для чего дамба на реке
Петербургская дамба простыми словами
Предисловие: В свете последнего необычно сильного шторма на Балтике, грозившего затопить вторую столицу, публикую статью о защитных сооружениях Санкт-Петербурга, очень интересно.
Эта статья ответит на вопросы: Зачем нужна дамба Санкт-Петербургу? В чем главная причина наводнений в Питере? Как устроен комплекс защитных сооружений от наводнений.
Чтобы ответить на первый вопрос, начнем с истории наводнений в Санкт-Петербурге.
История нашего города непрерывно связана с историей наводнений. То что дельта Невы подвергается затоплениям, было известно еще шведам, которым принадлежала территория до основания Санкт-Петербурга. И первое наводнение случилось спустя 3 месяца после основания города.
С этого момента и началась история борьбы с наводнениями в Санкт-Петербурге. Первым делом было решено поднять уровень грунта на островах города, именно для этого всем прибывающим в город было предписано привозить с собой крупные камни. Великолепные высокие гранитные набережные нашего города не что иное, как дамбы. Но эта мера была не достаточной для решения проблемы затопления.
Во времена правления Екатерины II, было построено два канала – Обводный и Екатерининский (сейчас канал Грибоедова), которые должны были вместить лишние воды Невы и помочь решить проблему наводнений. В те времена полагали, что наводнения происходят из-за ветра, который дует со стороны Финского залива в сторону дельты Невы и не дает водам реки вытекать в залив, признаться честно, и я так думала.
Оказывается это только одна из причин, не самая главная. Самые мощные и разрушительные наводнения бывают из-за нагонной волны, рождаемой циклонами в районе Исландии, там где теплое течение Гольстрим встречается холодными водами Арктики. Океан вспучивается, а сильный ветер начинает гнать эту волну в сторону Балтийского моря.
Подобным наводнениям подвержены многие прибрежные города Европы – Амстердам, Роттердам, Лондон, Гамбург и Санкт-Петербург и Венеция. Взглянуть на одно из голландских чудес света, возведенные в рамках проекта “Дельта” можно на сайте elligo.ru – все самое интересное о Нидерландах.
Механизм развития наводнения был впервые понят после крупнейшего наводнения 1824 года (420 см выше уровня Кронштадского футштока). По официальным данным утонуло 500 человек, но по неофициальным больше, многих утопленников вынесло в Финский залив и их тела не были найдены. Это было самое большое наводнение за всю историю наблюдений. Характерной чертой таких наводнений является быстрый подъем воды – максимальный уровень воды достигается в течение 2 часов.
После этой катастрофы был разработан проект строительства дамбы инженером Базеном, однако проект был признан не осуществимым. Базен хотел построить приблизительно такую дамбу, какую мы видим сейчас. Дамба пересекает Финский залив через остров Котлин, на котором находится Кронштадт.
Далее схема расположения сооружений дамбы.
Строительство дамбы было начато только в 1979 году, решение о проектировании защитных сооружений было принято после очередного катастрофического наводнения в 1955 году (293 см выше уровня Крондштадского футштока). Большевики замалчивали количество жертв. Официально погибло всего 7 человек. Наводнения происходят обычно в сентябре-декабре и сопровождаются штормовым ветром и дождем, вода в это время ледяная и если кого-то смоет в реку, то вероятность утопления в холодных водах Невы близка к 100%.
Для проектирования был построен гигантский макет дельты Невы и Финского залива в здании, которое сейчас известно, как магазин “Максидом” на Гражданском проспекте. Там при помощи насосов и вентиляторов моделировали течения и ветра, чтобы понять параметры строительства будущей дамбы. Этот уникальный макет был разрушен во время Перестройки, а можно было бы сделать музей и водить экскурсии.
Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений, так именуется дамба официальным языком, имеет длину 25,4 км. На дамбе построено 6 водопропускных сооружений и 2 судопропускных сооружения. Финский залив в этом месте порядка 5 м в глубину. Строительных материалов затраченных на возведение дамбы хватило бы на 10 пирамид Хеопса.
