stringtranslate.com

Плотина

Плотина Эдерзее в Гессене , Германия.

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

Слово « плотина» восходит к среднеанглийскому языку [1] , а до этого — к среднеголландскому , как видно из названий многих старых городов, [2] таких как Амстердам и Роттердам .

Древние плотины были построены 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 построили плотины, такие как плотина Садд-эль-Кафара, для борьбы с наводнениями. 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 весенний храм в Турции, датируется 15 и 13 веками до нашей эры. Плотина Калланай в Южной Индии, построенная во 2 веке нашей эры, является одним из старейших водорегулирующих сооружений, которые до сих пор используются.

Римские инженеры строили плотины с использованием передовых технологий и материалов, таких как гидравлический раствор и римский бетон, что позволяло создавать более крупные конструкции. Они ввели водохранилищные плотины, арочные гравитационные плотины, арочные плотины, контрфорсные плотины и многоарочные контрфорсные плотины. В Иране мостовые плотины использовались для гидроэнергетики и водоподъёмных механизмов.

В средние века в Нидерландах были построены плотины для регулирования уровня воды и предотвращения вторжения моря. В 19 веке вокруг Британской империи были построены крупномасштабные арочные плотины, что ознаменовало прогресс в технологиях строительства плотин. Эпоха больших плотин началась со строительства Асуанской низкой плотины в Египте в 1902 году. Плотина Гувера, массивная бетонная арочная гравитационная плотина, была построена в период с 1931 по 1936 год на реке Колорадо. К 1997 году во всем мире насчитывалось около 800 000 плотин, из которых около 40 000 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 представляла собой 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 самой старой непрерывно действующей плотиной является плотина озера Хомс , построенная в Сирии между 1319-1304 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 примерно в 2800 году [6] или 2600 году до нашей эры [7] в качестве отводной плотины для борьбы с наводнениями, но было разрушено проливным дождем во время строительства или вскоре после него. [6] [7] Во времена Двенадцатой династии в 19 веке до нашей эры фараоны Сеносерт III, Аменемхет III и Аменемхет IV вырыли канал длиной 16 км (9,9 миль), соединяющий Фаюмскую впадину с Нилом в Среднем Египте. Две плотины под названием Ха-Уар, идущие с востока на запад, были построены для того, чтобы удерживать воду во время ежегодных наводнений, а затем сбрасывать ее в окружающие земли. Озеро под названием Мер-вер или озеро Моэрис занимало площадь 1700 км 2 (660 квадратных миль) и сегодня известно как Биркет Карун. [8]

К середине-концу третьего тысячелетия до нашей эры в Дхолавире на территории современной Индии была построена сложная система управления водными ресурсами. В систему входило 16 водоемов, плотин и различных каналов для сбора и хранения воды. [9]

Одним из инженерных чудес древнего мира была Великая плотина Мариб в Йемене . Построенный где-то между 1750 и 1700 годами до нашей эры, он был сделан из утрамбованной земли – треугольного в поперечном сечении, длиной 580 м (1900 футов) и первоначально высотой 4 м (13 футов) – проложенной между двумя группами скал с каждой стороны, чтобы который был соединен прочной каменной кладкой. Ремонт проводился в разные периоды, в первую очередь около 750 г. до н.э., а 250 лет спустя высота плотины была увеличена до 7 м (23 фута). После распада Сабского царства плотина перешла под контроль химьяритов ( ок. 115 г. до н.э.), которые предприняли дальнейшие улучшения, создав сооружение высотой 14 м (46 футов) с пятью водосбросами, двумя шлюзами, армированными каменной кладкой, и пруд-отстойник и канал длиной 1000 м (3300 футов), ведущий к распределительному резервуару. Эти работы не были завершены до 325 года нашей эры, когда плотина позволила орошать 25 000 акров (100 км 2 ).

Эфлатун Пинар — хеттская плотина и храм источника недалеко от Коньи , Турция. Считается, что он датируется Хеттской империей между 15 и 13 веками до нашей эры.

Калланай построен из неотесанного камня длиной более 300 м (980 футов), высотой 4,5 м (15 футов) и шириной 20 м (66 футов) на берегу главного течения реки Кавери в штате Тамил Наду , Южная Индия . Основное сооружение датируется II веком нашей эры [10] и считается одним из старейших водоотводных или водорегулирующих сооружений, которые до сих пор используются. [11] Целью плотины было отвести воды Кавери через плодородный регион дельты для орошения через каналы. [12]

Ду Цзян Янь — старейшая сохранившаяся ирригационная система в Китае, включающая плотину, направляющую поток воды. Оно было завершено в 251 г. до н.э. Большая земляная плотина, построенная Суньшу Ао , премьер-министром Чу (штата) , затопила долину в современной северной провинции Аньхой , создав огромный ирригационный резервуар (100 км (62 мили) в окружности), резервуар, который присутствует и сегодня. [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 крупных водохранилищ , которые могли бы обеспечить постоянное водоснабжение городских поселений в засушливый сезон. [15] Их новаторское использование водонепроницаемого гидравлического раствора и особенно римского бетона позволило построить гораздо более крупные конструкции плотин, чем построенные ранее, [14] такие как плотина на озере Хомс , возможно, самая большая водная преграда на тот момент, [16] и Плотина Харбака , обе в римской Сирии . Самой высокой римской плотиной была плотина Субиако недалеко от Рима ; его рекордная высота 50 м (160 футов) оставалась непревзойденной до его случайного разрушения в 1305 году .

Римские инженеры регулярно использовали древние стандартные конструкции, такие как насыпные и каменные гравитационные плотины. [18] Кроме того, они проявили высокую степень изобретательности, внедрив большинство других основных конструкций плотин, которые до этого были неизвестны. К ним относятся арочные гравитационные плотины , [19] арочные плотины , [20] контрфорсные плотины [21] и многоарочные контрфорсные плотины , [22] все из которых были известны и использовались во 2 веке нашей эры (см. Список римских плотин ). Римские рабочие также были первыми, кто построил мосты-плотины, такие как мост Валериана в Иране. [23]

Остатки плотины Банде-Кайсар , построенной римлянами в III веке нашей эры.

В Иране мостовые плотины, такие как Банд-э-Кайсар, использовались для обеспечения гидроэнергетики с помощью водяных колес , которые часто приводили в действие водоподъемные механизмы. Одним из первых был построенный римлянами мост-плотина в Дезфуле , [24] который мог поднять воду на 50 локтей (около 23 м) для снабжения города. Были известны также водозаборные дамбы . [25] Были построены мельницы, которые мусульманские инженеры назвали Пули-Булайти . Первый был построен в Шустаре на реке Карун в Иране, а многие из них позже были построены в других частях исламского мира . [25] Вода подавалась из задней части плотины через большую трубу для привода водяного колеса и водяной мельницы . [26] В 10 веке Аль-Мукаддаси описал несколько плотин в Персии. Он сообщил, что один из них в Ахвазе имел длину более 910 м (3000 футов) [27] и что у него было множество водяных колес, поднимающих воду в акведуки , через которые она текла в водоемы города. [28] Еще одна плотина Банди-Амир обеспечивала орошение 300 деревень. [27]

Средний возраст

В Нидерландах , низменной стране, плотины часто строились, чтобы блокировать реки, регулировать уровень воды и не допускать попадания моря на болота. Такие плотины часто обозначали начало города или города, потому что в таком месте было легко пересечь реку, и они часто влияли на голландские топонимы. Нынешняя столица Нидерландов, Амстердам (старое название Амстелредам ), началась с плотины на реке Амстел в конце 12 века, а Роттердам начался с плотины на реке Ротте , второстепенном притоке Ньюве- Мааса . Центральная площадь Амстердама, занимающая первоначальное место 800-летней плотины, до сих пор носит название Площадь Дам .

Индустриальная революция

Гравюра шлюзов канала Ридо в Байтауне.

