Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ПЛОТИ́НА

  • рубрика
  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 26. Москва, 2014, стр. 444-445

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. В. Волшаник

ПЛОТИ́НА, гид­ро­тех­нич. во­до­под­пор­ное со­ору­же­ние, пе­ре­го­ра­жи­ваю­щее рус­ло (рус­ло и до­ли­ну) ре­ки и удер­жи­ваю­щее во­ду с од­ной (вер­хо­вой) сто­ро­ны на бо­лее вы­со­ком уров­не, чем с дру­гой (ни­зо­вой), т. е. соз­даю­щее под­пор. При­мы­каю­щая к П. часть ре­ки с бо­лее вы­со­ким уров­нем на­зы­ва­ет­ся верх­ним бье­фом, с низ­ким уров­нем – ниж­ним бье­фом. Раз­ность уро­в­ней на­зы­ва­ет­ся на­по­ром. П. не­боль­шой вы­со­ты – за­пру­да. Функ­ции во­до­под­пор­ных со­ору­же­ний вы­пол­ня­ют зда­ния ГЭС, су­до­ход­ные шлю­зы, шлю­зы-ре­гу­ля­то­ры и др.

Классификация плотин

По на­зна­че­нию П. слу­жат: для соз­да­ния вод­но­го объ­ек­та в хо­зяйств., рек­ре­ац. и др. це­лях, на­по­ра на ГЭС, ре­гу­ли­ро­ва­ния сто­ка ре­ки (во­до­хра­ни­ли­ща) во вре­ме­ни и обес­пе­че­ния га­ран­ти­ро­ван­но­го во­до­снаб­же­ния, а так­же для соз­да­ния су­до­ход­ных глу­бин и др. По воз­мож­но­сти про­пус­ка во­ды че­рез створ раз­ли­ча­ют П.: глу­хие, не­по­сред­ст­вен­но че­рез ко­то­рые во­да не про­пус­ка­ет­ся (в этом слу­чае при не­об­хо­ди­мо­сти по­да­чи во­ды в ниж­ний бьеф её про­пуск осу­ще­ст­в­ля­ют че­рез бе­ре­го­вые во­до­про­пу­ск­ные со­ору­же­ния, зда­ние ГЭС, шлю­зы или др. спец. со­ору­же­ния); во­до­слив­ные пло­ти­ны (во­до­сброс­ные). По ти­пу ос­нов­но­го ма­те­риа­ла раз­ли­ча­ют П.: из грун­то­вых ма­те­риа­лов; из ка­мен­ной на­бро­ски и из су­хой ка­мен­ной клад­ки или га­био­нов; ка­мен­но-зем­ля­ные, в ко­то­рых ис­поль­зу­ют­ся зем­ля и ка­мен­ная на­бро­ска; ка­мен­ные, вы­пол­няе­мые из ка­мен­ной (бу­то­вой) клад­ки на рас­тво­ре, ши­ро­ко рас­про­стра­нён­ные в про­шлом; бе­тон­ные и же­ле­зо­бе­тон­ные (в ко­то­рых в осн. при­ме­нён же­ле­зо­бе­тон); де­ре­вян­ные и ком­би­ни­ро­ван­ные из разл. ма­те­риа­лов. По спо­со­бу обес­пе­че­ния ус­той­чи­во­сти (вос­при­ятия на­груз­ки от дей­ст­вия гид­ро­ста­тич. дав­ле­ния со сто­ро­ны верх­не­го бье­фа) П. раз­де­ля­ют­ся на гра­ви­та­ци­он­ные пло­ти­ны (на­груз­ка вос­при­ни­ма­ет­ся си­ла­ми тре­ния те­ла П. по ос­но­ва­нию), ароч­ные пло­ти­ны (на­груз­ка пе­ре­да­ёт­ся на бе­ре­га ство­ра П. за счёт ароч­но­го эф­фек­та) и ку­поль­ные (на­груз­ка пе­ре­да­ёт­ся на бе­ре­га и дно ре­ки). По вы­со­те соз­да­вае­мо­го на­по­ра при­ня­то вы­де­лять низ­ко­на­пор­ные П. (с на­по­ром ме­нее 25 м), сред­не­на­пор­ные (от 25 до 75 м), вы­со­ко­на­пор­ные (бо­лее 75 м) и сверх­вы­со­ко­на­пор­ные (бо­лее 150 м). Ука­зан­ные гра­ни­цы вы­бра­ны не­сколь­ко ус­лов­но, од­на­ко све­де­ния о вы­со­те П. не­сут мно­го по­лез­ной ин­фор­ма­ции. По ха­рак­те­ру ос­но­ва­ния раз­ли­ча­ют П., по­стро­ен­ные на мяг­ких грун­тах (про­ни­цае­мых, не­скаль­ных) и на скаль­ных грун­тах. От ви­да грун­та ос­но­ва­ния за­ви­сит ха­рак­тер фильт­ра­ции во­ды под П., спо­соб рас­чё­та па­ра­мет­ров фильт­рац. по­то­ка и вы­бор средств пре­дот­вра­ще­ния фильт­ра­ции, т. е. свой­ст­ва грун­та влия­ют на ус­той­чи­вость П. и воз­мож­ность соз­да­ния макс. на­по­ра.