Водопропускное сооружения Петербургской дамбы
Все водопропускные сооружения одинаковы, поэтому рассмотрим только одно из 6 существующих. Все помещения находятся под постоянным видеонаблюдением, поскольку объект имеет важное стратегическое значение, по дамбе проходят кабели связи и подачи электричества в Кронштадт, там же находится пульт управления затворами дамбы.
Водопропускные сооружения необходимы, чтобы выпускать воды Невы в Финский залив, позволять рыбе совершать привычную миграцию и сохранить, таким образом экологию района. Рыбалка на водопропускных сооружениях хороша, но запрещена. Рядом на дамбе рыбачить можно, нельзя только на водопропускных сооружениях.
Сверху каждого водопропускного сооружения построен автомобильный мост. Опускание затворов в водопропускных сооружениях происходит при помощи гидравлики, управление полностью компьютеризировано. Давление в гидравлических шлангах достигает 16 атмосфер, в домашнем водопроводе только 4 атмосферы.
Сам затвор – просто огромен и очень тяжел. Фиксация угрозы наводнения происходит на линии Хельсинки – Таллинн, для этих городов волна не опасна, при входе в узкий и мелкий Финский залив волна имеет тенденцию усиливаться. Петербург находится как бы в морском тупике о который нагонная волна и должна разбиться. С момента фиксации волны есть еще около 10 часов для принятия решения о закрытии дамбы.
Удовольствие это не дешевое, агрегаты потребляют 19 МВт электроэнергии и к этому нужно прибавить ущерб от остановки судоходства, поэтому решение принимается специальной комиссией на самом высоком уровне, однако с другой стороны ущерб от затопления пятимиллионного мегаполиса может превысить затраты на закрытие дамбы в тысячи раз.
Судопропускное сооружение С2
Судопропускное сооружение С2 предназначено для прохода средних судов с осадкой до 5, 5 метров. Сооружение включает в себя разводной мост и затвор. Затвор находится на дне. Мост поднимается горизонтально на 9 метров вверх.
Мост не поднимали уже давно, поскольку в этом нет необходимости. Этот проход сделан на всякий случай, как запасной, все большие суда сейчас следуют через судопропускное сооружение С1.
Вокруг дамбы много искусственных островов, на многих из них расположены форты Кронштадта, дальность стрельбы во времена строительства фортов была около 800 м, поэтому форты были построены через короткие промежутки и они с успехом выполнили свою роль, поскольку неприятель видя всю серьезность обороны, отменял свои планы по взятию Санкт-Петербурга.
Кроме фортов, много заболоченных территорий. В камышах подрастает молодь рыб и садятся на отдых стаи перелетных птиц. Несмотря на близкое соседство с кольцевой автодорогой, птицы выбирают эти территории для промежуточной посадки, там не бывает охотников и браконьеров, поскольку им негде спрятаться, вся кольцевая автодорога находится под постоянным видеонаблюдением.
Судопропускное сооружение С1
Самый главный и технически-навороченный затвор у судопропуского сооружения С1. Кольцевая автодорога в этом месте ныряет под дно Финского залива, максимальная глубина автомобильного туннеля 28 метров, длина 1961 м.
За дорожной ситуацией в автомобильном туннеле следит целая бригада диспетчеров в очень современном пульте управления. На все внештатные ситуации разработано 26 сценариев возможных действий.
Автомобильный туннель облицован жаропрочными керамическими плитами, они способны выдержать даже горящий бензовоз внутри, но очень хрупкие и не устойчивы к удару. В случае аварии, повлекшей за собой порчу одной или нескольких керамических плит, виновник аварии обязан возместить ущерб, а жаропрочные плиты стоят очень дорого.
По сторонам от судового прохода лежат батопорты – плавучие гидротехнические затворы. На то, чтобы закрыть их нужно целых 45 минут.
Закрытие и открытие осуществляется при помощи специальной железной дороги, затворы выталкивают в судовой проход, там они наполняются водой и тонут. В таком состоянии, морские ворота Санкт-Петербурга на прочном замке и готовы к встрече со стихией. А морские суда, в это время, отдыхают по обе стороны дамбы.
