около 40 000 из которых имели высоту более 15 м (49 футов). [40] В 2014 году ученые из Оксфордского университета опубликовали исследование стоимости крупных плотин, основанное на самом большом существующем наборе данных, документируя значительные перерасходы средств для большинства плотин и задаваясь вопросом, компенсируют ли выгоды затраты на такие плотины. [41]

Типы

Плотины могут быть образованы человеком, естественными причинами или даже вмешательством диких животных, таких как бобры . Искусственные плотины обычно классифицируются по их размеру (высоте), предполагаемому назначению или структуре.

По структуре

В зависимости от конструкции и используемого материала плотины классифицируются на легко возводимые без материалов, арочно-гравитационные , насыпные и каменные , а также на несколько подтипов.

Арочные плотины

Плотина Гордон в Тасмании представляет собой арочную плотину .

В арочной плотине устойчивость достигается за счет комбинации арочного и гравитационного воздействия. Если верхняя грань вертикальна, весь вес плотины должен переноситься на основание силой тяжести, в то время как распределение нормального гидростатического давления между вертикальной консолью и арочным воздействием будет зависеть от жесткости плотины в вертикальном и горизонтальном направлении. Когда верхняя грань наклонная, распределение более сложное. Нормальная составляющая веса арочного кольца может быть принята арочным воздействием, в то время как нормальное гидростатическое давление будет распределено, как описано выше. Для этого типа плотины более важны прочные надежные опоры на устоях (либо контрфорс , либо боковая стенка каньона ). Наиболее желательным местом для арочной плотины является узкий каньон с крутыми боковыми стенками, сложенными прочной породой. [42] Безопасность арочной плотины зависит от прочности устоев боковой стенки, поэтому не только арка должна быть хорошо установлена ​​на боковых стенках, но и характер скалы должен быть тщательно проверен.

Плотина Дэниела-Джонсона в Квебеке представляет собой многоарочную контрфорсную плотину.

Используются два типа одноарочных плотин, а именно плотина с постоянным углом и плотина с постоянным радиусом. Плотина с постоянным радиусом использует тот же радиус грани на всех отметках плотины, что означает, что по мере сужения русла к основанию плотины центральный угол, образуемый гранью плотины, становится меньше. Плотина Джонс Фоллс в Канаде является плотиной с постоянным радиусом. В плотине с постоянным углом, также известной как плотина с переменным радиусом, этот образуемый угол сохраняется постоянным, а изменение расстояния между устоями на разных уровнях обеспечивается за счет изменения радиусов. Плотины с постоянным радиусом встречаются гораздо реже, чем плотины с постоянным углом. Плотина Паркер на реке Колорадо является арочной плотиной с постоянным углом.

Похожий тип — плотина с двойной кривизной или тонкой оболочкой. Плотина Уайлдхорс возле Маунтин-Сити, штат Невада , в США является примером такого типа. Этот метод строительства минимизирует количество бетона, необходимого для строительства, но передает большие нагрузки на фундамент и опоры. Внешний вид похож на плотину с одной аркой, но с отчетливой вертикальной кривизной, что придает ей смутный вид вогнутой линзы, если смотреть вниз по течению.

Многоарочная плотина состоит из ряда одноарочных плотин с бетонными контрфорсами в качестве опорных устоев, как, например, плотина Дэниела-Джонсона , Квебек, Канада. Многоарочная плотина не требует столько контрфорсов, как полая гравитационная плотина, но требует хорошего скального основания, поскольку нагрузки контрфорсов велики.

Гравитационные плотины

Плотина Гранд-Кули является примером плотины сплошного гравитационного типа.

В гравитационной плотине сила, которая удерживает плотину на месте против напора воды, — это сила тяжести Земли, которая тянет вниз массу плотины. [43] Вода давит сбоку (вниз по течению) на плотину, стремясь опрокинуть плотину, вращаясь вокруг ее носка (точка в нижней части плотины ниже по течению). Вес плотины противодействует этой силе, стремясь повернуть плотину в другую сторону вокруг ее носка. Проектировщик гарантирует, что плотина достаточно тяжелая, чтобы вес плотины выиграл это состязание. С инженерной точки зрения это верно всякий раз, когда равнодействующая сил гравитации, действующих на плотину, и давления воды на плотину действует по линии, которая проходит вверх по течению от носка плотины. [ необходима цитата ] Проектировщик пытается сформировать плотину так, чтобы если бы кто-то рассматривал часть плотины выше какой-либо определенной высоты как целую плотину, то эта плотина также удерживалась бы на месте гравитацией, т. е. не было бы никакого напряжения в верхней части плотины, удерживающей верхнюю часть плотины внизу. Проектировщик делает это, потому что обычно практичнее сделать плотину из материала, по сути, просто сложенного в кучу, чем заставить материал слипаться против вертикального натяжения. [ необходима цитата ] Форма, которая предотвращает натяжение в верхней части плотины, также устраняет уравновешивающее напряжение сжатия в нижней части плотины, обеспечивая дополнительную экономию.

Для этого типа плотины необходимо иметь непроницаемое основание с высокой несущей способностью. Проницаемые основания имеют большую вероятность создания подъемных давлений под плотиной. Подъемные давления — это гидростатические давления, вызванные давлением воды водохранилища, которое давит на дно плотины. Если создается достаточно большое подъемное давление, существует риск дестабилизации бетонной гравитационной плотины. [44] [ необходима цитата ]

На подходящем месте гравитационная плотина может оказаться лучшей альтернативой другим типам плотин. При возведении на прочном фундаменте гравитационная плотина, вероятно, представляет собой наиболее разработанный пример строительства плотин. Поскольку страх перед наводнением является сильным мотиватором во многих регионах, гравитационные плотины строятся в некоторых случаях, когда арочная плотина была бы более экономичной.

Гравитационные плотины классифицируются как «сплошные» или «полые» и обычно изготавливаются из бетона или каменной кладки. Сплошная форма используется чаще, хотя полая плотина часто более экономична в строительстве. Плотина Гранд-Кули — сплошная гравитационная плотина, а Брэддок-Локс-энд-Дэм — полая гравитационная плотина. [ требуется цитата ]

Арочно-гравитационные плотины

Плотина Гувера является примером арочно-гравитационной плотины.

Гравитационная плотина может быть объединена с арочной плотиной в арочно-гравитационную плотину для областей с большим количеством потока воды, но меньшим количеством материала, доступного для чистой гравитационной плотины. Внутреннее сжатие плотины водой уменьшает боковую (горизонтальную) силу, действующую на плотину. Таким образом, гравитационная сила, требуемая плотиной, уменьшается, т. е. плотина не должна быть такой массивной. Это позволяет делать более тонкие плотины и экономить ресурсы.

Заграждения

Плотина Коши в Непале

Плотина-барраж — это особый вид плотины, которая состоит из ряда больших ворот, которые можно открывать или закрывать для контроля количества воды, проходящей через плотину. Ворота устанавливаются между фланговыми опорами, которые отвечают за поддержку водной нагрузки и часто используются для контроля и стабилизации потока воды для ирригационных систем. Примером этого типа плотины является ныне выведенная из эксплуатации плотина Red Bluff Diversion на реке Сакраменто около Red Bluff, Калифорния .

Плотины, которые строятся в устьях рек или лагун для предотвращения приливных набегов или использования приливного течения для получения приливной энергии , известны как приливные плотины . [45]

Плотины насыпи

Плотина Чатудж — земляная насыпная плотина в Северной Каролине.

