Плотина, гидротехническое сооружение, перегораживающее реку (или др. водоток) для подъёма уровня воды перед ним, сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища. Водохозяйственное значение Плотина многообразно: подъём уровня воды и увеличение глубин в верхнем бьефе благоприятствуют судоходству, лесосплаву, а также водозабору для нужд орошения и водоснабжения; сосредоточение напора у Плотина создаёт возможность энергетического использования стока реки; наличие водохранилища позволяет регулировать сток, т. е. увеличивать расход воды в реке в меженные периоды и уменьшать максимальный расход в паводок, способный привести к разрушительным наводнениям. Плотина и водохранилище существенно воздействуют на реку и прилегающие территории: изменяются режим стока реки, температура воды, продолжительность ледостава; затрудняется миграция рыбы; берега реки в верхнем бьефе затопляются; меняется микроклимат прибрежных территорий. Плотина обычно является основным сооружением гидроузла.

Плотиностроение возникло так же давно, как и гидротехника, в связи со значительным развитием искусственного орошения территорий у земледельческих народов Египта, Индии, Китая и др. стран. Возведение Плотина потребовалось для строительства гидросиловых установок, а затем и сооружения гидроэлектростанций. Энергетическое использование водных ресурсов явилось основным стимулом увеличения размеров и совершенствования конструкций Плотина, появления гидроузлов на многоводных реках.

  На территории СССР водяные мельницы с Плотина строились ещё во времена Киевской Руси. В 17—19 вв. горнодобывающая, металлургическая, текстильная, бумажная и др. отрасли промышленности на Урале, Алтае, в Карелии и центральных областях России использовали в основном механическую энергию гидросиловых установок; их Плотина были незначительны по размерам и сооружались из местных материалов. Мощные гидроэлектростанции с бетонными и земляными Плотина больших размеров начали строить лишь при Советской власти, после принятия плана ГОЭЛРО. В 1926 была построена первая бетонная водосливная Плотина Волховской ГЭС. В 1932 сооружена высокая бетонная Плотина Днепровской ГЭС (её наибольшая высота около 55 м). Водосливная Плотина Нижнесвирской ГЭС — первая Плотина, построенная на слабых глинистых грунтах. В 50—70-х гг. на многоводных реках были сооружены: намывные земляные Плотина на Волге у Куйбышева и Волгограда, бетонные Плотина Братской ГЭС на Ангаре (высота 128 м) и Красноярской ГЭС на Енисее (124 м) (рис. 1), высокая 300-метровая каменно-земляная Плотина Нурекской ГЭС на р. Вахш, арочная Плотина Саянской ГЭС на Енисее (высота 242 м, длина по гребню 1070 м; находится в стадии сооружения, 1975) и многие др. Проектирование и строительство Плотина в СССР отличаются высоким техническим уровнем, позволившим советскому плотиностроению занять одно из ведущих мест в мире.

Рис. 1. Общий вид плотины Красноярской ГЭС имени 50-летия СССР.

  Из Плотина, сооруженных за рубежом, следует отметить: многоарочную Плотина Бартлетт, высота 87 м (США, 1939), каменную Плотина Парадела, высота 112 м (Португалия, 1958), земляную Плотина Сер-Понсон, высота 122 м (Франция, 1960), каменно-земляную Плотина Миборо, высота 131 м (Япония, 1961), гравитационную бетонную Плотина Гранд-Диксанс, высота 284 м (Швейцария, 1961).

  Тип и конструкция Плотина определяются её размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. По назначению различают Плотина водохранилищные и Плотина водоподъёмные (предназначенные лишь для повышения уровня верхнего бьефа). По величине напора Плотина условно подразделяют на низконапорные (с напором до 10 м), средненапорные (от 10 до 40 м) и высоконапорные (более 40 м).

В зависимости от роли, выполняемой в составе гидроузла, Плотина может быть: глухой, если служит лишь преградой для течения воды; водосливной, когда предназначена для сброса избыточных расходов воды и оборудована поверхностными водосливными отверстиями (открытыми или с затворами) или глубинными водоспусками; станционной, если имеет водозаборные отверстия (с соответствующим оборудованием) и водоводы, питающие турбины ГЭС. По основному материалу, из которого возводят Плотина, различают земляные плотины, каменные плотины, бетонные плотины, деревянные плотины.

Земляная Плотина возводится полностью или частично из малопроницаемого грунта. Уложенный по верховому откосу Плотина, малопроницаемый грунт образует экран; при расположении такого грунта внутри тела Плотина создаётся ядро. Наличие экрана или ядра обеспечивает возможность возведения остальной части Плотина из проницаемого грунта или из каменных материалов (каменно-земляная Плотина). У подошвы низового откоса земляной Плотина для отвода воды, профильтровавшейся через тело и основание Плотина, устраивают дренаж. Верховой откос Плотина защищают от воздействия волн бетонными плитами или каменной наброской. При возведении земляной насыпной Плотина грунт добывают в карьере экскаваторами, транспортируют к месту сооружения самосвалами, укладывают в тело Плотина, разравнивают бульдозерами и уплотняют послойно катками. Возведение намывной Плотина включает разработку грунта землесосами или гидромониторами, транспортировку пульпы по трубам и распределение её по поверхности возводимой Плотина, после чего вода уходит, а оседающий грунт самоуплотняется. Для подготовки основания и возведения земляной Плотина в русле реки её котлован ограждается перемычками, а река отводится по заранее проложенным временным водоводам, закрываемым после возведения Плотина

  В каменной (набросной) Плотина экран или центральный водонепроницаемый элемент (диафрагму) выполняют из железобетона, асфальта, дерева, металла, полимерных материалов. Требование малой водопроницаемости распространяется и на основание Плотина Если грунт основания проницаем на большую глубину, его покрывают перед Плотина понуром (например, из глины), образующим с экраном одно целое. Плотина с ядром дополняется устройством в основании стальной шпунтовой стенки или противофильтрационной завесы. Камень в каменнонабросную и каменно-земляную Плотина отсыпается слоями большой высоты.