Римляне были первыми, кто построил арочные плотины , где силы реакции от устоя стабилизируют конструкцию от внешнего гидростатического давления , но только в 19 веке инженерные навыки и имеющиеся строительные материалы были способны построить первые крупные плотины. масштабные 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 используется до сих пор). Он имел высоту 12 м (39 футов) и состоял 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 серию изогнутых каменных плотин как часть системы водных путей. В частности, плотина Джонс-Фолс , построенная Джоном Редпатом , была построена в 1832 году как крупнейшая плотина в Северной Америке и чудо инженерной мысли. Чтобы держать воду под контролем во время строительства, в плотине были открыты два шлюза — искусственных канала для отвода воды. Первый находился у основания плотины на ее восточной стороне. Второй шлюз был установлен на западной стороне плотины, примерно на высоте 20 футов (6,1 м) над основанием. Для перехода с нижнего шлюза на верхний выход Песчаного озера был перекрыт. [30]

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

Хантс-Крик недалеко от города Парраматта в Австралии был перекрыт плотиной в 1850-х годах, чтобы удовлетворить потребность в воде растущего населения города. Каменная арочная стена плотины была спроектирована лейтенантом Перси Симпсоном, на которого повлияли достижения в области строительства плотин, достигнутые Королевскими инженерами в Индии . Плотина стоила 17 000 фунтов стерлингов и была построена в 1856 году как первая инженерная плотина, построенная в Австралии, и вторая арочная плотина в мире, построенная в соответствии с математическими спецификациями. [31]

Первая такая плотина была открыта двумя годами ранее во Франции . Это была первая французская арочная плотина индустриальной эпохи , построенная Франсуа Золя в муниципалитете 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. Его построение осуществлялось на основе математических результатов научного стресс-анализа.

Плотина длиной 75 миль недалеко от Уорика , Австралия, возможно, была первой в мире бетонной арочной плотиной. Спроектированный Генри Чарльзом Стэнли в 1880 году с переливным водосбросом и специальным выпуском воды, он в конечном итоге был увеличен 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 базе. Этот новый акцент был сосредоточен на инженерных факультетах университетов Франции и Соединенного Королевства. Уильям Джон Маккуорн Рэнкин из Университета Глазго первым начал теоретическое понимание конструкции плотин в своей статье 1857 года «О стабильности рыхлой земли» . Теория Рэнкина обеспечила хорошее понимание принципов проектирования плотин. [32] Во Франции Ж. Огюстен Тортен де Сазилли объяснил механику вертикально стоящих каменных гравитационных плотин, и плотина Золя была первой, построенной на основе этих принципов. [33]

Современная эра

Плотина Гувера , Ансел Адамс , 1942 год.

Эпоха больших плотин началась со строительством Асуанской низкой плотины в Египте в 1902 году — контрфорсной плотины из гравитационного камня на реке Нил . После вторжения и оккупации Египта в 1882 году британцы начали строительство в 1898 году. Проект был разработан сэром Уильямом Уиллкоксом , в нем приняли участие несколько выдающихся инженеров того времени, в том числе сэр Бенджамин Бейкер и сэр Джон Эйрд , чья фирма John Aird & Co. , был генеральным подрядчиком. [34] [35] Капитал и финансирование были предоставлены Эрнестом Касселем . [36] Первоначально построенный между 1899 и 1902 годами, ничего подобного масштаба никогда раньше не предпринималось; [37] По завершении строительства это была самая большая каменная плотина в мире. [38]

Плотина Гувера — массивная бетонная арочная гравитационная плотина , построенная в Чёрном каньоне реки Колорадо , на границе между американскими штатами Аризона и Невада между 1931 и 1936 годами во время Великой депрессии . В 1928 году Конгресс санкционировал проект строительства плотины, которая будет контролировать наводнения, обеспечивать поливную воду и производить гидроэлектроэнергию . Победившая заявка на строительство плотины была подана консорциумом под названием Six Companies, Inc. Такая большая бетонная конструкция никогда раньше не строилась, и некоторые методы не были проверены. Жаркая летняя погода и отсутствие объектов вблизи объекта также создавали трудности. Тем не менее, шесть компаний передали плотину федеральному правительству 1 марта 1936 года, более чем на два года раньше запланированного срока. [39]

К 1997 году во всем мире насчитывалось около 800 000 плотин, около 40 000 из них имели высоту более 15 м (49 футов). [40] В 2014 году ученые из Оксфордского университета опубликовали исследование стоимости крупных плотин, основанное на крупнейшем существующем наборе данных, в котором документально зафиксирован значительный перерасход средств для большинства плотин и поставлен вопрос о том, обычно ли выгоды компенсируют затраты на такие плотины. [41]

Типы

Плотины могут быть образованы деятельностью человека, естественными причинами или даже вмешательством диких животных, таких как бобры . Искусственные плотины обычно классифицируются по размеру (высоте), назначению или конструкции.

По структуре

По конструкции и используемому материалу плотины классифицируются как легкосоздаемые без материалов, арочные плотины , насыпные или каменные плотины , имеющие несколько подтипов.

Арочные плотины

Плотина Гордон , Тасмания , представляет собой арочную плотину .

В арочной плотине устойчивость достигается за счет сочетания действия арки и силы тяжести. Если верхняя грань вертикальна, весь вес плотины должен переноситься на фундамент под действием силы тяжести, а распределение нормального гидростатического давления между вертикальной консолью и действием арки будет зависеть от жесткости плотины в вертикальном и горизонтальном направлении. Когда склон выше по течению наклонен, распределение более сложное. Нормальная составляющая веса арочного кольца может быть принята за счет действия арки, тогда как нормальное гидростатическое давление будет распределяться, как описано выше . Для плотин этого типа более важны прочные и надежные опоры на устоях ( контрфорсе или боковой стенке каньона ). Наиболее подходящее место для арочной плотины — узкий каньон с крутыми боковыми стенками, сложенными из прочной скалы. [42] Безопасность арочной плотины зависит от прочности устоев боковой стены, поэтому арка должна не только хорошо сидеть на боковых стенах, но также необходимо тщательно проверять характер скальной породы.

Плотина Дэниел-Джонсон , Квебек , представляет собой многоарочную контрфорсную плотину.

Используются два типа одноарочных плотин: плотина постоянного угла и плотина постоянного радиуса. В типе с постоянным радиусом используется один и тот же радиус поверхности на всех высотах плотины, что означает, что по мере сужения канала к низу плотины центральный угол, образуемый поверхностью плотины, становится меньше. Плотина Джонс-Фолс в Канаде представляет собой плотину постоянного радиуса. В плотине с постоянным углом, также известной как плотина с переменным радиусом, этот стягиваемый угол сохраняется постоянным, а изменение расстояния между устоями на разных уровнях учитывается за счет изменения радиусов. Плотины постоянного радиуса встречаются гораздо реже, чем плотины постоянного угла. Плотина Паркер на реке Колорадо представляет собой арочную плотину постоянного угла.

Аналогичным типом является плотина двойной кривизны или тонкостенная плотина. 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 устои. Внешний вид похож на одноарочную плотину, но с отчетливой вертикальной кривизной, что придает ей неопределенный вид вогнутой линзы, если смотреть снизу по течению.

Многоарочная плотина состоит из ряда одноарочных плотин с бетонными контрфорсами в качестве опор, как, например, плотина Дэниела-Джонсона в Квебеке, Канада. Многоарочная плотина не требует такого количества контрфорсов, как полая гравитационная плотина, но требует хорошего каменного фундамента, поскольку нагрузки на контрфорсы велики.

Гравитационные плотины

Плотина Гранд-Кули является примером прочной гравитационной плотины.

В гравитационной плотине сила, удерживающая плотину на месте против толчка воды, — это сила тяжести Земли, тянущая вниз массу плотины. [43] Вода давит сбоку (вниз по течению) на плотину, стремясь опрокинуть плотину, вращаясь вокруг ее носка (точка в нижней части дамбы ниже по течению). Вес плотины противодействует этой силе, стремясь повернуть плотину вокруг ее носка в другую сторону. Проектировщик гарантирует, что плотина будет достаточно тяжелой, чтобы вес плотины выиграл это соревнование. С инженерной точки зрения это верно, когда равнодействующая сил гравитации, действующих на плотину, и давления воды на плотину действует на линии, проходящей вверх по течению от подошвы плотины. [ нужна цитата ] Проектировщик пытается придать плотине такую ​​форму, чтобы, если рассматривать часть плотины выше какой-либо определенной высоты как целую плотину, эта плотина также удерживалась бы на месте под действием силы тяжести, т. е. не было никакого напряжения. в верхней части плотины, удерживая верхнюю часть плотины вниз. Проектировщик делает это, потому что обычно более практично создать плотину из материала, просто сложенного в кучу, чем склеивать материал, преодолевая вертикальное натяжение. [ нужна цитата ] Форма, которая предотвращает напряжение в верхней части, также устраняет уравновешивающее напряжение сжатия в нижней стороне, обеспечивая дополнительную экономию.