Плотины из насыпей изготавливаются из уплотненной земли и бывают двух основных типов: каменно-насыпные и земляно-насыпные. Как и бетонные гравитационные плотины, плотины из насыпей полагаются на свой вес, чтобы сдерживать силу воды.

Плотины с фиксированным гребнем

Плотина с фиксированным гребнем представляет собой бетонное препятствие через реку. [46] Плотины с фиксированным гребнем предназначены для поддержания глубины в русле для навигации. [47] Они представляют опасность для лодочников, которые могут проплывать по ним, поскольку их трудно заметить с воды, и они создают индуцированные течения, от которых трудно избавиться. [48]

По размеру

Существует изменчивость, как в мире, так и в отдельных странах, например, в Соединенных Штатах, в том, как категоризируются плотины разных размеров. Размер плотины влияет на строительство, ремонт и расходы на демонтаж , а также на потенциальный диапазон и масштаб экологических нарушений, которые могут возникнуть от плотин. [49]

Большие плотины

Международная комиссия по большим плотинам (ICOLD) определяет «большую плотину» как «плотину высотой 15 м (49 футов) или более от самого низкого основания до гребня или плотину высотой от 5 м (16 футов) до 15 метров, удерживающую более 3 миллионов кубических метров (2400  акров⋅футов )». [50] «Крупные плотины» имеют высоту более 150 м (490 футов). [51] Отчет Всемирной комиссии по плотинам также включает в категорию «больших» плотины высотой от 5 до 15 м (16 и 49 футов) с емкостью водохранилища более 3 миллионов кубических метров (2400  акров⋅футов ). [45] Плотины гидроэлектростанций можно классифицировать как «высоконапорные» (более 30 м в высоту) или «низконапорные» (менее 30 м в высоту). [52]

По состоянию на 2021 год Всемирный реестр плотин ICOLD содержит 58 700 записей о крупных плотинах. [53] : 6  Самая высокая плотина в мире — плотина Цзиньпин-I высотой 305 м (1001 фут) в Китае . [54]

Малые плотины

Плотина в Европе осенью, вид с FPV-дрона.

Как и в случае с большими плотинами, малые плотины имеют множество применений, таких как, помимо прочего, производство гидроэлектроэнергии , защита от наводнений и хранение воды. Малые плотины могут быть особенно полезны на фермах для сбора стока для последующего использования, например, в сухой сезон. [55] Малые плотины имеют потенциал для создания выгод, не вытесняя людей, [56] и небольшие децентрализованные гидроэлектростанции могут способствовать развитию сельских районов в развивающихся странах. [57] Только в Соединенных Штатах насчитывается около 2 000 000 или более «малых» плотин, которые не включены в Национальный реестр плотин Инженерного корпуса армии . [58] Учет малых плотин ведется государственными регулирующими органами, и поэтому информация о малых плотинах разбросана и неравномерна по географическому охвату. [52]

Страны по всему миру считают малые гидроэлектростанции (МГЭС) важными для своих энергетических стратегий, и наблюдается заметный рост интереса к МГЭС. [59] Коуто и Олден (2018) [59] провели глобальное исследование и обнаружили 82 891 малую гидроэлектростанцию ​​(МГЭС), работающую или находящуюся в стадии строительства. Технические определения МГЭС, такие как их максимальная генерирующая мощность, высота плотины, площадь водохранилища и т. д., различаются в зависимости от страны.

Плотины, не подпадающие под юрисдикцию

Плотина является неюрисдикционной, когда ее размер (обычно «небольшой») исключает ее из сферы действия определенных правовых норм. Технические критерии для отнесения плотины к категории «юрисдикционной» или «неюрисдикционной» различаются в зависимости от местоположения. В Соединенных Штатах каждый штат определяет, что представляет собой неюрисдикционная плотина. В штате Колорадо неюрисдикционная плотина определяется как плотина, создающая водохранилище емкостью 100 акро-футов или менее и площадью поверхности 20 акров или менее и высотой, измеренной в соответствии с Правилами 4.2.5.1. и 4.2.19, равной 10 футам или менее. [60] Напротив, штат Нью-Мексико определяет юрисдикционную плотину как плотину высотой 25 футов или более и вмещающую более 15 акро-футов или плотину, вмещающую 50 акро-футов или более и имеющую высоту шесть футов или более (раздел 72-5-32 NMSA), предполагая, что плотины, которые не соответствуют этим требованиям, не являются юрисдикционными. [61] Большинство плотин США, 2,41 миллиона из общего числа в 2,5 миллиона плотин, не находятся под юрисдикцией какого-либо государственного органа (т.е. они не являются юрисдикционными), и они не указаны в Национальном реестре плотин (NID). [62]

Малые плотины несут риски, аналогичные большим плотинам. Однако отсутствие регулирования (в отличие от более регулируемых больших плотин) и инвентаризации малых плотин (т. е. тех, которые не являются юрисдикционными) может привести к значительным рискам как для людей, так и для экосистем. [62] Например, по данным Службы национальных парков США (NPS), «Неюрисдикционный — означает сооружение, которое не соответствует минимальным критериям, перечисленным в Федеральных руководящих принципах по безопасности плотин, для включения в программы безопасности плотин. Неюрисдикционное сооружение не получает классификацию опасности и не рассматривается для каких-либо дальнейших требований или мероприятий в рамках программы безопасности плотин NPS». [63] Малые плотины могут быть опасны по отдельности (т. е. они могут рухнуть), но также и в совокупности, [64] как совокупность малых плотин вдоль реки или в пределах географической области может умножить риски. Исследование Грэхема 1999 года [65] обрушений плотин в США, приведших к гибели людей с 1960 по 1998 год, пришло к выводу, что обрушение плотин высотой от 6,1 до 15 м (типичный диапазон высот более мелких плотин [66] ) стало причиной 86% смертей, а обрушение плотин высотой менее 6,1 м стало причиной 2% смертей. Плотины, не находящиеся под юрисдикцией, могут представлять опасность, поскольку их проектирование, строительство, обслуживание и надзор не регулируются. [66] Ученые отметили, что необходимы дополнительные исследования для лучшего понимания воздействия малых плотин на окружающую среду [59] (например, их потенциал изменять поток, температуру, осадок [67] [52] и разнообразие растений и животных в реке).

По использованию

Седловидная плотина

Седловая плотина — это вспомогательная плотина, построенная для ограничения водохранилища, созданного первичной плотиной, либо для обеспечения более высокого уровня воды и ее хранения, либо для ограничения размеров водохранилища для повышения эффективности. Вспомогательная плотина строится в низком месте или «седловине», через которую водохранилище в противном случае вытекло бы. Иногда водохранилище ограничивается аналогичной конструкцией, называемой дамбой, для предотвращения затопления близлежащих земель. Дамбы обычно используются для освоения пахотных земель из мелководного озера, подобно дамбе , которая представляет собой стену или насыпь, построенную вдоль реки или ручья для защиты прилегающих земель от затопления.

Вейр

Плотина (иногда называемая «плотиной перелива») — это небольшая плотина, которая часто используется в русле реки для создания водохранилища с целью забора воды. Она также может использоваться для измерения или замедления потока.

Проверить плотину

Защитная плотина — это небольшая плотина, предназначенная для снижения скорости потока и контроля эрозии почвы . Напротив, крыльчатая плотина — это сооружение, которое лишь частично ограничивает водный путь, создавая более быстрое русло, которое препятствует накоплению осадка.

