A gát olyan hidraulikus építmény , amely a vízfolyást elzárja a vízszint emelése érdekében , emellett a műtárgy helyén a nyomás koncentrálására és tározó létrehozására is szolgál [1] .
A kis patakokon lévő gátakat [2] , valamint az ideigleneseket [3] gátaknak is nevezik .
A gátak általában egy hidraulikus építmények komplexumának részét képezik ( vízielektromos komplexum ), amelyet egy adott helyen építenek a vízkészletek különféle célokra történő felhasználására: melioráció , vízenergia , legelők öntözése és mások. A gátak gyakrabban szerepelnek a folyami hidraulikus építmények csoportjában (nem pedig a rendszeren belüli, csatornákon elhelyezkedő). Ha egyidejűleg a szerkezetek komplexuma összefügg a folyó vízfelvételével , akkor vízfelvételi vízi komplexumnak nevezzük.
Általános esetben a vízi komplexum összetétele, ahol a gátak találhatók, a következő:
A gát rendeltetésének megfelelően tározó, vízleeresztő és vízemelő található. A vízemelő gátak holtága alacsony, az ilyen gátak célja a folyóból történő vízvétel feltételeinek javítása, a vízenergia felhasználás stb. a létrehozott tározó térfogata. A nagy tározógátak megkülönböztető jellemzője az áramlás szabályozásának képessége, a kis gátak, amelyek például tavakat hoznak létre, nem szabályozzák az áramlást. Leggyakrabban a gátak ilyen funkcionális felosztása tározókra és átemelőgátakra feltételes, a fontosabb funkció meghatározásának nehézsége miatt. Ehelyett a gátak vízemelkedési magasság szerinti felosztása használható: kisnyomású (vízmélység a gát előtt 15 m-ig), középnyomású (15-50 m), nagynyomású (további mint 50 m).
Gátakat építenek folyókon és patakokon, hogy megemeljék a vízszintet, és mesterséges vízesést alakítsanak ki , amelyet mechanikus erőként használnak, vagy a sekély folyókat hajózhatóvá teszik, és a hajózást és a raftingot továbbterjed a folyásiránnyal szemben.
A patakokat, vízmosásokat, szakadékokat és mélyedéseket gátak zárják el, hogy visszatartsák bennük az eső- és hóvizet, tavakat és tározókat képezve, amelyek tartalékait a száraz évszakban szántóföldek öntözésére, öntözésre és egyéb háztartási szükségletekre, vagy vízellátásra használják fel. lakott területekre, hajózási csatornák ellátására, valamint a hajózáshoz nem megfelelő mélységű folyókba történő víz átvezetésére ( Msta folyó , Felső-Volga és mások).
A folyók mentén gátak épülnek, hogy a hajózási igényeknek megfelelően irányítsák az áramlást, a folyók, tavak és tengerek partjai mentén - az árvizek elleni védekezés és a tengervizek országba való behatolásának megakadályozása érdekében.
A gát típusát és felépítését a mérete, rendeltetése, valamint a természeti adottságok és a fő építőanyag típusa határozza meg. A gátak abban különböznek, hogy milyen alapanyagból épülnek, rendeltetésük és a víz áthaladásának feltételei szerint.
A fő anyag típusa szerint a gátakat megkülönböztetik:
A gátépítés művészete ősidők óta ismert. Hérodotosz vízemelő gátakat említ . Abu-l-Fida egy gátról számol be, amelyet a perzsák építettek, hogy elvezesse a vizet Tostara városából . I. Nagy Abbász 36 méter hosszú, 16 méter magas és 10 méter vastag kőgátat épített Kashan közelében , melynek lábánál egy csatornát szereltek fel a víz áthaladásához. Végül az ókorban igen nagy gátakat is építettek, hogy megvédjék a területeket az árvíztől, például az arabok a Kr.u. 2. században. e. Hasonló munkát Abu-l-Fida története szerint Nagy Sándor is végzett, hogy megakadályozza a Cadiz-tó árvizét a szíriai Emesa város közelében .