Для плотины этого типа важно иметь непроницаемый фундамент с высокой несущей способностью. Водопроницаемые фундаменты имеют большую вероятность создания подъемного давления под плотиной. Давление подъема — это гидростатическое давление, вызванное давлением воды водохранилища, прижимающейся к дну плотины. Если создается достаточно большое подъемное давление, существует риск дестабилизации бетонной гравитационной плотины. [44] [ нужна ссылка ]

На подходящем участке гравитационная плотина может оказаться лучшей альтернативой другим типам плотин. Гравитационная плотина, построенная на прочном фундаменте, вероятно, представляет собой наиболее развитый пример строительства плотин. Поскольку страх наводнений является сильным мотиватором во многих регионах, в некоторых случаях гравитационные плотины строятся там, где арочная плотина была бы более экономичной.

Гравитационные плотины подразделяются на «сплошные» и «пустотелые» и обычно изготавливаются из бетона или каменной кладки. Из этих двух форм более широко используется твердая форма, хотя строительство полой плотины зачастую более экономично. Плотина Гранд-Кули представляет собой сплошную гравитационную плотину, а Braddock Locks & Dam — полую гравитационную плотину. [ нужна цитата ]

Арочные плотины

Плотина Гувера является примером арочной гравитационной плотины.

Гравитационную плотину можно объединить с арочной плотиной в арочную гравитационную плотину для территорий с большим потоком воды, но с меньшим количеством материала, доступного для чисто гравитационной плотины. Сжатие плотины водой внутрь уменьшает боковую (горизонтальную) силу, действующую на плотину. Таким образом, гравитационная сила, необходимая для плотины, уменьшается, т. е. плотине не обязательно быть такой массивной. Это позволяет делать плотины тоньше и экономить ресурсы.

Заграждения

Заграждение Коси в Непале

Заграждающая плотина — это особый вид плотины, состоящий из ряда больших ворот, которые можно открывать или закрывать, чтобы контролировать количество воды, проходящей через плотину. Ворота устанавливаются между фланговыми опорами, которые отвечают за выдерживание водной нагрузки и часто используются для контроля и стабилизации потока воды в ирригационных системах. Примером плотины этого типа является ныне выведенная из эксплуатации водозаборная плотина Ред-Блафф на реке Сакраменто недалеко от Ред-Блафф, Калифорния .

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

Набережные плотины

Плотина Чатуге — земляная насыпная плотина в Северной Каролине.

Насыпные плотины изготавливаются из уплотненного грунта и бывают двух основных типов: каменно-насыпные и земляно-насыпные. Как и бетонные гравитационные плотины, насыпные плотины сдерживают силу воды за счет своего веса.

Плотины с фиксированным гребнем

Плотина с фиксированным гребнем представляет собой бетонное ограждение через реку. [46] Плотины с фиксированным гребнем предназначены для поддержания глубины в канале для судоходства. [47] Они представляют опасность для лодочников, которые могут путешествовать по ним, поскольку их трудно обнаружить с воды и они создают наведенные течения, от которых трудно избежать. [48]

По размеру

Как во всем мире, так и внутри отдельных стран, например, в Соединенных Штатах, существуют различия в классификации плотин разных размеров. Размер плотины влияет на затраты на строительство, ремонт и демонтаж , а также на потенциальный диапазон плотин и масштабы нарушений окружающей среды. [49]

Большие плотины

Международная комиссия по большим плотинам (ICOLD) определяет «большую плотину» как «Плотину высотой 15 м (49 футов) или более от нижнего фундамента до гребня или плотину высотой от 5 м (16 футов) до 15 метров. водохранилище 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 (от 16 до 49 футов) с емкостью водохранилища более 3 миллионов кубических метров (2400  акров⋅) . футов ). [45] Плотины гидроэлектростанций можно разделить на «высоконапорные» (высотой более 30 м) и «низконапорные» (высотой менее 30 м). [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-И высотой 305 м (1001 фут) в Китае . [54]

Малые плотины

Плотина в Европе осенью, вид с дрона FPV.

Как и большие плотины, малые плотины имеют множество применений, например, помимо прочего, для производства гидроэлектроэнергии , защиты от наводнений и хранения воды. Небольшие плотины могут быть особенно полезны на фермах для улавливания стоков для последующего использования, например, в засушливый сезон. [55] Небольшие плотины могут принести пользу, не вызывая при этом перемещения людей, [56] а небольшие децентрализованные плотины гидроэлектростанций могут способствовать развитию сельских районов в развивающихся странах. [57] Только в Соединенных Штатах насчитывается около 2 000 000 или более «маленьких» плотин, которые не включены в Национальный реестр плотин Инженерного корпуса армии . [58] Учет небольших плотин ведется государственными регулирующими органами, поэтому информация о небольших плотинах разрознена и неравномерна по географическому охвату. [52]

Страны во всем мире считают малые гидроэлектростанции (МГЭ) важными для своих энергетических стратегий, и интерес к МГЭ заметно возрос. [59] Коуто и Олден (2018) [59] провели глобальное исследование и обнаружили 82 891 малую гидроэлектростанцию ​​(МГЭ), действующих или строящихся. Технические определения МГЭ, такие как их максимальная генерирующая мощность, высота плотины, площадь водохранилища и т. д., различаются в зависимости от страны.

Неюрисдикционные плотины

Плотина не подлежит юрисдикции, если ее размер (обычно «маленький») исключает на нее определенные правовые нормы. Технические критерии отнесения плотины к категории «юрисдикционных» или «неюрисдикционных» различаются в зависимости от местоположения. В Соединенных Штатах каждый штат определяет, что представляет собой плотина вне юрисдикции. В штате Колорадо плотина, не находящаяся под юрисдикцией, определяется как плотина, образующая водохранилище емкостью 100 акров-футов или меньше, площадью поверхности 20 акров или меньше и высотой, измеренной в соответствии с Правилами 4.2.5.1. и 4.2.19 10 футов или меньше. [60] Напротив, в штате Нью-Мексико юрисдикционная плотина определяется как плотина высотой 25 футов или более и вмещающая более 15 акров-футов, или плотина, которая хранит 50 акров-футов или более и имеет высоту шесть футов или более ( раздел 72-5-32 NMSA), предполагая, что плотины, которые не отвечают этим требованиям, не подлежат юрисдикции. [61] Большинство плотин США, 2,41 миллиона из 2,5 миллионов плотин, не находятся под юрисдикцией какого-либо государственного органа (т.е. они не являются юрисдикционными) и не включены в Национальный реестр плотин (NID). [62]

Маленькие плотины подвергаются таким же рискам, как и большие плотины. Однако отсутствие регулирования (в отличие от более регулируемых крупных плотин) и инвентаризации небольших плотин (т.е. тех, которые не находятся в юрисдикции) может привести к значительным рискам как для людей, так и для экосистем. [62] Например, по данным Службы национальных парков США (NPS), «неподведомственный — означает сооружение, которое не соответствует минимальным критериям, перечисленным в Федеральных рекомендациях по безопасности плотин, для включения в программы безопасности плотин». Неподведомственное сооружение не получает классификацию опасности и не рассматривается для каких-либо дальнейших требований или мероприятий в рамках программы безопасности плотины АЭС». [63] Небольшие плотины могут быть опасными индивидуально (т.е. они могут выйти из строя), но также и вместе, [64] поскольку совокупность небольших плотин вдоль реки или в пределах географической зоны может увеличить риски. Исследование Грэма 1999 года [65] о прорывах плотин в США, приведших к смертельным случаям в период с 1960 по 1998 год, пришло к выводу, что прорыв плотин высотой от 6,1 до 15 м (типичный диапазон высот меньших плотин [66] ) стал причиной 86% смертей, а разрушение Плотины высотой менее 6,1 м стали причиной 2% смертей. Плотины, не находящиеся в юрисдикции, могут представлять опасность, поскольку их проектирование, строительство, обслуживание и надзор не регулируются. [66] Ученые отметили, что необходимы дополнительные исследования, чтобы лучше понять воздействие небольших плотин на окружающую среду [59] (например, их потенциал изменить поток, температуру, наносы [67] [52] и разнообразие растений и животных реки. ).

