Гребля

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Гребля Гувера — бетонна гребля арочно-гравітаційного типу заввишки 221 м

Гре́бля — гідротехнічна споруда, що перегороджує русло річки, болото або інший водотік для підняття рівня води перед нею з метою створення водосховища, створення напору води для використання її енергії в ГЕС, водопостачання населених пунктів чи промислових об'єктів. По верхній частині греблі, зазвичай прокладається транспортна магістраль для проїзду через неї. Також відома як синонім гатки або гаті — настилу із дерева, хмизу та інших будівельних матеріалів для проїзду через болото чи водотік.

Історія[ред.ред. код]

Гребля Корнальво в Іспанії використовується вже протягом майже двох тисячоліть.

Українське слово дамба, яке зазвичай використовується для визначення греблі походить від середньоанглійського слова dam[1], яке у свою чергу походить з середньонідерландської мови, чиї сліди можна побачити в назвах багатьох міст, таких як Амстердам або Роттердам. Проте, використання терміну «дамба» у значенні «гребля» є неправильним згідно з нормативною термінологією, оскільки «дамба» - це гідротехнічна споруда у вигляді насипу для захисту території від повеней, для оточення штучних водойм і водотоків, для спрямування потоку води у потрібному напрямі[2]. Це популярна мовна помилка.

Перші стародавні греблі були побудовані в Месопотамії та на Близькому Сході. Вони використовувалися для контролю рівня води Тигру та Євфрату, які під час сильних дощів ставали непередбачуваними.

Найстаріша гребля з відомих знаходиться в Яві у Йорданії, за 100 км на північний схід від Амману. Гребля гравітаційного типу була кам'яною стіною заввишки 9 м та 1 м завширшки. Підтримував її земляний вал шириною 50 м. Ця гребля датована 3000 р. до н.е.[3][4]. Іншим древнім прикладом є Аль-Садд Кафара розташована у Ваді аль-Ґараві, за 25 км на південь від Каїру. Гребля шириною у 102 метри у найдовшому місці та висотою 87 метрів була побудована біля 2800 р. до н.е.[5] або 2600 р. до н.е.[6] як розподіляюча гребля для контролю підйому води у річці. Була зруйнована в результаті сильних дощів безпосередньо перед або відразу після завершення будівництва.[5][6]

Прикладами гребель, побудованих у Стародавньому Римі, можуть бути три будівлі в Суб'яко на річці Аніо в Італії або греблі в Меріді в Іспанії.

Найстарішою існуючою і донині вважається гребля Qattinah в сучасній Сирії. Її створення датується періодом царювання єгипетського фараона Сеті (1319 - 1304 рр. до н.е.). Пізніше була збільшена римлянами та у сучасний період у 1934-1938 рр. Гребля досі постачає водою сирійське місто Хомс.

Потужною греблею, побудованою з неотесаного каменю є Калланаі, 300 м в довжину, 4,5 м на 20 м в ширину, що розташована на річці Кавері в Індії. Її основні споруди були побудовані в другому столітті нашої ери[7] and is considered one of the oldest water-diversion or water-regulator structures in the world, which is still in use.[8] Вона була побудована з метою розподілу води річки на родючий регіон дельти через зрошувальні канали.

Ду Цзян Янь є найстарішою існуючою іригаційною системою в Китаї, що містить греблю. Її будівництво було закінчено в 251 р. до н.е. Потужна земляна гребля, розроблена міністром держави Чу Sunshu Ао, затоплювала долину у північній частині сучасної провінції Аньхой і утворювала величезне водосховище (100 км в діаметрі). Це водосховище існує і донині.

В Ірані греблі використовували для підйому води з допомогою водяного колеса. Перша така споруда була побудована в Дезфулі[9], яка піднімала воду на 50 ліктів) та постачала її усьому місту. Також були відомі відвідні греблі[10]. Греблі побудовані при млинах мусульманськими інженерами під час Ісламської аграрної революції називалися Pul-i-Bulaiti. Перша з них була побудована в Shustar на річці Карун, Іран, і багато з них були побудовані пізніше і в інших частинах ісламського світу.[10] Вода була підведена із задньої частини греблі через велику трубу, яка падала на водяне колесо.[11]

У Нідерландах, що розташовані в основному на депресіях, греблі використовувалися для блокування річок, для того щоб відрегулювати рівень води і не дати морській воді затопити території, що лежать нижче рівня моря. Цей тип греблі(дамби) часто давав початок виникненню міста, і тому вона з'являлася у назві, наприклад, Амстердам (раніше Amstelredam) був створений після установки греблі на річці Амстел в кінці XII століття і, в той час як Роттердам від греблі на річці Ротте, притока Ніве-Маас. Головна площа Амстердама, ймовірне місце розташування першої греблі, досі називається Dam.

