Водные ресурсы Свердловской области Лекция 3

Водосбросы размещались, как правило, рядом и находились один от другого на расстоянии не более 10 – 15 м. И только в тех случаях, когда плотина одновременно пересекала рукав или приток реки, водосбросы, располагаясь против их русел, значительно отстояли друг от друга. Так, плотина Баранчинского завода, пересекающая р. Баранчу и ее приток р. Актай, имела водосбросы, расположенные против русел этих рек на удалении один от другого на 80 м.

В конце XVII в. на Урале и в Предуралье существовали лишь небольшие частные предприятия с плотинами и вододействующими молотами для проковки криц и железа. Поэтому для крупных вододействующих заводов на Урале плотины вначале создавались по образу и подобию подмосковных, к тому же их строительство осуществлялось под руководством мастеров с подмосковных заводов.

Первоначально ширина плотин колебалась от 15 до 20 м, увеличиваясь около водопропускных отверстий до 30 м. Высота не превышала 6 – 8 м. Однако в таком виде они стояли недолго. По прошествии нескольких лет плотины ремонтировались и исправлялись. Их ширина увеличивалась на 8 – 10 м, высота – на 2 – 4 м. Суровые зимы вынуждали принимать меры, предохраняющие глинистое тело плотин от промерзания. В последующем плотины строились с учетом внесенных изменений.

Тело уральских плотин примерно до середины XVIII в. формировалось из ряжей. Об этом свидетельствуют описания, сделанные де Генниным в «Абрисах». Так, Алапаевская плотина «набита в тарасы или обрубы землею», Уктусская «рубленная из бревен», Верхнеуктусская плотина «через Уктус реку бревенчатая, в кледки рубленные набито землею», Верх-Исетская плотина «на том месте строить зачата июня с 1-го числа 1725 году, вначале обрубы, потом набиванием глиною и землею», «Полевская плотина с обрубами», Синячихинская «чрез Синячиху реку плотина рублена и в обрубы земли насыпано».

Ряжи устанавливались двумя параллельными рядами в вырытые траншеи вдоль и по обе стороны от условной оси плотины. Пространство между ряжами, снаружи и выше них забивалось суглинком или глиной. Укладка суглинка или глины с верховой стороны плотины на месте «прорезов» продолжалось по дну будущего водохранилища с тщательной утрамбовкой наклонно в сторону воды, т. е. «понуро», отсюда название «понур». Как правильно отмечал В. де Геннин, «понеже вся сила в крепости плотины состоит в добром отсыпе перед плотиной». Наружные стенки ряжей рубились скошенными из шпунтованных бревен. Ряжи со стороны верхнего бьефа забивались глиной, а с низовой стороны – землей. Ряжи не проходили сплошь по всему сечению плотины, а разделялись промежутком из хорошо утрамбованной глины. Русские мастера по предшествующему опыту знали о недостатке конструкций из ряжей. Вдоль венцов по контакту с глиной создавались пути для фильтрации воды, что приводило к вымыванию глины из ряжевых клеток. В некоторых случаях, как на Екатеринбургской плотине, ряжи устанавливались только в зубья основания плотины и не поднимались выше порога водопропускных отверстий. Нижние венцы ряжей обычно устанавливались на сваи, забитые одна от другой на расстоянии сажени.

Применение ряжей не вызывалось необходимостью. Оно явилось следствием механического перенесения конструктивных решений, выработанных при строительстве мельничных плотин, и объяснялось живучестью традиций, стремлением строить «по обычаю». Из опыта эксплуатации выяснилось, что ряжи не способствуют увеличению надежности и водонепроницаемости плотин. Поэтому позднее от закладки ряжей в тело плотин отказались.

В результате приспособления к местным условиям и совершенствования конструкций ко второй половине XVIII в. окончательно сложился тип уральской заводской плотины. Плотины возводились преимущественно на нескальных грунтах. Большое внимание обращалось на сопряжение тела плотин с основанием. Работа начиналась со срезки дерна на площадке, намечаемой под плотину, и ее выравнивания. Параллельно оси плотины обычно отрывались два рва для устройства зубьев шириной в сажень (2,13 м) и глубиной в аршин (0,71 м). Один ров проходил по верховому обрезу основания плотины, другой – по линии порога водосброса. В каждый ров на место водопропускных отверстий и в промежутке между ними забивался шпунтовой ряд. Иногда отрывался только один ров параллельно оси плотины глубиной 4 – 5 м и шириной поверху до 10 – 17 м. Посередине рва также забивался шпунтовой ряд. В некоторых случаях, как на Воткинской плотине, отрывалось четыре рва глубиной и шириной по сажени. В бортах долины для врезки концов плотины выкапывались котлованы длиной до 8 – 10 м.

Устройство зубьев и врезка в борта долины обеспечивали надежное против фильтрации сопряжение тела плотины с грунтами основания.

