Как просто объяснить детям, зачем и для чего люди строят плотины

Плотины являются древнейшими инженерными сооружениями. Люди строят плотины с целью покорить природную силу рек. Преградив поток воды, можно перенаправить речку в засушливую землю. Вода, заточенная в водохранилище, создает запас питья для многочисленного населения города. Она может вращать турбины, давая электроэнергию. Без плотин было бы невозможно использование водных ресурсов в таких масштабах, как сегодня.

Для чего сооружаются плотины?

Известно, что вода – добрый друг и помощник человека. Она – удобная дорога: по морям и рекам плавают корабли, перевозя людей и грузы. Вода дает питье и пищу (рыбу), побеждает засуху, оживляет пустыни, повышает урожайность садов и полей. Послушно вращая турбины на гидроэлектростанциях, вода дает электроэнергию. Именно поэтому многие города возведены на берегах рек.

Плотины позволяют использовать водные ресурсы в различных целях в очень большом объеме.

Первой плотине больше 5000 лет

Одна из первых плотин была построена в Египте примерно в 3100 г. до н. э. У нее есть свое имя – Садд эль Кафара или Плотина неверных. Садд эль Кафара уже давно не работает, но остатки сооружения сохранились. Известно, что ее строили около 10 лет. Длина сооружения достигала 111 м, высота – 14 м. Базовая ширина составляла 98 м.

Египтяне построили Садд эль Кафару, чтобы защититься от наводнения.

Однако одно из наводнений привело к ее обрушению. Египетским инженерам пришлось строить новые сооружения. Некоторые из древнейших плотин работают по сей день. Например, испанские плотины Cornalvo и Proserpina. Они были возведены в 100 г. н. э. с целью накопления воды для орошения полей. Оба сооружения грунтовые, но Cornalvo выглядит более солидно – имеет длину 194 и, высоту 28 м и облицована камнем. Proserpina не такая высокая, высотой 12 м, но длинная, длиной 428 м, оснащена бетонной подпоркой.

Современная плотина – какая она?

Современные плотины возведены с использованием последних достижений в области науки и техники.

Сегодня плотины в основном строятся для работы ГЭС, дающих дешевое электричество.

В ГЭС (гидроэлектростанции) кинетическая энергия падающей воды преобразуется в механическую энергию вращающейся турбины. Затем, посредством генератора, она превращается в электрическую энергию.

Современные плотины представляют собой гигантские бетонные сооружения, поражающие своим размером и мощью. Они служат для нескольких целей одновременно. Инженерные сооружения эксплуатируются с постоянным контролем состояния. При необходимости работники настраивают их на нужный режим работы и ремонтируют.

На что способна?

Сооружение преграждает поток реки, в результате чего по одну сторону уровень воды значительно повышается. Как правило, это способствует формированию искусственного водохранилища.

С какой целью сооружаются плотины, и чем они полезны для человека:

• позволяют сделать неглубокие реки пригодными для лесосплава и судоходства;
• помогают решить проблемы водоснабжения населенных пунктов и орошения сельскохозяйственных угодий;
• благодаря сосредоточению сильного напора становится возможным энергетическое применение воды;
• путем задержания воды в водохранилище и сброса можно увеличивать ее расход в засушливый период и уменьшать в паводок.

Типы

Плотины делают из всевозможных материалов: бетона, грунта, дерева, железобетона и др. В зависимости от этого отличают плотины бетонные, железобетонные, металлические, грунтовые, деревянные.

Сооружения могут пропускать воду различными способами или быть глухими. Типы плотин:

• Глухие. Не дают воде переливаться через гребень.
• Водосливные. Предназначены для сброса избыточной воды. Оборудованы водосливными затворами или глубинными водоспусками.
• Станционные. Имеют водозаборные отверстия, оснащенные соответствующим оборудованием, и водоводы, которые питают турбины ГЭС.
• Разборные судоходные. Оборудованы разборными мостами и затворами. В многоводный период пропускают суда и плоты через шлюз, а в маловодный навигация осуществляется в верхнем барельефе.