Тип и конструкция плотин

Бе­тон­ные гра­ви­та­ци­он­ные П. ши­ро­ко рас­про­стра­не­ны во всём ми­ре бла­го­да­ря про­сто­те кон­ст­рук­ции и спо­со­бам воз­ве­де­ния, на­дёж­но­сти в лю­бых при­род­ных ус­ло­ви­ях. С 1934 для по­вы­ше­ния проч­но­сти бе­тон­ных П. и уси­ле­ния их свя­зи с ос­но­ва­ни­ем при­ме­ня­ют­ся ан­ке­ры (сталь­ные тро­сы, опу­щен­ные в спец. сква­жи­ны в те­ле П. и в ос­но­ва­нии, за­це­мен­ти­ро­ван­ные на глу­би­не 22–24 м от по­дош­вы П.). В боль­шом ко­ли­че­ст­ве в ми­ре стро­ят­ся об­лег­чён­ные бе­тон­ные контр­форс­ные пло­ти­ны. Грун­то­вые П. про­сты по кон­ст­рук­ции, их строи­тель­ст­во воз­мож­но в очень ши­ро­ком диа­па­зо­не гео­ло­гич. ус­ло­вий; при воз­ве­де­нии мо­гут ши­ро­ко при­ме­нять­ся ме­ст­ные стро­ит. ма­те­риа­лы, обес­пе­чи­ва­ет­ся поч­ти пол­ная ме­ха­ни­за­ция тру­да и со­кра­ще­ние тру­до­за­трат. Грун­то­вые П. мож­но счи­тать са­мым рас­про­стра­нён­ным ти­пом во­до­под­пор­но­го со­ору­же­ния. По кон­ст­рук­ции грун­то­вые П. бы­ва­ют од­но­род­ны­ми, воз­во­ди­мы­ми без спец. про­ти­во­фильт­рац. эле­мен­тов, и не­од­но­род­ны­ми, те­ло ко­то­рых со­сто­ит из грун­тов двух или не­сколь­ких ви­дов. По ме­то­дам про­из­вод­ст­ва ра­бот грун­то­вые П. де­лят на на­сып­ные пло­ти­ны, на­мыв­ные пло­ти­ны, на­брос­ные пло­ти­ны, взры­во­наб­рос­ные, из су­хой клад­ки кам­ня. По ус­ло­ви­ям про­пус­ка стро­ит. и экс­плуа­тац. рас­хо­дов во­ды грун­то­вые П. под­раз­де­ля­ют на глу­хие, фильт­рую­щие и пе­ре­лив­ные. В де­ре­вян­ной П. дей­ст­вую­щие на­груз­ки вос­при­ни­ма­ют­ся де­рев. эле­мен­та­ми, а ус­той­чи­вость про­тив сдви­га обес­пе­чи­ва­ет­ся за­кре­п­ле­ни­ем со­ору­же­ния в ос­но­ва­нии и за­груз­кой бал­ла­стом из грун­то­вых ма­те­риа­лов. Де­рев. П., как пра­ви­ло, уст­раи­ва­ют­ся во­до­слив­ны­ми; глу­хие де­рев. П. да­же в ме­ст­но­стях, бо­га­тых стро­ит. ле­сом, бо­лее до­ро­го­стоя­щие, чем зем­ля­ные или ка­мен­но­наб­рос­ные. Тип де­рев. П. за­ви­сит от кон­ст­рук­ции его ниж­ней флют­бет­ной час­ти (со­во­куп­ность осн. под­вод­ных час­тей во­до­слив­ной П., об­ра­зую­щих ис­кусств. ло­же для от­кры­то­го вод­но­го по­то­ка), уст­раи­вае­мой по од­но­му из сле­дую­щих ти­пов: свай­но­му (в ко­то­ром на­груз­ка от во­ды вос­при­ни­ма­ет­ся свая­ми, за­би­вае­мы­ми в грунт ос­но­ва­ния), ря­же­во­му (на­груз­ки пе­ре­да­ют­ся стен­ка­ми ря­жей, уст­раи­вае­мых не­по­сред­ст­вен­но на грунт ос­но­ва­ния), свай­но-ря­же­во­му (на­груз­ки пе­ре­да­ют­ся на свай­ный ро­ст­верк). Из­ред­ка стро­ят­ся контр­форс­ные и ароч­ные де­рев. пло­ти­ны.