Для открытия, воду из батопортов откачивают, потом задвигают ворота обратно в сухой док, а рыба достается в качестве бонуса работникам дамбы. Все это устройство способно пробить ледяной покров высотой до 50 см.
Суда следуют через судовой проход С1 очень часто, просто одно за другим, некоторые суда ожидают своей очереди в отдалении.
Дамба
Да́мба – гидротехническое сооружение для временного удержания воды, разделения акваторий на функционально различные части, защиты частей акваторий от волнения, защиты территорий от затопления, направления потоков и др. целей.
Дамбы схожи с плотинами, однако в отличие от плотин могут и не быть подпорным сооружением (например, разделительные или оградительные дамбы в акваториях водохранилищ), могут воспринимать напор лишь время от времени (оградительные дамбы), и располагаться часто не поперёк, а вдоль потока (противопаводковые дамбы).
Дамбы, как и плотины, и каналы, появились ещё до нашей эры у древних цивилизаций Месопотамии и Египта. Особое значение они получили при строительстве системы каналов древних египтян, начатом еще в додинастическую эпоху (5000–3000 лет до н.э.), а законченном уже в эпоху Среднего царства (середина XXII – начало XVIII вв. до н.э.). В отличие от месопотамской системы каналов, имевшей прежде всего дренажное назначение, древнеегипетская система представляла собой бассейновую ирригационную систему, призванную как можно дольше сохранять воду на полях. Использовать такой тип ирригационной системы древних египтян побудил рельеф долины Нила. С помощью продольных и поперечных дамб и плотин долина была перегорожена на квадраты бóльших и мéньших размеров, так что по Египту, по словам Геродота, стало возможным передвигаться только по каналам.
По срокам эксплуатации дамбы делятся на постоянные и временные, сооружаемые в определённых обстоятельствах (например, из мешков с песком во время наводнений), а потом разбираемые.
Современные дамбы могут быть сооружены из различных материалов.
По основному материалу различают дамбы грунтовые (чаще всего), бетонные, деревянные (ряжевые, шпунтовые), фашинные (из пригруженных камнем связок прутьев), габионные (из загруженных камнем корзин определенной формы – раньше из ивовых прутьев, теперь из стальной оцинкованной проволоки).
По характеру взаимодействия с водной средой дамбы делятся на напорные и безнапорные.
Напорные дамбы возводятся для защиты от воды территорий, расположенных вдоль рек, морских берегов, каналов. Земляные напорные дамбы, наряду с плотинами и каналами, – древнейшие гидротехнические сооружения. При низких уровнях воды они воду не подпирают и напора воды не воспринимают. Тем не менее, они должны отвечать тем же требованиям водонепроницаемости, прочности и устойчивости, что и плотины.
Грунтовые напорные дамбы, ограждающие акваторию от суши (например, рисовые чеки) или, наоборот, территорию от воды (от затопления), называют дамбами обвалования.
Дамбы обвалования могут быть незатопляемыми (перелив воды через гребень недопустим в любых эксплуатационных условиях) и затопляемыми, обеспечивающими защиту обвалованной территории лишь в определённое время, при невысоких уровнях воды. Устройство затопляемых дамб сопряжено с необходимостью укрепления их откосов и гребня для предотвращения размыва и устройства в теле дамб водопропускных отверстий.
Если дамбы обвалования служат для защиты территорий от затопления паводковыми водами, их называют противопаводковыми. Противопаводковые дамбы в мире очень распространены; на реках Китая, исключительно опасных в смысле генерации наводнений, такие дамбы обычно устроены в три фронта, причем дамбы первого фронта – бетонные.
Вместе с тем защита от наводнений дамбами иногда приводит к прямо противоположному результату, что особенно ярко иллюстрирует наводнение на Кубани в июне 2002 г. Защитная дамба была прорвана в верхней (по течению) части и со своей обратной стороны стала играть роль подпорного сооружения: «защищаемая» ею территория была затоплена до отметки, на 2,5 м превышающей уровень воды в Краснодарском водохранилище, от которого дамба должна была бы защищать. Вода стала уходить с затопленной территории только тогда, когда в дамбе был сделан соответствующий проран.
