Гидротехника

Гидротехника (от гидро... и техника), отрасль науки и техники, занимающаяся изучением водных ресурсов, их использованием для различных хозяйственных целей и борьбой с вредным действием вод при помощи инженерных сооружений (см. Гидротехнические сооружения). Г. имеет следующие основные направления (в зависимости от обслуживаемой отрасли водного хозяйства): использование водной энергии (см. Гидроэнергетика); обеспечение судоходства и лесосплава по водным путям; орошение, обводнение и осушение сельскохозяйственных земель; водоснабжение населения, транспортных и промышленных предприятий; отведение с благоустроенных территорий избыточных, сточных и загрязнённых вод: обеспечение необходимых условий для рыбного хозяйства (пропуск рыбы через гидротехнические сооружения, создание водоёмов для нереста рыбы, её искусственного разведения и др.); защита населённых пунктов, промышленных объектов, линий транспорта, связи, различных сооружений от вредного действия водной стихии. Такое деление Г. является в известной мере условным, т.к. в большинстве случаев использование вод носит комплексный характер, т. е. одновременно решается несколько водохозяйственных задач. Примерами многостороннего использования водных ресурсов могут служить, например, канал им. Москвы, Волго-Донской комплекс, гидроузлы на рр. Волга, Днепр, Дон, Енисей и др.

Являясь прикладной наукой, Г. опирается на ряд др. наук о воде — гидрологию, гидромеханику, гидравлику и ряд научных дисциплин инженерно-строительного цикла — инженерную геологию, механику грунтов, строительную механику, теорию упругости, строительные конструкции, технологию строительного производства и др. К важнейшим задачам Г. как науки относятся: изучение воздействий водных потоков на русла и гидротехнические сооружения, способов защиты прибрежных территорий от вредного воздействия водных потоков, разработка методов регулирования речного стока, исследование фильтрации воды через грунты оснований и сооружения (в особенности — земляные); разработка теории устойчивости гидротехнических сооружений и их оснований, прочности и надёжности гидротехнических конструкций, долговечности материалов для возведения сооружений и др. На основе изучения теоретических проблем Г. разрабатывает методы расчёта и конструирования гидротехнических сооружений, способы их возведения и эксплуатации.

Кроме проведения теоретических исследований, многие вопросы Г. решаются экспериментальным путём, посредством лабораторного моделирования и с помощью режима сооружений, напряжённого состояния и деформаций элементов и конструкций сооружений, процессов формирования речных русел, ледовых явлений и пр.).

Г. — одна из древнейших отраслей науки и техники. Ещё за 4400 лет до н. э. в Египте строились каналы для орошения земель в долине р. Нил; примерно за 4 тыс. лет до н. э. в Египте была сооружена древнейшая каменная плотина (у Кошейш), а земляные плотины строились, по-видимому, и раньше; в Вавилоне за 4—3 тыс. лет до н. э. существовали города с водопроводами и артезианскими колодцами; известны гидротехнические сооружения Древнего Хорезма (8—6 вв. до н. э.). В период расцвета Греции и Рима Г. получила большое развитие: построен водопровод Аппия, осуществлена канализация в Риме, были попытки осушения Понтийских болот. Около 2 тыс. лет до н. э. на территории современных Нидерландов строились дамбы для защиты низменных мест от затопления, а в Древней Грузии и Армении — каналы. За 400—500 лет до н. э. в Самосе существовал морской порт с молами; примерно к тому же периоду относятся первые судоходные сооружения (например, канал от Нила к Красному морю).

