Вода – замечательное вещество, которое обусловливает наличие на Земле жизни, в том числе, существование человечества. Она существует в виде собственно жидкой воды в поверхностных водоемах (реки, моря, океаны, озера и т. д.), подземных вод, льда в водоемах и ледниках, а также входит в состав многочисленных соединений, в том числе растений и животных. Сам организм человека, как утверждают ученые-биологи, почти на 80 % состоит из воды.
Вода, как и все вещества, может существовать в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. И то обстоятельство, что плотность воды в твердом состоянии (льда) меньше плотности жидкой воды, также способствует развитию жизни на планете в ее современном виде. Ведь если бы плотность льда была больше плотности жидкой воды, водоемы зимой замерзали бы от дна, и при этом полностью уничтожалось бы (вымораживалось) все живое, что в них находится. Или, может быть, развитие живых организмов на Земле пошло бы по другому пути – живые существа на зиму вмерзали бы в лед, перенося холода в состоянии спячки или анабиоза. Во всяком случае, жизнь, если бы она существовала, была бы совсем в других формах.
В нашем учебном курсе мы будем изучать историю гидротехники, историю водохозяйственного строительства. То есть историю взаимодействия человека, как разумного, действующего существа, с водой, существующей в природных условиях либо в искусственных условиях, создаваемых человеком.
Вода в жизни человечества всегда играла большую роль. Люди использовали и будут использовать воду всегда, однако характер этого использования не остается неизменным. Люди издревле селились и жили у воды. На ранних этапах развития человеческого общества вода предназначалась только для удовлетворения бытовых потребностей людей: для существования человека ему нужно пить, готовить пищу, мыться, для всего этого нужна вода. Водоемы – реки, озера, моря – служили естественной защитой, преградой для врагов. Затем люди стали использовать естественные водоемы для перемещения по ним: вначале – на примитивных плавательных средствах: плотах, лодках, затем стали строить все более совершенные суда.
В те времена люди использовали воду исключительно там, где она была в естественных условиях, то есть человек шел к воде, а не вода шла к человеку. В течение многих лет люди наблюдали за своенравным поведением естественных водоемов: разливами рек во время паводков, понижением уровней воды и даже пересыханием в летнее жаркое время. Со временем люди стали предпринимать попытки как-то регулировать поведение рек. Для защиты от разливов и наводнений строили насыпи из камня и грунта – прообраз того, что мы сейчас называем дамбами и плотинами. Для обеспечения лучших условий для судоходства, укрытия судов во время штормов вначале использовались естественные бухты и заливы на озерах и морях. Позже стали ограждать часть водного пространства с помощью дамб и молов, строить у берега специальные сооружения для удобного причаливания судов – так началось строительство причалов и портов.
С развитием судоходства реки и озера становились путями для сообщения и торговли с соседями, ближними и дальними. Увеличивались размеры судов, их грузоподъемность. Появилась необходимость в удобных и глубоких водных путях, однако такие пути не всегда имелись в наличии. Из-за низких уровней воды на отдельных участках рек (особенно в летний период) судоходство по ним было затруднено и даже невозможно. Для увеличения глубин в реках на них стали устраивать плотины поперек течения, в которых оставляли отверстия для прохода судна. Отверстия закрывали затворами, и перед плотиной глубина в реке увеличивалась. Затем на какое-то время затворы убирались и на волне попуска суда проходили трудный участок реки. Сейчас такие сооружения мы называем полушлюзами. Однако, очевидно, что такой способ прохода трудных участков реки не очень удобен. Со временем сообразили устраивать два полушлюза на расстоянии друг от друга, достаточном для размещения одного или нескольких судов, получилось сооружение, называемое ныне шлюзом.
Вода требовалась и использовалась людьми не только для судоходства. Для выращивания полезных съедобных растений, для сельскохозяйственного земледелия требовался полив земель. С этой целью строились оросительные каналы. А в тех местах, где воды в грунтах было в избытке – во влажных и болотистых местностях – необходимо было отводить избытки воды, строить отводящие, дренажные каналы.
Со временем люди поняли, что можно использовать мощь и энергию движущегося потока воды. Воду стали использовать для приведения в действие водяных колес. От этих колес в свою очередь осуществлялся привод к работе мельниц, насосов, сверлильных станков, пилорам, кузнечных молотов и т. п. В XIX – XX веках научились использовать электричество, были изобретены гидравлические турбины, превращающие энергию водного потока в электрическую энергию – один из самых востребованных в настоящее время и удобных видов энергии.
Постоянное увеличение населения земного шара и связанное с этим освоение менее удобных для жизни территорий, а также необходимость увеличения производства и, прежде всего, производства продуктов питания потребовали осуществления территориального перераспределения водных ресурсов и изъятия большого количества воды из водных источников на нужды сельского хозяйства (для орошения), а затем и на промышленные нужды. Реализация этих потребностей оказалась возможной благодаря накопленным знаниям об окружающем нас мире и развитию технической мысли, позволившей спроектировать и претворить в жизнь конструкции сооружений, без которых удовлетворение запросов человечества в воде было бы невозможным.
Таким образом, использование водных ресурсов для различных отраслей хозяйства широко и многообразно. Отрасль науки и техники, охватывающая вопросы использования, охраны водных ресурсов и борьбы с вредным действием вод при помощи инженерных сооружений называется гидротехникой. Инженерные сооружения, с помощью которых непосредственно осуществляются те или иные водохозяйственные мероприятия, называются гидротехническими.