  Бетонные Плотина обычно классифицируют по конструктивному признаку в зависимости от условий работы на сдвиг; соответственно этому различают 3 основных типа Плотина (рис. 2) — гравитационные плотины, арочные плотины, контрфорсные плотины. Осн. материалом для современных бетонных Плотина (преимущественно гравитационных) служит гидротехнический бетон. Один из важнейших вопросов при возведении бетонных Плотина — снижение фильтрации воды в основании. С этой целью в основании высокой бетонной Плотина вблизи верховой грани устраивается противофильтрационная завеса. На остальном участке основание дренируется для уменьшения давления воды на подошву Плотина, что повышает устойчивость сооружения. Гравитационная и контрфорсная Плотина, во избежание образования трещин вследствие температурных колебаний, разрезаются по длине на короткие секции, швы между которыми перекрываются водонепроницаемыми уплотнениями (см. Гидроизоляция). Для предотвращения появления трещин в результате усадки бетона при твердении и снижения температурных напряжений Плотина бетонируют отдельными блоками ограниченных размеров, применяют искусственное охлаждение составляющих бетонной смеси и уложенного в блоки бетона посредством циркуляции охлаждающей жидкости (от холодильной установки) по системе труб, проложенных в теле Плотина Бетонная Плотина в русле реки обычно сооружается в 2 очереди под защитой ограждающих котлованы перемычек. При возведении первой очереди Плотина река течёт по свободной части русла; при второй — через оставленные в Плотина отверстия (прораны), которые закрывают по окончании всех строительных работ. Если русло реки узкое, бетонная Плотина строится в один приём, с временным отводом реки в береговые водоводы. Распространённая в практике гидротехнического строительства низконапорная бетонная водосливная плотина, возводимая на нескальном основании и предназначенная для пропуска больших расходов воды, имеет конструкцию, показанную на рис. 3. Основу её составляют водосливные пролёты, образованные бетонным флютбетом и быками и перекрываемые гидротехническими затворами. За водосливами устраивается массивное крепление русла — водобой (иногда заглубленное в виде водобойного колодца), далее располагается более лёгкое крепление — рисберма. Под водобоем устраивается дренаж. С берегами или земляными Плотина водосливная Плотина сопрягается массивными устоями. Низконапорная бетонная водосливная Плотина обычно строится с применением армирования, часто всего сооружения (см. Железобетонная плотина). Флютбет и быки такой Плотина с целью экономии материала иногда делают облегчённой ячеистой конструкции, с заполнением ячеек грунтом.

Рис. 2. Схемы бетонных плотин: а — гравитационной; б — арочной; в — контрфорсной; 1 — верховая грань; 2 — бык; 3 — затвор; 4 — гребень водослива; 5 — носок; 6 — водоспуск; 7 — низовая грань; 8 — плоское напорное перекрытие; 9 — контрфорс; 10 — балки жёсткости; 11 — противофильтрационная завеса; 12 — дренаж.

Рис. 3. Низконапорная водосливная плотина: 1 — флютбет; 2 — бык; 3 — затвор; 4 — водобой; 5 — рисберма; 6 — понур; 7 — шпунт; 8 — дренаж.

  В лесных районах часто сооружают низконапорные деревянные Плотина свайной и ряжевой конструкции (обычно их устраивают водосливными).

  Особый тип водоподпорного сооружения — разборная судоходная Плотина Для её возведения в летнюю межень на плоском флютбете устанавливают контрфорсы из стальных ферм, по ним прокладывают мосты, на которые опирают затворы простейшей конструкции. Плотина подпирает уровень верхнего бьефа, а суда и плоты идут через шлюз. В многоводный период затворы и мосты убирают, фермы контрфорсов укладывают на флютбет, открывая судам и плотам путь через Плотина

  Общая тенденция современного плотиностроения — увеличение высоты Плотина Технически достигнутые высоты могут быть превзойдены, однако в экономическом отношении сооружение двух последовательно расположенных Плотина меньшей высоты часто оказывается более рациональным, чем одной высокой. Совершенствование типов Плотина из грунтовых материалов осуществляется при одновременном удешевлении и ускорении их строительства за счёт повышения мощности строительных механизмов и транспортных средств. Повышение экономичности бетонных Плотина достигается уменьшением их объёма, заменой гравитационных Плотина контрфорсными и более широким применением арочных Плотина Этой тенденции сопутствуют улучшение и специализация свойств цемента и бетона. Весьма эффективно совмещение в одном сооружении водосливной плотины и здания ГЭС, что обеспечивает сокращение бетонной (наиболее дорогостоящей) части напорного фронта гидроузла. Эта задача решается как путём размещения гидроагрегатов в полости высокой Плотина, так и посредством использования подводного массива низконапорной ГЭС для устройства в нём водосбросных отверстий.

 

  Лит.: Гришин М. М., Гидротехнические сооружения, М., 1968; Ничипорович А. А., Плотины из местных материалов, М., 1973; Моисеев С. Н., Каменно-земляные и каменно-набросные плотины, М., 1970; Гришин М. М., Розанов Н. Плотина, Бетонные плотины, М., 1975; Производство гидротехнических работ, М., 1970.

  А. Л. Можевитинов.