Особый случай дамб обвалования – противонагонные дамбы. Их задача – защита прибрежных территорий от затопления при повышении уровня воды под действием ветра (ветрового нагона). Они могут располагаться на суше или же отчленять часть нагонного водоёма.
В наши дни одним из самых известных сооружений России, именуемых дамбой, является Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений. Следует, однако, указать, что называть его дамбой не совсем верно. Действительно, весьма протяжённые грунтовые дамбы входят в состав комплекса, но кроме них имеются ещё многочисленные и сложные водопропускные и судопропускные сооружения, автомобильные дороги, проходящие под судопропускными сооружениями в туннелях и многое другое. При значительных нагонах водо- и судопропускные сооружения закрыты, и дамбы комплекса, обычно безнапорные, становятся напорными.
Безнапорные дамбы возводят для разных целей:
Как устроена плотина и как она возводится
Одной из самых важных составляющих любой промышленной экономики являются электростанции, с помощью таких станций экономика обеспечивается электроэнергией. Во многих странах большое распространение получили гидроэлектростанции, или ГЭС, это те страны, которые имеют большой водный ресурс, в частности — реки. Обычно такие станции называются плотинами, состоят из специальных бетонированных дамб и целого комплекса сооружений, в которых размещается оборудование, с помощью которого «извлекается» электроэнергия из водяного потока, проходящего через дамбы. Следует хотя бы в общих чертах рассмотреть работу таких ГЭС и понять, по каким принципам они строятся.
Как работают плотины
Итак, плотины, или, что точнее, гидроэлектростанции — это гидротехнические сооружения, с помощью которых вырабатывается электрическая энергия в больших количествах. При этом используется энергия масс падающей воды, предварительно накопленной в сопутствующих плотинам водохранилищах. Преобразователем энергии кинетической в механическую является турбина, от которой физические усилия передаются на электрический генератор, который уже, в свою очередь, преобразует эту энергию в электричество.
Однако классификация ГЭС весьма обширна. Существуют не только гигантские станции, каждая из которых способна обеспечить электроэнергией миллионы людей и даже целые промышленные районы. Достаточно широко распространены совсем небольшие плотины, так называемые «микро-гидроэлектростанции», которые используются в основном для питания электроэнергией каких-нибудь небольших предприятий, или же всего нескольких жилых домов.
С точки зрения гражданского строительства, типичная плотина представляет собой стену, выполненную из твердого материала, перегораживающую реку так, чтобы блокировать ее поток и накопить массу воды. Основной целью большинства плотин является создание постоянного резервуара воды для последующего ее использования. Плотина должна быть водонепроницаемой, чтобы вода не вытекала через плотину без всякой пользы, нарушая гидрологический режим расположенной ниже по течению части реки и не являлась причиной затопления территорий. Поэтому существенной частью плотины является специальная «непроницаемая мембрана», то есть водонепроницаемая часть плотины, которая предотвращает утечку воды.
Однако плотина должна быть не только водонепроницаемой, но и устойчивой. Естественный земляной вал или каменный утес, с опорой на которые запруда построена (так называемые учредительство запруды) должны также быть водонепроницаемыми. Также должна хорошо держать массы запруженной воды и долина реки выше по течению, в которой резервуар хранения формируется. Если эти природные зоны не являются водонепроницаемыми, то вода может вытекать из резервуара, даже если сама плотина водонепроницаема. Утечка воды может происходить через естественные полости земли (пещеры, разломы скал), поэтому перед устройством плотины вся местность хорошо исследуется с применением самых современных средств геологической диагностики.
