ПЛОТИНА

ПЛОТИНА, гидротехническое сооружение, возводимое из того или иного материала, преграждающее естественное или искусственное русло водного потока (река, ручей, канал, балка, овраг, сай) и удерживающее с одной стороны (напорной, верховой) воду на более высоком уровне, чем с другой (низовой).

Участок потока выше П. называется верхним бьефом и обычно сокращённо обозначается ВБ (рис. 1), а соответствующий ему уровень воды - горизонтом верхнего бьефа (ГВБ), а ниже П. - нижним бьефом и обозначается НБ, а соответствующий ему уровень воды - горизонтом нижнего бьефа (ГНБ). Разность уровней воды верхнего и нижнего бьефов П. называется напором или подпором и обозначается буквой Н; в нек-рых случаях вода в нижнем бьефе может отсутствовать Н₂=0, и тогда напор Н=Н₁.

Рис. 1. Поперечные профили глухих плотин: а - профиль массивной бетонной плотины: 1 - гребень; 2 - верховая, или напорная, грань; 3 - низовая грань; 4 - подошва; б - профиль земляной плотины: 5 - гребень; 6 - напорный, или верховой, откос; 7 - сухой, или низовой, откос; 8 - подошва

П. могут быть классифицированы по след. основным признакам: 1) по водохозяйственному назначению; 2) по высоте подъёма воды перед плотиной; 3) по способу пропуска воды в нижний бьеф; 4) по роду материала, из к-рого возведена плотина. По водохозяйственному назначению П. могут быть подразделены на водохранилищные, водоподъёмные и смешанные. Водохранилищные плотины устраивают обычно высокими для образования водохранилищ (см.) с целью задержания и сбережения воды для орошения и обводнения земель, для получения гидравлической энергии или же (чаще всего) для комплексного использования запасённой в водохранилищах воды. Напр., Щербаковская плотина на р. Волге, выс. 19 м, образует водохранилище ёмкостью в 25 млрд. м³; Цимлянская плотина на р. Дону, высотой св. 40 м, образует водохранилище ёмкостью в 24 млрд. м³. Водоподъёмные плотины устраивают для поднятия и регулирования уровня воды в верхнем бьефе (на несколько м). Такие П. на реках строят для забора воды так, чтобы уровень воды в реке всегда был выше орошаемой территории; строят их и для увеличения глубин на участке реки выше П. в целях улучшения судоходства и лесосплава. Часто П., регулируя сток, напр., для работы гидроэлектростанции, в то же время увеличивает глубины для судоходства на порожистых участках, как, напр., Днепровская плотина. По высоте подъёма воды П. делят на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. Земляные П. считаются низконапорными, если глубина воды перед П. не больше 10 м, средненапорными, если глубина воды 10 - 25 м, и высоконапорными, если глубина более 25 м; П. из бетона и каменной кладки считаются низконапорными, если глубина воды перед П. не больше 25 м, средненапорными при глубине 25 - 50 м и высоконапорными при глубине больше 50 м. По способу пропуска воды в нижний бьеф П. разделяют на глухие, водосливные и комбинированные. П. называется глухой (рис. 2, а) в том случае, если в ней совершенно не имеется отверстий для пропуска воды и последняя не может переливаться через гребень; обычно, в случае переполнения водохранилища, подпираемая П. вода сбрасывается в нижний бьеф открытыми водосбросными каналами или трубами, туннелями, шахтами и др. сооружениями, устанавливаемыми чаще всего в стороне от П. и называемыми водосбросами. Встречаются П., имеющие лишь донные водоспускные отверстия (донные водоспуски), через к-рые можно опорожнить водохранилище. Такие отверстия показаны на рис. 2, б. Плотины, допускающие перелив воды через гребень, называются водосливными (рис. 2, в). Водосливные П. должны иметь очень прочное крепление гребня во избежание размыва. Водосливные П. могут быть разделены на П. без затворов на гребне и с затворами (щитами), к-рыми можно регулировать уровень воды в верхнем бьефе; поднимая затворы, можно пропускать воду в нижний бьеф.

