В жизни и хозяйственной деятельности человека огромное значение имеет вода. Трудно, да, пожалуй, и невозможно найти какую-либо отрасль хозяйственной деятельности человека, где вода не находила бы применение. Она нужна для получения продукции промышленности, изготовления предметов потребления, бытовых нужд человека. Используется она для орошения земель, водоснабжения населения, водного транспорта, получения электроэнергии, рыбного хозяйства.
Использование воды связано с возведением различного рода сооружений, так как в большинстве случаев не представляется возможным использовать водоисточник без поднятия, например, уровня в нем воды, распределения водного потока по потребителям и т.д. Для получения электроэнергии создают водохранилища, обеспечение водой прудов рыбопитомника требует создания головного пруда и сети водоподводящих каналов. Выполнение этих задач связано с устройством определенного рода сооружений, которые называют гидротехническими.
Наука, изучающая эти сооружения, устанавливающая методы их проектирования и разрабатывающая приемы их постройки, называется гидротехникой. Организацию и выполнение строительства различных гидротехнических сооружений в соответствии с выбранной задачей называют гидротехническим строительством. Оно осуществляется в различных сферах деятельности человека, в связи с чем в гидротехнике существует такое понятие, как водное хозяйство. Под водным хозяйством понимают совокупность мероприятий, направленных на комплексное использование различных водоемов.
В нашей стране комплексное использование водоемов впервые было отражено в 1920 г. в известном плане ГОЭЛРО, где отмечено, что использование водной энергии не может рассматриваться изолированно от других водохозяйственных потребностей, например, судоходства, орошения, рыбного хозяйства. При комплексном использовании водных ресурсов достигают наиболее эффективных результатов. Эта идея комплексного подхода к использованию водных ресурсов осуществляется в настоящее время в каждом конкретном случае ведения водного хозяйства на определенном водоеме.
Примером комплексного использования воды может служить Новосибирское водохранилище. Оно было построено с целью получения электроэнергии, регулирования весеннего стока реки Оби, улучшения водоснабжения таких городов, как Бердск, Искитим и их растущих предприятий, для улучшения условий судоходства в верховьях Оби, для развития рыбного хозяйства и орошения засушливых районов Новосибирской области. Планировалось использовать водохранилище в качестве регулятора водного стока в проектируемых нижележащих водохранилищах на реке Оби.
Водное хозяйство имеет свои отрасли, в каждой из которых гидротехнические сооружения своеобразно устроены и выполняют задачи, подчиненные целям данной отрасли.
1. Использование водной энергии. В этой отрасли гидросооружения предназначены для поднятия уровня воды в водоисточнике с целью выработки электроэнергии или для приведения в действие других гидросиловых установок, например мельниц.
2. Мелиорация. В этой отрасли гидросооружения служат для орошения сельскохозяйственных угодий (насосные станции, трубопроводы, плотины на водоисточнике), для защиты от вредного воздействия воды (затопление, подтопление), для борьбы с оползнями, оврагами, уничтожения очагов выплода малярийных комаров.
3. Водный транспорт. Устройство каналов, гаваней, портов, дноуглубительные работы, сооружение шлюзов.
4. Обводнение и водоснабжение сельскохозяйственных построек, сел, ферм. Трубопроводы, насосы и др.
5. Водоснабжение и канализация городов, поселков, промышленных предприятий. В этой отрасли применяют гидросооружения для очистки воды и бытовых стоков, различного рода трубопроводы, фильтры и др.
6. Гидротехника рыбного хозяйства. Устройство прудов, рыбоходов, рыбоподъемников, искусственных нерестилищ, обводнение рыбопромысловых озер, мелиоративные работы на рыбохозяйственных водоемах.
Как инженерная наука гидротехника связана с рядом других технических наук.
1. Гидрология. Наука, изучающая режим и деятельность воды на поверхности земли (скорость течения, движение водных струй в потоке и др.) Она нужна гидротехнике для оценки водного стока, горизонтов и расходов рек и их русловых процессов. При возведении плотин проводят расчеты расхода воды в различные сезоны года и другие исследования.
2. Гидравлика. Эта наука изучает движение воды через различные сбросные сооружения; процессы, протекающие в плотинах при заполнении построенного водоема. Она помогает правильно рассчитать размеры плотины, водосборных и водовыпускных сооружений, рыбоходов и др.