Мяг­кие кон­ст­рук­ции мо­гут ши­ро­ко при­ме­нять­ся при строи­тель­ст­ве П. ма­лых на­по­ров; мяг­кие под­пор­ные со­ору­же­ния под­раз­де­ля­ют­ся на со­ору­же­ния, на­пол­няе­мые во­дой, воз­ду­хом или во­дой и воз­ду­хом, мем­бран­ные и ком­би­ни­ро­ван­ные. Для мяг­ких обо­ло­чек ис­поль­зу­ют ре­зи­но-тка­не­вые, плё­ноч­но-тка­не­вые и плё­ноч­ные ма­те­риа­лы. В сталь­ных П., ко­то­рые по су­ще­ст­ву яв­ля­ют­ся контр­форс­ны­ми, на­клон­ная на­пор­ная грань вы­пол­не­на из ста­ли, а контр­фор­сы или сквоз­ные фер­мы, яв­ляю­щие­ся опор­ны­ми кон­ст­рук­ция­ми, вы­пол­ня­ют­ся как из ста­ли, так и из же­ле­зо­бе­то­на.

Рас­чёт П. но­сит ком­плекс­ный и мно­го­фак­тор­ный ха­рак­тер; при про­ек­ти­ро­ва­нии П. про­во­дят­ся рас­чё­ты: фильт­ра­ции в те­ле П. и в ос­но­ва­нии; на­пря­жён­но­го со­стоя­ния ос­но­ва­ния; на­пря­жён­но­го со­стоя­ния те­ла П.; вос­при­ятия сейс­мич. на­гру­зок; ус­той­чи­во­сти от­ко­сов П.; со­пря­же­ния с ос­но­ва­ни­ем и др.

Историческая справка

Ис­кус­ст­во воз­ве­де­ния П. из­вест­но с глу­бо­кой древ­но­сти. О во­до­подъ­ём­ных П. упо­ми­на­ет Ге­ро­дот. Абу-ль-Фи­да со­об­ща­ет о П., по­стро­ен­ной пер­са­ми для от­во­да во­ды от г. Тос­та­ра. Аб­бас I Ве­ли­кий со­ору­дил близ Ка­ша­на ка­мен­ную П. дли­ной 36 м, выс. 16 м и тол­щи­ной 10 м, снаб­жён­ную у по­дош­вы ка­на­лом для про­пус­ка во­ды. Са­мая древ­няя из из­вест­ных П. да­ти­рова­на 3000 до н. э., она рас­по­ла­га­лась в 100 км от Ам­ма­на; это бы­ла ка­мен­ная сте­на выс. 4,5 м и тол­щи­ной 1 м. В 2800 (2600) до н. э. в 25 км от Каи­ра бы­ла воз­ве­де­на П. про­тя­жён­но­стью 102 м, выс. 14 м; П. выс. 3,25 м для за­щи­ты от ниль­ских па­вод­ков по­строе­на 4500 лет на­зад и су­ще­ст­ву­ет до сих пор.