П. с затворами на гребне или на пороге флютбета называются щитовыми, или П. с затворами (рис. 2, г, д). Эти П., в зависимости от высоты флютбета, подразделяются на 2 основных типа: 1)П. с высокими флютбетами, в к-рых напор поддерживается и флютбетом (основанием) П. и затвором (рис. 2, г); 2) П. с низкими флютбетами, в к-рых напор по высоте поддерживается, гл. обр., затвором (рис. 2, д). П. с затворами и высоким флютбетом позволяют поддерживать большие напоры, чем водосливные П. без затворов, и лучше регулировать горизонты и расходы воды. Напр., Днепровская массивная бетонная П., создающая подпор 37 м, оборудована 46 металлическими затворами, к-рые расположены на гребне П. Затворы на гребне имеют и другие П.: Земо-Авчальская на р. Куре, Фархадская на р. Сыр-Дарье. Такой же конструкции плотины сооружаются на Куйбышевской и Сталинградской гидроэлектростанций на р. Волге и Каховской на р. Днепре.

Рис. 2. Основные типы плотин: а - глухая массивная; б - массивная с донными водоспускными отверстиями; в - водосливная; г - водосливная с затворами на гребне; д - щитовая

П. с затворами и низким флютбетом (основанием) с гидравлической точки зрения характеризуются как водосливы с широким порогом, затопленным или незатоплённым, в зависимости от условий пропуска воды в нижний бьеф. Пороги этих П. закладываются обычно на уровне дна реки или несколько выше. Подобные конструкции находят самое широкое применение при напорах до 10 м. Очень часто встречаются П., имеющие глухую часть, водосливную со щитами или без щитов и донные отверстия. Такие П. называются комбинированными, смешанными. Примером такой П. является бетонная Алхан-Чуртская ирригационная П. на р. Тереке, где левые 7 пролётов - водосливные, а 2 правых - щитовые (рис. 3).

Рис. 3. Схема комбинированной плотины: 1 - водосливная бетонная плотина без щитов; 2 - щитовая бетонная плотина с донным порогом; 3 - глухие земляные плотины (сопрягающие дамбы); 4 - устои плотины; 5 - бычки плотины; 6 - затвор; 7 - служебный мост; 8 - гребень плотины; 9 - врезка в основание и берега; 10 - верховая напорная грань; 11 - низовая сливная грань; НГВ - нормальный горизонт воды; Мак. ГВ - максимальный горизонт воды

По роду материала П. разделяют на земляные, каменнонабросные и из сухой кладки, из каменной кладки на растворе, бетонные, железобетонные, деревянные и комбинированные. Для создания небольших прудов и водоёмов применяются П. из местных строительных материалов, гл. обр. земляные (см. Пруды и водоёмы). Комплекс гидротехнических сооружений, возводимых на одном участке реки и связанных между собой назначением и работой, образует узел гидротехнических сооружений (см.) или, сокращённо, гидроузел. Обычно в состав гидроузла при комплексном использовании реки входят: 1) П., подпирающая горизонт воды; 2) гидроэлектростанция, вырабатывающая электроэнергию; 3) судоходный шлюз для пропуска судов из верхнего бьефа в нижний и обратно. Примером таких гидроузлов может служить гидроузел на р. Днепре, а также гидроузлы на р. Волге - Куйбышевский и Сталинградский. В состав гидроузлов могут входить: плотоходы - сооружения для пропуска плотов; рыбоходы - сооружения для пропуска рыбы; регуляционные сооружения - дамбы, сооружения для забора воды на орошение; насосные станции, дорожные и ж.-д. мосты.

В гидротехнических узлах сооружений (ирригационных, гидроэнергетических, транспортных и др.) наиболее дорогой частью является П. Выбор типа П. определяется сложным комплексом условий: её назначением, условиями эксплуатации, совокупностью естественных условий местности, наличием на месте или поблизости нужного количества и требуемого качества строительных материалов, транспортными возможностями и, наконец, производственными соображениями (организация, механизация, сроки постройки). Широкое использование для строительства П. (в особенности невысоких) местных строительных материалов должно всегда приниматься во внимание при выборе типа плотины. Обычно выбор наиболее выгодного типа П., при нескольких возможных вариантах, производится путём сравнения стоимости их и эксплуатационных преимуществ.

Литература: Гришин М., Гидротехнические сооружения, ч. 1 - 2, М., 1947 - 49; Ефимов С., Намывные плотины для колхозных прудов, М., 1952; Колодезнев И., Делицын М., Проектирование земляных плотин для колхозных водоёмов, М., 1950; Кузнецов Н. и Златковский А., Сельскохозяйственные гидроэлектростанции, 2 изд., М., 1948 (см. гл. УН); Курс гидротехнических сооружений, ч. 1-2. Под ред. Е. А. Замарина, М., 1940 - 46; Попов К., Гидротехнические сооружения, М., 1950. СМ. также Пруды и водоёмы.