Но самое важное в плотине – это надежность и способность выдерживать огромные нагрузки. Чтобы сделать сооружения крепкими, инженеры придумали, как можно противостоять давлению воды. В зависимости от способа восприятия нагрузок плотины бывают:

• арочные;
• гравитационные;
• арочно-гравитационные;
• контрфорсные.

Чем вредны плотины

Энергия, получаемая из гидроэлектростанций, одно время считалась одной из самых экологически чистых. Почти на каждой мало-мальски крупной реке возводились ГЭС. Однако уже в советское время люди обнаружены, что от плотин на реках исходит вред.

Казалось бы, что такого? Перенаправить великие многоводные северные реки, которые «без толку» текут в Ледовитый океан, на засушливый и жаркий юг. Столько пользы будет: безводные степи зацветут, зазеленеют. И машин нанимать не нужно, силы, деньги на обводнение тратить не придется. Всего-то требуется – построить гигантскую плотину. Но все оказалось не так просто.

Если перегородить реку бездумно, родятся искусственные моря. Разлившись, они затопляют огромные пространства.

На дне морском может оказаться множество сел, деревень, городов. Уйдут под воду хлебные поля и прекрасные леса. Даже климат от такой «перестройки природы» поменяется. Вот как влияет плотина на окружающую среду:

• меняет температуру воды, а следом и микроклимат;
• усложняет миграцию рыбы;
• затопляет часть прибрежной зоны, в том числе плодородные земли;
• замедляет течение реки, приводит к пересыханию притоков, появлению болот;
• если сооружение разрушится, может погибнуть множество людей.

Полезно знать. Перед строительством плотин с водохранилищем власти города переселяют тысячи местных жителей.

Крупнейшие плотины России: где находятся и с какой целью используются

Самые крупные плотины России – станционные, и являются основными узлами ГЭС. В стране работает больше 100 гидроэлектростанций, около 15 из них считаются крупными. Все вместе они вырабатывают около 17% электроэнергии.

Саяно-Шушенская ГЭС

Самая высокая и мощная гидростанция России –  Саяно-Шушенская ГЭС. Она расположена на реке Енисей в Республике Хакасия (поселок Черемушки). Ее высота составляет 242 м, а длина – 1 км 74 м.  Сооружение представляет собой гидроэнергетический комплекс, питающий несколько алюминиевых заводов и поставляющий электроэнергию в Сибирь. Тип Саяно-Шушенской ГЭС – арочно-гравитационный, бетонный. Как она выглядит:

Она является верхней ступенью Енисейского каскада ГЭС. Плотину строили с 1963 по 2000 год. В 2009 году на станции произошла крупная авария. На сегодняшний день ГЭС полностью обновили, и она стала одной из самых современных в России и мире.

Чиркейская ГЭС

Мощнейшая ГЭС России – Чиркейская. Она находится в ущелье на реке Сулак в Республике Дагестан. Выглядит плотина очень живописно: высочайшая двояковыпуклая арочная конструкция среди гор и ярко-бирюзовой толщи воды.

Высота Чиркейской ГЭС немного меньше Саяно-Шушенской – 232,5 м, а длина составляет 338 м. В пресс-службе «РусГидро» рассказали, что когда ГЭС работает на полную мощность, она может одновременно зарядить 100 млн мобильников или дать питание 20 млн телевизоров.

Чиркейскую ГЭС начали строить в 1964 году. Сегодня в гидроузел входят: арочная плотина, расположенное возле нее здание ГЭС с двухрядным расположением гидроагрегатов и туннельный водосброс. Прямо перед станцией раскинулось водохранилище с полезным объемом воды 1,32 млрд м3. Фото:

Гидроэлектростанция имеет важное экономическое значение. Ее основное назначение в регулировке нагрузки в Объединенной энергосистеме Юга России. Она способна быстро заместить мощность в случае аварии на тепловых электростанциях. Также Чиркейская ГЭС обеспечивает надежное водоснабжение многих населенных пунктов и орошение сельхозугодий. При станции располагается рыбоводное хозяйство, которое специализируется на выращивании форели.