Фото Ibrahim Rustamov Рис. 1. Каменно-набросная плотина Нурекской ГЭС.

На тер­ри­то­рии быв. СССР во­дя­ные мель­ни­цы с П. строи­лись ещё во вре­ме­на Древ­ней Ру­си; в 17–19 вв. ис­поль­зо­ва­ли в осн. ме­ха­нич. энер­гию гид­ро­си­ло­вых ус­та­но­вок (та­кие П. бы­ли не­зна­чи­тель­ны по раз­ме­рам и со­ору­жа­лись из ме­ст­ных ма­те­риа­лов). Мощ­ные ГЭС с бе­тон­ны­ми и зем­ля­ны­ми П. боль­ших раз­ме­ров на­ча­ли стро­ить лишь при сов. вла­сти, по­сле при­ня­тия ГОЭЛРО пла­на. В 1926 по­строе­на пер­вая бе­тон­ная во­до­слив­ная П. Вол­хов­ской ГЭС. В 1932 со­ору­же­на вы­со­кая бе­тон­ная П. Днеп­ров­ской ГЭС (её наи­боль­шая выс. ок. 60 м). Во­до­слив­ная П. Ниж­не­свир­ской ГЭС – пер­вая П., по­стро­ен­ная на сла­бых гли­ни­стых грун­тах. В 1950–70-х гг. на мно­го­вод­ных ре­ках бы­ли со­ору­же­ны: на­мыв­ные зем­ля­ные П. на Вол­ге, у Куй­бы­ше­ва и Вол­го­гра­да; бе­тон­ные П. Брат­ской ГЭС на Ан­га­ре (выс. 125 м) и Крас­но­яр­ской ГЭС на Ени­сее (124 м), наи­бо­лее вы­со­кой бе­тон­ной П., соз­дан­ной в СССР, бы­ла П. Ток­то­гуль­ской ГЭС на р. На­рын (выс. 215 м, Кирг. ССР); ка­мен­но-на­брос­ная П. Ну­рек­ской ГЭС на р. Вахш (выс. 304 м, Тадж. ССР, рис. 1); ароч­но-гра­ви­тац. бе­тон­ная П. Сая­но-Шу­шен­ской ГЭС на Ени­сее (выс. 242 м, РСФСР, рис. 2) и мн. др.

Рис. 2. Арочно-гравитационная бетонная плотина Саяно-Шушенской ГЭС.

Из П., со­ору­жён­ных за ру­бе­жом, наи­бо­лее из­вест­ны: мно­го­ароч­ная П. Барт­летт (выс. 87 м, США), ка­мен­ная П. Па­ра­де­ла (выс. 112 м, Пор­ту­га­лия), зем­ля­ная П. Сер-Пон­сон (выс. 122 м, Фран­ция), ка­мен­но-зем­ля­ная П. Ми­бо­ро (выс. 131 м, Япо­ния), бе­тон­ная контр­форс­ная мно­го­ароч­ная П. Да­ни­ел-Джон­сон (выс. 215 м, Ка­на­да), бе­тон­ная во­до­сброс­ная П. (выс. 185 м) са­мой круп­ной в ми­ре ГЭС (2014) «Сань­ся» («Три уще­лья») на р. Янц­зы. Са­мая вы­со­кая бе­тон­ная гра­ви­та­ци­он­ная П. в ми­ре, по­стро­ен­ная на скаль­ном ос­но­ва­нии, – П. Гранд-Дик­санс в Швей­ца­рии (выс. 284 м). Вы­со­та про­ек­ти­руе­мой на р. Го­лу­бой Нил П. Абу-Ше­ней­на в Су­да­не со­ста­вит 335 м; в слу­чае осу­ще­ст­в­ле­ния про­ек­та это бу­дет са­мая вы­со­кая П. в ми­ре.