Основні поняття та характеристики[ред.ред. код]

Спільні для усіх видів гребель визначення понять[2][12]:

  • водотік — водний об'єкт, що характеризується рухом води в напрямі ухилу у заглибленні земної поверхні;
  • верхній б'єф — акваторія, що утворюється перед греблею;
  • нижній б'єф — водотік за греблею;
  • напірна грань (напірний укіс) — поверхня греблі з боку верхнього б'єфа;
  • низова грань (низовий укіс) — поверхня греблі з боку нижнього б'єфа;
  • підошва (підземний контур) — основа греблі, що контактує з ґрунтом, на якому вона зведена;
  • гребінь — верхня горизонтальна частина греблі, на якій зазвичай розміщають транспортні магістралі;
  • підпір — піднесення рівня води, що виникає внаслідок перегороджування або звуження русла водотоку чи змін умов стікання підземних вод;
  • рисберма — укріплення русла потоку в межах гідротехнічної споруди безпосередньо за водобоєм.

Гребля характеризується наступними величинами:

  • рівень мертвого об'єму — об'єм, що призначений для осадження наносів за весь термін експлуатації водосховища. При забиранні води з водосховища для водопостачання рівень води у ньому не повинен бути нижчим за рівень мертвого об'єму;
  • нормальний рівень підпору — рівень, що відповідає розрахунковому об'єму водосховища;
  • форсований рівень підпору — максимально можливий (аварійний) рівень води у водосховищі, перевищення якого є недопустимим.

Класифікація гребель за видами матеріалів[ред.ред. код]

Насипна земляна гребля Нурецької ГЕС висотою 300 м (Таджикистан
Гранд Діксенс (Швейцарія) — найвища (285 м) гребля гравітаційного типу
Гребля масивно-контрфорсного типу Дніпровської ГЕС (висота 60 м)
Гребля Гордона — гребля арочного типу висотою 140 м (Австралія)
Багатоарочна гребля Данієля-Джонсона у Квебеку (Канада)

Греблі за матеріалами, які використані для їх спорудження бувають наступних типів: насипні, суцільнокам'яні, металеві, дерев'яні та комбіновані.

Насипні греблі[ред.ред. код]

Насипні греблі — це насипи з місцевих ґрунтів (пісок, супісок, суглинок, камінь)[13]. Основу такої греблі роблять значно ширшою ніж гребінь, тому що напір води є найбільшим саме біля основи греблі. Шар каменю захищає греблю від розмивання. У товщині греблі міститься водонепроникний бар'єр — бетонні куліси. Такі греблі будуються зазвичай на широких ріках, тому що матеріал для їхнього спорудження порівняно дешевий. Такі греблі стійкі проти зміщення основи, проте схильні до підмиву та руйнування. Земляні греблі з напором до 15 м називають низькими, 15—50 м — середньонапірними, понад 50 м — високонапірними; кам'яні і камінно-земляні з напором до 20 м називають низькими, 20—70 м — середньонапірними, 70—150 м — високонапірними і понад 150 м — надвисоконапірними.

Насипні греблі з каменя в залежності від конкретних умов будівництва можуть зводитися насипанням, накидкою вибухом, механічною накидкою та сухою кладкою. Кам'яні греблі зводять із примусовим ущільненням матеріалу, що украдається або без ущільнення. Обов'язковим елементом насипної греблі є дренаж — система каналів, що призначені для збору та транспортування у задане місце фільтраційної води, яка проходить через тіло греблі.

