Плотина Гатун — земляная плотина через реку Чагрес в Панаме , недалеко от города Гатун . Плотина, построенная между 1907 и 1913 годами, является важнейшим элементом Панамского канала ; она запруживает искусственное озеро Гатун , по которому суда проходят 33 километра (21 милю) своего транзита через Панамский перешеек . Кроме того, гидроэлектростанция на плотине вырабатывает электроэнергию , которая используется для работы шлюзов и другого оборудования на канале.
Строительство плотины стало выдающимся инженерным достижением, которое затмило только параллельное строительство разреза Кулебра ; на момент завершения строительства плотина была крупнейшей земляной плотиной в мире, а озеро Гатун — крупнейшим искусственным озером в мире.
Плотина расположена в долине реки Чагрес, примерно в 10 километрах (6,2 мили) от ее устья в Карибском море . Холмы, граничащие с долиной Чагрес, образуют в этом месте щель шириной чуть более 2 километров (1,2 мили), с естественным скалистым холмом в центре щели. Пропасть заполнена земляной плотиной толщиной 640 метров (2100 футов) у основания, 2300 метров (7500 футов) по верху, толщиной 121 метр (397 футов) на уровне воды и толщиной 30 метров (98 футов) наверху, что на 9 метров (30 футов) выше обычного уровня озера.
Водосброс для плотины построен на центральном холме; он состоит из полукруглой бетонной плотины, которая регулирует поток воды по бетонному каналу, встроенному в задний склон холма. Сама водосбросная плотина имеет высоту 225 метров (738 футов) вдоль вершины; ее гребень находится на 16 футов (4,9 м) ниже нормального уровня озера. Водосброс спроектирован таким образом, что вода, переливающаяся через полукруглую плотину, сходится внизу с противоположных направлений и нейтрализует свою собственную силу, тем самым минимизируя эрозию внизу.
Плотина водосброса увенчана 14 затворами, поддерживаемыми бетонными опорами, каждый шириной 14 метров (46 футов) и высотой 6 метров (20 футов). Эти затворы, которые управляются электричеством, поднимаются или опускаются для управления потоком воды; при уровне озера 26,5 метров (87 футов), его запланированном максимальном уровне, пропускная способность водосброса составляет 4100 кубических метров (140 000 кубических футов) в секунду, что превышает максимальный поток реки Чагрес. В дополнение к этому, водопропускные трубы в шлюзах могут сбрасывать 1400 кубических метров (49 000 кубических футов) в секунду.
[1]
Площадь озера Гатун при нормальном уровне воды составляет 425 квадратных километров (164 квадратных миль); в нем хранится 5,2 кубических километра (4 200 000 акров футов) воды, что примерно равно объему, который река Чагрес в среднем выносит за год.
Плотина включает в себя гидроэлектростанцию, которая расположена на восточной стороне сбросного канала водосброса. [2] Она использует воду из озера для приведения в действие ряда турбогенераторов ; при первом вводе в эксплуатацию было установлено три генератора, вырабатывающих в общей сложности 6 мегаватт (8000 л.с. ) электроэнергии. Вырабатываемая электроэнергия используется для работы механизмов шлюза и водосброса, а также для освещения шлюзов и деревень канала. [3]
Строительство канала было начато французской компанией ( La Compagnie Universelle du Canal Interoceanique ) в 1880–1889 годах. Не имея достаточных сведений о вариантах и расходах, французская компания планировала построить канал на уровне моря, соединяющий два побережья. Первоначально они думали, что смогут сделать это примерно за 120 миллионов долларов. Потратив около миллиарда франков (около 300 000 000 долларов), потеряв около 22 000 рабочих и обанкротившись, французские усилия по сути прекратились. Канал на уровне моря не потребовал бы строительства плотины, но все равно потребовал бы значительных мер по обеспечению постоянно меняющегося стока реки Чагрес. Соединенные Штаты взяли под свой контроль зону канала шириной 10 миль (16 км) и возобновили строительство канала 4 мая 1904 года. Почти два года ушло на подготовку инфраструктуры, борьбу с комарами (недавно обнаруженный переносчик желтой лихорадки и малярии ), усовершенствование Панамской железной дороги и планирование, прежде чем работа вышла на полную мощность. После рассмотрения вариантов и затрат в 1906 году было принято решение о строительстве канала на основе шлюза, которое было одобрено президентом Теодором Рузвельтом .