A legrégebbi ismert gát Kr.e. 3000-ből származik. Száz kilométerre volt Ammantól ; 4,5 méter magas és 1 méter vastag kőfal volt [4] [5] . Kr.e. 2800-ban [6] / 2600 [7]-ben Kairótól 25 kilométerre 102 méter hosszú gátat építettek; egy felhőszakadás hamarosan elpusztította [6] [7] . A 3. század közepén egy egész rendszer épült ki az indiai Dholavira város közelében [8] . A rómaiak sokféle gátat építettek, elsősorban a száraz időszakok tározóinak biztosítására [9] ; a legmagasabb római gát elérte az 50 méteres magasságot, és csak 1305-ben rombolták le [10] .
1998 óta a világ több tucat országában minden év március 14-én a „Nemzetközi Folyóhálózat” szervezet kezdeményezésére megünneplik „ A gátak elleni fellépés nemzetközi napját ” (egyébként: „ A folyók és víz védelmére irányuló cselekvés napja ” és az élet ") [11] . A gátellenes aktivisták már valódi eredményeket értek el: az Egyesült Államokban két hatvanméteres gátat bontottak le, Svédországban pedig törvényt hoztak, amely tiltja a tizenöt méternél magasabb gátak építését [12] .
A gravitációs gátak tömegükkel érzékelik a víztömegek nyomását. A nyírási ellenállás a gát alapjának az alaphoz való súrlódási vagy tapadási erői miatt következik be. Ennek eredményeként az ilyen gátak masszív jellegűek, gyakran közel trapéz keresztmetszetűek.
Az íves gátak a nyomást a víztömegekről a szurdok partjára (ritkábban mesterséges támasztékokra) viszik át. Emiatt az ilyen gátak gyakran épülnek hegyvidéki területeken, ahol a partok erős sziklákból állnak. Az íves szerkezet a terhelések egy részét átadja az alapnak. Sőt, minél szélesebb az ív, annál nagyobb nyomás nehezedik az alapra. Ez megköveteli a gát szélességének növelését az alsó részben, és íves gravitációs gátak megjelenéséhez vezet. A boltív alsó részén támpillérekkel ellátott íves gátakat íves támpilléreknek nevezzük. Náluk az ív működése a felső részre korlátozódik, ami lehetővé teszi az íves gátak szélesebb körű alkalmazását.
Az íves gravitációs gátak egyesítik az íves és a gravitációs gátak tulajdonságait.
A boltíves gátakhoz hasonlóan a hatékonyabb tervezési séma miatt csökkenthetik a gáttest tömegét, méreteit. A támgát fala vékonyabb, mint a gravitációs gátban, az alsó oldalról tartószerkezetekkel (falakkal) történő megerősítése miatt.
A föld- vagy földgátot talajanyagokból építik, beleértve a homokos, agyagos, agyagot, általában anélkül, hogy víz átfolyna rajta. A keresztmetszeti forma általában trapéz alakú [13] . A földgátak egyszerű kialakításúak, és nagyon sokféle geológiai körülmény között építhetők. Figyelembe véve ezt, valamint a gátépítés során a helyi építőanyagok felhasználását, a munkaerő szinte teljes gépesítését és a munkaerőköltségek csökkenését, a földgátak tekinthetők a vízvisszatartó szerkezetek leggyakoribb típusának. A földi gátak a gravitációs gátak közé tartoznak .
A földi gátak az emberiség történetének legkorábbi gátak közé tartoztak. Hosszú ideig ilyen gátak épültek Oroszországban. Híres a 18. századi zmeinogorszki gát, amelyet a kiváló orosz mérnök, Kozma Frolov épített .
A modern földgátak nagyon nagy méretűek, például a Nurek gát háromszáz méter magas, a Tarbela gát pedig 130 millió köbméteres. A gátak földrajzi elhelyezkedése rendkívül széles: a Vilyui , Ust-Hantai , Kolima gátak permafrost körülmények között épültek, Közép-Ázsiában épül a világ legmagasabb Rogun gátja, vannak gátak a Kaukázusban - Sarsangskaya , Mingachevirskaya , gátak ismertek. a Távol-Keleten, Kárpátokban, Krímben.
