Помощники воды: маленькие изобретения на службе гидротехники

Шлюз

Шлюзы помогают судам проходить перепады высоты на реках, каналах и других водоемах. Они управляют уровнем воды, поднимая или опуская ее. Работает шлюз следующим образом.

1. Вход судна: судно заходит в шлюз через специальные ворота, которые открываются для его прохода. Ворота обычно выполнены в виде подъемных или поворотных механизмов.

2. Закрытие ворот: когда судно находится в шлюзе, ворота закрываются, создавая замкнутое пространство.

3. Регулирование уровня воды:

• Подъем судна: если шлюз находится ниже уровня воды, вода поступает в камеру через специальные клапаны или насосы, что приводит к повышению уровня воды в камере и, соответственно, к подъему судна.

• Опускание судна: если шлюз находится выше уровня воды, вода из камеры, наоборот, сбрасывается через специальные клапаны или дренажные системы. Уровень воды снижается, судно опускается.

4. Открытие ворот: когда уровень воды в шлюзе соответствует уровню воды за его пределами, ворота открываются, и корабль может продолжить свой путь.

Шлюз 7-8, Покровское-Стрешнево, Москва. Фото: D-tarasov, ru.wikipedia.org

Шлюзы значительно расширяют навигационные пути: они позволяют судам преодолевать естественные преграды без долгих объездов по другим маршрутам. Понаблюдать за шлюзованием судов можно практически в любом населенном пункте, где есть перепад реки. Например, в Москве для обзора подойдет шлюз № 6 канала имени Москвы. А если хочется чего-то более необычного, можно изучить карту шлюзов России – выбрать для себя подходящий объект.

Бьеф

Бьеф – это часть реки или канала, которая примыкает к какому-либо гидротехническому сооружению. В случае, например, со шлюзами бьеф находится между двумя шлюзами и характеризуется относительно спокойным течением и стабильным уровнем воды. Бьефы могут иметь различную длину и ширину, в зависимости от особенностей местности и проектирования водных путей. Свои бьефы есть и у дамб и плотин. Бьефы гидроэлектростанций, как правило, выглядят очень красиво и напоминают озера. Примером «идеальных» бьефов и по функционалу, и по внешнему виду могут выступить нижний и верхний бьефы Волжской гидроэлектростанции, крупнейшей ГЭС Волжско-Камского каскада.

Волжская ГЭС. Фото: Администрация Волгоградской области, ru.wikipedia.org

Бьефы играют важную роль в экосистемах, обеспечивая место обитания для различных видов рыб и других водных организмов. Их также используют для управления водными ресурсами: бьефы «хранят» воду для орошения или других нужд.

Акведук

Слово происходит от латинских aqua (вода) и ducere (проводить). В узком смысле акведуки – это сооружения, которые проводят воду через ущелья или долины. В современной инженерии акведуком называется любая система труб, канав, каналов и тоннелей, используемая для транспортировки воды от источника к месту распределения. Акведуки с давних пор обеспечивают водой города и сельскохозяйственные угодья. Особенно они важны для регионов с ограниченным доступом к пресной воде.

Хотя в первую очередь акведуки (которых, кстати, сохранилось множество в Европе) ассоциируются с римской цивилизацией, в Древней Персии, Индии и Египте они были известны на сотни лет раньше. В частности, акведуки использовались в системах кяризов – подземных оросительных каналов. Исторически акведуки помогали очищать питьевую воду от загрязнений, что значительно улучшало здоровье в городах с примитивной канализацией.

С 312 года до нашей эры по 226 год нашей эры в Риме построили 11 акведуков, и только некоторые из них пересекали долины по каменным аркам – 50 км из 420 км общей длины. Большая часть системы состояла из подземных каналов, сделанных из камня, терракоты, дерева, кожи, свинца и бронзы. Вода поступала в город под действием силы тяжести и проходила через распределительные резервуары. Знаменитые фонтаны и бани Рима обеспечивались именно таким образом.

Современные акведуки, хотя и лишены арочного величия своих предшественников, значительно превосходят более ранние по длине и количеству воды, которую могут переносить. Современный человек построил системы акведуков длиной в сотни километров для снабжения растущих городских территорий и проектов по ирригации сельскохозяйственных культур. Водоснабжение Нью-Йорка, например, осуществляется тремя основными системами акведуков, которые могут доставлять около 6,8 млрд литра воды в день из источников, находящихся на расстоянии до 190 км. Калифорнийский акведук, самый длинный в мире, переносит воду на расстояние около 700 км из более влажной северной части штата в более сухую южную.

Калифорнийский акведук. Фото: Delta Bathymetry, flickr.com

В России акведуки начали строить при Петре I. Знаменитый Ростокинский акведук был построен из-за эпидемии чумы в столице. Глава Гидравлического корпуса исследовал окрестные источники воды и нашел Мытищинский ключ, от которого и решили тянуть примитивный водопровод. Ростокинский акведук работал до 1902 года! Его можно посмотреть и сейчас в возведенном вокруг парке «Акведук». Гидравлически артефакт превращен в пешеходный мост.

Ростокинский акведук. Фото: AlixSaz, ru.m.wikipedia.org

Арык

Арык – это небольшой искусственный водный канал, который используется преимущественно для орошения сельскохозяйственных угодий, а также для отвода избыточной воды. Арыки представляют особую ценность для засушливых регионов. Использовать их начали уже в античные времена. Системы арыков были распространены в Центральной Азии, на Ближнем Востоке и в Южной Азии. В крупных городах Узбекистана арыки проложены вдоль большинства улиц.

Слева: древняя оросительная система Афладж, Оман. Используется до сих пор. Фото: Aflaj Department, Directorate General Of Water Management, Ministry Of Agriculture, Fisheries Wealth and Water Resources in Oman, artsandculture.google.com
Справа: арык в Алмате. Фото: Алматы қаласының әкімдігі, gov.kz

Основная задача арыков – доставка воды к сельскохозяйственным культурам. Арыки могут также использоваться для отвода избыточной воды, предотвращая затопление. Они могут варьироваться по размеру и конструкции, но обычно состоят из:

1. Канала: основная часть арыка, углубление в земле, по которому течет вода. Канал может быть вырыт вручную или создан с помощью механических средств.

2. Бортиков: часто арыки обрамляются бортиками для предотвращения размывания и потери воды.

3. Уклона для перепада высоты: арыки могут иметь уклон для обеспечения естественного течения воды. Это позволяет воде двигаться под действием силы тяжести.

4. Системы фильтрации: в некоторых случаях арыки могут быть оборудованы фильтрами или отстойниками для очистки воды от ила и мусора.

Дюкер

Дюкер – это инженерное сооружение, предназначенное для пересечения водных преград, например, рек, каналов или других водоемов, с помощью трубопроводов. Конструкция дюкера включает в себя подводные трубы, которые могут находиться на разной глубине в зависимости от условий местности.

Проектирование дюкеров требует тщательного анализа гидрологических условий и геологических особенностей региона. Важно учитывать скорость течения воды, уровень подземных вод и возможность воздействия на окружающую среду. Строительство дюкера может быть сложным процессом, включающим в себя использование специализированной техники и технологий для прокладки труб под водой. В некоторых случаях дюкер может быть выполнен в виде тоннеля, который обеспечивает дополнительную защиту трубопровода.

Дюкер уменьшает риск утечек и загрязнения водоемов. Кроме того, он может служить примером гармоничного сосуществования инженерных решений и природной среды, так как минимизирует влияние на экосистемы водоемов.