Плотина, гидротехническое сооружение, перегораживающее реку (или др. водоток) для подъёма уровня воды перед ним, сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища. Водохозяйственное значение Плотина многообразно: подъём уровня воды и увеличение глубин в верхнем бьефе благоприятствуют судоходству, лесосплаву, а также водозабору для нужд орошения и водоснабжения ; сосредоточение напора у Плотина создаёт возможность энергетического использования стока реки; наличие водохранилища позволяет регулировать сток, т. е. увеличивать расход воды в реке в меженные периоды и уменьшать максимальный расход в паводок, способный привести к разрушительным наводнениям. Плотина и водохранилище существенно воздействуют на реку и прилегающие территории: изменяются режим стока реки, температура воды, продолжительность ледостава; затрудняется миграция рыбы; берега реки в верхнем бьефе затопляются; меняется микроклимат прибрежных территорий. Плотина обычно является основным сооружением гидроузла .
Плотиностроение возникло так же давно, как и гидротехника , в связи со значительным развитием искусственного орошения территорий у земледельческих народов Египта, Индии, Китая и др. стран. Возведение Плотина потребовалось для строительства гидросиловых установок, а затем и сооружения гидроэлектростанций. Энергетическое использование водных ресурсов явилось основным стимулом увеличения размеров и совершенствования конструкций Плотина, появления гидроузлов на многоводных реках.
На территории СССР водяные мельницы с Плотина строились ещё во времена Киевской Руси. В 17—19 вв. горнодобывающая, металлургическая, текстильная, бумажная и др. отрасли промышленности на Урале, Алтае, в Карелии и центральных областях России использовали в основном механическую энергию гидросиловых установок; их Плотина были незначительны по размерам и сооружались из местных материалов. Мощные гидроэлектростанции с бетонными и земляными Плотина больших размеров начали строить лишь при Советской власти, после принятия плана ГОЭЛРО . В 1926 была построена первая бетонная водосливная Плотина Волховской ГЭС. В 1932 сооружена высокая бетонная Плотина Днепровской ГЭС (её наибольшая высота около 55 м). Водосливная Плотина Нижнесвирской ГЭС — первая Плотина, построенная на слабых глинистых грунтах. В 50—70-х гг. на многоводных реках были сооружены: намывные земляные Плотина на Волге у Куйбышева и Волгограда, бетонные Плотина Братской ГЭС на Ангаре (высота 128 м) и Красноярской ГЭС на Енисее (124 м) (рис. 1), высокая 300-метровая каменно-земляная Плотина Нурекской ГЭС на р. Вахш, арочная Плотина Саянской ГЭС на Енисее (высота 242 м, длина по гребню 1070 м; находится в стадии сооружения, 1975) и многие др. Проектирование и строительство Плотина в СССР отличаются высоким техническим уровнем, позволившим советскому плотиностроению занять одно из ведущих мест в мире.
Из Плотина, сооруженных за рубежом, следует отметить: многоарочную Плотина Бартлетт, высота 87 м (США, 1939), каменную Плотина Парадела, высота 112 м (Португалия, 1958), земляную Плотина Сер-Понсон, высота 122 м (Франция, 1960), каменно-земляную Плотина Миборо, высота 131 м (Япония, 1961), гравитационную бетонную Плотина Гранд-Диксанс, высота 284 м (Швейцария, 1961).
Тип и конструкция Плотина определяются её размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. По назначению различают Плотина водохранилищные и Плотина водоподъёмные (предназначенные лишь для повышения уровня верхнего бьефа). По величине напора Плотина условно подразделяют на низконапорные (с напором до 10 м), средненапорные (от 10 до 40 м) и высоконапорные (более 40 м).
В зависимости от роли, выполняемой в составе гидроузла, Плотина может быть: глухой, если служит лишь преградой для течения воды; водосливной, когда предназначена для сброса избыточных расходов воды и оборудована поверхностными водосливными отверстиями (открытыми или с затворами) или глубинными водоспусками; станционной, если имеет водозаборные отверстия (с соответствующим оборудованием) и водоводы, питающие турбины ГЭС. По основному материалу, из которого возводят Плотина, различают земляные плотины , каменные плотины , бетонные плотины , деревянные плотины .
Земляная Плотина возводится полностью или частично из малопроницаемого грунта. Уложенный по верховому откосу Плотина, малопроницаемый грунт образует экран; при расположении такого грунта внутри тела Плотина создаётся ядро. Наличие экрана или ядра обеспечивает возможность возведения остальной части Плотина из проницаемого грунта или из каменных материалов (каменно-земляная Плотина). У подошвы низового откоса земляной Плотина для отвода воды, профильтровавшейся через тело и основание Плотина, устраивают дренаж . Верховой откос Плотина защищают от воздействия волн бетонными плитами или каменной наброской. При возведении земляной насыпной Плотина грунт добывают в карьере экскаваторами, транспортируют к месту сооружения самосвалами, укладывают в тело Плотина, разравнивают бульдозерами и уплотняют послойно катками. Возведение намывной Плотина включает разработку грунта землесосами или гидромониторами, транспортировку пульпы по трубам и распределение её по поверхности возводимой Плотина, после чего вода уходит, а оседающий грунт самоуплотняется. Для подготовки основания и возведения земляной Плотина в русле реки её котлован ограждается перемычками , а река отводится по заранее проложенным временным водоводам, закрываемым после возведения Плотина
В каменной (набросной) Плотина экран или центральный водонепроницаемый элемент (диафрагму) выполняют из железобетона, асфальта, дерева, металла, полимерных материалов. Требование малой водопроницаемости распространяется и на основание Плотина Если грунт основания проницаем на большую глубину, его покрывают перед Плотина понуром (например, из глины), образующим с экраном одно целое. Плотина с ядром дополняется устройством в основании стальной шпунтовой стенки или противофильтрационной завесы . Камень в каменнонабросную и каменно-земляную Плотина отсыпается слоями большой высоты.