A talajgátakat a gáttest anyaga, kialakítása, munkamódszere, magassága, az aljzatban lévő áthatolhatatlan eszközök típusa szerint osztályozzák.
A legfeljebb 25 méter magas gátak alacsonynak, a közepesek a 25-75 méteres tartományban, a 75 méter feletti - a magasak. A különösen magas (150 m-nél nagyobb) gátakat „szupermagasnak” nevezik.
| Anyag | A gátépítés típusa | |||
|---|---|---|---|---|
| Homogén | központi maggal | képernyővel | membránnal | |
| földes | ||||
| Építési mód: talajlerakás rétegenkénti tömörítéssel; hordalék; robbanás körvonala |
Építési mód: hordalék; dömping |
Építési mód: hordalék; dömping |
Építési mód: hordalék; dömping | |
| Kő és föld | ||||
| Építési mód: visszatöltés; vázlat; hordalék |
Építési mód: visszatöltés; vázlat |
|||
| Kő | ||||
| Szerelési módszer: vázlat robbantással; dömping |
Építési mód: visszatöltés; vázlat; robbanás körvonala |
Építési mód: visszatöltés; vázlat; robbanás körvonala | ||
A korszerű földgátak tervezésénél a számításokat a statikus és dinamikus hatások feszültség-nyúlási állapotának figyelembevételével végezzük . A számítások elvégzése során számítógépeket használnak , a tervezőmérnöknek a rugalmasság és plaszticitás elmélete , a kúszás és a numerikus módszerek ismerete szükséges . A talaj munkáját a legfontosabb tulajdonságainak figyelembevételével modellezik , a kontinuummechanika módszereinek alkalmazása pedig a valósághoz nagyon közeli számítási eredmények elérését teszi lehetővé. A földgátak modern kialakítása néha figyelembe veszi a talajok reológiáját .
A gátak tervezésekor több számítási csoportot kell elvégezni, beleértve:
A gáttestben szűrési számítások szükségesek egyéb számításokhoz, például a lejtőstabilitáshoz. A gáton átszivárgó áramlás befolyásolja a gát egészének működését. A szűrési áramlási paraméterek meghatározzák mind a gát, mind a kapcsolódó létesítmények kialakítását. A szűrőszámítás során meghatározzák a talajvíz mozgásának sebességét, a gáttesten áthaladó szűrési áramlási sebességeket, kiépítik a szűrési áramlásmozgás hidrodinamikus rácsát és egy süllyedési felületet (a szűrőáramlás felső határa a gáttestben).
A bázis számításánál meghatározzák az alap beültetéseit, a talaj teherbíró képességét, előrejelzik az alap tömörödését (konszolidációját).
A gáttest számításai meghatározzák beültetéseit, ellenőrzik a talajanyagok szilárdságát, és értékelik a repedéseket.
A gát kialakítását nagymértékben meghatározzák a nyomvonal közelében elérhető helyi talajok tulajdonságai. Az építési terület mérnöki és földtani helyzete, a folyó és lefolyás hidrológiai jellemzői, az éghajlati viszonyok, a terület szeizmikussága, valamint a szükséges építőipari géppark rendelkezésre állása is befolyásolja a tervezést.
A tervezés során a következő feladatokat kell megoldani:
A gát meghibásodása miatti kár rendkívül nagy lehet. Ennek oka az a tény, hogy maga a gátszerkezet megsemmisülése gyakran csak egy kis része a teljes kárnak, amely magában foglalja a kapcsolódó építmények tönkretételéből származó veszteségeket (mivel a gát szinte mindig csak egy része a vízi komplexumnak ), vállalkozások elvesztése, amelyek termelése megbénulhat a vízerőművekből származó bevételek következtében, a gát alsó szakaszában bekövetkezett katasztrófa okozta pusztulásból származó veszteségek.
