2857

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В. М. Красильников

ИСТОРИЯ ГИДРОТЕХНИКИ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям

по дисциплине «История гидротехники» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,

профиль: Строительство инженерных, гидротехнических и природоохранных сооружений

Нижний Новгород

2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ…………………………………….6

2.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА…………….8

3.БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………….…….14

5

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1. Общие сведения о водных ресурсах, гидртехнике и гидротехнических сооружениях. Приводятся общие сведения о гидросфере (водных ресурсах) и

ее составляющих. Водное хозяйство и его составляющие. Понятие о гидро-

технике и гидротехнических сооружениях.

2.История гидротехники (древний мир). Рассматривается гидротехника Древнего Египта, Персии, Вавилона, Рима, Греции.

3.История гидротехники (средние века). Рассматривается гидротехника

вСредневековой Европе и Руси.

4.Современная гидротехника (XX-XXI века). Рассматривается гидро-

техника XX и XXI веков. Тенденции развития.

6

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА

Гидроте́хника— отрасль науки и техники, охватывающая вопросы использования, охраны водных ресурсов и борьбы с вредным действием вод при помощи гидротехнических сооружений.

Гидротехника имеет следующие основные направления применения:

Гидроэнергетика;

транспорт (обеспечение судоходства и лесосплава по водным

путям);

сельское хозяйство (орошение, обводнение и осушение сельско-

хозяйственных земель);

водоснабжение населения, транспортных и промышленных предприятий;

разведение рыбы (создание водоёмов для нереста рыбы, её ис-

кусственного разведения и др.);рекреация (реки, озера, пруды благоустрой-

ство для отдыха людей);

защита населённых пунктов, промышленных объектов, ли-

ний транспорта, связи, различных сооружений от вредного действия водной стихии.

Преобразование окружающей среды — строительст-

во плотин изменяет режим движения воды (изменение скорости движения воды приводит к тому, что горные реки могут превратиться в равнинные,

очиститься от взвешенных частиц; изменится льдообразование; дру-

гой биоценоз: другие сорта рыб), скопления больших масс воды делает кли-

мат более влажным, мягким, приводит к наведённой сейсмичности.

В большинстве случаев использование вод носит комплексный харак-

тер, то есть одновременно решается несколько водохозяйственных задач.

Примерами многостороннего использования водных ресурсов могут слу-

жить канал имени Москвы, Волго-Донской комплекс, гидроузлы на ре-

7

ках Волга, Днепр, Дон, Енисей и др.

История гидротехники начинается с древних времён.

Сад эль Кафара

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. Поверх-

ность её была облицована вырезанным камнем. Основным предназначением её был 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.

Мариб

Сооружение плотины Мариб на р. Данах в Йемене началось приблизи-

тельно в 510 году. Время завершения строительства точно неизвестно. Ос-

новная 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 нахо-

дились два внушительных водостока. Тем не менее, дамба справлялась толь-

ко с умеренными наводнениями и часто не выдерживала наводнений обеспе-

ченностью 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.

8

Гидростроитель Юй

В середине третьего тысячелетия до н. э. Китай был высокоцивилизо-

ванным 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 мето-

ды очистки и углубления русла рек, прокладки каналов. Осуществление про-

екта заняло 8 лет. Юй стал известен во всём государстве, а после смерти им-

ператора Яо был избран императором. Постепенно память о Юе преврати-

лась в культ: по берегам рек и каналов ставили многочисленные храмы, по-

свящённые великому Юю — Патрону гидростроительства.

Древняя Европа

В период расцвета античного Рима и Греции гидротехника получила огромное развитие: был создан водопровод в г. Аппия и г Рим. Общая про-

тяженность римских водопроводов составляла 436 км, из них 55 км - мосто-

вые сооружения. Они поставляли в город, славившийся своими фонтанами и банями, от 700 тыс. до 1 млн куб. м воды ежесуточно. Столь большое по-

требление воды связано с отсутствием запорной арматуры, и вода в системе текла непрерывно, обеспечивая промывку канализационных стоков.Так же была обеспечена канализация в Риме, предпринимались попытки осушить Понтийские болота.