Сухая плотина

Сухая плотина, также известная как структура, сдерживающая наводнения, предназначена для контроля за наводнениями. Обычно она не сдерживает воду и позволяет руслу свободно течь, за исключением периодов интенсивного потока, который в противном случае вызвал бы наводнение ниже по течению.

Плотина водоотвода

Отводная плотина предназначена для отклонения всего или части потока реки от ее естественного русла. Вода может быть перенаправлена ​​в канал или туннель для орошения и/или производства гидроэлектроэнергии.

Подземная плотина

Подземные плотины используются для улавливания грунтовых вод и хранения всех или большей их части под поверхностью для длительного использования в локализованной области. В некоторых случаях они также строятся для предотвращения проникновения соленой воды в пресноводный водоносный горизонт. Подземные плотины обычно строятся в районах, где водные ресурсы минимальны и должны эффективно храниться, например, в пустынях и на островах, таких как плотина Фукузато на Окинаве , Япония. Они наиболее распространены в северо-восточной Африке и засушливых районах Бразилии , а также используются на юго-западе США , в Мексике, Индии, Германии, Италии, Греции, Франции и Японии. [68]

Существует два типа подземных плотин: «подземные» и «песчаные». Подземная плотина строится поперек водоносного слоя или дренажного пути от непроницаемого слоя (например, твердой коренной породы) до уровня чуть ниже поверхности. Они могут быть построены из различных материалов, включая кирпичи, камни, бетон, сталь или ПВХ. После строительства вода, хранящаяся за плотиной, поднимает уровень грунтовых вод и затем извлекается с помощью скважин. Плотина для хранения песка представляет собой плотину, построенную поэтапно поперек ручья или вади . Она должна быть прочной, так как наводнения будут смывать ее гребень. Со временем песок накапливается слоями за плотиной, что помогает хранить воду и, что самое важное, предотвращает испарение . Сохраненную воду можно извлечь с помощью скважины, через тело плотины или с помощью дренажной трубы. [69]

Дамба хвостохранилища

Монтаж битумной геомембраны на хвостохранилище.

Хвостохранилище обычно представляет собой земляную насыпную плотину, используемую для хранения хвостов , которые производятся во время горных работ после отделения ценной фракции от неэкономичной фракции руды . Обычные водоудерживающие плотины могут служить этой цели, но из-за стоимости хвостохранилище более жизнеспособно. В отличие от водоудерживающих плотин, хвостохранилище возводится последовательно в течение всего срока службы конкретного рудника. Обычно сооружается базовая или стартовая плотина, и по мере того, как она заполняется смесью хвостов и воды, она возводится. Материал, используемый для возведения плотины, может включать хвосты (в зависимости от их размера) вместе с почвой. [70]

Существует три конструкции поднятых хвостохранилищ: «вверх по течению», «вниз по течению» и «по центральной линии», названные в соответствии с движением гребня во время подъема. Конкретная используемая конструкция зависит от топографии , геологии, климата, типа хвостов и стоимости. Верхняя хвостохранилищная плотина состоит из трапециевидных насыпей, возводимых сверху, но с носом к гребню другой, перемещая гребень дальше вверх по течению. Это создает относительно плоскую сторону вниз по течению и зубчатую сторону вверх по течению, которая поддерживается пульпой хвостов в водохранилище. Конструкция вниз по течению относится к последовательному поднятию насыпи, которая размещает засыпку и гребень дальше вниз по течению. Центральная плотина имеет последовательные насыпные плотины, возводимые непосредственно поверх другой, в то время как засыпка размещается на стороне вниз по течению для поддержки, а пульпа поддерживает сторону вверх по течению. [71] [72]

Поскольку в хвостохранилищах часто хранятся токсичные химикаты, образующиеся в процессе добычи, современные конструкции включают непроницаемую геомембранную подкладку для предотвращения просачивания. [73] Уровни воды/шлама в хвостохранилище должны контролироваться для обеспечения стабильности и охраны окружающей среды. [72]

По материалу

Стальные плотины

Плотина Redridge Steel Dam , построенная в 1905 году, Мичиган

Стальная плотина — это тип плотины, с которой недолго экспериментировали в начале 20-го века, в которой в качестве конструкции используется стальная обшивка (под углом) и несущие балки. Задуманные как постоянные конструкции, стальные плотины были (неудачным) экспериментом по определению возможности разработки строительной технологии, которая была бы дешевле, чем каменная кладка, бетон или земляные работы, но прочнее, чем плотины с деревянными решетками.

Плотины из древесины

Плотина из деревянных реек в Мичигане, 1978 г.

Деревянные плотины широко использовались в начале промышленной революции и в приграничных районах из-за простоты и скорости строительства. Редко возводимые в наше время из-за их относительно короткого срока службы и ограниченной высоты, на которую их можно возвести, деревянные плотины должны постоянно поддерживаться влажными, чтобы поддерживать их водоудерживающие свойства и ограничивать ухудшение состояния из-за гниения, подобно бочке. Места, где деревянные плотины наиболее экономичны для строительства, - это те, где много древесины, цемент дорог или его трудно перевозить, и либо требуется низконапорная водоотводная плотина, либо долговечность не является проблемой. Деревянные плотины когда-то были многочисленны, особенно на североамериканском Западе , но большинство из них разрушились, были скрыты под земляными насыпями или заменены совершенно новыми конструкциями. Двумя распространенными разновидностями деревянных плотин были «кровать» и «доска».

Плотины из деревянных решёток возводились из тяжёлых бревен или обработанных бревен на манер бревенчатого дома , а внутренняя часть заполнялась землёй или щебнем. Тяжелая конструкция решётки поддерживала поверхность плотины и вес воды. Плотины из решёток были плотинами из деревянных решёток, которые использовались для сплава бревен по течению в конце 19-го и начале 20-го веков.

«Плотины из деревянных досок» представляли собой более изящные сооружения, в которых применялись различные методы строительства с использованием тяжелых бревен для поддержки водоудерживающей конструкции из досок.

Другие типы

Коффердамы

Перемычка во время строительства шлюзов на шлюзе и плотине Монтгомери-Пойнт

Коффердам — это барьер, обычно временный, возводимый для исключения попадания воды в область, которая обычно находится под водой. Коффердамы, обычно изготавливаемые из дерева, бетона или стальных шпунтовых свай , используются для строительства на фундаменте постоянных плотин, мостов и подобных сооружений. После завершения проекта коффердам обычно сносят или удаляют, если только область не требует постоянного обслуживания. (См. также дамбу и подпорную стенку .)

Распространенное применение коффердамов включает строительство и ремонт морских нефтяных платформ. В таких случаях коффердам изготавливается из листовой стали и приваривается на место под водой. Воздух закачивается в пространство, вытесняя воду и обеспечивая сухую рабочую среду под поверхностью.

Естественные плотины

Плотины также могут быть созданы естественными геологическими силами. Лавовые плотины образуются, когда потоки лавы, часто базальтовые , перекрывают путь ручья или озера, что приводит к созданию естественного водохранилища. Примером могут служить извержения вулканического поля Уинкарет около 1,8 млн.–10 000 лет назад, которые создали лавовые плотины на реке Колорадо в северной Аризоне в Соединенных Штатах . Самое большое такое озеро выросло примерно до 800 км (500 миль) в длину до прорыва его плотины. Ледниковая активность также может образовывать естественные плотины, такие как перекрытие Кларк-Форк в Монтане Кордильерским ледниковым щитом , которое образовало ледниковое озеро Миссула площадью 7780 км 2 (3000 кв. миль) ближе к концу последнего ледникового периода. Моренные отложения, оставленные ледниками, также могут перекрывать реки, образуя озера, например, озеро Флэтхед , также в Монтане (см. Озеро, перекрытое моренными плотинами ).