Красноярская гидроэлектростанция

Красноярская ГЭС входит в Енисейский каскад ГЭС и является третьей его ступенью. Ее особенностью является наличие единственного в России судоподъемника. Красноярскую ГЭС построили в 1955-1971 гг. В то время она была самой мощной гидроэлектростанцией СССР и крупнейшей станцией в мире.

Назначение Красноярской ГЭС заключается в обеспечении электроэнергией Красноярского края. Она покрывает больше 30% потребностей в регионе. Помимо этого, гидроузел защищает край от наводнений и обеспечивает работу речного транспорта.

Плотина Красноярской ГЭС относится к гравитационному бетонному типу. Ее длина составляет 1 км 72,5 м, высота – 128 м. Находится чудо инженерной мысли в 23 км от г. Красноярска у г. Дивногорска. Фото:

Волжская ГЭС

Волжская ГЭС находится на реке Волга и представляет собой нижнюю ступень Волжско-Камского каскада ГЭС. Помимо обеспечения надежной работы Единой энергосистемы России, ее назначение в обеспечении крупнотоннажного судоходства, орошении и водоснабжении засушливой местности.

Плотину начали строить в 1950 году, а через 8 лет станцию ввели в эксплуатацию. Станция стала основой нового производственного комплекса. Некогда небольшой поселок на берегу Волги переродился в город Волжский.

Гидроузел состоит из комплекса плотин. Волжская ГЭС содержит 3 земляные плотины, водосборную плотину с рыбоподъемником, здание ГЭС с донными водосбросами, судоходные шлюзы, дамбы, походные каналы. По сооружениям положена железная и автомобильная дороги.

Длина гидроузла составляет примерно 5 км. Средняя высота сооружения – 40 м. Величественно и грандиозно выглядит Волжская ГЭС. Фото:

Вопросы и ответы

Чем плотина отличается от дамбы?

Дамба и плотина – гидротехнические сооружения. Они могут быть построены из одинаковых материалов и практически не отличаться внешне. Но разница между ними есть. Гидротехнические сооружения строят с разной целью. Плотина всегда рассчитана на мощный напор воды. Дамбы чаще возводятся для защиты местности поблизости крупной реки от затопления. Они могут выдержать напор определенной силы. Сооружения вдоль границ водоемов называют контурными. Дамбы можно увидеть в портах, где они ограждают акваторию от воздействия волн и обеспечивают спокойное движение судов. Они относятся к типу безнапорных. Дамбы могут регулировать ширину русел рек, разделять или соединять потоки для направления движения воды в нужном направлении.

В чем отличие плотины от гидроэлектростанции?

Плотина и гидроэлектростанция – части гидроузла. Плотина преграждает реку и задерживает воду. ГЭС представляет собой комплекс сооружений с оборудованием. Именно в ней энергия водного потока преобразуется в электроэнергию. ГЭС без плотины считаются малыми. Они не могут вырабатывать столько электрической энергии, но являются более экологичными.

Подводя итоги, плотина нужна человеку для задержания воды, поднятия ее уровня в реках, строительства ГЭС, дающих дешевую электроэнергию. Она позволяет максимально использовать водные богатства. Но есть и обратная сторона медали. Массовое строительство гидротехнических сооружений с плотинами привело к нарушению многих рек, уменьшению разнообразия рыбы. В мире только третья часть рек длиною больше 1 тыс. км остаются свободно текущими. Происходит разрушение среды обитания растений и животных, пересыхают притоки рек и ручьев. Крупные ГЭС вредят экологии, но отказаться от их использования человечество пока не может.