История развития гидротехники

                       

 

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………….	3
ГЛАВА I. Понятие гидротехники……………………………………………	4
ГЛАВА II.   Краткая история развития гидротехники....................................	5
ГЛАВА III. Развитие гидротехники как науки...............................................	7
Заключение..........................................................................................................	11
Литература..........................................................................................................	12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Введение

 

Вода имеет огромное значение в жизни и хозяйственной деятельности человека. Она используется для получения электроэнергии, орошения земель, судоходства, рыбного хозяйства, водоснабжения населения и т. д.

Актуальность выбранной темы очевидна. Использование воды связано с возведением различного рода гидротехнических сооружений, так как в большинстве случаев не представляется возможным использовать водоисточник, например, без поднятия уровня воды в нем и распределения водного потока по потребителям. Так, для получения электроэнергии создаются водохранилища, для обеспечения водой прудов рыбопитомника — головные пруды и сети водоподводящих каналов и т. д.

Объектом исследования является гидротехника как отрасль науки и техники.

 Предметом исследования является изучение истории развития гидротехники.

Цель работы дать общую характеристику гидротехнике как отрасли науки и техники, занимающейся изучением водных ресурсов, их использованием для различных хозяйственных целей и борьбой с вредным действием вод при помощи инженерных сооружений.

При выполнении работы мною были поставлены следующие взаимосвязанные задачи:

1. Изучить теоретический  материал по заданной теме (нормативно-правовые  источники, учебную литературу и  статьи из периодических изданий).

2. Раскрыть понятие гидротехники, его предмета и методов.

3. Дать определение понятия  и раскрыть содержание развития гидротехники как науки.

5. Сделать обобщающие  выводы по изученной теме.

 

 

 

ГЛАВА I. Понятие гидротехники

Гидротехника (от гидро... и техника), отрасль науки и техники, занимающаяся изучением водных ресурсов, их использованием для различных хозяйственных целей и борьбой с вредным действием вод при помощи инженерных сооружений.

Гидротехника имеет следующие основные направления (в зависимости от обслуживаемой отрасли водного хозяйства): использование водной энергии; обеспечение судоходства и лесосплава по водным путям; орошение, обводнение и осушение сельскохозяйственных земель; водоснабжение населения, транспортных и промышленных предприятий; отведение с благоустроенных территорий избыточных, сточных и загрязнённых вод: обеспечение необходимых условий для рыбного хозяйства (пропуск рыбы через гидротехнические сооружения, создание водоёмов для нереста рыбы, её искусственного разведения и др.); защита населённых пунктов, промышленных объектов, линий транспорта, связи, различных сооружений от вредного действия водной стихии. Такое деление гидротехники является в известной мере условным, т.к. в большинстве случаев использование вод носит комплексный характер, т. е. одновременно решается несколько водохозяйственных задач. Примерами многостороннего использования водных ресурсов могут служить, например, канал им. Москвы, Волго-Донской комплекс, гидроузлы на рр. Волга, Днепр, Дон, Енисей и др.

Являясь прикладной наукой, гидротехника опирается на ряд других наук о воде — гидрологию, гидромеханику, гидравлику и ряд научных дисциплин инженерно-строительного цикла — инженерную геологию, механику грунтов, строительную механику, теорию упругости, строительные конструкции, технологию строительного производства и др.

 

 

                      ГЛАВА II.   Краткая история развития гидротехники

 

История гидротехники начинается с древних времён. Потребность в орошении полей привела к появлению гидротехники.

В Египте неподалёку от Вад эль Гарави сохранились останки плотины, сооружённой в 27 столетии до нашей эры. Это была каменная плотина с ядром из гравия. Высота её составляла 14 м, длина гребня — 113 м. Поверхность её была облицована вырезанным камнем. Основным предназначением её было сдерживание наводнений. Тем не менее она так и не была введена в эксплуатацию. Её центральная часть была разрушена наводнением, которое произошло на последнем этапе строительства. Дело в том, что строители не предусмотрели отводных каналов для реки на время строительства, а ядро её не было в достаточной мере защищено от эрозии. Последствия аварии были столь серьёзными, что последующие 8 веков египтяне не предпринимали строительства никаких плотин. Это самая старая крупная плотина, известная на сегодняшний день.