Стихийные бедствия, такие как землетрясения и оползни, часто создают оползневые плотины в горных районах с нестабильной местной геологией. Исторические примеры включают Усойскую плотину в Таджикистане , которая блокирует реку Мургаб , создавая Сарезское озеро . При высоте 560 м (1840 футов) это самая высокая плотина в мире, включая как естественные, так и искусственные плотины. Более недавним примером может служить создание озера Аттабад оползнем на реке Хунза в Пакистане .

Естественные плотины часто представляют значительную опасность для человеческих поселений и инфраструктуры. Образующиеся озера часто затапливают населенные пункты, а катастрофический прорыв плотины может нанести еще больший ущерб, как, например, прорыв оползня Грос-Вентр в западном Вайоминге в 1927 году, который уничтожил город Келли , в результате чего погибло шесть человек.

Бобровая плотина

Бобры строят плотины в основном из грязи и палок, чтобы затопить определенную обитаемую территорию. Затапливая участок земли, бобры могут перемещаться под поверхностью или около нее и оставаться относительно хорошо скрытыми или защищенными от хищников. Затопленная область также дает бобрам доступ к пище, особенно зимой.

Конструктивные элементы

Электростанция

Плотина гидроэлектростанции в разрезе
Гидравлическая турбина и электрогенератор

По состоянию на 2005 год гидроэлектростанции, в основном вырабатываемые плотинами, обеспечивали около 19% электроэнергии в мире и более 63% возобновляемой энергии . [74] Большая часть этой энергии вырабатывается крупными плотинами, хотя Китай широко использует малую гидрогенерацию и отвечает за около 50% мирового потребления этого типа энергии. [74]

Большая часть гидроэлектроэнергии вырабатывается за счет потенциальной энергии запруженной воды, которая приводит в движение водяную турбину и генератор ; для повышения мощности выработки электроэнергии плотиной вода может проходить через большую трубу, называемую напорным трубопроводом, перед турбиной . Вариант этой простой модели использует гидроаккумулирующую электроэнергию для производства электроэнергии в соответствии с периодами высокого и низкого спроса, перемещая воду между резервуарами на разных высотах. В периоды низкого спроса на электроэнергию избыточная генерирующая мощность используется для перекачивания воды в более высокий резервуар. Когда спрос выше, вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбину. (Например, см. Электростанция Динорвиг .)

Водосбросы

Водосброс на плотине Ллин-Брайанн , Уэльс , вскоре после первого заполнения

Водосброс — это часть плотины, предназначенная для пропуска воды с верхней стороны плотины на нижнюю. Многие водосбросы имеют шлюзы, предназначенные для управления потоком через водосброс. Существует несколько типов водосбросов. «Эксплуатационный водосброс» или «основной водосброс» пропускает нормальный поток. «Вспомогательный водосброс» выпускает поток, превышающий пропускную способность эксплуатационного водосброса. «Аварийный водосброс» предназначен для экстремальных условий, таких как серьезная неисправность эксплуатационного водосброса. «Взброс предохранительной пробки » — это низкая насыпь, спроектированная так, чтобы ее можно было перелить и смыть в случае большого наводнения. Элементы предохранительной пробки — это независимые отдельно стоящие блоки, установленные рядом, которые работают без какого-либо дистанционного управления. Они позволяют увеличить нормальный объем водосброса плотины, не ставя под угрозу безопасность плотины, поскольку они спроектированы для постепенной эвакуации в исключительных случаях. Иногда они работают как фиксированные водосливы, допуская перелив при обычных наводнениях.

Водосброс может постепенно разрушаться потоком воды, включая кавитацию или турбулентность воды, протекающей по водосбросу, что приводит к его выходу из строя. Именно ненадлежащая конструкция водосброса и установка рыбозащитных экранов привели к переполнению плотины South Fork в Джонстауне, штат Пенсильвания , в 1889 году, что привело к наводнению в Джонстауне («великое наводнение 1889 года»). [75]

Часто отслеживается скорость эрозии, и риск обычно сводится к минимуму путем придания нижней стороне водосброса формы кривой, которая минимизирует турбулентный поток, например, в виде кривой S-образного сечения .

Создание

Общие цели

Некоторые из этих целей противоречивы, и оператору плотины необходимо делать динамические компромиссы. Например, выработка электроэнергии и водоснабжение будут поддерживать уровень водохранилища высоким, тогда как предотвращение наводнений будет поддерживать его низким. Многие плотины в районах, где осадки колеблются в годовом цикле, также будут видеть колебания водохранилища ежегодно в попытке сбалансировать эти различные цели. Управление плотиной становится сложным упражнением среди конкурирующих заинтересованных сторон. [79]

Расположение

Сброс плотины Такато

Одним из лучших мест для строительства плотины является узкая часть глубокой речной долины; тогда стороны долины могут действовать как естественные стены. Основная функция конструкции плотины — заполнить пробел в линии естественного водохранилища, оставленный руслом ручья. Обычно это те места, где пробел становится минимальным для требуемой емкости хранения. Наиболее экономичным решением часто является составная конструкция, такая как каменная плотина, окруженная земляными насыпями. Текущее использование земли, которая должна быть затоплена, должно быть необязательным.

Другие важные инженерные и инженерно-геологические соображения при строительстве плотины включают:

Оценка воздействия

Воздействие оценивается несколькими способами: выгоды для человеческого общества, возникающие в результате строительства плотины (сельское хозяйство, водоснабжение, предотвращение ущерба и электроэнергия), вред или выгода для природы и диких животных, воздействие на геологию местности (повысит или понизит стабильность изменение расхода и уровня воды), а также нарушение жизни людей (переселение, утрата археологических или культурных ценностей под водой).

Воздействие на окружающую среду

Накопление древесины и мусора из-за плотины

Водохранилища, удерживаемые плотинами, влияют на многие экологические аспекты реки. Топография и динамика рек зависят от широкого спектра потоков, в то время как реки ниже плотин часто испытывают длительные периоды очень стабильных условий потока или пилообразные модели потока, вызванные сбросами, за которыми следуют отсутствие сбросов. Сбросы воды из водохранилища, включая те, что выходят из турбины, обычно содержат очень мало взвешенных отложений, и это, в свою очередь, может привести к размыву русла реки и потере берегов; например, ежедневные циклические изменения потока, вызванные плотиной Глен-Каньон, способствовали эрозии песчаной косы .

На старых плотинах часто отсутствуют рыбоходы , что не позволяет многим рыбам подниматься вверх по течению к их естественным местам размножения, что приводит к сбою циклов размножения или блокировке путей миграции. [80] Даже рыбоходы не предотвращают сокращение количества рыб, достигающих нерестилищ выше по течению. [81] В некоторых районах молодь рыбы («смолт») перевозится вниз по течению на баржах в течение части года. Конструкции турбин и электростанций, которые оказывают меньшее воздействие на водную жизнь, являются активной областью исследований.