Слово «гидротехника», как и многие научные термины, греческого происхождения: «гидро» – жидкость, «техне» – искусство, мастерство. То есть в буквальном переводе термин «гидротехника» означает – водное искусство. Гидротехника как наука тесно связана с другими науками и во многом опирается на них. Так, для возведения гидротехнических сооружений крайне важно знать законы, управляющие движением и покоем воды. А эти законы изучаются гидромеханикой и гидравликой.
Чтобы намечаемое водохозяйственное мероприятие, а также тип и размеры необходимого для его осуществления гидротехнического сооружения увязать с природными возможностями водного объекта и с уже существующим использованием этого объекта, необходимо произвести так называемые водохозяйственные расчеты, которые, в свою очередь, в значительной степени базируются на материалах гидрометрии и результатах наблюдений специализированных, в частности, водобалансовых станций.
Поскольку гидротехнические сооружения являются инженерными сооружениями, то есть требующими для своего строительства определенных расчетов, то при их выполнении необходимо прибегать к таким наукам, как строительная механика, сопротивление материалов, механика грунтов, инженерная геология, строительные материалы и конструкции. Для размещения сооружений на местности или, как говорят, привязки их к местным условиям не обойтись без геодезии, топографии, геологии, гидрогеологии. К осуществлению отдельных гидротехнических проектов могут привлекаться такие науки, как электротехника, гидробиология, гидрохимия, климатология и др.
При всем многообразии потребностей современного общества в воде использование водных ресурсов идет по ряду довольно четко определившихся направлений, среди которых обычно выделяют:
· гидроэнергетику (использование кинетической энергии воды);
· транспорт (обеспечение судоходства и лесосплава по водным путям);
· инженерные мелиорации, которые развиваются по двум направлениям:
Ø сельское хозяйство (орошение, обводнение и осушение сельскохозяйственных земель);
Ø защита населенных пунктов, промышленных объектов, линий транспорта, связи, различных сооружений от вредного действия водной стихии;
· водоснабжение населения и промышленных предприятий;
· разведение рыбы (создание водоемов для нереста рыбы, ее искусственного разведения и др.);
· рекреацию (реки, озера, пруды – излюбленное место отдыха людей);
· преобразование окружающей среды – строительство 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; другой биоценоз: другие сорта рыб), скопления больших масс воды делает климат более влажным, мягким, приводит к наведенной сейсмичности.
Все вместе эти перечисленные направления использования водных ресурсов образуют важную отрасль хозяйства, получившую название водное хозяйство. Таким образом, гидротехническое строительство представляет техническую основу современного водного хозяйства.
Важной особенностью водопользования является законодательно закрепленное требование рационального и комплексного использования вод. Что конкретно кроется за этими часто встречающимися выражениями?
Рациональное использование – это всестороннее научно обоснованное использование вод, обеспечивающее оптимально полезный эффект для общества в текущий период и в течение принятого периода расчетной перспективы при обязательном соблюдении всех требований водного законодательства. Рациональное использование вод должно обеспечиваться при размещении, проектировании, строительстве и вводе в эксплуатацию новых и реконструированных предприятий, сооружений и других объектов, а также при внедрении новых технологических процессов, влияющих на состояние вод.
Комплексное использование – такое использование, при котором находят экономически оправданное применение все полезные свойства того или иного водного объекта для удовлетворения разнообразных потребностей всех заинтересованных водопользователей – населения и народного хозяйства. Комплексное использование вод имеет место при пользовании одним водным объектом несколькими водопользователями или одним водопользователем, но для нескольких целей. Например, строительство ДнепроГЭС – гидроэлектростанции на Днепре – имело целью не только получение электроэнергии, но и улучшение судоходства, которому до создания плотины и водохранилища препятствовали известные Днепровские пороги. Другим примером многостороннего использования водных ресурсов может служить канал имени Москвы, который решил следующие водохозяйственные задачи: судоходство между реками Волгой и Москвой, водоснабжение города Москвы, обводнение реки Москвы, выработка электроэнергии на нескольких ГЭС, улучшение санитарного состояния Москвы. Такими же примерами комплексного использования водных ресурсов являются Волго-Донской комплекс, гидроузлы на реках Волга, Днепр, Дон, Енисей и др.
Комплексное использование вод не означает равного удовлетворения всех потребителей в воде. В большинстве случаев при комплексном использовании вод некоторым видам водопользования отдается предпочтение сообразно с местными хозяйственными и природными условиями, при этом потребности населения в питьевой воде обеспечиваются в первоочередном порядке.
При изучении истории гидротехники и гидротехнического строительства весь исторический период принято условно делить на три временных отрезка:
· древние века – время от XI века до нашей эры до V века нашей эры;
· средние века и эпоха Возрождения – VI – XVII века;
· новое время – XVII – XXI века.
При этом в древнем мире по дошедшим до нас сведениям различного характера (археологические и письменные источники, памятники старины и проч.) наивысшего расцвета и развития достигли четыре древних цивилизации:
· египетская – в долине реки Нил на севере Африки;
· шумерская – в междуречье рек Тигр и Евфрат в Юго-Западной Азии;
· бенгальская – в долинах рек Инд, Ганг и Брахмапутра на полуострове Индостан;
· китайская – в долинах рек Хуанхе, Янцзы и Хуайхе.
Чуть позже замечательные успехи в развитии цивилизации проявились в Древней Греции и Древнем Риме.
С рассмотрения достижения этих цивилизаций в области гидротехники мы и начнем изучение истории водохозяйственного строительства.
Дата добавления: 2015-11-30; просмотров: 1 | Нарушение авторских прав