Гидротехника

ГИДРОТЕХНИКА (от гидро... и техника), область науки и техники, решающая задачи технического обеспечения различных отраслей водного хозяйства. Инженерные сооружения, посредством которых осуществляются те или иные водохозяйственные мероприятия, называются гидротехническими сооружениями. В зависимости от обслуживаемой отрасли водного хозяйства гидротехника имеет следующие основные направления: использование энергии речных и прибрежных морских вод для производства электроэнергии (смотри Гидроэнергетика); обеспечение судоходства и сплава по водным путям; орошение (ирригация) сельскохозяйственных  земель и обводнение засушливых территорий, а также отвод воды с переувлажнённых земель (осушение); водоснабжение населённых мест, промышленных, транспортных и других предприятий; водоотведение (канализация), то есть удаление отработавших (сточных) вод (с их очисткой или без неё); обеспечение необходимых условий для использования биологических и минеральных ресурсов водных объектов (пропуск рыбы через гидротехнические сооружения, создание водоёмов для разведения рыбы, морских животных, водорослей, добыча руды, солей и др.); создание водоёмов в целях рекреации (при благоустройстве населённых мест); охрана водных ресурсов от загрязнения и истощения с помощью инженерных мероприятий; защита населённых пунктов, промышленных объектов, линий транспорта, связи и пр. от разрушительного воздействия водной стихии (наводнений, селевых потоков, разрушения берегов и др.). Такое деление гидротехники является в известной мере условным, так как в большинстве случаев использование вод носит комплексный характер, т. е. одновременно решается несколько водохозяйственных задач (например, гидроузел может выполнять одновременно энергетические, транспортные, водозаборные и другие функции).

Являясь прикладной наукой, гидротехника опирается на ряд других наук - гидрологию, гидромеханику, гидравлику, инженерную геологию, механику грунтов, строительную механику, теорию упругости и др. К важнейшим задачам гидротехники как науки относятся: изучение воздействий водных потоков на русла и гидротехнические сооружения, разработка методов регулирования речного стока, исследование фильтрации воды через грунты оснований и сооружения, разработка теории устойчивости гидротехнических сооружений и их оснований, прочности и надёжности конструкций и др. Кроме проведения теоретических исследований, многие вопросы гидротехники решаются экспериментальным путём, посредством лабораторного моделирования и с помощью натурных исследований (например, гидравлического режима сооружений, процессов формирования речных русел, ледовых явлений и пр.). На основе изучения теоретических проблем гидротехника разрабатывает методы расчёта и конструирования гидротехнических сооружений, способы их возведения и эксплуатации.

Гидротехника  возникла с переходом человека к оседлому образу жизни, так как земледелие в районах Средиземноморья, Китая, Индии, Египта, Месопотамии и др. было невозможно без перераспределения во времени неравномерного сезонного стока рек. Ещё за 4400 лет до нашей эры в Египте строились каналы для орошения земель в долине реки Нил; примерно за 4 тысячи лет до нашей эры в Египте была сооружена древнейшая каменная плотина (у Кошейш), а земляные плотины строились, по-видимому, и раньше; на Ближнем и Среднем Востоке (в Месопотамии, Иране, Египте) за 4-3 тысяч лет до нашей эры существовали города с водопроводами и артезианскими колодцами; в середине 3-го тысячелетия до нашей эры в Китае выполнялись масштабные русловыправительные работы и строились оросительные системы; около 2 тысяч лет до нашей эры на территории современных Нидерландов строились дамбы для защиты низменных мест от затопления, а в Древней Грузии и Армении - каналы. На территории современного Йемена в 7 веке до нашей эры был построен ирригационный Марибский гидроузел, просуществовавший 1300 лет. В состав гидроузла после реконструкции во 2 веке до нашей эры входили земляная плотина (высота до 18 м, длина 750 м), водохранилище, два ирригационных водовыпуска к магистральным каналам. Имелся общий катастрофический водосброс автоматического действия и регулируемые каменными балками (шандорами) водосбросные отверстия. В период расцвета Древней Греции и Рима гидротехника получила большое развитие: построены водопровод Аппия и канализация в Риме, были попытки осушения Понтийских болот. За 400-500 лет до нашей эры на острове Самос существовал морской порт с молами; примерно к тому же периоду относятся первые судоходные сооружения (например, канал от Нила к Красному морю).

В средние века гидротехническое строительство приостановилось, за исключением работ по сооружению городских водопроводов и выпрямлению русел рек. Лишь в эпоху Возрождения, с развитием торговли и ремёсел, строятся судоходные каналы, шлюзы, получают распространение силовые гидроустановки, появляются теоретические работы Леонардо да Винчи. В 17-18 веках возникновение 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 гидротехники, что позволило перейти к строительству более сложных гидротехнических сооружений.

В России гидротехника достигла подъёма в 17-18 веках, в этот период было создано более 200 заводских плотин и гидроустановок на Урале, Алтае и в других местах (выделяются Змеиногорская земляная плотина высотой 18 м и гидросиловая установка, построенная в 1780-х годах К. Д. Фроловым); сооружены новые водные пути - Вышневолоцкая, Мариинская и Тихвинская (соединившие Волгу с Балтийским морем), Северо-Двинская и другие системы.

В 18 и начале 19 века существенно возросло значение водных путей, было построено много судоходных каналов во Франции, Англии и других странах, развивалось портовое строительство (лондонские и ливерпульские доки, волноломы в Шербуре, Генуе и др.). Во 2-й половине 19 века 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.

Значительное достижение мировой гидротехники - создание каналов для пропуска морских судов: Суэцкого между Средиземным и Красным морями (1869, длина 160 км) и Панамского, соединившего Тихий и Атлантический океаны (1920, длина 81 км). Для России большое водохозяйственное и транспортное значение имеют каналы имени Москвы, Беломорско-Балтийский, Волго-Донской, Иртыш - Караганда.

Значительный вклад в развитие науки и практики гидротехники внесли зарубежные и российские учёные. Фундаментальные исследования К. Терцаги (в области механики грунтов), Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина (в области гидромеханики и гидравлики), Н. Н. Павловского, М. Д. Чертоусова (гидравлика сооружений и открытых русел), И. И. Леви, М. А. Великанова (теория движения наносов) и др. способствовали совершенствованию гидротехнического строительства. В области теории гидротехнических сооружений и их оснований значительны работы Н. М. Герсеванова, Н. П. Пузыревского, Г. Н. Маслова, А. А. Ничипоровича и др. Известные отечественные строители-гидротехники - руководители крупных коллективов: И. Г. Александров, Б. Е. Веденеев, А. В. Винтер, Г. О. Графтио, С. Я. Жук, В. Д. Журин, Н. В. Разин, И. И. Кандалов, И. В. Комзин, А. Е. Бочкин и др. Среди инженеров-проектировщиков известны имена Н. А. Малышева, Г. К. Суханова, С. А. Боровца, П. П. Листрового, А. В. Михайлова и др.

Лит.: Гидротехнические сооружения / Под редакцией Л. Н. Рассказова. М., 1996. Ч. 1-2.