Однако в то же время некоторые конкретные плотины могут способствовать созданию лучших условий для некоторых видов рыб и других водных организмов. Исследования продемонстрировали ключевую роль притоков в направлении вниз по течению от основного речного водохранилища, что повлияло на местные условия окружающей среды и модели бета-разнообразия каждой биологической группы. [82] Как различия в замещении, так и различия в богатстве способствовали высоким значениям общего бета-разнообразия для рыб (среднее = 0,77) и фитопланктона (среднее = 0,79), но их относительная важность была больше связана с компонентом замещения для обеих биологических групп (среднее = 0,45 и 0,52 соответственно). [82] Исследование, проведенное де Алмейдой, РА, Штайнером, MTA и другими, показало, что, в то время как некоторые виды сократились в популяции более чем на 30% после строительства плотины, другие увеличили свою популяцию на 28%. [83] Такие изменения можно объяснить тем фактом, что рыбы приобрели «различные привычки питания, причем почти все виды встречаются в более чем одной группе». [83]

Крупная плотина может привести к потере целых экосфер , включая находящиеся под угрозой исчезновения и неоткрытые виды в этом районе, а также к замене изначальной среды новым внутренним озером. В результате, строительство плотин было встречено с критикой в ​​разных странах, а некоторые, например проект плотины Франклина в Тасмании, были отменены после кампаний по защите окружающей среды. [84]

Большие водохранилища, образованные за плотинами, были указаны в качестве вклада сейсмической активности из-за изменений в нагрузке воды и/или высоте уровня грунтовых вод. Однако это ошибочное предположение, поскольку относительно незначительное напряжение, приписываемое нагрузке воды, на несколько порядков меньше силы землетрясения. Увеличенное напряжение от нагрузки воды недостаточно для разрушения земной коры и, таким образом, не увеличивает силу землетрясения. [85]

Плотины также влияют на глобальное потепление . [86] Изменение уровня воды в водохранилищах является источником парниковых газов, таких как метан . [87] Хотя плотины и вода за ними покрывают лишь небольшую часть поверхности Земли, они являются средой биологической активности, которая может производить большие количества парниковых газов. [88]

Социальное воздействие человека

Влияние плотин на человеческое общество значительно. Ник Каллатер утверждает в книге «Голодный мир: битва Америки в холодной войне против бедности в Азии» , что строительство плотин требует от государства выселения людей во имя общего блага , и что это часто приводит к злоупотреблениям в отношении масс со стороны планировщиков. Он цитирует Морарджи Десаи , министра внутренних дел Индии, который в 1960 году выступал перед жителями деревни, расстроенными плотиной Понг , и угрожал «спустить воду» и утопить жителей деревни, если они не будут сотрудничать. [89]

Плотина «Три ущелья» на реке Янцзы в Китае более чем в пять раз больше плотины Гувера ( США ). Она создает водохранилище длиной 600 км (370 миль), которое можно использовать для борьбы с наводнениями и выработки гидроэлектроэнергии. Ее строительство потребовало потери домов более миллиона человек и их массового переселения, потери многих ценных археологических и культурных объектов и значительных экологических изменений. [90] Во время наводнений в Китае в 2010 году плотина сдержала то, что могло бы стать катастрофическим наводнением , и огромное водохранилище поднялось на 4 м (13 футов) за одну ночь. [91]

В 2008 году было подсчитано, что 40–80 миллионов человек во всем мире были вынуждены покинуть свои дома в результате строительства плотин. [92]

Экономика

Строительство гидроэлектростанции требует длительного времени для изучения участка, гидрологических исследований и оценки воздействия на окружающую среду и является крупномасштабным проектом по сравнению с производством электроэнергии на основе углерода. Количество участков, которые могут быть экономически разработаны для производства гидроэлектроэнергии, ограничено; новые участки, как правило, находятся далеко от населенных пунктов и обычно требуют протяженных линий электропередач . Гидроэлектрогенерация может быть уязвима к серьезным изменениям климата , включая изменения количества осадков , уровня грунтовых и поверхностных вод и таяния ледников, что приводит к дополнительным расходам на дополнительную мощность для обеспечения достаточного количества электроэнергии в маловодные годы.

После завершения строительства, если он хорошо спроектирован и обслуживается, гидроэлектростанция обычно сравнительно дешева и надежна. Она не требует топлива и имеет низкий риск утечки, а как чистый источник энергии она дешевле, чем ядерная и ветровая энергия. [93] Ее легче регулировать для хранения воды по мере необходимости и генерации высоких уровней мощности по требованию по сравнению с ветровой энергией .

Улучшения водохранилищ и плотин

Несмотря на некоторые положительные эффекты, строительство плотин серьезно влияет на речные экосистемы, что приводит к деградации речных экосистем в рамках гидрологических изменений. [94] Одним из основных способов снижения негативного воздействия водохранилищ и плотин является внедрение новейшей модели оптимизации водохранилищ на основе природных факторов для разрешения конфликта между потребностью человека в воде и защитой речных экосистем. [94]

Удаление плотины

Потоки воды и осадка могут быть восстановлены путем удаления плотин из реки. Удаление плотины считается целесообразным, когда плотина старая и расходы на ее обслуживание превышают расходы на ее удаление. [95] Некоторые эффекты удаления плотины включают эрозию осадка в водохранилище , увеличение поступления осадка вниз по течению, увеличение ширины реки и ее разветвления , восстановление естественной температуры воды и повторное заселение мест обитания , которые ранее были недоступны из-за плотин. [95]

Крупнейшее в мире удаление плотины произошло на реке Элва в американском штате Вашингтон (см. Восстановление реки Элва ). Две плотины, плотины Элва и Глайнс-Каньон , были удалены в период с 2011 по 2014 год, которые в общей сложности накопили около 30 млн тонн осадка. [95] [96] В результате этого поступление осадка и древесины в реку и дельту ниже по течению было восстановлено . Примерно 65% осадка, хранящегося в водохранилищах , подверглось эрозии, из которых около 10% отложилось в русле реки . Остальные около 90% были перенесены на побережье . В общей сложности возобновление поступления осадка вызвало рост дельты примерно на 60 га , а также привело к увеличению разветвления реки . [96]

Отказ

Авария плотины Тетон

Разрушения плотин обычно катастрофичны, если конструкция прорвана или значительно повреждена. Регулярный мониторинг деформаций и мониторинг просачивания из дренажей внутри и вокруг крупных плотин полезен для прогнозирования любых проблем и позволяет предпринять меры по исправлению ситуации до того, как произойдет разрушение конструкции. Большинство плотин включают механизмы, позволяющие понизить уровень водохранилища или даже осушить его в случае возникновения таких проблем. Другим решением может быть цементация скальных пород  — нагнетание портландцементного раствора под давлением в слабую трещиноватую породу.

Международный специальный знак для работ и установок, содержащих опасные силы

Во время вооруженного конфликта плотина должна рассматриваться как «сооружение, содержащее опасные силы» из-за масштабного воздействия возможных разрушений на гражданское население и окружающую среду. Как таковая, она защищена нормами международного гуманитарного права (МГП) и не должна становиться объектом нападения, если это может привести к серьезным потерям среди гражданского населения. Для облегчения идентификации защитный знак, состоящий из трех ярко-оранжевых кругов, расположенных на одной оси, определяется нормами МГП.

Прорыв плотины Саут-Форк и последовавшее за этим наводнение , разрушившее Джонстаун в Пенсильвании в 1889 году.