В период феодальной раздробленности в западноевропейских странах гидротехническое строительство свелось к малым сооружениям — устройству водяных мельниц, водоснабжению городов, замков и т.п. С развитием торговли и ремёсел в 13—14 вв. появляются более совершенные водяные установки, строятся судоходные шлюзы и др. сооружения на водных путях и в портах, проводятся осушительные и оросительные работы. В 17—18 вв. появление мануфактур, расширение торговли и рост городов повлекли за собой новый подъём гидротехнического строительства. Работы Г. Галилея, Б. Паскаля, И. Ньютона, М. В. Ломоносова, Д. Бернулли значительно подняли теоретическую базу Г., что позволило перейти к строительству более сложных гидротехнических сооружений. В 18 и начале 19 вв. существенно возросло значение водных путей, было построено много судоходных каналов во Франции, Англии и др. странах, развивалось портовое строительство (лондонские и ливерпульские доки, волноломы в Шербуре и Генуе и др.).

В России Г. достигла подъёма в 17—18 вв., в этот период было создано более 200 заводских плотин и гидроустановок на Урале, Алтае и в др. местах (выделяются Змеиногорская земляная плотина высотой 18 м и гидросиловая установка, построенная в 80-х гг. 18 в. К. Д. Фроловым); построены новые водные пути — Вышневолоцкая, Мариинская и Тихвинская (соединившие Волгу с Балтийским м.), Северо-Двинская и др. системы.

В начале 19 в. изобретение паровой машины и появление железных дорог в западноевропейских странах ослабили интерес к гидравлическим установкам и водному транспорту. Лишь во 2-й половине 19 в. в связи с ростом промышленности, сельского хозяйства и развитием крупных городов, нуждавшихся в водоснабжении, наблюдается новый подъём гидротехнического строительства: реконструируются старые и строятся новые водные пути, осуществляются в больших масштабах ирригационные и осушительные работы, появляются гидроэлектрические установки современного типа. Всему этому способствует общий прогресс техники: развитие машиностроения, передача электрической энергии на большие расстояния, применение бетона и железобетона, механизация строительства и пр.

В России в конце 19 — начале 20 вв. экономическое развитие страны вызвало некоторое оживление гидротехническое строительства, главным образом в области водного транспорта, орошения и осушения земель, водоснабжения; однако водная энергия рек практически не использовалась. Хотя гидротехническое строительство в России было ограниченным, гидротехническая наука находилась на достаточно высоком уровне и развивалась, опережая практику (труды Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, Д. К. Бобылева в области гидромеханики и гидравлики; Н. С. Лелявского, В. М. Лохтина и др. по гидрологии и регулированию рек; И. И. Жилинского, В. Е. Тимонова, Ф. Г. Зброжека, Н. П. Пузыревского, Б. Н. Кандибы и др. в области водных путей, водоснабжения, ирригации).

Огромное развитие Г. получила после Великой Октябрьской социалистической революции. Крупное гидротехническое строительство потребовало разработки новых, не применявшихся ранее в России, типов гидротехнических сооружений, а также решения проблем, вытекавших из особенностей природных условий СССР. Так, например, была успешно решена задача возведения плотин на глинистых и песчаных основаниях, характерных для равнинных рек страны (Свирская, Рыбинская, Цимлянская и др. плотины); разработаны новые типы земляных, облегчённых бетонных и железобетонных плотин, созданы новые конструкции судоходных шлюзов, водозаборных, регуляционных и портовых сооружений, усовершенствованы способы производства работ, внедрены новые эффективные методы возведения плотин и гидроузлов (например, без предварительного осушения места постройки, отсыпкой грунта в текущую воду к др.).