Еще до того, как было принято решение о шлюзовом канале, майор Джордж Вашингтон Геталс ( Инженерный корпус армии США ), главный инженер строительных работ с 1907 по 1914 год, уже провел исследование под руководством Джона Фрэнка Стивенса (главный инженер, 1905–1907) с целью определения пригодности земли в Гатуне для строительства там большой плотины. Были проведены обширные пробные бурения для определения пригодности земли, а также были проведены испытания под давлением материала, который будет использоваться в строительстве, для определения его долговечности.
Плотина Гатун выполняет две важные функции: она контролирует постоянно меняющуюся реку Чагрес и создает озеро Гатун. Озеро на высоте около 85 футов (26 м) обеспечивает надземный путь для судов через большую часть Панамского перешейка, в том числе через коварный V-образный разрез Кулебра (разрез Гайяра). Это сэкономило буквально миллионы кубических ярдов материала, которые были бы необходимы для канала на уровне моря. Высота озера регулируется водосбросами, которые контролируют поток воды из плотины, чтобы получить почти постоянную высоту во влажные или сухие сезоны. Озеро также действует как огромный резервуар для работы шлюзов как на тихоокеанском, так и на атлантическом концах канала и обеспечивает через гидроэлектрогенераторы около 6 МВт электроэнергии, необходимой для работы шлюзов и плотины. После завершения плотины и заполнения озера Гатун оно было вырыто там, где это было необходимо, чтобы получить чистый судоходный канал через озеро.
Местоположение Гатун было во многих отношениях идеальным для плотины; выше по течению от места строительства плотины холмы, окружающие реку Чагрес, открывались очень широко вокруг области, которая сейчас является озером Гатун. За узким проходом холмы приближаются к относительно узкому проходу с естественным скальным каналом в центре. Это позволяет плотине среднего размера окружить огромный водоем, который и обеспечивает проход для судов через большую часть перешейка, и обеспечивает резервуар воды для работы шлюзов. Центральный холм был идеальным прочным основанием для строительства бетонного водосброса и его плотины, основная часть плотины была земляной. Единственной проблемой был огромный масштаб плотины, требующий массивной засыпки камнями и землей, которая была обеспечена примерно 100 поездами с пустой породой, отложенной в две параллельные стены пустой породы на расстоянии около 2700 футов (820 м) друг от друга каждый день в течение нескольких лет из разреза Гайяр (теперь называемого разрезом Кулебра) и раскопок шлюзов Гатун. [4] Между этими стенами из пустой породы было создано непроницаемое ядро с помощью гидравлической засыпки , которая закачивала миллионы кубических ярдов глинистого материала и воды в область между скальными стенами. Это заполнение было сделано путем выкапывания мягкой глины, присутствующей в долине ниже, где драги выкапывали глину и воду и загружали ее в насосы, которые доставляли ее в пруд, созданный между внутренней и внешней стенами плотины. Закачиваемая смесь была оставлена на некоторое время, пока глина не осядет, а избыток воды был откачан и закачан обратно вниз по течению. Этот высушенный и затвердевший материал создал прочное ядро «естественного» цемента в ядре плотины.
После того, как плотина была достроена до желаемой высоты, вся ее верхняя часть была укреплена, чтобы предотвратить повреждение плотины волнами, путем размещения на ее поверхности больших валунов, особенно там, где наблюдается сильное волнение.
Плотина содержит около 17 000 000 кубических метров (600 000 000 кубических футов) материала и имеет ширину около 2 700 футов (820 м) у основания, около 105 футов (32 м) в высоту и 7 500 футов (2 300 м) в длину. Плотина весит около 27 000 000 длинных тонн (30 000 000 коротких тонн). Она покрывает 1,17 квадратных километров (290 акров) земли и содержит достаточно земли и камня, чтобы построить стену 1+1 ⁄ 2 метра в высоту и 29 см в толщину (или четыре фута восемь дюймов в высоту и фут в толщину) вокруг Земли на экваторе.
После открытия Панамского канала было обнаружено, что уровень воды, удерживаемый плотиной, не оставался достаточно постоянным в сухой сезон для работы канала. Плотина Мадден была построена гораздо выше по течению реки Чагрес, чтобы обеспечить водохранилище и гидроэлектроэнергию для Панама-Сити , открытие состоялось в 1935 году.
9 ° 16' с.ш. 79 ° 56' з.д. / 9,267 ° с.ш. 79,933 ° з.д. / 9,267; -79,933