Бетонные Плотина обычно классифицируют по конструктивному признаку в зависимости от условий работы на сдвиг ; соответственно этому различают 3 основных типа Плотина (рис. 2) — гравитационные плотины , арочные плотины , контрфорсные плотины . Осн. материалом для современных бетонных Плотина (преимущественно гравитационных) служит гидротехнический бетон . Один из важнейших вопросов при возведении бетонных Плотина — снижение фильтрации воды в основании. С этой целью в основании высокой бетонной Плотина вблизи верховой грани устраивается противофильтрационная завеса. На остальном участке основание дренируется для уменьшения давления воды на подошву Плотина, что повышает устойчивость сооружения. Гравитационная и контрфорсная Плотина, во избежание образования трещин вследствие температурных колебаний, разрезаются по длине на короткие секции, швы между которыми перекрываются водонепроницаемыми уплотнениями (см. Гидроизоляция ). Для предотвращения появления трещин в результате усадки бетона при твердении и снижения температурных напряжений Плотина бетонируют отдельными блоками ограниченных размеров, применяют искусственное охлаждение составляющих бетонной смеси и уложенного в блоки бетона посредством циркуляции охлаждающей жидкости (от холодильной установки) по системе труб, проложенных в теле Плотина Бетонная Плотина в русле реки обычно сооружается в 2 очереди под защитой ограждающих котлованы перемычек. При возведении первой очереди Плотина река течёт по свободной части русла; при второй — через оставленные в Плотина отверстия (прораны ), которые закрывают по окончании всех строительных работ. Если русло реки узкое, бетонная Плотина строится в один приём, с временным отводом реки в береговые водоводы. Распространённая в практике гидротехнического строительства низконапорная бетонная водосливная плотина , возводимая на нескальном основании и предназначенная для пропуска больших расходов воды, имеет конструкцию, показанную на рис. 3. Основу её составляют водосливные пролёты, образованные бетонным флютбетом и быками и перекрываемые гидротехническими затворами . За водосливами устраивается массивное крепление русла — водобой (иногда заглубленное в виде водобойного колодца), далее располагается более лёгкое крепление — рисберма . Под водобоем устраивается дренаж. С берегами или земляными Плотина водосливная Плотина сопрягается массивными устоями. Низконапорная бетонная водосливная Плотина обычно строится с применением армирования, часто всего сооружения (см. Железобетонная плотина ). Флютбет и быки такой Плотина с целью экономии материала иногда делают облегчённой ячеистой конструкции, с заполнением ячеек грунтом.
В лесных районах часто сооружают низконапорные деревянные Плотина свайной и ряжевой конструкции (обычно их устраивают водосливными).
Особый тип водоподпорного сооружения — разборная судоходная Плотина Для её возведения в летнюю межень на плоском флютбете устанавливают контрфорсы из стальных ферм, по ним прокладывают мосты, на которые опирают затворы простейшей конструкции. Плотина подпирает уровень верхнего бьефа, а суда и плоты идут через шлюз. В многоводный период затворы и мосты убирают, фермы контрфорсов укладывают на флютбет, открывая судам и плотам путь через Плотина
Общая тенденция современного плотиностроения — увеличение высоты Плотина Технически достигнутые высоты могут быть превзойдены, однако в экономическом отношении сооружение двух последовательно расположенных Плотина меньшей высоты часто оказывается более рациональным, чем одной высокой. Совершенствование типов Плотина из грунтовых материалов осуществляется при одновременном удешевлении и ускорении их строительства за счёт повышения мощности строительных механизмов и транспортных средств. Повышение экономичности бетонных Плотина достигается уменьшением их объёма, заменой гравитационных Плотина контрфорсными и более широким применением арочных Плотина Этой тенденции сопутствуют улучшение и специализация свойств цемента и бетона. Весьма эффективно совмещение в одном сооружении водосливной плотины и здания ГЭС, что обеспечивает сокращение бетонной (наиболее дорогостоящей) части напорного фронта гидроузла. Эта задача решается как путём размещения гидроагрегатов в полости высокой Плотина, так и посредством использования подводного массива низконапорной ГЭС для устройства в нём водосбросных отверстий.
Лит.: Гришин М. М., Гидротехнические сооружения, М., 1968; Ничипорович А. А., Плотины из местных материалов, М., 1973; Моисеев С. Н., Каменно-земляные и каменно-набросные плотины, М., 1970; Гришин М. М., Розанов Н. Плотина, Бетонные плотины, М., 1975; Производство гидротехнических работ, М., 1970.
А. Л. Можевитинов.