Основными причинами разрушения плотин являются недостаточная пропускная способность водосброса, прокладка трубопроводов через насыпь, фундамент или устои, ошибка проектирования водосброса ( плотина Саут-Форк ), геологическая нестабильность, вызванная изменениями уровня воды во время заполнения или некачественными изысканиями ( плотины Ваджонт , Мальпассет , Тесталинден-Крик ), плохое техническое обслуживание, особенно выпускных труб ( плотина Лэйк-Лэйк , обрушение плотины Валь-ди-Става ), экстремальные ливни ( плотина Шакидор ), землетрясения , а также человеческие, компьютерные или проектные ошибки ( наводнение на ручье Буффало , водохранилище Дейл-Дайк , гидроаккумулирующая станция Таум-Саук ).

Известным случаем преднамеренного разрушения плотин (до вышеуказанного постановления) был рейд Королевских ВВС «Dambusters» на Германию во время Второй мировой войны (кодовое название « Операция Chastise »), в ходе которого были выбраны три немецкие плотины для разрушения с целью нанесения ущерба немецкой инфраструктуре, производственным и энергетическим возможностям, вытекающим из рек Рур и Эдер . Этот рейд впоследствии стал основой для нескольких фильмов.

С 2007 года голландский фонд IJkdijk разрабатывает открытую инновационную модель и систему раннего оповещения о прорывах дамб/плотин. В рамках усилий по разработке в полевой лаборатории IJkdijk разрушаются полномасштабные дамбы. Процесс разрушения контролируется сенсорными сетями международной группы компаний и научных учреждений.

Смотрите также

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Дамба».