По использованию

Седловидная плотина

Седловидная плотина — это вспомогательная плотина, построенная для ограничения водохранилища, созданного основной плотиной, либо для обеспечения более высокого подъема и хранения воды, либо для ограничения протяженности водохранилища для повышения эффективности. Вспомогательная плотина строится в низком месте или «седле», через которое в противном случае водохранилище могло бы выйти. Иногда водохранилище ограничивается аналогичной структурой, называемой дамбой , чтобы предотвратить затопление близлежащей земли. Дайки обычно используются для рекультивации пахотных земель у мелкого озера, похожие на дамбу , которая представляет собой стену или насыпь, построенную вдоль реки или ручья для защиты прилегающих земель от затопления.

Плотина

Плотина (иногда называемая «переливной плотиной») — это небольшая плотина, которая часто используется в речном русле для создания водохранилища для забора воды, а также может использоваться для измерения или замедления расхода.

Проверьте плотину

Контрольная дамба – это небольшая плотина, предназначенная для уменьшения скорости потока и контроля эрозии почвы . И наоборот, крыльевая плотина — это конструкция, которая лишь частично ограничивает водный путь, создавая более быстрый канал, противостоящий накоплению наносов.

Сухая плотина

Сухая плотина, также известная как сооружение, задерживающее наводнение, предназначена для борьбы с наводнениями. Обычно он не задерживает воду и позволяет каналу течь свободно, за исключением периодов интенсивного потока, который в противном случае мог бы вызвать наводнение ниже по течению.

Отводная плотина

Отводная плотина предназначена для отклонения всего или части стока реки от ее естественного русла. Воду можно перенаправить в канал или туннель для орошения и/или производства гидроэлектроэнергии.

Подземная плотина

Подземные плотины используются для улавливания грунтовых вод и хранения всей или большей их части под поверхностью для длительного использования на определенной территории. В некоторых случаях их также строят для предотвращения проникновения соленой воды в пресноводный водоносный горизонт. Подземные плотины обычно строятся в районах, где водные ресурсы минимальны и требуют эффективного хранения, 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 «пескохранилища». Подземная плотина строится через водоносный горизонт или дренажный путь от непроницаемого слоя (например, твердой скальной породы) до уровня чуть ниже поверхности. Они могут быть построены из различных материалов, включая кирпич, камень, бетон, сталь или ПВХ. После постройки вода, хранящаяся за плотиной, поднимает уровень грунтовых вод и затем извлекается из колодцев. Плотина для хранения песка — это плотина, построенная поэтапно через ручей или вади . Он должен быть сильным, так как паводки захлестнут его гребень. Со временем за плотиной слоями скапливается песок, что помогает хранить воду и, что самое главное, предотвращает испарение . Накопленную воду можно извлечь из колодца, через тело плотины или с помощью дренажной трубы. [69]

Хвостохранилище

Установка битумной геомембраны на хвостохранилище.

Хвостохранилище обычно представляет собой земляную насыпную дамбу, используемую для хранения хвостов , которые образуются во время горных работ после отделения ценной фракции от нерентабельной фракции руды . Обычные водоудерживающие дамбы могут служить этой цели, но из-за стоимости дамба хвостохранилища более жизнеспособна. В отличие от водоудерживающих дамб, дамба хвостохранилища возводится последовательно на протяжении всего срока эксплуатации конкретного рудника. Обычно сооружается фундаментная или стартовая дамба, и по мере ее заполнения смесью хвостов и воды ее поднимают. Материал, используемый для возведения дамбы, может включать в себя хвосты (в зависимости от их размера) вместе с почвой. [70]

Существует три конструкции поднятой дамбы хвостохранилища: «верхняя по течению», «нижняя по течению» и «осевая линия», названные в соответствии с движением гребня во время подъема. Конкретная используемая конструкция зависит от топографии , геологии, климата, типа хвостохранилищ и стоимости. Плотина хвостохранилища, расположенная выше по течению, состоит из трапециевидных насыпей, возводимых сверху, но до гребня другой, что перемещает гребень дальше вверх по течению. Это создает относительно плоскую сторону ниже по потоку и неровную сторону вверх по потоку, которая поддерживается шламом хвостов в водохранилище. Проект ниже по течению подразумевает последовательное поднятие насыпи, в результате чего насыпь и гребень располагаются дальше вниз по течению. Плотина, расположенная по центру, имеет последовательные насыпи, построенные непосредственно поверх другой, в то время как насыпь размещается на стороне ниже по течению для поддержки, а навозная жижа поддерживает сторону вверх по течению. [71] [72]

Поскольку дамбы хвостохранилищ часто содержат токсичные химические вещества, образующиеся в процессе добычи полезных ископаемых, современные конструкции включают в себя непроницаемую геомембранную облицовку для предотвращения просачивания. [73] Уровни воды/шлама в хвостохранилище необходимо контролировать в целях обеспечения стабильности и защиты окружающей среды. [72]

По материалу

Стальные плотины

Redridge Steel Dam , построенная в 1905 году, Мичиган.

Стальная плотина — это тип плотины, над которой кратко экспериментировали примерно в начале 20-го века, в которой в качестве конструкции используются стальные обшивки (под углом) и несущие балки. Задуманные как постоянные конструкции, стальные плотины представляли собой (неудавшийся) эксперимент, призванный определить, можно ли разработать технологию строительства, которая была бы дешевле, чем каменная кладка, бетон или земляные работы, но более прочной, чем деревянные насыпные плотины.

Деревянные плотины

Деревянная плотина в Мичигане, 1978 год.

Деревянные плотины широко использовались в начале промышленной революции и в приграничных районах из-за простоты и скорости строительства. Деревянные плотины, которые в наше время строятся редко из-за их относительно короткого срока службы и ограниченной высоты, на которую они могут быть построены, должны постоянно поддерживаться во влажном состоянии, чтобы сохранять свои водоудерживающие свойства и ограничивать разрушение из-за гниения, как в бочке. Места, где строительство деревянных плотин наиболее экономично, - это те места, где много древесины, цемент дорог или его трудно транспортировать, и либо требуется отводная плотина с низким напором, либо долговечность не является проблемой. Деревянные плотины когда-то были многочисленными, особенно на западе Северной Америки , но большинство из них вышли из строя, были спрятаны под земляными насыпями или заменены совершенно новыми конструкциями. Двумя распространенными вариантами деревянных плотин были «кроватка» и «доска».

Деревянные насыпные плотины возводились из тяжелых бревен или обтесанных бревен наподобие бревенчатого дома , а внутренняя часть заполнялась землей или щебнем. Тяжелая конструкция опоры выдерживала поверхность плотины и вес воды. Водосбросные плотины представляли собой деревянные насыпные плотины, которые использовались для спуска бревен вниз по течению в конце 19 - начале 20 веков.

«Плотины из деревянных досок» представляли собой более элегантные конструкции, в которых использовались различные методы строительства с использованием тяжелой древесины для поддержки водоудерживающей конструкции досок.

Другие типы

Перемычки

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

Перемычка — это барьер, обычно временный, построенный для предотвращения попадания воды в область, которая обычно находится под водой. Перемычки , изготовленные обычно из дерева, бетона или стальных шпунтовых свай , используются для строительства на фундаменте постоянных плотин, мостов и подобных сооружений. По завершении проекта перемычку обычно сносят или убирают, если только территория не требует постоянного обслуживания. (См. также дамбу и подпорную стену .)

Обычно коффердамы используются при строительстве и ремонте морских нефтяных платформ. В таких случаях перемычку изготавливают из листовой стали и приваривают под водой. Воздух закачивается в помещение, вытесняя воду и обеспечивая сухую рабочую среду под поверхностью.

Природные плотины

Плотины также могут быть созданы естественными геологическими силами. Лавовые плотины образуются, когда потоки лавы, часто базальтовой , перехватывают путь потока или выхода озера, что приводит к созданию естественного водохранилища. Примером могут служить извержения вулканического поля Уинкарет около 1,8–10 000 лет назад, которые создали лавовые плотины на реке Колорадо в северной Аризоне в США . Самое большое такое озеро выросло примерно до 800 км (500 миль) в длину до разрушения плотины. Ледниковая деятельность также может образовывать естественные плотины, такие как плотина Кларк-Форк в Монтане Кордильерским ледниковым щитом , который образовал ледниковое озеро Миссула площадью 7780 км 2 (3000 квадратных миль) ближе к концу последнего ледникового периода. Моренные отложения, оставленные ледниками, также могут запруживать реки с образованием озер, например, на озере Флэтхед , также в Монтане (см. Озеро, запруженное мореной ).