Около 2 тысяч лет до новой эры в районе современных Нидерландов были построены дамбы, целью которых была защита низменных мест от за-

топления.

Примерно за 500 лет д. н. э. на Самосе функционировал морской порт с молами, примерно к этому же временному периоду можно отнести первые судоходные сооружения.

9

Хронология развития гидравлики

3 до н. э. положены основы гидростатики Архимедом;

15 в., Леонардо да Винчи лабораторными опытами положил начало экспериментальному методу в гидравлике;

16—17 в. С. Стевин, Г. Галилей и Б. Паскаль разработали основы гид-

ростатики как науки, а Э. Торричелли дал формулу для скорости жидкости,

вытекающей из отверстия;

18 в. И. Ньютон высказал основные положения о внутреннем трении в

жидкостях;

18 в. Д. Бернулли и Л. Эйлер разработали общие уравнения движения идеальной жидкости, послужившие основой для дальнейшего развития гид-

ромеханики и гидравлики;

конец 18 в. гидравлика приобрела значительное число эмпирических формул (А. Шези, А. Дарси, А. Базен, Ю. Вейсбах и др.)

19 в. работы О. Рейнольдса в теории турбулентности, исследования гидравлического удара Н. Е. Жуковским;

20 в. характеризуется синтезом теоретических и экспериментальных методов ученых Н. Н. Павловского, Л. С. Лейбензона, М. А. Великанова и др.

Гидротехническое строительство в России

В России гидротехника получила подъем лишь в 17—18 столетиях.

Эпоха Петра I ознаменовалась мощным подъемом русской промышленности.

Гидросиловые установки строились на Урале, Алтае, в Карелии, Забайкалье,

в центральных частях России. Наряду с промышленностью велось крупное строительство водных путей.

Среди сооружений того периода можно выделить Змеиногорскую зем-

ляную плотину высотой 18 м и гидросиловую установку, построенную в

1780-х годах К. Д. Фроловым. Были сооружены новые водные пути — Мари-

инская, Вышневолоцкая, Тихвинская, Северо-Двинская и прочие системы. В

начале 19 века изобретение паровой машины и постройка железных дорог в странах Западной Европы повлекли ослабление интереса к гидротехнике и

10

гидротехническим сооружениям. Только во второй половине 19 столетия в связи с бурным ростом промышленности наблюдался новый подъем гидро-

техники.

После Великой Октябрьской социалистической революции началось масштабное строительство гидроэнергетических сооружений. В 1918 г. В. И.

Ленин подписал декреты о строительстве Волховской и Свирской гидроэлек-

тростанций.

В 1920 г. была создана Государственная комиссия по электрификации России (план ГОЭЛРО). План предусматривал: восстановление и реконст-

рукцию имевшихся в 1920 году электростанций; строительство новых элек-

тростанций, электрификацию промышленности, транспорта и сельского хо-

зяйства. Дебютом ГОЭЛРО был в 1932 г. Днепрогэс, а всего за две первые пятилетки введены в эксплуатацию 32 крупных ГЭС. За рекордно-короткое время (1 год 9 месяцев (1931 – 1933 гг.)) был построен Беломоро-Балтийский канал длиной 227 км. В 1932 — 1937 гг. построен канал им. Москвы длиной

128 км, соединивший реки Волгу и Москву.

Отдельным этапом развития гидроэнергетики стало строительство Уг-

личской и Рыбинской ГЭС. Пуск первого гидроагрегата Угличской ГЭС со-

стоялся в 1940 году. В те годы в мире еще никто не вел строительство гидро-

электростанций на равнинных реках и нескальных основаниях. Поэтому к строительству Угличской и Рыбинской ГЭС во всем мире было приковано огромное внимание.

Особенно грандиозные гидротехнические проекты стали осуществ-

ляться вскоре после Великой Отечественной войны, примером чему могут служить комплекс сооружений Волго-Донского канала, гидроэлектростанции Волго-Камского каскада (слайд), ГЭС сибири и Средней Азии.