Затем на подготовленном основании возводили плотину. В нее укладывали суглинок или глину. Для этого также использовались суглинки с примесью дресвы и щебня, наличие которых по бытующему в то время мнению способствовало более качественному уплотнению грунта. Грунт разбрасывали ровным слоем толщиной не более 2 – 3 вершков (9 – 13 см) и тщательно трамбовали. Если грунты были сухими или с большими комьями, их предварительно увлажняли до нужного состояния. После утрамбовки одного слоя укладывали следующий и так продолжали до самого верха плотины.

Высота плотин зависела от напора, величина которого складывалась из глубины воды на пороге водозаборных отверстий (6 – 7 м) и расстояния по высоте немногим больше диаметра водяного колеса (3 – 5 м). Из-за максимального напора в 10 – 12 м высота плотин не превышала 11 – 13 м.

Ширина плотин назначалась не только из условий прочности и водонепроницаемости, но и из-за производственно экономических соображений. По гребню плотин со стороны верхнего бьефа всегда устраивалась проезжая дорога. Со стороны завода на гребне складывались руда, уголь, флюсы и различные материалы. Поэтому его ширина достигала 30 – 40 м. Для защиты от размыва волнобоем в зоне колебания уровней воды тело плотин с верховой стороны укреплялось деревянной стенкой за сваями, ряжами или кладкой из дикого камня. С целью экономии заводской территории и максимального приближения доменных печей к гребню низовая сторона плотин укреплялась подпорными стенками из дикого камня либо ряжами и в редких случаях – одерновкой. Поэтому ширина гребня немного уступала ширине плотины понизу. На некоторых плотинах мокрый откос использовался как место для отвала доменного и молотового шлака – «изгары». Благодаря этому создавалось дополнительное крепление от волнобоя, и ширина плотины еще более увеличивалась. Возведенное таким образом тело плотин совершенно исключало возможность опасной фильтрации по контакту с основанием.

До 1910 г. исследование рек Урала не носило планового характера и производилось по мере возникновения практических задач на конкретных объектах. За период с 1901 г. по 1917 г. партиями Управления внутренних водных путей и шоссейных дорог впервые была исследована река Тура и целый ряд озер.

Велись работы по изысканию и проектированию искусственных водных путей. Создание их ставило цель соединить в единую систему всю обширную сеть водных путей сообщения обеих частей России. Важнейшими были исследования 1911 – 1914 гг. на Урале Камско-Иртышского водного пути.

В начале XVIII в. было положено начало организации сети водомерных постов на реках России. В 1846 – 1847 гг. производились определения расхода на реках Чусовой и Ревде.

В 1875 г. при Министерстве путей сообщения была создана Навигационно-описная комиссия (НОК) для всестороннего изучения рек. НОК положила начало правильной организации русской водомерной сети. Руководителем этих работ был П.А. Фаддеев. В 1879 г. НОК разработала «Инструкцию для собирания описными партиями гидрометрических данных.

Число открытых в 1912 г. гидрометрических станций первой очереди достигало 23, но гидрометрическая часть Бюро исследований не смогла своевременно обработать и издать материалы наблюдений. Были опубликованы лишь результаты работ гидрометрических станций на реках Чусовой и Исети. Изыскательные партии Отдела земельных улучшений (ОЗУ), в отличие от описанных партий Министерства путей сообщения, интересовались не только планом и глубиной реки, но также ее уклоном и падением, водностью и режимом, наносами, составом воды и т. д. На Урале ОЗУ исследовал Каму.

Первые попытки анализа химического состава воды предпринимались еще в XVI в. Выделение гидрохимии из химии минералов земной коры в самостоятельную дисциплину пришлось на конец XIX в. – начало XX в. и завершилось после 1930 г.

После 1917 г. гидрологические работы в Советской России утратили систематический характер, а некоторые и совсем были прерваны на несколько лет в связи с Гражданской войной. Однако в 1918 – 1921 гг. на Урале проводятся изыскания с целью улучшения судоходных условий рек и использования их водной энергии. Велись также гидрометрические работы по расширенной программе.

Возобновление планомерных гидрологических исследований на Урале относится к 1926 г., когда Главэлектро организовало специальную ячейку для изучения местных водноэнергетических ресурсов (Управление по исследованию водных сил на Урале). Одновременно с началом работ, осуществляемых Главэлектро, Государственный гидрологический институт открыл несколько гидрометрических пунктов. В 1928 г. Академия наук организовала Башкирскую экспедицию, которая проводила изучение рек в этом регионе. Исследованиями этих учреждений было охвачено сравнительно большое число рек – Тагил, Салда, Урал, Чусовая, Реж, Нейва и др.