Сооружение плотины Мариб на р. Данах в Йемене началось приблизительно в 510 году. Время завершения строительства точно неизвестно. Основная часть плотины представляла собой насыпь высотой 20 и длиной 510 метров с достаточно крутыми откосами. Дороги на гребне плотины не было. Наращивание производилось слоями, но не вертикальными, как это принято сегодня, а параллельно откосам, что упрощало задачу. По краям дамбы находились два внушительных водостока. Тем не менее, дамба справлялась только с умеренными наводнениями и часто не выдерживала наводнений обеспеченностью раз в 50 лет. Последний раз она была разрушена, на этот раз без восстановления, спустя 13 веков после своего строительства. 50 000 людей, которые зависели от нормального функционирования плотины, вынуждены были переселиться.

В середине третьего тысячелетия до н. э. Китай был высокоцивилизованным государством. Из этого времени к нам пришла легенда, а скорее быль, об инженере-гидростроителе — великом Юе. Люди селились вдоль рек и испытывали много бед от наводнений. В 2283 г. до н. э. (время императора Яо) Юй предложил проекты регулирования рек. Им были разработаны методы очистки и углубления русла рек, прокладки каналов. Осуществление проекта заняло 8 лет. Юй стал известен во всём государстве, а после смерти императора Яо был избран императором. Постепенно память о Юе превратилась в культ: по берегам рек и каналов ставили многочисленные храмы, посвящённые великому Юю — Патрону гидростроительства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА III. Развитие гидротехники как науки

Гидротехнические сооружения являются прикладной технической дисциплиной, базирующейся, в основном, на фундаментальной науке - механике. Без развития таких разделов механики, как механика твердых деформируемых тел и гидромеханика, становление теории гидротехнических сооружений было бы невозможно. Не случайно, что именно выдающиеся механики прошлого стали первыми теоретиками в области гидротехнических сооружений.

Первым специальным трудом по гидротехнике принято считать работу Симона Стевина, вышедшую в 1586 году. В ней впервые была дана треугольная эпюра давления воды (графическое изображение закона изменения давления воды от глубины) на верховую грань плотины. Важной вехой в теории расчета плотин является вышедший в 1750 г. труд Бернарда Фореста де Белидора, в нем приведены первые расчеты плотин на устойчивость. Французский инженер М. де Сазили впервые стал определять напряжения в гравитационных плотинах методами сопротивления материалов (1853 г.) и построил экономичный (равнопрочный) профиль гравитационной плотины при воздействии на нее двух нагрузок - собственного веса сооружения и гидростатического давления верхнего бьефа (часть водоёма, расположенная по течению выше плотины).

В России первым профессионалом-гидротехником можно считать путейского инженера Мельникова, опубликовавшего в 1836 году «Основы практической гидравлики», ему принадлежит проект расчистки порогов и строительства плотины на р.Волхов. Впоследствии Мельников стал первым русским министром путей сообщения.

Однако настоящее развитие теория гидротехнических сооружений получила, начиная со второй половины XIX века. Во многом развитию теории плотиностроения способствовал анализ нескольких аварий на плотинах, произошедших в конце века.

Первая крупная авария с каменно-набросной плотиной Джонстаун (США) произошла в 1889 г. Плотина была построена в 1839 г., в 1875 г. наращивалась до высоты 23 м. В мае 1889 г. плотина разрушилась вследствие дождевого паводка. Погибло 2 тыс. человек.

Во второй половине XIX века французы строили много ирригационных плотин в Алжире. Гравитационная плотина Хабра в Алжире высотой 38 м, шириной по подошве 26 м была разрушена в 1881 г., когда уровень воды в водохранилище поднялся выше расчетного на 4 м. В плотине образовались трещины вблизи контакта с основанием, и она потеряла устойчивость на сдвиг.