Стихийные бедствия, такие как землетрясения и оползни, часто создают оползневые плотины в горных регионах с нестабильной местной геологией. Исторические примеры включают Усойскую плотину в Таджикистане , которая перекрывает реку Мургаб и создает Сарезское озеро . При высоте 560 м (1840 футов) это самая высокая плотина в мире, включая как естественные, так и искусственные плотины. Более свежий пример – образование озера Аттабад в результате оползня на пакистанской реке Хунза .

Естественные плотины часто представляют значительную опасность для населенных пунктов и инфраструктуры. Образующиеся озера часто затопляют населенные районы, а катастрофический провал плотины может нанести еще больший ущерб, как, например, провал оползня Грос-Вентр в западном Вайоминге в 1927 году, который стер с лица земли город Келли , что привело к гибели шести человек. .

Бобровые плотины

Бобры создают плотины в основном из грязи и палок, чтобы затопить определенную обитаемую территорию. Затопляя участок земли, бобры могут перемещаться ниже или вблизи поверхности и оставаться относительно хорошо скрытыми или защищенными от хищников. Затопленный регион также обеспечивает бобрам доступ к пище, особенно зимой.

Строительные элементы

Электростанция

Плотина ГЭС в разрезе
Гидравлическая турбина и электрический генератор

По состоянию на 2005 год гидроэлектроэнергия, в основном из плотин, обеспечивает около 19% мировой электроэнергии и более 63% возобновляемой энергии . [74] Большая часть этой энергии генерируется крупными плотинами, хотя Китай широко использует малые гидроэлектростанции и отвечает за около 50% мирового использования этого типа энергии. [74]

Большая часть гидроэлектроэнергии вырабатывается за счет потенциальной энергии запруженной воды, приводящей в движение водяную турбину и генератор ; Чтобы повысить мощность плотины по выработке электроэнергии, воду можно пропускать через большую трубу, называемую водоводом , перед турбиной . Вариант этой простой модели использует гидроаккумулирующую электроэнергию для производства электроэнергии в периоды высокого и низкого спроса путем перемещения воды между резервуарами на разных высотах. В периоды низкого спроса на электроэнергию избыточные генерирующие мощности используются для перекачки воды в верхний резервуар. Когда потребность выше, вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбину. (Например, см. Электростанция Динорвиг .)

Водосбросы

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

Водосброс — это участок плотины, предназначенный для пропуска воды с верхней стороны плотины на нижнюю сторону. Многие водосбросы имеют шлюзы , предназначенные для контроля потока через водосброс. Существует несколько видов водосброса. «Технический водосброс» или «основной водосброс» проходит через нормальный поток. «Вспомогательный водосброс» сбрасывает поток, превышающий пропускную способность сервисного водосброса. «Аварийный водосброс» предназначен для экстремальных условий, таких как серьезная неисправность сервисного водосброса. « Водосброс с плавкими предохранителями» представляет собой невысокую насыпь, предназначенную для перекрытия и смыва в случае сильного наводнения. Элементы вилки предохранителя представляют собой независимые отдельно стоящие блоки, установленные рядом и работающие без дистанционного управления. Они позволяют увеличить нормальный бассейн плотины без ущерба для безопасности плотины, поскольку предназначены для постепенной эвакуации в исключительных случаях. Иногда они работают как стационарные плотины, позволяя переливать воду во время обычных наводнений.

Водосброс может постепенно разрушаться потоком воды, включая кавитацию или турбулентность воды, текущей по водосбросу, что приводит к его разрушению. Именно неадекватная конструкция водосброса и установка рыбных экранов привели к перекрытию плотины Саут-Форк в Джонстауне, штат Пенсильвания , в 1889 году , что привело к Джонстаунскому наводнению («великому наводнению 1889 года»). [75]

Скорость эрозии часто отслеживается, и риск обычно сводится к минимуму за счет придания нижней поверхности водосброса формы кривой, которая сводит к минимуму турбулентный поток, например, кривой огги .

Создание

Общие цели

Некоторые из этих целей противоречат друг другу, и оператору плотины необходимо идти на динамичные компромиссы. Например, выработка электроэнергии и водоснабжение будут поддерживать уровень водохранилища на высоком уровне, тогда как предотвращение наводнений будет поддерживать его на низком уровне. Многие плотины в районах, где количество осадков колеблется в годовом цикле, также будут наблюдать ежегодные колебания уровня водохранилища в попытке сбалансировать эти различные цели. Управление плотинами становится сложной задачей среди конкурирующих заинтересованных сторон. [79]

Расположение

Сброс плотины Такато

Одно из лучших мест для строительства плотины — узкая часть глубокой речной долины; тогда склоны долины могут действовать как естественные стены. Основная функция конструкции плотины – заполнить пробел в линии естественного водохранилища, оставленный руслом ручья. Обычно это такие площадки, где разрыв становится минимальным для необходимой емкости хранилища. Наиболее экономичным вариантом часто является составная конструкция, такая как каменная плотина, окруженная земляными насыпями. Текущее использование земель, подлежащих затоплению, должно быть необязательным.

Другие важные соображения, связанные с инженерной и инженерной геологией при строительстве плотины, включают:

Оценка воздействия на

Воздействие оценивается несколькими способами: выгоды для человеческого общества, возникающие в результате строительства плотины (сельское хозяйство, водоснабжение, предотвращение ущерба и энергетика), вред или польза для природы и дикой природы, воздействие на геологию территории (будь то изменение потока воды и уровни повысят или понизят стабильность), а также нарушение жизни людей (переселение, потеря археологических или культурных ценностей под водой).

Воздействие на окружающую среду

Скопление древесины и мусора из-за плотины

Водохранилища, расположенные за плотинами, влияют на многие экологические аспекты реки. Топография и динамика рек зависят от широкого диапазона потоков, в то время как реки ниже плотин часто испытывают длительные периоды очень стабильных условий стока или пилообразных режимов стока, вызванных попусками, за которыми следует отсутствие попусков. Сбросы воды из водохранилища, в том числе на выходе из турбины, обычно содержат очень мало взвешенных частиц, а это, в свою очередь, может привести к размыву русел рек и утрате берегов; например, суточные циклические изменения стока, вызванные плотиной Глен-Каньон, способствовали эрозии песчаной косы .

На старых плотинах часто отсутствует рыбная лестница , которая не позволяет многим рыбам перемещаться вверх по течению к местам их естественного размножения, что приводит к нарушению циклов размножения или блокированию путей миграции. [80] Даже рыбные лестницы не предотвращают сокращение количества рыбы, достигающей нерестилищ вверх по течению. [81] В некоторых районах молодь рыбы («смолт») перевозится вниз по течению на баржах в определенное время года. Проекты турбин и электростанций, которые оказывают меньшее воздействие на водную жизнь, являются активной областью исследований.