Всі насипні греблі мають трапецієвидний поперечний переріз з ламаним профілем напірного і низового укосів. Верхні кромки укосів на рівні гребеня називають брівками, а нижні, зумовлені топографією створу греблі — підошвами. На укосах через певні розрахункові висотні інтервали розташовують горизонтальні ділянки — берми, що призначені для забезпечення проїзду транспортно-будівельної техніки при будівництві та експлуатації, а також для підвищення стійкості укосів. Для захисту укосів насипних гребель від руйнування хвилями застосовують різні матеріали — бетонні або залізобетонні плити, камінь, асфальтобетон, біологічне укріплення (висаджування швидкозростаючих багаторічних трав і рослин).

Суцільнокам'яні греблі[ред.ред. код]

Суцільнокам'яні греблі здебільшого будують із бетону або залізобетону[14]. Їх споруджують у вузьких, глибоких ущелинах, оскільки тільки бетон здатен витримати сильний напір на основу греблі. Найпростіший тип такої греблі, посилена гребля, основа якої набагато ширша, ніж гребінь. Бетонні та залізобетонні греблі на не скельних основах можна будувати висотою не більше 45 м. На скельних основах висота греблі не обмежується і визначається конкретними геологічними, гідрогеологічними та сейсмічними умовами району будівництва.

Дерев'яні греблі[ред.ред. код]

Дерев'яні греблі — це греблі, основні конструктивні елементи якої виконані з дерева переважно хвойних порід (сосна, ялина). Дерев'яні греблі будуються для невеликих напорів (2-4 м, рідше 4-8 м і, як виняток, до 16-20 м). Дерев'яні греблі будують дуже рідко, в основному в місцевостях, що мають недорогий і якісний ліс. (Див. також клявза).

Металеві греблі[ред.ред. код]

Металеві греблі (щитові, розбірно-щитові) будують вкрай рідко через високу вартість металу, зате він широко використовується в гідротехнічних спорудах у вигляді прокату (для засувок, закладних елементів, трубопроводів, резервуарів і т.д.) і як арматура в залізобетонних конструкціях (армопакети, армоферми, каркаси, сітки).

Види гребель за способом сприйняття навантажень[ред.ред. код]

Греблі за способом сприйняття навантажень поділяють на декілька видів: гравітаційні, контрфорсні, арочні та комбіновані (арочно-гравітаційні).

Гравітаційні греблі[ред.ред. код]

Гравітаційна гребля — бетонна або кам'яна гребля, стійкість якої по відношенню до сил зсуву (тиск води, льоду, хвиль та ін.) забезпечується в основному силами тертя у підошві, пропорційними власній вазі греблі. Такі греблі мають значну масу і значний поперечний переріз, за ​​рахунок якого забезпечується більша стійкість. Недолік таких гребель — невиправдано високий запас міцності, що обумовлює перевитрату будівельних матеріалів. Його усувають виконанням полегшених конструкцій: з розширеними швами біля основи; з екраном на напірній грані; з анкеруванням в основі греблі; зі зменшенням кута нахилу підошви, з облаштуванням сухих або мокрих поздовжніх пустот (потерн), вільних або заповнених дешевими інертними матеріалами.

Це досить поширений тип гребель, що використовується як на скельних (Красноярська ГЕС), так і на нескельних (водозливні греблі волзьких гідровузлів) ґрунтах. Найекономічніші форми контуру поперечного профілю гравітаційних гребель близькі до трикутника або трапеції. Основний параметр гравітаційної греблі — відношення товщини греблі по підошві до її висоти — залежить від характеру ґрунту чи порід підошви і коливається від 0,6 (скеля) до 1,2 (глина). Найбільшу висоту 285 м серед існуючих гравітаційних гребель має гребля Гран-Діксенс[15] (1962) у Швейцарії. Довжина греблі 700 м, ширина греблі в основі становить 200 м, по гребеню — 15 м. Гребінь розташовується на висоті 2 365 м над рівнем моря. На будівництво греблі пішло 6 млн м3 бетону.

Контрфорсні греблі[ред.ред. код]

Контрофорсна гребля — це гребля, в якій тиск води верхнього б'єфа, сприймається напірним перекриттям (у вигляді плит, склепінь і т. п.), передається контрфорсам і через останні — підошві. Такі греблі споруджують переважно з бетону та залізобетону. Контрфорси бувають двох типів: масивні (бетонні та бутобетоні) і тонкі (бетонні і залізобетонні) суцільні або наскрізні. Для забезпечення стійкості тонких контрфорсів між ними розташовують балки жорсткості (розпірки), що протидіють подовжньому вигину контрфорсів.