3. Геодезия. Изучает поверхность земли. Она помогает правильно выбрать участок для строительства рыбоводного хозяйства, целесообразно расположить необходимые гидросооружения, контролировать ход их строительства.
4. Геология. Изучает строение земной коры и, в частности, характер грунтов на участке строительства рыбоводного объекта (оценка механического состава грунтов, пригодность их для создания водоема, водопроницаемость и др.).
5. Гидрология. Изучает глубину залегания грунтовых вод, их качество и движение, физико-химический состав.
6. Сопротивление материалов. Знание основ этой науки позволяет правильно выбрать необходимые материалы для возведения того или иного гидротехнического сооружения.
7. Строительная механика. Позволяет выбрать наиболее экономичные механизмы для строительства различных гидротехнических сооружений.
8. Инженерные конструкции. Гидротехнические сооружения возводят с учетом экономических профилей плотины, которые проверяются расчетами. Некоторые сооружения могут быть возведены из готовых конструкций.
9. Строительное производство. Здесь учитывают способы производства работ по строительству гидросооружений, их сроки.
Гидротехнические сооружения возводились для орошения земель, снабжения населения водой, использования водной энергии задолго до новой эры. В Древнем Китае сооружались пруды, в странах Востока применяли орошение сельскохозяйственных угодий, в Древнем Риме строили акведуки, искусственные водоемы для рыборазведения.
Первая каменная плотина, о которой дошли до нас сведения, была построена в Египте за 4 тыс. лет до н.э. Регулирование р. Тигра и Евфрата проводили за 500 лет до н.э.
Наиболее древним видом транспорта в России считается водный. Сведения о знаменитом пути «из Варяг в Греки» восходят к началу образования нашего государства. Этот путь протянулся на громадные расстояния с севера на юг, соединяя через «волоки» Балтийское море с Черным. «Волоки» и были зачатками первых гидросооружений на Руси.
О первых настоящих гидросооружениях (водяные мельницы) на Руси упоминают в памятниках письменности XIII в. В них же упоминается и о строительстве прудов и заграждений на реках для рыбного промысла. Первые пруды были построены в Троицко-Сергиевской лавре.
В документах XIV-XVI вв. упоминание о постройке плотин, прудов, мельниц становится все более частым. Так, в XVI в. при Борисе Годунове в Царицыне был построен пруд площадью 80 га при максимальной глубине 18 м. Он существует и поныне и называется Борисовским.
О сооружениях водоснабжения впервые упоминается в XII в. В это время в Новгороде был построен деревянный водопровод. В XV в. в Москве для снабжения водой Кремля был построен свинцовый самотечный водопровод. Он был одним из первых в столицах Европы. В 1633 г. он был переделан в напорный и давал 4 тыс. ведер в сутки.
Расцвет гидростроительства падает на XVII в. В это время строятся бумажные, металлургические, стекольные, пороховые, лесопильные заводы. Их станки приводила в действие падающая вода из специально построенных прудов. Для создания прудов использовали земляные и деревянные плотины. К середине XVIII в. на Урале было построено 150 заводов и все они имели гидросиловые установки. Некоторые пруды на Урале сохранились по настоящее время. Построенная в 1787 г. гидротехником К.Д. Фроловым подъемная гидросиловая установка на Змеиногорском руднике на Алтае для подъема воды и руды из шахты и пилки леса имела земляную плотину высотой 18 м.
В конце XVIII - начале XIX в. в России создан ряд искусственных водных путей: старейшая Вышневолоцкая судоходная система, Мариинская водная система. Общая длина этих водных путей более 2200 км со 115 шлюзами. В конце XIX - начале XX в. было проведено осушение Барабинской степи на площади 1,3 млн га. Остатки осушительных сооружений можно увидеть в Куйбышевском и Венгеровском районах Новосибирской области.
Расцвет гидростроительства в России падает на XX в. В это время были построены десятки гидроэлектростанций, такие как Рыбинская, Иваньковская, Валховская, Угличская, ряд гидростанций на Волге, Оби, Енисее.
Построено множество прудов общей площадью более 200 тыс. га. Среди них такие крупные прудовые хозяйства, как Новочеркасское (3600 га), Сусканское нерестововыростное (7000 га), Сулинское (5000 га), Казанское озерное (5962 га). Построен ряд садковых и бассейновых хозяйств на сбросных теплых водах ТЭЦ, ГРЭС. Проведена мелиоративная работа на озерах Ладожское, Чудское, Онежское, Ильменское, Чаны, Убинское, Сартлан и др.