Однако в то же время отдельные плотины могут способствовать созданию лучших условий для некоторых видов рыб и других водных организмов. Исследования продемонстрировали ключевую роль, которую играют притоки ниже по течению от главного водохранилища реки, которые влияют на местные условия окружающей среды и модели бета-разнообразия каждой биологической группы. [82] Как различия в замещении, так и в богатстве способствовали высоким значениям общего бета-разнообразия для рыб (в среднем = 0,77) и фитопланктона (в среднем = 0,79), но их относительная важность была больше связана с компонентом замещения для обеих биологических групп (в среднем = 0,45). и 0,52 соответственно). [82] Исследование, проведенное де Алмейдой, Р.А., Штайнером, МТА и другими, показало, что, хотя популяция некоторых видов сократилась более чем на 30% после строительства плотины, популяция других увеличилась на 28%. [83] Такие изменения можно объяснить тем, что рыбы приобрели «разные пищевые привычки, причем почти все виды встречаются более чем в одной группе». [83]

Большая плотина может привести к потере целых экосфер , включая исчезающие и неизведанные виды в этом районе, а также замене исходной среды новым внутренним озером. В результате строительство плотин было отвергнуто в различных странах, а некоторые из них, такие как проект плотины Франклин на Тасмании, были отменены из-за кампаний защитников окружающей среды. [84]

Крупные водохранилища, образовавшиеся за плотинами, были отмечены вкладом сейсмической активности из-за изменений водной нагрузки и/или высоты уровня грунтовых вод. Однако это ошибочное предположение, поскольку относительно предельное напряжение, связанное с водной нагрузкой, на порядки меньше силы землетрясения. Повышенного напряжения от водной нагрузки недостаточно для разрушения земной коры и, следовательно, не увеличивается сила землетрясения. [85]

Установлено также, что плотины 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 земной поверхности, они обладают биологической активностью, которая может производить большое количество парниковых газов. [88]

Социальное воздействие человека

Влияние плотин на человеческое общество значительно. Ник Каллатер в книге «Голодный мир: битва Америки против бедности в Азии в холодной войне» утверждает, что строительство плотин требует от государства вытеснения 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, в 1960 году выступавшего перед жителями деревни, расстроенными плотиной Понг , который угрожал «выпустить воду» и утопить жителей деревни, если они не будут сотрудничать. [89]

Плотина «Три ущелья» на реке Янцзы в Китае более чем в пять раз превышает размер плотины Гувера ( США ). Он создает водохранилище длиной 600 км (370 миль), которое будет использоваться для борьбы с наводнениями и выработки гидроэлектроэнергии. Его строительство потребовало потери домов более миллиона человек и их массового переселения, потери многих ценных археологических и культурных объектов, а также значительных экологических изменений. [90] Во время наводнения в Китае в 2010 году плотина сдержала катастрофическое наводнение , и огромное водохранилище за ночь поднялось на 4 м (13 футов). [91]

По оценкам, в 2008 году 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 местности, гидрологических исследований и оценки воздействия на окружающую среду и является крупномасштабным проектом по сравнению с производством электроэнергии на основе углерода. Число мест, которые могут быть экономически освоены для производства гидроэлектроэнергии, ограничено; новые объекты, как правило, располагаются далеко от населенных пунктов и обычно требуют протяженных линий электропередачи . Производство гидроэлектроэнергии может быть уязвимо к серьезным изменениям климата , включая колебания количества осадков , уровня грунтовых и поверхностных вод , а также таяние 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, гидроэлектрический источник энергии обычно сравнительно дешев и надежен. Он не имеет топлива и имеет низкий риск утечки, а как чистый источник энергии он дешевле, чем ядерная и ветровая энергия. [93] По сравнению с энергией ветра легче регулировать хранение воды по мере необходимости и выработку высоких уровней мощности по требованию .

Улучшение водохранилища и плотины

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

Удаление плотины

Поток воды и наносов можно восстановить, сняв с реки плотины. Снос плотины считается целесообразным, если плотина устарела и затраты на ее содержание превышают затраты на ее снос. [95] Некоторые последствия удаления плотин включают эрозию отложений в водохранилище , увеличение поступления наносов вниз по течению, увеличение ширины реки и разветвление , восстановление естественной температуры воды и повторное заселение мест обитания , которые ранее были недоступны из-за плотин. [95]

Крупнейший в мире снос плотины произошел на реке Элва в американском штате Вашингтон (см. «Восстановление реки Элва »). В период с 2011 по 2014 год были сняты две плотины, Эльва и Глайнс-Каньон , которые вместе накопили около 30 млн тонн осадков. [95] [96] В результате доставка наносов и древесины в низовья реки и дельты была восстановлена . Примерно 65% наносов, хранившихся в водохранилищах , подверглось эрозии, из которых ~10% отложилось в русле реки . Остальные ~90% были перевезены на берег . В общей сложности возобновление выноса наносов вызвало разрастание дельты примерно на 60 га , а также привело к усилению разветвления рек . [96]

Отказ

Обрушение плотины Тетон

Прорывы плотин обычно имеют катастрофические последствия, если конструкция прорвана или значительно повреждена. Регулярный мониторинг деформации и мониторинг просачивания из дренажей внутри и вокруг более крупных плотин полезен для прогнозирования любых проблем и принятия мер по их устранению до того, как произойдет разрушение конструкции. Большинство плотин имеют механизмы, позволяющие опустить водохранилище или даже осушить его в случае возникновения таких проблем. Другим решением может быть цементация породы  – закачка портландцементного раствора под давлением в слабую трещиноватую породу.

Международный специальный знак для работ и установок, содержащих опасные силы.

Во время вооруженного конфликта плотину следует рассматривать как «объект, содержащий опасные силы» из-за масштабного воздействия возможных разрушений на гражданское население и окружающую среду. Как таковое, оно защищено нормами международного гуманитарного права (МГП) и не может стать объектом нападения, если это может привести к серьезным потерям среди гражданского населения. Для облегчения идентификации по правилам МГП определен защитный знак , состоящий из трех ярко-оранжевых кругов, расположенных на одной оси.

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

Основные причины разрушения плотины включают недостаточную пропускную способность водосброса, прокладку труб через насыпь, фундамент или устои, ошибку проектирования водосброса ( плотина Саут-Форк ), геологическую нестабильность, вызванную изменениями уровня воды во время заполнения или плохой геодезией ( плотины Вайонт , Малпассет , Тесталинден-Крик ). ), плохое обслуживание, особенно выпускных труб ( плотина озера Лоун , обрушение плотины Вал-ди-Става ), сильные дожди (плотина Шакидор ), землетрясения , а также человеческие, компьютерные или проектные ошибки ( наводнение в Буффало-Крик , водохранилище Дейл-Дайк , водохранилище Таум-Саук). растение ).

Примечательным случаем преднамеренного разрушения дамбы (до вынесения вышеупомянутого постановления) был рейд «Дамбастеров» Королевских ВВС на Германию во время Второй мировой войны (под кодовым названием « Операция «Наказание »)», в ходе которого были выбраны три немецкие плотины для прорыва, чтобы нанести ущерб немецкой инфраструктуре, производственному и энергетическому потенциалу, источником которого являются реки Рур и Эдер . Этот рейд впоследствии стал основой для нескольких фильмов.

С 2007 года голландский фонд IJkdijk развивает открытую инновационную модель и систему раннего предупреждения об обрывах дамб/дамб. В рамках разработки полномасштабные дамбы разрушаются в полевой лаборатории Эйкдейк. Процесс уничтожения контролируется сенсорными сетями международной группы компаний и научных учреждений.

Смотрите также

Викискладе есть медиафайлы, связанные с плотиной.