Контрфорсні греблі легші порівняно з гравітаційними. Ці греблі можуть виконуватися з окремих контрфорсів, що примикають один до одного і які мають розширення з боку верхнього б'єфа (масивні оголовки), в цьому випадку греблю називають масивно-контрфорсною (Дніпровська ГЕС). Якщо простір між окремо розташованими контрфорсами перекривають арками, то таку греблю називають багатоарочною контрфорсною. Контрфорсні греблі всіх видів зводять на міцних підошвах.

Греблі арочного типу[ред.ред. код]

Арочна гребля — криволінійна в плані гребля, міцність якої забезпечується в основному роботою її як арки з передачею горизонтального тиску води майже повністю берегам або уступам. Їх відносно, тонкостінні конструкції мають поперечний переріз складного профілю (двоякої кривини або купольного типу), звернене опуклістю в бік верхнього б'єфа. Арочні греблі споруджують переважно з бетону при наявності міцної (скельної) підошви і скелястих берегів. Арочні греблі можуть бути глухими, тобто без скидання води, або водоскидними. Це найлегші греблі, які застосовуються в певних природних умовах і служать для створення високих (до 300 м) і надвисоких напорів.

Залежно від відношення товщини b греблі внизу до її висоти h арочні греблі поділяються на власне арочні (b/h = 0,35) і гравітаційно-арочні (b/h = 0,35...0,6).

Види гребель за способом пропускання води[ред.ред. код]

Гребля з регульованим зливом:
1 — Куліса; 2 — Водозлив; 3 — Клапан-регулятор водозливу; 4 — Щит греблі

За способом пропускання води греблі поділяють на глухі, водозливні та фільтрувальні.

У глухих греблях немає спеціальних пристроїв для пропуску води у нижній б'єф.

У водозливних греблях воду в нижній б'єф пропускають через гребінь дамби або поверхневі водозливні отвори. Розрізняють:

  • водозливи без затвора — пропускна здатність водозливу не регулюється і залежить тільки від рівня води у водосховищі;
  • водозливи із затвором — пропускна здатність водозливу регулюється.

Водопропускні споруди можуть розташовуватися як в тілі греблі так і на берегах, забезпечуючи транспортування води в обхід тіла греблі. У деяких випадках греблі з каменю, збудовані без протифільтраційних засобів, забезпечують пропуск розрахункової витрати води в нижній б'єф тільки за рахунок фільтрації потоку крізь тіло греблі (фільтрувальна гребля).

Існують переливні греблі, у яких розрахункові витрати води пропускають в нижній б'єф через поверхневі водозбори або через укріплені укоси греблі. Пропуск води через водозливні отвори на гребені греблі найчастіше регулюється затворами. Водозливні отвори можуть бути використані також для пропуску льоду, іноді дерев'яних лісозаготівельних колод, а при низькому порозі — наносів і, при відповідних швидкостях течії і габаритах отвору, — суден.

Величина напору на гребені водозливу призначається з умов досягнення можливо максимальних питомих (на 1 м довжини греблі) витрат води в кінці укріплення русла за греблею (на рисбермі) в нижньому б'єфі (проте з допустимими щодо захисту споруди від підмивання швидкою течією води), одержання мінімальної загальної вартості споруди, прийнятної висоти затворів і недопущення небезпечної вібрації тіла водозливу. На побудованих водозливних греблях величина напору на гребені зазвичай становить 2...8 м, досягаючи в окремих випадках 15...18 м. Питомі витрати приймаються до 50...60 м3/с на 1 погонний метр довжини водозливу для греблі на нескельних ґрунтах і до 100...120 м3/с — на скельних.