Совершенствование гидротехнического строительства осуществлялось на основе использования результатов научных исследований. Особое развитие получили научно-исследовательские работы в области гидравлики сооружений и открытых русел (академики Н. Н. Павловский, профессора М. Д. Чертоусов, А. Н. Ахутин и др.), теории движения наносов и эрозии русел (член-корреспондент АН СССР М. А. Великанов, профессора В. Н. Гончаров, И. И. Леви, С. Т. Алтунин и др.), теории фильтрации в гидротехнических сооружениях (академики Н. Н. Павловский, П. Я. Кочина, профессора Е. А. Замарин, Ф. Б. Нельсон-Скорняков и др.). В области теории гидротехнических сооружений и их оснований значительны работы академика Б. Г. Галёркина, член-корреспондента АН СССР Н. М. Герсеванова, В. А. Флорина, профессоров Н. П. Пузыревского; В. П. Скрыльникова, Г. Н. Маслова и др. В развитии советской Г. большие заслуги принадлежат выдающимся учёным и инженерам — руководителям крупных коллективов гидротехников — академикам Б. Е. Веденееву, А. В. Винтеру, Г. О. Графтио, И. Г. Александрову, С. Я. Жуку, профессорам В. Д. Журину, И. И. Кандалову и др.

В СССР научные исследования в области Г. проводит ряд научно-исследовательских и проектных институтов: Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники им. Б. Е. Веденеева (ВНИИГ), Гидропроект им. С. Я. Жука, Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова (ВНИИГиМ), Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВНИИВОДГЕО) и др., а также вузы — Московский инженерно-строительный институт им. В. В. Куйбышева, Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина и др. За рубежом наиболее известными являются: Экспериментальный институт моделей и сооружений в Бергамо (Италия), Гидравлическая лаборатория в Гренобле (Франция), Лаборатория по исследованию плотин при Бюро мелиорации (США), Лаборатория Калифорнийского университета (США), Техническая лаборатория Центрального научно-исследовательский института энергетической промышленности (Япония) и др.

Подготовка инженеров-гидротехников в СССР осуществляется на соответствующих факультетах Московского инженерно-строительного института им. В. В. Куйбышева, Ленинградского политехнического института им. М. И. Калинина, Московского гидромелиоративного института и др., в которых основные профилирующие кафедры возглавляют видные учёные — профессора М. М. Гришин, А. В. Михайлов, П. Д. Глебов, Б. Д. Качановский, А. Л. Можевитинов, С. Ф. Аверьянов и др.

Советская школа Г. получила всемирное признание и по праву считается ведущей в строительстве крупных гидротехнических сооружений на мягких грунтах, уникальных сооружений на скальных и вечномёрзлых грунтах, высоконапорных гидротехнических сооружений из бетона и местных материалов, в создании больших искусственных водохранилищ и оросительных систем, глубоководных транспортных путей значительной протяжённости.

Степень использования водных ресурсов в СССР непрерывно возрастает, что приводит к расширению областей применения Г. Перспективы развития Г. в Советском Союзе связаны с намечаемым значительным увеличением выработки электроэнергии всеми гидроэлектростанциями страны. Предусматривается дальнейшее освоение рек Сибири, Средней Азии, Дальнего Востока, будут завершены каскады гидроузлов на Волге, Каме, Днепре, значительное развитие получат орошение, обводнение и осушение. Будут завершены строящиеся и сооружены новые каналы в целях водообеспечения промышленности (Днепр — Кривой Рог, Днепр — Донбасс, Иртыш — Караганда и др.). Намечается выполнить большие объёмы работ по реконструкции и расширению внутренних водных путей Единой глубоководной системы Европейской части СССР. Решение вопросов Г. потребует проведения дальнейших научных исследований, разработки новых экономичных конструкций высоконапорных плотин, гидротехнических сооружений облегчённого типа, каналов и туннелей большого сечения, эффективных способов их строительства, особенно в районах сурового климата и повышенной сейсмичности.

Лит.: Берг В. А., Основы гидротехники, Л., 1963; Денисов И. П., Основы использования водной энергии, [2 изд.], М. — Л., 1964; Грацианский М. Н., Инженерная мелиорация, М., 1965; Порты и портовые сооружения, ч. 1—2, М., 1964—1967; Введение в гидротехнику, под ред. Н. Н. Джунковского, М., 1955; Михайлов А. В., Судоходные шлюзы, М,, 1966; Гришин М. М., Гидротехнические сооружения, М., 1968; Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., 1968.

В. Н. Поспелов.