Еще более крупная авария во Франции произошла с плотиной Бузей. Гравитационная плотина Бузей (Bouzey), построенная в 1878-81 гг., имела столь обжатый профиль, что ее вряд ли рискнули бы возводить в настоящее время. При высоте 16 м она имела толщину по гребню 4 ми по подошве 12 м. В 1884 г. в низовом клине тела плотины образовалась наклонная трещина и произошел небольшой сдвиг плотины в нижний бьеф (часть водоёма, расположенная по течению ниже плотины). Плотина продолжала эксплуатироваться, и в 1895 г. плотина разрушилась на высоте 11 м ниже гребня (верхняя часть плотины) на участке в 180 м при общей длине напорного фронта (длина плотины воспринимающая гидростатическое давление) 550 м. Погибло 150 человек. Разрушение плотины вызвало широкую дискуссию, в которой приняли участие крупные инженеры и ученые того времени (Ренкин, Делор, Морис Леей). Морис Леей (1895 г.) считал, что плотина разрушилась вследствие неучета новой нагрузки - противодавления (взвешивающее давление на подошву плотины, направленное вверх). Он сформулировал требование, известное как «правило Леей»: напряжения на верховой грани плотины должны быть сжимающими и по величине не меньшими, чем gh (где g - плотность воды, h - глубина). В 1897 г. правительство Франции выпустило циркуляр, обязывавший при проектировании плотин учитывать противодавление. В начале XX века это правило стало повсеместным.

Среди плотин наиболее напряженной конструкцией является арочная плотина. Древние арочные плотины строились без расчетного обоснования и были весьма массивными. В начале XX века проявилась другая крайность: в это время в Калифорнии строилось много арочных плотин для ирригации, строительство велось также еще без должного расчетного обоснования. Многие из построенных тогда плотин настолько «смелы», что риск их эксплуатации превосходит разумные пределы.

Первой сознательно запроектированной арочной плотиной принято считать плотину, построенную в Провансе (Франция) в 1839 г. инженером Золя (отцом знаменитого писателя). Другие таковой считают плотину Золя, построенную значительно позже в Испании (1861 г.). Эта плотина имела большую высоту - 50 м, при толщине по гребню 5 м, по подошве - 49 м. По современным представлениям это плотина арочно-гравитационная. Золя для расчета арочных плотин применил теорию «чистой арки». Первой арочной плотиной, в которой в достаточной мере используется прочность материала (бетона) и развиваются высокие сжимающие напряжения, принято считать построенную в 1884 г. в Калифорнии плотину Беар Вэлли.

В конце XIX - начале XX века арочная плотина рассчитывалась либо как тонкое кольцо (котельная формула), или как тонкая арка. В 1913 году Х.Риттер предложил метод центральной консоли (конструкция жёстко закрепленная одним концом при свободном другом), который позволил учесть, что арочная плотина работает и как арка, и как стенка. Этот метод был существенно развит в 20-30е годы XX века американскими инженерами Бюро мелиорации США. Метод пробных нагрузок (арок-консолей), разработанный в Бюро мелиорации, сыграл выдающуюся роль в арочном плотиностроении. С его помощью были рассчитаны практически все современные арочные плотины. Многотомный труд Бюро мелиорации США «Treatise on Dams» («Трактат о плотинах») с описанием технологии проектирования и расчета плотин в течение полувека был настольной книгой проектировщиков всего мира. Лишь в 70-80-е годы XX века методы, описанные в «Трактате о плотинах», стали вытесняться более совершенными. Достаточно подробное описание истории развития методов расчета арочных плотин дано в специальной литературе.

Среди ученых-гидротехников XX века можно выделить специалистов по расчету и проектированию плотин Х.Вестергарда, В.Коина, Х.Риттера, М.Роша, Д.Тонини, А.Стукки, О.Зенкевича, крупнейшего специалиста по механике грунтов К.Терцаги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Наука, изучающая гидротехнические сооружения, а именно методы их проектирования и постройки, называется гидротехникой.

К важнейшим задачам гидротехники как науки относятся: изучение воздействий водных потоков на русла и гидротехнические сооружения, способов защиты прибрежных территорий от вредного воздействия водных потоков, разработка методов регулирования речного стока, исследование фильтрации воды через грунты оснований и сооружения (в особенности — земляные); разработка теории устойчивости гидротехнических сооружений и их оснований, прочности и надёжности гидротехнических конструкций, долговечности материалов для возведения сооружений и др.