Найвищі у світі діючі греблі[ред.ред. код]

Гребля Київської ГЕС
Гребля Кременчуцької ГЕС
Водозливна гребля Каховської ГЕС
Назва Висота Тип Країна Ріка
Нурецька ГЕС 300 м Земляна, насипна Таджикистан Таджикистан Вахш
Гранд Діксенс 285 м Гравітаційна, бетонна Швейцарія Швейцарія Діксенс
ГЕС Інгурі 271,5 м Арочна, бетонна Грузія Грузія Інгурі
Гребля Вайонт 261,6 м Арочна, бетонна Італія Італія Вайонт
ГЕС Чікоасен (англ. Chicoasen Dam)[16] 261 м Земляна, насипна Мексика Мексика Грихальва
ГЕС Техрі (англ. Tehri Dam) 261 м Земляна, насипна Індія Індія Бхагіраті
ГЕС Альваро Обрегон (англ. Alvaro Obregón Dam) 260 м Арочна, бетонна Мексика Мексика Ріо Якуї
Гребля Мавосін (англ. Lac de Mauvoisin)[17] 250 м Арочна, бетонна Швейцарія Швейцарія Багне
ГЕС Гуавіо (англ. Guavio Dam) 243 м Камінно-насипна Колумбія Колумбія Гуавіо
ГЕС Міка (англ. Mica Dam) 243 м Земляна, насипна Канада Канада Колумбія

Греблі в Україні[ред.ред. код]

Назва Максимальний напір Тип Ріка Рік введення в дію
Гребля Дніпровської ГЕС 60 м Бетонна Дніпро 1932
Гребля Дністровської ГЕС 60 м Бетонна водозливна,
кам'яно-земляна
Дністер 1981
Гребля Київської ГЕС[18] 22 м Водозливна частина бетонна
решта — земляна, насипна
Дніпро 1964
Гребля Кременчуцької ГЕС[19] 17 м Залізобетонна, земляна Дніпро 1959
Гребля Каховської ГЕС[20] 16,5 м Залізобетонна, земляна Дніпро 1953
Гребля Канівської ГЕС[21] 15,7 м Залізобетонна, земляна Дніпро 1972
Гребля Дніпродзержинської ГЕС 15,5 м Залізобетонна, земляна Дніпро 1964

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. The American Heritage Dictionary of the English Language, Fourth Edition
  2. а б ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения
  3. Günther Garbrecht: "Wasserspeicher (Talsperren) in der Antike", Antike Welt, 2nd special edition: Antiker Wasserbau (1986), ss. 51-64 (52)
  4. S.W. Helms: "Jawa Excavations 1975. Third Preliminary Report", Levant 1977
  5. а б Günther Garbrecht: "Wasserspeicher (Talsperren) in der Antike", Antike Welt, 2nd special edition: Antiker Wasserbau (1986), pp.51-64 (52f.)
  6. а б Mohamed Bazza (28-30). «overview of the hystory of water resources and irrigation management in the near east region» (PDF). Архів оригіналу за 2012-05-31. Процитовано 2007-08-01. 
  7. Singh, Vijay P.; Ram Narayan Yadava (2003), Water Resources System Operation: Proceedings of the International Conference on Water and Environment, Allied Publishers, сторінка 508, ISBN 817764548X, http://books.google.com/?id=Bge-0XX6ip8C&pg=PA508&dq=kallanai#PPA508,M1 
  8. «This is the oldest stone water-diversion or water-regulator structure in the world». Архів оригіналу за 2007-02-06. Процитовано 2007-05-27. 
  9. Hartung & Kuros 1987, pp. 232, 238, fig. 13; 249
  10. а б Donald Routledge Hill (1996), "Engineering", p. 759, in Rashed, Roshdi; Morelon, Régis (1996), Encyclopedia of the History of Arabic Science, Routledge, сторінки 751–795, ISBN 0415124107 
  11. Adam Lucas (2006), Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology, p. 62. BRILL, ISBN 90-04-14649-0.
  12. ГОСТ 19179 Гидрология суши. Термины и определения
  13. СНиП 2.06.05-84 Плотины из грунтовых материалов.
  14. СНиП 2.06.06-85 Плотины бетонные и железобетонные.
  15. Structurae - Grande Dixence Dam (англ.)
  16. «Manuel Moreno Torres». Freebase. Архів оригіналу за 2012-07-29. Процитовано 2010-07-04. 
  17. «Mauvoisin Dam». Planetware. Архів оригіналу за 2012-07-29. Процитовано 2010-07-04. 
  18. Віртуальний Музей Київської ГЕС
  19. Кременчуцька ГЕС
  20. Каховська ГЕС
  21. Канівська ГЕС

Посилання[ред.ред. код]