Вода всюди. Вона тече річками і струмками, заповнює озера і моря, падає дощем з неба, б'є ключем з-під землі. Вода - це стихія, могутня і непокірна.
Тиха річка або спокійне море пестять наш погляд. Але ці ж річка і море можуть з шумом і гуркотом руйнувати берега, змивати дерева, зносити мости і цілі селища, топити величезні кораблі.
Волгу наш народ величає «матінкою-годувальницею» за те, що вона здавна годує багато людей і переносить на своїх плечах найважчі і громіздкі вантажі, які іншим способом так легко і дешево не перевезти.
Потужність падаючої води величезна. Кожна її тонна, падаючи з висоти 1 м зі швидкістю 1 м / сек, розвиває потужність близько 13 л. с. і може дати стільки енергії, скільки витратили б 20 чоловік, піднявши по 50 кг вантажу вище голови. Як зробити, щоб ця енергія не пропадала даремно?
Людина з найдавніших часів прагнув використовувати водну стихію, підпорядкувати її. В результаті накопичені великий досвід і знання в цій справі і створена велика наука про водне господарство. Та частина цієї науки, яка вчить способам управляти водою для нашої користі, називається гідротехніки. А засобами управління водною стихією служать численні гідротехнічні споруди, з типовими формами яких ми і познайомимося.
Основне і найдавніше за походженням гідротехнічна споруда - це гребля, або загата. З її допомогою створюються: ставок, водосховище і навіть штучне море, в якому накопичується великий запас води; гребля утворює штучний водоспад, на якому зосереджується енергія падіння води.
Так влаштований і діє судноплавний шлюз.
Зібравши воду у водосховищі, можна її зберігати і витрачати на свій розсуд - підтримувати необхідну для судноплавства глибину річок або зберігати весняну і дощову воду на все суху пору року. За допомогою водосховища можна запобігти повені, затримавши, або, як кажуть, «зрізавши», небезпечний надлишок води. У штучному ставку можна розвести рибу. Затопивши болотисті ділянки, можна оздоровити клімат, а затопивши пороги на річці - зробити її судноплавною. На створеному греблею перепаді можна встановити водяні колеса або турбіни і отримати електричну енергію.
Рівень води перед дамбою називається верхнім бьефом, нижче греблі - нижнім бьефом.
Різниця по висоті між горизонтами верхнього і нижнього бьефов становить величину перепаду, або напору, води.
Річки дуже рідко перекривають глухими греблями, т. Е. Такими, через які не може переливатися вода. Зазвичай гребля має глуху і водозливна частини. Остання попереджає переповнення водосховища і дозволяє, коли треба, спускати воду вниз.
Найпростіша водозливна гребля - це бетонний або кам'яний поріг, через який може вільно переливатися вода. Якщо потрібно строго регулювати витрату води і рівень б'єфу, то на гребені ставлять бички, а прольоти між ними закривають металевими щитами. Якщо треба іноді річку залишити вільною, без підпору, роблять не гребінь, а міцний поріг по дну річки. На ньому ставлять бички і закривають на всю висоту щитами. Іноді греблю роблять у вигляді глухої стіни з донними отворами і затворами для спуску води.
При греблі, яка утворює штучний перепад води, найважливіше спорудження -гідроелектростанція. Дуже часто великі греблі і водосховища споруджуються саме заради можливості побудувати гідроелектростанцію.
На судноплавній річці при греблі обов'язково будують судноплавний шлюз, за допомогою якого суду переправляються з верхнього б'єфу в нижній або навпаки.
Щоб риба, що йде по річці від низу до верху, могла подолати греблю, нерідко споруджують спеціальні лотки-рибоходи або ліфти-рибопод'емнікі.
Гребля, гідроелектростанція, судноплавний шлюз і проїжджати утворюють гідровузол.
Приклади такого гідровузла - Цимлянський на Дону, Волзький у м Куйбишева.
Також давно, як і греблі, люди будують штучні канали.
Першими каналами в історії людської культури були зрошувальні.
Будували їх для поливу полів, городів, садів в жарких країнах, там, де дощів випадає дуже мало.
Схема Волго-Донського судноплавного каналу.
В Єгипті, Індії, Китаї, в долинах наших середньоазіатських річок - Сирдар'ї, Зеравшану, Аму-Дар'ї - до сих пір збереглися зрошувальні канали тисячолітньої давності. Сучасні зрошувальні канали бувають такі великі, що за ним можуть навіть плавати пароплави. Щоб вода не просочувалася з каналу в землю, русло зрошувальних каналів нерідко покривають непроникною одягом з бетону.
Там, де зрошуються великі площі землі, зрошувальні канали утворюють складну систему.
Головна артерія, або магістральний канал, сучасної зрошувальної системи забирає воду з природного джерела її за допомогою спеціального головного споруди або насосної станції. Від цього головного каналу відгалужуються багато другорядні розподільники, і так аж до останньої канавки або борозни на поле, з якої вода вбирається в грунт. На розгалуженнях каналів ставляться бетонні споруди - регулятори, водовипуски, які мають те саме призначення, що і крани в водопроводах.