Устойчивость самой плотины достигается с помощью максимального упрочнения ее стен. Плотина должна противостоять не только давлению воды, собранной в озере выше по течению, но и собственному весу, особенно если, по крайней мере, часть стены плотины насыщена водой. Чем выше плотина, тем больше глубина водохранилища за плотиной, и тем больше давление воды на подводную часть стены дамбы. Также плотина должна противостоять другим силам, которым она может время от времени подвергаться, например, тряске от землетрясений. Угроза, которую землетрясения представляют для плотин, широко варьируется в зависимости от региона мира, в котором находится плотина. Поэтому при проектировании любых плотин в обязательном порядке к изысканиям подключаются и опытные специалисты-сейсмологи.
Для того чтобы вода из водохранилища не перетекала через верхний край дамбы в случае ее переизбытка, плотина должна иметь некоторый путь для выпуска «лишней» воды в контролируемом количестве по мере необходимости. В зависимости от назначения плотины вода может быть выпущена в трубопровод для снабжения города водой, или на ГЭС для получения электроэнергии, или просто производится выпуск излишка воды в русло реки без всякого использования, только лишь с целью снижения избыточного давления.
Если во время весеннего наводнения река, на которой построена плотина, переполнится, в водохранилище будет поступать очень большой объем паводковой воды. Обычно это намного больше воды, чем можно выпустить через клапан выхода. Поэтому плотина должна иметь некоторые средства, с помощью которых эти большие объемы паводковой воды могут течь вокруг плотины, не нанося ущерба самой плотине; а также территориям, расположенным ниже по течению. Для этого используется специальный водосброс, который в большинстве случаев представляет собой открытый прорезной канал, достаточно большой, чтобы направлять паводковые воды вокруг плотины. Если плотина построена из бетона, водосброс может быть частью самой стены плотины. Однако если плотина земляная, или ее тело состоит из каменной засыпки (грунт и разрушенная порода), водосброс должен быть отдельным сооружением. Дело в том, что паводковые воды не могут течь поверх насыпной плотины, не разрушая ее, так как неконтролируемый водный поток имеет очень большую мощность, а земля или каменная засыпка не могут ей противостоять в должной мере.
Строительство плотины
Для того чтобы построить плотину, инженеры должны сперва осушить часть реки, на которой они хотят разместить дамбу. Обычно это достигается путем отвода реки через тоннель, то есть нужно изменить русло реки, чтобы построить в намеченном месте прочное основание дамбы. Тоннель строится через одну сторону реки вокруг планируемой строительной площадки. Сначала бурится ряд отверстий в скале, взрывчатые вещества помещаются в буровые скважины, разрушенная порода удаляется. Эта процедура повторяется столько раз, сколько необходимо для завершения постройки тоннеля. Готовые водоотводные туннели часто облицовываются бетоном. Если же река равнинная, то просто роется обводной канал, который впоследствии легко перекрыть.
Обычно работы по отводу реки начинаются летом, когда уровень воды в ней самый низкий. Землеройное оборудование используется для того, чтобы построить малую запруду (коффердам) перед площадкой основной конструкции. Это действует как барьер для реки и заставляет ее течь в проделанный туннель. Другой коффердам строится ниже по течению от основной конструкции, он необходим для того, чтобы предотвратить обратный поток воды в район строительства. Вся вода, которая все же просачивается через коффердамы, активно откачивается специальными водяными насосами.
Водоотводные туннели не всегда необходимы при строительстве бетонных плотин. Иногда река просто направляется через большую трубу и плотину, построенную вокруг нее.
Методы строительства, используемые при строительстве плотины, зависят от типа строящейся плотины. Первый этап строительства включает удаление всех оставшихся после отвода реки скальных образований. Скалы взрываются, их остатки в виде щебня впоследствии можно использовать для строительных работ.
Строительство водохранилища – это один из самых ответственных этапов строительства всей ГЭС. Дно этой гигантской запруды должно быть хорошо проверено на наличие природных трещин, через которые могла бы уходить вода. Если трещины имеются, они расширяются бурением и в них под высоким давлением закачивается специальный водостойкий цементный раствор. В ряде случаев, особенно если плотина строится на равнинной реке, дно хорошо бетонируется, причем перед армированием основного массива покрытия производится подбетонка природной поверхности. Чтобы вода не просачивалась в породу по краям плотины, необходимо устраивать специальные бетонные плинтуса.