Примечания

  1. ^ «Bartleby.com: Отличные книги в Интернете - цитаты, стихи, романы, классика и сотни других» . bartleby.com . Архивировано из оригинала 8 апреля 2009 года . Проверено 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. ^ С.В. Хелмс: «Раскопки в Яве, 1975 г. Третий предварительный отчет», Левант, 1977 г.
  5. ^ «Самые старые плотины в мире все еще используются» . www.water-technology.net . Проверено 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. ^ аб Мохамед Базза (28–30 октября 2006 г.). «Обзор истории [так в оригинале] управления водными ресурсами и ирригацией в ближневосточном регионе» (PDF) . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2007 года . Проверено 1 августа 2007 г.http://www.fao.org/docrep/005/y4357e/y4357e14.htm
  8. ^ "Озеро Моэрис". Университет Брауна . Проверено 14 августа 2018 г.
  9. ^ "Водоемы Дхолавиры". Фонд Южной Азии. Декабрь 2008 г. Архивировано из оригинала 11 июля 2011 г. Проверено 27 февраля 2011 г.http://old.himalmag.com/comComponent/content/article/1062-the-reservoirs-of-dholavira.html Архивировано 21 августа 2016 г. в Wayback Machine.
  10. ^ Говиндасами Агорамурти; Сунита Чаудхари; Минна Дж. Сюй. «Маршрут контрольной плотины для смягчения нехватки воды в Индии» (PDF) . Юридическая библиотека – Университет Нью-Мексико. Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2013 года . Проверено 8 ноября 2011 г.
  11. ^ Кальянараман, С (18 марта 2003 г.). «Управление водными ресурсами: исторические морские и речные традиции Бхарата» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2007 года . Проверено 23 января 2021 г.
  12. ^ Сингх, Виджай П.; Рам Нараян Ядава (2003). Эксплуатация системы водных ресурсов: материалы Международной конференции по воде и окружающей среде. Союзные издательства. п. 508. ИСБН 978-81-7764-548-4. Проверено 9 ноября 2015 г.
  13. ^ Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Часть 3 . Тайбэй : Caves Books, Ltd.
  14. ^ Аб Смит 1971, с. 49
  15. ^ Смит 1971, с. 49; Ходж 1992, стр. 79 и далее.
  16. ^ Смит 1971, с. 42
  17. ^ Ходж 1992, с. 87
  18. ^ Ходж 2000, стр. 331f.
  19. ^ Ходж 2000, с. 332; Джеймс и шансон 2002
  20. ^ Смит 1971, стр. 33–35; Шниттер 1978, стр. 31 и далее; Шниттер 1987а, с. 12; Шниттер 1987c, с. 80; Ходж 2000, с. 332, сн. 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, с. 50
  24. ^ Хартунг и Курос 1987, стр. 232, 238, рис. 13, 249
  25. ^ ab Дональд Рутледж Хилл (1996), «Инжиниринг», стр. 759, в Рашеде, Рошди; Морелон, Режис (1996). Энциклопедия истории арабской науки . Рутледж . стр. 751–795. ISBN 978-0-415-12410-2.
  26. ^ Адам Лукас (2006), Ветер, Вода, Работа: древние и средневековые технологии фрезерования , стр. 62. Брилл, ISBN 90-04-14649-0 . 
  27. ^ аб Дональд Рутледж Хилл (1996). История техники в классические и средневековые времена . Рутледж . стр. 56–8. ISBN 978-0-415-15291-4.
  28. ^ Дональд Рутледж Хилл (1996). История техники в классические и средневековые времена . Рутледж. п. 31. ISBN 978-0-415-15291-4.
  29. ^ «Ключевые события в истории контрфорсных плотин». Архивировано из оригинала 21 марта 2012 года.
  30. ^ «Джон Редпат, Шепчущая плотина и сахар». 31 октября 2014 г.
  31. ^ «Историческое развитие арочных плотин».
  32. ^ Рэнкин, В. (1857) «Об устойчивости рыхлой земли». Философские труды Лондонского королевского общества , Vol. 147.
  33. ^ "плотина". Британская энциклопедия . 13 августа 2023 г.
  34. ^ «Египетская ирригационная облигация 1898 г. - Асуанская плотина на реке Нил» . Скриптофилия . Архивировано из оригинала 13 мая 2005 года . Проверено 9 ноября 2015 г.
  35. ^ Робертс, Чалмерс (декабрь 1902 г.), «Покорение Нила», The World's Work: A History of Our Time , V : 2861–2870 , получено 10 июля 2009 г.
  36. ^ Финансы, Еврейская энциклопедия , около 1906 г.
  37. ^ Фредерик Кортленд Пенфилд, «Используя Нил», журнал The Century Magazine , Vol. 57, № 4 (февраль 1899 г.)
  38. ^ «Первая Асуанская плотина». Университет Мичигана. Архивировано из оригинала 15 июня 1997 года . Проверено 2 января 2011 г.
  39. ^ Внутренние дела, Департамент США (1948). Документы о плотине Гувера. Типография правительства США. п. 79.
  40. ^ Джойс, С. (октябрь 1997 г.). «Стоит ли дамба?». Перспективы гигиены окружающей среды . 105 (10): 1050–1055. дои : 10.1289/ehp.971051050. ПМЦ 1470397 . ПМИД  9349830. 
  41. ^ Атиф Ансар; Бент Флювбьерг; Александр Будзер; Дэниел Ланн (июнь 2014 г.). «Следует ли нам строить больше крупных плотин? Реальные затраты на разработку мегапроекта гидроэнергетики». Энергетическая политика . 69 : 43–56. arXiv : 1409.0002 . doi :10.1016/j.enpol.2013.10.069. S2CID  55722535. SSRN  2406852.
  42. ^ "Силы Арочной плотины" . ПБС . Проверено 7 января 2007 г.
  43. ^ Британское общество плотин http://www.britishdams.org/about_dams/gradity.htm. Архивировано 31 августа 2011 г. в Wayback Machine.
  44. ^ «Гравитационные плотины» (PDF) .
  45. ^ ab «Плотины и развитие: обзор». 16 ноября 2000 г. Архивировано из оригинала 28 октября 2010 г. Проверено 24 октября 2010 г. Вставка 1. Что такое большая плотина?
  46. ^ «Инженерный корпус армии США хочет, чтобы вы безопасно наслаждались реками» . 90,5 ВЕСА. 23 июня 2017 года . Проверено 18 июля 2018 г.
  47. ^ «Армейский корпус, партнеры по водным путям сосредоточены на безопасности плотин с фиксированным гребнем> Питтсбургский округ> Выпуски новостей» . Lrp.usace.army.mil. 19 июня 2017 г. Проверено 18 июля 2018 г.
  48. ↑ Боб Баудер (20 мая 2017 г.). «Семья каякера, пронесшегося над плотиной Дэшилдс, подала в суд на Инженерный корпус армии США» . ТрибЛАЙВ . Проверено 18 июля 2018 г.
  49. ^ Картер, Эдвард Ф.; Хоско, Мэри Энн; Остин, Роджер (1997). Руководство по выводу из эксплуатации плотин и гидроэлектростанций. Гидроэнергетика '97. АСКЭ. стр. 1248–1256.
  50. ^ «Определение большой плотины». Международная комиссия по большим плотинам . Проверено 23 января 2021 г.
  51. ^ «Методология и технические примечания». Водоразделы мира . Архивировано из оригинала 4 июля 2007 года . Проверено 1 августа 2007 г. В отрасли большая плотина определяется как плотина высотой более 15 метров, а крупная плотина - как высота более 150,5 метров.
  52. ^ abc Poff, Н. Лерой; Харт, Дэвид Д. (1 августа 2002 г.). «Как различаются плотины и почему это важно для развивающейся науки об удалении 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 другие. (2021). Старение инфраструктуры хранения воды: возникающий глобальный риск (серия отчетов, выпуск 11) . Гамильтон, Канада: Институт водных ресурсов, окружающей среды и здоровья Университета ООН. ISBN 978-92-808-6105-1. Проверено 23 января 2021 г.
  54. ^ «Арочная плотина Цзиньпин-I двойной кривизны устанавливает новый мировой рекорд» . ru.powerchina.cn . Архивировано из оригинала 17 ноября 2018 года . Проверено 16 ноября 2018 г. .
  55. ^ Натан, Р.; Лоу, Л. (1 января 2012 г.). «Гидрологическое воздействие фермерских плотин». Австралазийский журнал водных ресурсов . 16 (1): 75–83. doi : 10.7158/13241583.2012.11465405 (неактивен 31 января 2024 г.). ISSN  1324-1583.{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
  56. ^ «Почему малые гидроэлектростанции приносят пользу местному сообществу» . Всемирный Экономический Форум. 3 сентября 2015 г. Проверено 11 мая 2020 г.
  57. ^ Фаруки, Нью-Йорк (1994). «Малая ГЭС для развития села». Канадский журнал водных ресурсов . 19 (3): 227–235. дои : 10.4296/cwrj1903227 . ISSN  0701-1784.
  58. ^ Граф, WL (1993). «Ландшафты, товары и экосистемы: взаимосвязь между политикой и наукой для американских рек». Сохранение наших водных ресурсов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Национальной академии. стр. 11–42.