Примечания

  1. ^ "Bartleby.com: Great Books Online – Quotes, Poems, Novels, Classics and others millions". bartleby.com . Архивировано из оригинала 8 апреля 2009 г. . Получено 9 ноября 2015 г. .http://www.bartleby.com/
  2. ^ Источник: Tijdschrift voor Nederlandse Taal-en Letterkunde ( Журнал голландского языка и литературы ), 1947 г.
  3. ^ Гюнтер Гарбрехт: «Wasserspeicher (Talsperren) in der Antike», Antike Welt , 2-е специальное издание: Antiker Wasserbau (1986), стр. 51–64 (52)
  4. ^ SW Helms: «Раскопки в Яве 1975. Третий предварительный отчет», Levant 1977
  5. ^ "Самые старые плотины мира, которые все еще используются". www.water-technology.net . Получено 18 декабря 2023 г. .
  6. ^ ab Гюнтер Гарбрехт: «Wasserspeicher (Talsperren) in der Antike», Antike Welt , 2-е специальное издание: Antiker Wasserbau (1986), стр. 51–64 (52f.)
  7. ^ ab Mohamed Bazza (28–30 октября 2006 г.). «Обзор истории [sic] управления водными ресурсами и орошением в ближневосточном регионе» (PDF) . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2007 г. . Получено 1 августа 2007 г. .http://www.fao.org/docrep/005/y4357e/y4357e14.htm
  8. ^ "Озеро Моэрис". Университет Брауна . Получено 14 августа 2018 г.
  9. ^ "Водохранилища Дхолавиры". Southasia Trust. Декабрь 2008 г. Архивировано из оригинала 11 июля 2011 г. Получено 27 февраля 2011 г.http://old.himalmag.com/component/content/article/1062-the-reservoirs-of-dholavira.html Архивировано 21 августа 2016 г. на Wayback Machine
  10. ^ Говиндасами Агорамурти; Сунита Чаудхари; Минна Дж. Хсу. «Путь контрольных плотин для смягчения нехватки воды в Индии» (PDF) . Юридическая библиотека – Университет Нью-Мексико. Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2013 г. . Получено 8 ноября 2011 г. .
  11. ^ Kalyanaraman, S (18 марта 2003 г.). "Управление водными ресурсами: историческая морская, речная традиция Бхарата" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2007 г. . Получено 23 января 2021 г. .
  12. ^ Сингх, Виджай П.; Рам Нараян Ядава (2003). Эксплуатация системы водных ресурсов: Труды Международной конференции по водным ресурсам и окружающей среде. Allied Publishers. стр. 508. ISBN 978-81-7764-548-4. Получено 9 ноября 2015 г.
  13. ^ Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Часть 3. Тайбэй : Caves Books, Ltd.
  14. ^ ab Smith 1971, стр. 49
  15. ↑ Смит 1971, стр. 49; Ходж 1992, стр. 79 и далее.
  16. ^ Смит 1971, стр. 42
  17. ^ Ходж 1992, стр. 87
  18. ↑ Ходж 2000, стр. 331f.
  19. ^ Ходж 2000, стр. 332; Джеймс и Шансон 2002
  20. ↑ Смит 1971, стр. 33–35; Шниттер 1978, стр. 31 и след.; Шниттер 1987а, стр. 12; Шниттер 1987c, стр. 80; Ходж 2000, стр. 332, прим. 2
  21. ^ Шниттер 1987b, стр. 59–62.
  22. ^ Шниттер 1978, с. 29; Шниттер 1987b, стр. 60, таблица 1, 62; Джеймс и шансон 2002; Аренильяс и Кастильо, 2003 г.
  23. ^ Фогель 1987, стр. 50
  24. ^ Хартунг и Курос 1987, стр. 232, 238, рис. 13, 249
  25. ^ ab Donald Routledge Hill (1996), "Инженерное дело", стр. 759, в Rashed, Roshdi; Morelon, Régis (1996). Энциклопедия истории арабской науки . Routledge . стр. 751–795. ISBN 978-0-415-12410-2.
  26. ^ Адам Лукас (2006), Ветер, Вода, Работа: Древняя и средневековая технология фрезерования , стр. 62. Brill, ISBN 90-04-14649-0 . 
  27. ^ ab Donald Routledge Hill (1996). История инженерии в классические и средневековые времена . Routledge . стр. 56–8. ISBN 978-0-415-15291-4.
  28. ^ Дональд Рутледж Хилл (1996). История инженерии в классические и средневековые времена . Рутледж. стр. 31. ISBN 978-0-415-15291-4.
  29. ^ "Ключевые события в истории контрфорсных плотин". Архивировано из оригинала 21 марта 2012 г.
  30. ^ «Джон Редпат, Шепчущая плотина и сахар». 31 октября 2014 г.
  31. ^ «Историческое развитие арочных плотин».
  32. ↑ Рэнкин, У. (1857) «О стабильности рыхлой земли». Философские труды Лондонского королевского общества , том 147.
  33. ^ "плотина". Британская энциклопедия . 13 августа 2023 г.
  34. ^ "Египетский ирригационный облигационный заем 1898 г. – Асуанская плотина на реке Нил". Скрипофилия . Архивировано из оригинала 13 мая 2005 г. Получено 9 ноября 2015 г.
  35. ↑ Робертс, Чалмерс (декабрь 1902 г.), «Усмирение Нила», The World's Work: A History of Our Time , V : 2861–2870 , дата обращения 10 июля 2009 г.
  36. ^ Финансы, Еврейская энциклопедия , ок. 1906 г.
  37. ↑ Фредерик Кортленд Пенфилд, «Обуздание Нила», The Century Magazine , том 57, № 4 (февраль 1899 г.)
  38. ^ "Первая Асуанская плотина". Мичиганский университет. Архивировано из оригинала 15 июня 1997 года . Получено 2 января 2011 года .
  39. ↑ Министерство внутренних дел США (1948). Документы по плотине Гувера. Типография правительства США. С. 79.
  40. ^ Джойс, С. (октябрь 1997 г.). «Стоит ли строить плотину?». Перспективы охраны окружающей среды . 105 (10): 1050–1055. doi :10.1289/ehp.971051050. PMC 1470397. PMID  9349830 . 
  41. ^ Атиф Ансар; Бент Фливбьерг; Александр Будзиер; Дэниел Ланн (июнь 2014 г.). «Стоит ли нам строить больше крупных плотин? Фактические затраты на разработку мегапроектов гидроэнергетики». Энергетическая политика . 69 : 43–56. arXiv : 1409.0002 . Bibcode : 2014EnPol..69...43A. doi : 10.1016/j.enpol.2013.10.069. S2CID  55722535. SSRN  2406852.
  42. ^ "Arch Dam Forces". PBS . Получено 7 января 2007 г.
  43. ^ British Dam Society http://www.britishdams.org/about_dams/gravity.htm Архивировано 31 августа 2011 г. на Wayback Machine
  44. ^ «Гравитационные плотины» (PDF) .
  45. ^ ab "Dams and Development: An Overview". 16 ноября 2000 г. Архивировано из оригинала 28 октября 2010 г. Получено 24 октября 2010 г. Вставка 1. Что такое большая плотина?
  46. ^ «Инженерный корпус армии США хочет, чтобы вы наслаждались реками в безопасности». 90,5 WESA. 23 июня 2017 г. Получено 18 июля 2018 г.
  47. ^ "Армейский корпус и партнеры по водным путям сосредоточены на безопасности плотин с фиксированным гребнем > Округ Питтсбург > Пресс-релизы". Lrp.usace.army.mil. 19 июня 2017 г. Получено 18 июля 2018 г.
  48. ↑ Боб Баудер (20 мая 2017 г.). «Семья байдарочника, унесенного плотиной Дэшилдс, подала в суд на Инженерный корпус армии США». TribLIVE . Получено 18 июля 2018 г.
  49. ^ Картер, Эдвард Ф.; Хоско, Мэри Энн; Остин, Роджер (1997). Руководство по выводу из эксплуатации плотин и гидроэлектростанций. Waterpower '97. ASCE. С. 1248–1256.
  50. ^ "Определение большой плотины". Международная комиссия по большим плотинам . Получено 23 января 2021 г.
  51. ^ "Методология и технические заметки". Водоразделы мира . Архивировано из оригинала 4 июля 2007 г. Получено 1 августа 2007 г. Крупная плотина определяется отраслью как плотина высотой более 15 метров, а крупная плотина — выше 150,5 метров.
  52. ^ abc Poff, N. Leroy; Hart, David D. (1 августа 2002 г.). «Как изменяются плотины и почему это важно для зарождающейся науки удаления плотин;...» BioScience . 52 (8): 659–668. doi : 10.1641/0006-3568(2002)052[0659:HDVAWI]2.0.CO;2 . ISSN  0006-3568.
  53. ^ Перера, Думинда и др. (2021). Старение инфраструктуры хранения воды: новый глобальный риск (серия отчетов, выпуск 11) . Гамильтон, Канада: Институт водных ресурсов, окружающей среды и здравоохранения Университета Организации Объединенных Наций. ISBN 978-92-808-6105-1. Получено 23 января 2021 г. .
  54. ^ "Двойная арочная плотина Цзиньпин-I устанавливает новый мировой рекорд". en.powerchina.cn . Архивировано из оригинала 17 ноября 2018 г. Получено 16 ноября 2018 г.
  55. ^ Натан, Р.; Лоу, Л. (1 января 2012 г.). «Гидравлические воздействия фермерских плотин». Australasian Journal of Water Resources . 16 (1): 75–83. doi :10.7158/13241583.2012.11465405. ISSN  1324-1583.
  56. ^ «Почему малые гидроэлектростанции приносят пользу местным сообществам». Всемирный экономический форум. 3 сентября 2015 г. Получено 11 мая 2020 г.
  57. ^ Фаруки, NI (1994). «Малая гидроэнергетика для развития сельских районов». Canadian Water Resources Journal . 19 (3): 227–235. Bibcode : 1994CaWRJ..19..227F. doi : 10.4296/cwrj1903227 . ISSN  0701-1784.
  58. ^ Граф, У. Л. (1993). «Ландшафты, товары и экосистемы: взаимосвязь между политикой и наукой для американских рек». Устойчивость наших водных ресурсов . Вашингтон, округ Колумбия: National Academy Press. С. 11–42.
  59. ^ abc Couto, Thiago BA; Olden, Julian D. (2018). «Глобальное распространение малых гидроэлектростанций – наука и политика». Frontiers in Ecology and the Environment . 16 (2): 91–100. Bibcode : 2018FrEE...16...91C. doi : 10.1002/fee.1746 . ISSN  1540-9309.