При строительстве плотины также возводятся и сопутствующие сооружения, главным из которых является здание самой электростанции, где размещаются генераторы. Сами турбины находятся в теле плотины. После полного завершения всего строительства водозаборный тоннель закрывается, и озеро начинает заполняться водой. Закрытие водоотводного туннеля осуществляется в два этапа. Во время низкой подачи большой многоразовый стальной строб опускается через вход. Обходной тоннель после этого преграждается бетонной пробкой. В некоторых дамбах водоотводные выходы устроены по типу штепсельных вилок, чтобы в случае экстренной ситуации воду можно было быстро выпустить.
Видео как работает плотина
Заключение
Любая плотина, даже небольшая, требует не только выполнения очень большого объема земляных и взрывных работ, но и привлечения самых высококвалифицированных специалистов. Также необходима специальная техника в большом количестве, но самое главное – требуются проверенные временем технологии сооружения таких станций, которые имеются только в экономически развитых странах.
Проектирование и строительство дамб
Дамба — это сооружение гидротехнического характера, представляющее собой трапециевидную конструкцию в виде земляной насыпи или бетонного сооружения. Основная функция этого сооружения заключается в создании ограждения, препятствующего неконтролируемому перемещению воды на определенной территории. Дамба по своему строению очень похожа на плотину, но имеет упрощенную конструкцию и выдерживает меньшую нагрузку.
Виды и функции
Вид будущей дамбы определяется исходя из того, для каких целей она строится. А назначения у нее могут быть разные:
В зависимости от конкретного назначения, дамбы могут быть напорными и безнапорными. Напорные выполняют защитные и барьерные функции. Безнапорные используют для коррекции русла реки.
По расположению к водоему грунтовая насыпь может быть контурной, то есть располагаться по краю берега и разделительной (располагается на перешейке парных прудов). Также, в зависимости от того, как образовалась дамба, она может быть естественной и искусственной.
Естественные дамбы — это заторы из бревен, веток и прочих материалов, нанесенных потоком в течение определенного времени. Искусственная дамба может быть сделана из разных материалов. Например, из грунта, камней или бетона.
Дамбы могут строиться для постоянной эксплуатации и для временного пользования. Последние обычно создают в экстренных ситуациях, например, при наводнении или угрозе шторма.
Структура дамбы
Дамба, созданная из грунта или камней и грунта, состоит из нескольких слоев: основа, ядро, тело и каменная посыпка. Есть и другой способ создания дамбы, когда вся она складывается из водонепроницаемого грунта.
Если проектом предусмотрено, что по плоскости дамбы будет проходить транспорт, ее необходимо сделать такой высоты, чтобы транспортное полотно не покрывалось водой даже при условии, что уровень воды будет максимальным. Ширина дамбы, соответственно, должна быть равна ширине дорожного полотна.
Строительство дамб с помощью металлического шпунта
Грунтовые и земляные дамбы не всегда удобны в эксплуатации. Например, их возведение и использование будет достаточно непростым в водоемах небольшого размера. В таких ситуациях, чтобы уменьшить размеры дамбы, ее стенки обжимают. Такая дамба имеет верхнюю часть в форме трапеции и вертикальные нижние стенки.
Рано или поздно дамбы размываются, и тогда их необходимо укрепить. И самым лучшим способом укрепления также являются шпунты.
Технология строительства
К строительству дамбы предъявляется ряд обязательных требований:
Строительство дамбы происходит в несколько этапов:
Монтаж укрепления производится с помощью металлопрофильных шпунтовых свай.
Подрядная компания Лимакмаращстрой занимается проектированием и строительством зданий и сооружений любой сложности. За нашими плечами — масса разнообразных проектов: Дамба Моглидже, Дамба Юсуфели, Дамба питьевой воды (г. Анкара) и другие. Чтобы узнать условия сотрудничества, позвоните по номеру, указанному на сайте, или напишите нам на почту.