  59. ^ abc Коуто, Тьяго Б.А.; Олден, Джулиан Д. (2018). «Глобальное распространение малых гидроэлектростанций - наука и политика». Границы в экологии и окружающей среде . 16 (2): 91–100. дои : 10.1002/плата.1746 . ISSN  1540-9309.
  60. ^ "Безопасная плотина DWR, не имеющая юрисдикции" . Информационный рынок Колорадо . Проверено 11 мая 2020 г.
  61. ^ «Оценка плотин, не находящихся под юрисдикцией» (PDF) . Управление государственного инженера Бюро безопасности плотин . 7 декабря 2009 г.
  62. ^ аб Брюитт, Питер К.; Колвин, Челси LM (2020). «Маленькие плотины, большие проблемы: правовые и политические вопросы неюрисдикционных плотин». ПРОВОДА Вода . 7 (1): e1393. дои : 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.). Дэн, З. Дэниел (ред.). «Насколько велико влияние малых плотин? Использование геоморфологических следов для количественной оценки пространственного воздействия плотин с низким напором и выявления закономерностей изменений в пределах плотины». ПЛОС ОДИН . 10 (11): e0141210. Бибкод : 2015PLoSO..1041210F. дои : 10.1371/journal.pone.0141210 . ISSN  1932-6203. ПМЦ 4634923 . ПМИД  26540105. 
  65. ^ Грэм, WJ (сентябрь 1999 г.). «Процедура оценки человеческих жертв в результате прорыва плотины» (PDF) . Министерство внутренних дел США, Бюро мелиорации .
  66. ^ аб Пизаньелло, Джон Д. (2009). «Как управлять совокупной паводковой безопасностью водосборных плотин». Вода СА . 35 (4): 361–370. ISSN  1816-7950.
  67. ^ Эшли, Джеффри ТФ; Бушоу-Ньютон, Карен; Вильгельм, Мэтт; Беттнер, Адам; Драмс, Грегг; Велински, Дэвид Дж. (март 2006 г.). «Влияние удаления небольшой плотины на распространение осадочных загрязнителей». Экологический мониторинг и оценка . 114 (1–3): 287–312. дои : 10.1007/s10661-006-4781-3. ISSN  0167-6369. PMID  16565804. S2CID  46471207.
  68. ^ Йылмаз, Метин (ноябрь 2003 г.). «Контроль подземных вод с помощью подземных плотин» (PDF) . Ближневосточный технический университет . Проверено 7 мая 2012 г.
  69. ^ Ондер, Х; М. Йылмаз (ноябрь – декабрь 2005 г.). «Подземные плотины — инструмент устойчивого развития и управления земельными ресурсами» (PDF) . Европейская вода : 35–45 . Проверено 7 мая 2012 г.
  70. ^ Блайт, Джеффри Э. (1998). «Строительство хвостохранилищ». Тематические исследования по управлению хвостохранилищами . Париж: Международный совет по металлам и окружающей среде. стр. 9–10. ISBN 978-1-895720-29-7. Проверено 10 августа 2011 г.
  71. ^ «Свойства хвостохранилищ» (PDF) . Институт горного машиностроения НБК. Архивировано из оригинала (PDF) 1 октября 2011 года . Проверено 10 августа 2011 г.http://mining.ubc.ca/files/2013/03/Dirk-van-Zyl.pdf
  72. ^ Аб Сингхал, Радж К., изд. (2000). Экологические проблемы и управление отходами при производстве энергии и полезных ископаемых: Материалы Шестой Международной конференции по проблемам окружающей среды и управлению отходами при производстве энергии и полезных ископаемых: SWEMP 2000; Калгари, Альберта, Канада, 30 мая – 2 июня 2000 г. Роттердам [ua]: Балкема. стр. 257–260. ISBN 978-90-5809-085-0. Проверено 9 ноября 2015 г.
  73. ^ Маклеод, Харви; Бьелкевик, Анника (2021). Обновление технологии ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХВОСТОВОГО ХОЗЯЙСТВА (PDF) (Отчет). Комитет ICOLD по хвостохранилищам. п. 91.
  74. ^ ab Обновление отчета о глобальном состоянии возобновляемых источников энергии за 2006 год. Архивировано 18 июля 2011 года на Wayback Machine «Обновление отчета о глобальном состоянии возобновляемых источников энергии за 2006 год» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 мая 2016 года . Проверено 9 ноября 2015 г., REN21 , опубликовано в 2006 г., по состоянию на 16 мая 2007 г.
  75. ^ «Клуб и плотина». Джонстаунский музей наводнений . Ассоциация наследия района Джонстауна . Проверено 15 января 2018 г.
  76. ^ Си Джей Шифф (1972). М. Таги Фарвар; Джон П. Милтон (ред.). «Влияние сельскохозяйственного развития на водные системы и его влияние на эпидемиологию шистосом в Родезии». Беспечная технология: Экология и международное развитие . Пресса естественной истории. стр. 102–108. OCLC  315029. В последнее время развитие сельского хозяйства было сосредоточено на сохранении почвы и воды и привело к строительству множества плотин различной мощности, которые имеют тенденцию стабилизировать поток воды в реках и обеспечивать 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. ^ "Плотина Блэкуотер". 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 года . Проверено 27 июня 2013 г.
  80. ^ Сильва С., Виейра-Ланеро Р., Барса С. и Кобо Ф. (2017). Плотность и биомасса 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. ^ Таммерс, Дж. С., Винтер, Э., Сильва, С., О'Брайен, П., Джанг, М. Х., и Лукас, MC (2016). Оценка эффективности суперактивной перегородки Ларинье для ловли европейской речной миноги Lampetra fluviatilis до и после модификации настенной плиткой с шипами. Экологическая инженерия , 91, 183–194.
  82. ^ аб Лансак-Тоха, Фернандо Миранда (2019).
  83. ^ аб Алмейда, Рикардо (2018).
  84. ↑ Стоббе Реймер, Аша Мириам (30 сентября 2021 г.). «Общество дикой природы Тасмании блокирует строительство плотины (Кампания на реке Франклин) 1981–83». Библиотека социальных изменений Commons . Проверено 7 июля 2023 г.
  85. ^ Джайн, Шарад К.; Сингх, вице-президент (12 сентября 2003 г.). Планирование и управление системами водных ресурсов. Эльзевир. п. 408. ИСБН 978-0-08-054369-7.«Однако водоем в худшем случае может лишь опережать землетрясение, которое произошло бы и в противном случае. Величина сил, связанных с землетрясением, на несколько порядков превышает дополнительную нагрузку воды в водоеме. Изменение напряжений из-за водная нагрузка слишком мала, чтобы вызвать разрушение земной коры (Шривастава, 1993). Следовательно, наличие водоема не увеличивает силу землетрясения».
  86. ↑ Косник, Леа-Рэйчел (1 марта 2008 г.). «Потенциал гидроэнергетики в борьбе с глобальным потеплением». ССНР  1108425.
  87. ^ «Водохранилища, стоящие за ростом выбросов парниковых газов». Французская трибуна . 9 августа 2012 года . Проверено 9 августа 2012 г.
  88. ^ «Плотины — последний виновник глобального потепления» . Таймс оф Индия . 8 августа 2012 года. Архивировано из оригинала 9 августа 2012 года . Проверено 9 августа 2012 г.
  89. ^ Каллатер, 110.
  90. ^ "Завершено строительство стены плотины Трех ущелий" . Посольство Китая. 20 мая 2006 года . Проверено 21 мая 2006 г.
  91. ^ «Китайской плотине «Три ущелья» грозит испытание наводнением» . Новости BBC. 20 июля 2010 г.
  92. ^ "Отчет Всемирной комиссии по плотинам" . Международные реки . 29 февраля 2008 г. Архивировано из оригинала 13 сентября 2008 г. Проверено 16 августа 2012 г.
  93. ^ «Прозрачная база данных затрат - Прозрачная база данных затрат» . ru.openei.org .
  94. ^ Аб Рен, Канг (2019).
  95. ^ abc Беллмор, младший; Дуда, Джей-Джей; Крейг, Л.С.; Грин, СЛ; Торгерсен, CE; Коллинз, MJ; Виттум, К. (2017). «Состояние и тенденции исследований по разрушению плотин в Соединенных Штатах». ПРОВОДА Вода . 4 (2): e1164. дои : 10.1002/wat2.1164. ISSN  2049-1948. S2CID  114768364.
  96. ^ аб Ричи, AC; Уоррик, Дж.А.; Восток, АЕ; Мэгерл, CS; Стивенс, AW; Баунтри, Дж.А.; Рэндл, Ти Джей; Карран, Калифорния; Хиллдейл, Колорадо; Дуда, Джей-Джей; Гельфенбаум, Г.Р. (2018). «Морфодинамическая эволюция после выброса отложений в результате разрушения крупнейшей в мире плотины». Научные отчеты . 8 (1): 13279. Бибкод : 2018NatSR...813279R. дои : 10.1038/s41598-018-30817-8. ISSN  2045-2322. ПМК 6125403 . ПМИД  30185796. 

Источники

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Найдите плотину в Викисловаре, бесплатном словаре.