Значительное развитие работ по промышленному строительству, возникновение новых городов и рост старых населенных пунктов вызвали дальнейшее расширение гидрологических исследований на Урале. В 1930 г. их выполняли главным образом тресты Главэнерго, Гидроэлектрострой, преобразованный в Гидроэлектропроект, Академия наук СССР (Башкирская экспедиция), Народный комиссариат водного транспорта (Управление Камско-Печорского водного пути), Государственный гидрологический институт, Народный комиссариат земледелия (Гипровод), Гидрометеорологический комитет и др. Исследования указанных учреждений, увязанные между собой, велись не только в целях использования гидроэнергетических ресурсов, промышленного и питьевого водоснабжения, ирригации, судоходства и сплава, но и в порядке планового изучения гидрологического режима рек Урала.

С первых дней установления Советской власти был издан ряд декретов, направленных на улучшение санитарного состояния населенных мест. В годы первых пятилеток большое внимание уделялось вопросам благоустройства и, в частности, строительству канализаций.

На Урале, как и по всей стране, параллельно с развитием промышленности в крупных масштабах осуществлялось жилищное строительство, благоустройство населенных мест и их канализование. Однако в тот период системы канализации на Урале строились без очистных сооружений, редко с механической и еще реже – с биологической очисткой стоков. Следовательно, уже тогда уральские реки загрязнялись отходами различных отраслей промышленности. Но ввиду того, что объемы этих отходов были не так значительны, а самоочищающая способность рек оставалась еще сравнительно высокой, загрязнение происходило не столь интенсивно, как впоследствии. Проблемам охраны поверхностных вод в этот период уделялось очень мало внимания, так как основные средства направлялись в развитие промышленности, сельского хозяйства и других первостепенно важных отраслей народного хозяйства. Практически не решались и экономические вопросы изучения и использования вод Урала.

Продолжались работы по зарегулированию рек с целью создания водохранилищ, так как в годы первых пятилеток строилось много предприятий, а воды не хватало, ибо богатая гидрографическая сеть Свердловской области представлена верховьями рек.

В период Великой Отечественной войны исследование уральских рек и водоемов, продолжалось прежде всего с целью использования их гидроэнергетических ресурсов. Наряду с этим проводились работы по изучению рек, предназначавшихся в качестве источников водоснабжения промышленных предприятий, населенных пунктов и других объектов.

В результате размещения на Урале многих эвакуированных предприятий, которые потребляли значительные количества воды, а следовательно, сбрасывали большой объем сточных вод, реки и водоемы оказались загрязнены. Однако решение проблем охраны водных ресурсов в тот период временно было отложено.

После окончания войны, примерно до 50-х годов, сложились особые условия на Урале. Во-первых, в результате эвакуации и развития промышленности значительно возросло количество предприятий, а также население Урала, что обусловило значительное увеличение потребности в воде. Во-вторых, как уже говорилось выше, расширение промышленного производства в военное время проводилось без соблюдения необходимых санитарных норм, что привело к загрязнению поверхностных вод промышленными стоками. Поэтому после 50-х годов и по настоящее время наибольшее значение приобретают вопросы водоснабжения ряда крупных промышленных узлов и проблемы охраны вод. Сейчас строительство каждого предприятия заранее должно быть обосновано возможностями обеспечения водой. Заводы старого Урала, на базе которых преимущественно и развивалась современная промышленность, привязывались к залежам полезных ископаемых, а еще более того к нижнему бьефу плотин заведомо малых рек, энергия которых использовалась как единственная сила, приводящая в движение заводские механизмы. Поэтому потребность в воде разросшихся предприятий и крупных населенных пунктов не может быть покрыта без многолетнего зарегулирования речного стока, а в некоторых случаях – и без переброски воды из соседних бассейнов.

В 1950-1960 гг. на Урале началось строительство очистных сооружений. Однако нужно отметить, что очистные сооружения строились долго, их пропускная способность уже в скором времени не соответствовала объемам сточных вод, и поэтому загрязнение уральских рек продолжалось. Вопросам охраны водных ресурсов на Урале стали уделять большое внимание только в последние годы.

В 1969 г. в г. Свердловске на базе Уральского отдела водных ресурсов был организован Уральский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов (УралНИИВХ, сейчас – РосНИИВХ). После образования этого научного учреждения на Урале начали проводиться регулярные экспедиционные исследования и изыскания на реках, озерах и других водных объектах, развернулись широкие исследования по мелиорации земель. Со времени организации УралНИИВХ началось планомерное и систематическое изучение проблем водного хозяйства Урала.

Что касается полевых рекогносцировочных работ, то они были на Урале прекращены в 1957 г., гак как обследование рек, озер и болот для экономически наиболее развитых районов региона было в основном закончено.

В то же время после 1950 г. начались исследования по детальному генетическому изучению гидрохимических особенностей поверхностных вод – с момента их зарождения на склонах до фазы концентрации в форме руслового стока.

В связи с возрастающим объемом сброса в реки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод в последние годы получили существенное развитие исследования процессов загрязнения и самоочищения водных объектов Свердловской области.