Поскольку каждая река уникальна, уникальна и каждая плотина. Арочных плотин это касается особенно, поскольку они возводятся в горных ущельях, которые уже сами по себе разнообразны.
В отличие от гравитационных у арочных плотин более сложная форма, их устойчивость обеспечивается за счет упора в берега ущелья. Горизонтальные сечения (арки) обычно имеют круговое очертание, а поперечные профили (консоли) очень разнообразны по форме. Плотины могут быть как вертикальными, так и криволинейными с различной степенью наклона.
По относительной толщине они делятся на три типа: тонкие, толстые и арочно-гравитационные. Особенностью последних является передача значительной части нагрузки (обычно не менее 40%) на основание, т.е. их устойчивость обеспечивается и за счет массы плотины.
Саяно-Шушенская ГЭС
Гунибская ГЭС
Главные факторы, которые проектировщик должен учитывать, – ширина и конфигурация каньона. Например, Енисей в створе Саяно-Шушенской ГЭС протекает в ущелье шириной почти километр, и тонкую арочную плотину в нем разместить было нельзя, только арочно-гравитационную. А у дагестанской реки Каракойсу в створе Гунибской ГЭС узкий каньон шириной всего 60 м, и здесь тонкая арочная плотина – оптимальное решение.
Гергебильская ГЭСДругие важные факторы – температурный режим и геология. На той же Каракойсу расположена Гергебильская ГЭС, и изначально там тоже планировалась тонкая арочная плотина. Но оказалось, что горные породы склонов каньона имеют трещины и передавать на них всю нагрузку нельзя, поэтому построили арочно-гравитационную плотину, которая успешно эксплуатируется уже более 80 лет.
Чиркейская ГЭСНа конструкцию также влияет расположение здания ГЭС и водосбросных сооружений. Например, здания Чиркейской и Саяно-Шушенской ГЭС расположены у подножья плотины, в результате водоводы, по которым вода подается к турбинам, интегрированы в плотину, располагаясь на их низовой грани, что придает им характерный внешний вид. Но в мировой практике здание ГЭС часто располагается в отдалении от плотины или вообще под землей, а вода к турбинам подается по тоннелям. Водосбросные сооружения также могут либо располагаться отдельно (как правило, в виде тех же тоннелей), либо интегрироваться в плотину. Так, водосброс на Чиркейской ГЭС расположен отдельно от плотины, а на Миатлинской ГЭС интегрирован в плотину. В ряде случаев на арочной плотине размещается сразу несколько ярусов водосбросов, глубинных и поверхностных. Такое решение было применено советскими проектировщиками на Ингурской ГЭС и сейчас широко используется китайскими гидростроителями.
Миатлинская ГЭС
Ингурская ГЭС
Наконец, играет роль и то, когда плотина была построена. Гидротехника развивалась, накапливались опыт и научная база. Это позволило (и позволяет) проектировать более тонкие и экономичные, но не менее надежные плотины. Например, в 1935 году в США была построена арочно-гравитационная плотина – Дамба Гувера высотой 221 м, длиной по гребню 379,2 м, с объемом бетона, уложенного в плотину, – 3,33 млн м3. Она послужила примером для создания подобных плотин во всем мире. Плотина Чиркейской ГЭС, введенной в эксплуатацию в 1974 году, при близких размерах (высота 232,5 м, длина по гребню 338 м) по экономичности значительно превосходит дамбу Гувера – для ее возведения потребовалось только 1,295 млн м3 общего объема бетона.
Дамба Гувера