  60. ^ "DWR Dam Safety Non-Jurisdictional Dam". Colorado Information Marketplace . Получено 11 мая 2020 г.
  61. ^ "Оценка неюрисдикционных плотин" (PDF) . Офис государственного инженера, Бюро безопасности плотин . 7 декабря 2009 г.
  62. ^ ab Brewitt, Peter K.; Colwyn, Chelsea LM (2020). «Маленькие плотины, большие проблемы: правовые и политические вопросы неюрисдикционных плотин». WIREs Water . 7 (1): e1393. Bibcode : 2020WIRWa...7E1393B. doi : 10.1002/wat2.1393 . ISSN  2049-1948.
  63. ^ "Приказ директора № 40: Программа безопасности плотин" (PDF) . Министерство внутренних дел США, Служба национальных парков . 25 мая 2010 г.
  64. ^ Фенкл, Джейн С.; Мазер, Марта Э.; Костиган, Кэти Х.; Дэниелс, Мелинда Д. (5 ноября 2015 г.). Дэнг, З. Дэниел (ред.). «Насколько большой эффект оказывают небольшие плотины? Использование геоморфологических следов для количественной оценки пространственного воздействия низконапорных плотин и выявления закономерностей изменения по плотине». PLOS ONE . ​​10 (11): e0141210. Bibcode :2015PLoSO..1041210F. doi : 10.1371/journal.pone.0141210 . ISSN  1932-6203. PMC 4634923 . PMID  26540105. 
  65. ^ Грэм, У. Дж. (сентябрь 1999 г.). «Процедура оценки потерь жизни, вызванных разрушением плотины» (PDF) . Министерство внутренних дел США, Бюро мелиорации .
  66. ^ ab Pisaniello, John D. (2009). «Как управлять совокупной безопасностью водосборных плотин от наводнений». Water SA . 35 (4): 361–370. ISSN  1816-7950.
  67. ^ Эшли, Джеффри ТФ; Бушав-Ньютон, Карен; Вильгельм, Мэтт; Боэттнер, Адам; Дреймс, Грегг; Велински, Дэвид Дж. (март 2006 г.). «Влияние удаления небольших плотин на распределение осадочных загрязняющих веществ». Экологический мониторинг и оценка . 114 (1–3): 287–312. Bibcode : 2006EMnAs.114..287A. doi : 10.1007/s10661-006-4781-3. ISSN  0167-6369. PMID  16565804. S2CID  46471207.
  68. ^ Йылмаз, Метин (ноябрь 2003 г.). «Контроль грунтовых вод с помощью подземных плотин» (PDF) . Ближневосточный технический университет . Получено 7 мая 2012 г.
  69. ^ Ондер, Х.; М. Йилмаз (ноябрь–декабрь 2005 г.). «Подземные плотины — инструмент устойчивого развития и управления наземными ресурсами» (PDF) . European Water : 35–45 . Получено 7 мая 2012 г. .
  70. ^ Блайт, Джеффри Э. (1998). «Строительство хвостохранилищ». Практические примеры управления хвостохранилищами . Париж: Международный совет по металлам и окружающей среде. С. 9–10. ISBN 978-1-895720-29-7. Получено 10 августа 2011 г.
  71. ^ "Свойства хвостохранилищ" (PDF) . Институт горного дела NBK. Архивировано из оригинала (PDF) 1 октября 2011 г. Получено 10 августа 2011 г.http://mining.ubc.ca/files/2013/03/Dirk-van-Zyl.pdf
  72. ^ ab Singhal, Raj K., ed. (2000). Экологические проблемы и управление отходами в энергетике и добыче полезных ископаемых: Труды Шестой международной конференции по экологическим проблемам и управлению отходами в энергетике и добыче полезных ископаемых: SWEMP 2000; Калгари, Альберта, Канада, 30 мая – 2 июня 2000 г. Роттердам [ua]: Balkema. стр. 257–260. ISBN 978-90-5809-085-0. Получено 9 ноября 2015 г.
  73. ^ Маклеод, Харви; Бьелкевик, Анника (2021). Обновление технологии проектирования хвостохранилищ (PDF) (Отчет). Комитет ICOLD по хвостохранилищам. стр. 91.
  74. ^ ab Обновление отчета о состоянии возобновляемых источников энергии в мире за 2006 г. Архивировано 18 июля 2011 г. на Wayback Machine "Обновление отчета о состоянии возобновляемых источников энергии в мире за 2006 г." (PDF) . Архивировано из исходного (PDF) 14 мая 2016 г. Получено 9 ноября 2015 г., REN21 , опубликовано в 2006 г., доступ получен 16 мая 2007 г.
  75. ^ "Клуб и плотина". Музей наводнений в Джонстауне . Ассоциация наследия района Джонстауна . Получено 15 января 2018 г.
  76. ^ CJ Shiff (1972). M. Taghi Farvar; John P. Milton (ред.). «Влияние сельскохозяйственного развития на водные системы и его влияние на эпидемиологию шистосом в Родезии». Небрежная технология: экология и международное развитие . Natural History Press. стр. 102–108. OCLC  315029. В последнее время сельскохозяйственное развитие было сосредоточено на сохранении почвы и воды и привело к строительству множества плотин различной мощности, которые, как правило, стабилизируют поток воды в реках и обеспечивают значительное количество постоянных и стабильных водоемов.
  77. ^ "Казахстан". Отдел развития земельных и водных ресурсов. 1998. Строительство плотины (пролив Берга) для стабилизации и повышения уровня северной части Аральского моря.
  78. ^ "Blackwater Dam". Инженерный корпус армии США. Архивировано из оригинала 28 февраля 2013 года. Основная цель плотины и водохранилища — защита сообществ, расположенных ниже по течению.http://www.nae.usace.army.mil/Missions/Recreation/BlackwaterDam.aspx
  79. ^ "Контекст и цели эксплуатации водохранилища озера Дифенбейкер" (PDF) . Управление водораздела Саскачевана. Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2014 г. . Получено 27 июня 2013 г. .
  80. ^ Сильва, С., Виейра-Ланеро, Р., Барка, С. и Кобо, Ф. (2017). Плотность и биомасса популяций личинок морской миноги (Petromyzon marinus Linnaeus, 1758) на северо-западе Испании и сравнение данных с другими европейскими регионами. Исследования морской и пресной воды , 68(1), 116–122.
  81. ^ Tummers, JS, Winter, E., Silva, S., O'Brien, P., Jang, MH, & Lucas, MC (2016). Оценка эффективности сверхактивного рыбопропускного устройства Larinier для европейской речной миноги Lampetra fluviatilis до и после модификации с помощью настенной шипованной плитки. Экологическая инженерия , 91, 183–194.
  82. ^ аб Лансак-Тоха, Фернандо Миранда (2019).
  83. ^ ab Алмейда, Рикардо (2018).
  84. ^ Стоббе Реймер, Аша Мириам (30 сентября 2021 г.). «Tasmanian Wilderness Society блокирует строительство плотины (Кампания на реке Франклин) 1981-83». Библиотека социальных изменений Commons . Получено 7 июля 2023 г.
  85. ^ Джейн, Шарад К.; Сингх, В. П. (12 сентября 2003 г.). Планирование и управление системами водных ресурсов. Elsevier. стр. 408. ISBN 978-0-08-054369-7.«Однако водохранилище, в худшем случае, может только ускорить землетрясение, которое в противном случае тоже произошло бы. Величина сил, связанных с землетрясением, на несколько порядков больше по сравнению с дополнительной нагрузкой воды в водохранилище. Изменение напряжений из-за нагрузки воды слишком мало, чтобы вызвать трещину в земной коре (Srivastava, 1993). Поэтому наличие водохранилища не увеличивает силу землетрясения».
  86. ^ Косник, Ли-Рэйчел (1 марта 2008 г.). «Потенциал гидроэнергетики в борьбе с глобальным потеплением». SSRN  1108425.
  87. ^ "Водные резервуары, лежащие в основе роста выбросов парниковых газов". French Tribune . 9 августа 2012 г. Получено 9 августа 2012 г.
  88. ^ "Dams the latest priest in global warming". The Times of India . 8 августа 2012 г. Архивировано из оригинала 9 августа 2012 г. Получено 9 августа 2012 г.
  89. ^ Каллатер, 110.
  90. ^ "Строительство дамбы Three Gorges завершено". Посольство Китая. 20 мая 2006 г. Получено 21 мая 2006 г.
  91. ^ "Китайская плотина "Три ущелья" подвергается испытанию наводнением". BBC News. 20 июля 2010 г.
  92. ^ "World Commission on Dams Report". Международные реки . 29 февраля 2008 г. Архивировано из оригинала 13 сентября 2008 г. Получено 16 августа 2012 г.
  93. ^ «Прозрачная база данных затрат – Прозрачная база данных затрат». en.openei.org .
  94. ^ ab Рен, Канг (2019).
  95. ^ abc Bellmore, JR; Duda, JJ; Craig, LS; Greene, SL; Torgersen, CE; Collins, MJ; Vittum, K. (2017). «Состояние и тенденции исследований по удалению плотин в Соединенных Штатах». WIREs Water . 4 (2): e1164. Bibcode : 2017WIRWa...4E1164R. doi : 10.1002/wat2.1164. ISSN  2049-1948. S2CID  114768364.
  96. ^ ab Ritchie, AC; Warrick, JA; East, AE; Magirl, CS; Stevens, AW; Bountry, JA; Randle, TJ; Curran, CA; Hilldale, RC; Duda, JJ; Gelfenbaum, GR (2018). "Морфодинамическая эволюция после высвобождения осадка из-за крупнейшего в мире удаления плотины". Scientific Reports . 8 (1): 13279. Bibcode :2018NatSR...813279R. doi :10.1038/s41598-018-30817-8. ISSN  2045-2322. PMC 6125403 . PMID  30185796. 

Источники

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Найдите слово «плотина» в Викисловаре, бесплатном словаре.