Néhány nagyobb gátkatasztrófa listája [14] .
| dátum | Gát | Hely | Halálos áldozatok száma | Fénykép | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1928. március 12 | Szent Ferenc gát | San Francisquito kanyon , Coast Ranges , USA | körülbelül 600 ember | A gát a katasztrófa előtt. | Betondarab egy építményből fél mérföldre a letört gáttól (a darab magassága körülbelül 3 méter). Maga a gát is látszik a távolban. |
| 1941. augusztus 18., 1943. ősz |
Dneproges | Zaporozhye , Szovjetunió | 20-100 ezer ember. A német parancsnokság 1500 főre becsülte munkaerő-veszteségét. [15] [16] . Ezeket a számokat semmilyen dokumentum nem támasztja alá. | Dneproges 1942 nyarán. | Pusztulás egy vízi erőmű 1943-as felrobbanása után. |
| 1959. december 2 | Malpasse gát | Côte d'Azur , Franciaország | 423 fő | A gát maradványai. | |
| 1963. október 9 | Vayont gát | Monte Tok , Belluno , Olaszország | 2500 ember | Gátépítés. | Longarone városa katasztrofális hullám után. |
| 1975. augusztus 7 | Bainqiao gát | Zhumadian , Kína | 171 ezer ember | Gát a pusztulás után Archiválva : 2012. április 30. (Arch. forrás. Archiválva : 2012. április 30. 2012-04-30) | |
Az Orosz Föderációban a hidraulikus építmények biztonságát az Állami Duma által 1997. június 23-án elfogadott "A hidraulikus szerkezetek biztonságáról szóló szövetségi törvény" szabályozza. A gátakat a vonatkozó előírásoknak megfelelően kell megtervezni: építési szabályzatok és előírások ( SNiP ) , állami szabványok ( GOST ), megyei előírások (RD).
A biztonsági intézkedéseket már a tervezés szakaszában meg kell tenni. A gát építése során ellenőrizni kell a munkavégzés, az alapok és az építőanyagok tulajdonságainak a tervezési adatoknak való megfelelését. Az építmény üzemeltetése során terepi megfigyeléseket kell végezni - a gát felügyeletét vezérlő- és mérőberendezésekkel. A berendezések építménybe történő beépítéséről a tervezési munka szakaszában gondoskodni kell, és az építmény osztályától függően biztosítani kell a csapadék, a vízszintes elmozdulások, a gáttestben a szűrési áramlási paraméterek, a hőmérséklet, a feszültség-nyúlási állapot, valamint a stb.
A hardveres felügyelet mellett terepi vizuális és geodéziai megfigyeléseket kell végezni minden gáton . Az ilyen megfigyelések lehetővé teszik a szerkezet tényleges állapotának megállapítását és a projekt előrejelzéseknek való megfelelésének meghatározását, valamint a negatív folyamatok időben történő megelőzését.
Két eset fordul elő, amikor a gátak nem felelnek meg a tervezési és szabályozási követelményeknek:
A potenciálisan veszélyes állapot az építmény azonnali tönkretételét nem okozza, azonban azonnali intézkedéseket tesz szükségessé az állapot okainak megszüntetésére. A vészhelyzet előtti állapot azt jelenti, hogy a gát tönkretétele órákon belül megtörténhet, szükséges a lakosság evakuálása és a rendkívüli mentési munkálatok elvégzése.
A mérések elvégzése, a vészhelyzeti intézkedési terv és a vízi komplexum személyzetének készenléte a vészhelyzetekre megelőzheti a baleseteket és elkerülheti a tragikus következményeket. 1993-ban a Kurey-gátnál meredeken megnőtt a szivárgás a töltésen keresztül . Megtörtént a finomszemcsés talaj kimosása, hiba jelent meg, és elkezdett nőni a lejtőn, ami a víz néhány órán belüli katasztrofális áttörését fenyegette. A vízi komplexum vezetése a felső medence vízszintjének meredek csökkentésével, a kialakult tölcsér azonnali visszatöltésével és a repedés felvízi oldalról agyagos talajjal történő eltömődésével tudta megelőzni a katasztrófát.