Поряд з зрошувальними каналами бувають канали осушувальні. Система їх, на відміну від зрошувальних, відводить воду з дуже вологого грунту (див. Ст. «Як осушують болота»).
Після того як люди навчилися споруджувати зрошувальні і осушувальні канали, вони почали будувати і судноплавні. Їх будують такими широкими, щоб два великих зустрічних судна змогли вільно розходитися і досить вільно рухатися.
Поєднання штучних судноплавних каналів, споруд на них та іноді штучних водосховищ з ділянками природної річки утворює водний шлях, який називають судноплавної системою.
У нашій країні за роки Радянської влади побудовані великі судноплавні системи. Наприклад, Біломорсько-Балтійський судноплавний шлях з дев'ятнадцятьма шлюзами і п'ятьма великими греблями тягнеться від Онезького озера до Білого моря на 227 км; канал ім. Москви довжиною 128 км має 9 шлюзів, 8 гребель і 5 великих насосних станцій.
Волго-Донський канал пов'язує Чорне море з Балтійським і Каспійським. Канал має 13 шлюзів і 3 б'єфу, утворених греблями в руслах Волги і Дону. Три потужні насосні станції перекачують в канал воду з Дону. Суду, які вилітають із Волгу, піднімаються на вододілі на 88 м і опускаються до Дону на 44 м.
На гідротехнічному будівництві працюють машини. (Зверху вниз: екскаватор «пряма лопата» зсипає вийнятий грунт в автосамосвал; бульдозер розрівнює грунт; крокуючий екскаватор - драглайн - розробляє виїмку для майбутнього каналу; багатоковшовий екскаватор виробляє планування укосів каналу.
Щоб річка в повінь не затопила посіви, вулиці і будинки, із землі роблять дамби обвалування. Вони тягнуться іноді на сотні кілометрів.
Рівнинні річки міліють до осені, утворюючи безліч перекатів - піщаних мілин, через які не можуть проходити судна. Щоб створити на перекатах потрібну глибину, зводять виправні споруди - дамби з каменю і хмизу. Вони стискають русло, прискорюють протягом води і змушують її поглиблювати дно річки.
Іноді на дні річки прокопують канали. Таку роботу називають днопоглибленням.
На берегах морів і великих озер створюються гавані і порти для стоянки, навантаження і розвантаження суден. У гаванях і портах будують хвилерізи і пірси для захисту суден від великих хвиль. Для ремонту і огляду підводної частини кораблів будують доки. Це величезні бетонні коробки, в які через спеціальні ворота вводиться ремонтується судно. Ворота закриваються, вода з коробки відкачується. Щоб судно вивести назад, док наповнюють водою і відкривають ворота.
Ось коротко основні гідротехнічні споруди, які служать засобом підкорення води. Тепер познайомимося з тим, як ці споруди створюються.
Перш ніж побудувати гідротехнічна споруда, складають його проект. Це - точне зображення споруди на папері. Це також підрахунок обсягу робіт, кількості матеріалів, машин, людей і інших засобів, необхідних для побудови споруди; це вибір найкращого способу і плану побудови споруди. І перш за все - це справжній творчий задум, як краще здолати водну стихію і змусити її служити людині. Вода нелегко піддається приборкання. Вона може перекинути або зрушити важку бетонну греблю, може підмити її, може зруйнувати земляну греблю, якщо вони побудовані недостатньо надійно. Яке, наприклад, лихо сталося в Південній Франції, коли вночі звалилася величезна гребля Мальпассе, що утримувала близько 50 млн. М³ води! Ринула з водосховища вода затопила все внизу по річці, зруйнувала частину приморського міста і погубила більше 400 людських життів. Звичайно, такого випадку не можна допустити. Але для цього потрібно заздалегідь так розрахувати спорудження, щоб воно було міцним, надійним і здатним протистояти всяким випадковостям.
Щоб можна було так запроектувати надійне і, звичайно, найбільш дешеве і корисне спорудження, потрібно багато чого вивчити і багато знати. Потрібно вивчити річку, на якій будується споруда, її потужність і характер, або, як кажуть, її гідрологічний режим. Потрібно сяяти точні плани місця, де споруда повинна бути розташована, і щоб вивідати геологію цього місця, т. Е. Знати на достатню глибину грунти під спорудою, їх характер і особливості. Зовсім по-різному розраховуються і ставляться споруди на скелі, глині або піску. І на піску можна побудувати велику споруду - потрібно тільки оволодіти необхідними знаннями та правильно провести технічні розрахунки.
Гідротехнічні споруди здебільшого свого тіла бувають занурені в землю і воду. Коли гребля, або гідростанція, або судноплавний шлюз побудовані і введені в дію, ми бачимо над водою або з поверхні землі в кращому випадку одну третину їх. Як правило, ці споруди будуються в глибоких котлованах. У рідкісних випадках котлован залишається сухим. Найчастіше в нього знизу і зверху надходить вода, яку доводиться безперервно відкачувати, поки потрібно класти бетон або вести інші роботи.