Обеспечение безопасности

В РФ безо­пас­ность гид­ро­тех­нич. со­ору­же­ний ре­гу­ли­ру­ет­ся Фе­де­раль­ным за­ко­ном «О безо­пас­но­сти гид­ро­тех­ни­че­ских со­ору­же­ний», при­ня­тым Гос. ду­мой 23.6.1997. Ме­ро­прия­тия по обес­пе­че­нию безо­пас­но­сти долж­ны вы­пол­нять­ся на­чи­ная со ста­дии про­ек­ти­ро­ва­ния. В хо­де воз­ве­де­ния П. долж­на про­из­во­дить­ся про­вер­ка на со­от­вет­ст­вие ра­бот, свойств ос­но­ва­ний и стро­ит. ма­те­риа­лов про­ект­ным дан­ным. В хо­де экс­плуа­та­ции со­ору­же­ния тре­бу­ет­ся осу­ще­ст­в­лять на­тур­ные на­блю­де­ния (мо­ни­то­ринг П. с по­мо­щью кон­троль­но-из­ме­рит. ап­па­ра­ту­ры). По­ми­мо ап­па­рат­но­го мо­ни­то­рин­га, на всех П. сле­ду­ет вы­пол­нять на­тур­ные ви­зу­аль­ные и гео­де­зич. на­блю­де­ния. Раз­ли­ча­ют два слу­чая не­со­от­вет­ст­вия П. про­ект­но-нор­ма­тив­ным тре­бо­ва­ни­ям: по­тен­ци­аль­но опас­ное со­стоя­ние и пре­да­ва­рий­ное со­стоя­ние.

Про­ве­де­ние из­ме­ре­ний, на­ли­чие пла­на дей­ст­вий в экс­трен­ных си­туа­ци­ях и го­тов­ность пер­со­на­ла гид­ро­уз­ла к ава­рий­ным си­туа­ци­ям спо­соб­ны пре­дот­вра­тить ава­рии и из­бе­жать тра­гич. по­след­ст­вий. В 1993 на Ку­рей­ской П. (РФ) рез­ко воз­рос фильт­рац. рас­ход че­рез на­сыпь. Про­изош­ло вы­мы­ва­ние мел­ко­зер­ни­сто­го грун­та, на от­ко­сах поя­вил­ся и стал рас­ти про­вал, гро­зя­щий ка­та­ст­ро­фич. про­ры­вом во­ды че­рез счи­тан­ные ча­сы. Ру­ко­во­дство гид­ро­уз­ла смог­ло пре­дот­вра­тить ка­та­ст­ро­фу, рез­ко сни­зив уро­вень во­ды в верх­нем бье­фе, ор­га­ни­зо­вав не­мед­лен­ную за­сып­ку об­ра­зо­вы­вав­шей­ся во­рон­ки и коль­ма­та­цию тре­щи­ны с вер­хо­вой сто­ро­ны гли­ни­стым грун­том.

Од­на­ко не все­гда уда­ёт­ся из­бе­жать тех­но­ген­ных ка­та­ст­роф. Так, в 1928 из-за ава­рии на П. Сент-Фран­сис (США) по­гиб­ло ок. 600 чел.; в 1959 на П. Маль­пас­се (Фран­ция) – 423 чел.; в 1963 на П. Вай­онт (Ита­лия) – 2500 чел.; в 1975 на П. Бань­цяо (Ки­тай) – 171 тыс. чел.; в 2009 на Сая­но-Шу­шен­ской ГЭС – 75 чел.

Лит.: Гид­ро­тех­ни­че­ские со­ору­же­ния / Под ред. М. М. Гри­ши­на. М., 1979; Гид­ро­тех­ни­че­ские со­ору­жения (реч­ные) / Под ред. Л. Н. Рас­ска­зо­ва. 2-е изд. М., 2011; Ка­та­ст­ро­фы на пло­ти­нах. Ми­ро­вая ста­ти­сти­ка // Ры­нок стра­хо­ва­ния. 2011. № 10(85).

Вернуться к началу