Возведение гидротехнических сооружений, особенно крупных - ответственное дело. Находясь в соприкосновении с водой, они выдерживают большие нагрузки, до 70 т на 1 м погонной длины. Наносы и лед усиливают это давление. Разрушение плотин и сопряженных с ними сооружений вызывает большие катастрофы. Например, в 1884 г. в Пенсильвании (США) разрушилась земляная плотина Джонстаун высотой 23 м вследствие перелива воды через гребень. Вода вылилась из водохранилища за 45 минут. Высота волны составляла 10-12 м. Погибло около 2 тыс. человек. В 1923 г. в Северной Италии разрушилась арочная железобетонная плотина высотой 56 м. Высота волны достигла 30 м.
В результате небрежного строительства гидросооружений в прудовых хозяйствах наблюдается их разрушение. Так, в 1967 г. в Битковском совхозе Новосибирской области ушла вода из зимовального пруда и вся рыба погибла. В 1970 г. в Кемеровском рыбхозе Кемеровской области вода пошла вдоль трубы донного водоема летне-маточного пруда и рыба оказалась на его дне. Хозяйства потерпели материальные убытки.
Почти все гидротехнические сооружения, как крупные, так и небольшие, вызывают изменения не только окружающей территории, но и мест, довольно далеко лежащих от них. Повышается залегание грунтовых вод, заболачиваются вершины водоемов и т.д. В связи с этим все гидротехнические сооружения возводят согласно инструкциям по разработке проектов и смет для промышленного строительства и соответствующим главам строительных норм и правил (СНИП).
Рыбоводные хозяйства делят на прудовые, на естественных водоемах и хозяйства на сбросных теплых водах (индустриальные). В каждом виде хозяйств рыбохозяйственная гидротехника решает свои определенные задачи.
Прудовое рыбоводство (рис. 1):
1. Выбор участка под прудовое рыбоводное хозяйство.
2. Составление проекта прудового рыбоводного хозяйства.
3. Выбор конструкции и назначение мест расположения гидротехнических сооружений в рыбоводных прудовых хозяйствах.
4. Строительство гидротехнических сооружений.
5. Уход за сооружениями в различные периоды года и их ремонт в период эксплуатации.

Рыбоводство в естественных водоемах (рис. 2-4):
1. Исследование естественных водоемов.
2. Назначение необходимых работ и сооружений для улучшения режима водоема как среды обитания рыб.
3. Проектирование и строительство гидротехнических сооружений рыбоводного завода, нерестово-выростного или озерного хозяйства.
4. Проектирование и строительство рыбопропускных сооружений (рыбоход, рыбоподъемник) для обеспечения нереста в естественных условиях.
5. Проектирование и строительство угреходов.
6. Проектирование и строительство рыбозащитных и рыбозаградительных устройств.
7. Эксплуатация сооружений.

Индустриальное рыбоводство (рис. 5, 6):
1. Исследование технических водоемов сбросных вод тепловых электростанций и других предприятий.
2. Выбор типа и схемы рыбоводного хозяйства (садковое, бассейновое).
3. Проектирование и строительство выбранного типа хозяйства.
4. Эксплуатация хозяйства.
В рыбоводных хозяйствах в зависимости от типа строят следующие группы гидротехнических сооружений:
1. Плотины, дамбы.
2. Водосбросные сооружения.
3. Сооружения для водоснабжения рыбоводных прудов (головные водозаборные сооружения, головные шлюзы-регуляторы, водоподающие каналы, лотки, трубопроводы, вододелители, водовыпуски из канала в пруды, перепады, быстротоки, акведуки, дюкеры, аэраторы, отстойники, бассейны, фильтры).
4. Сооружения для осушения прудов (рыбосборные канавы, донные водоспуски, рыбоуловители, сбросные каналы).
5. Рыбозащитные сооружения: механические (фильтры, решетки, сетки, барабаны), гидравлические (запани, отбойные козырьки), физиологические (электрические поля, воздушная завеса).
6. Рыбозаградительные сооружения (верховина, решетки).
7. Сооружения для пропуска рыбы из нижнего бьефа в верхний (рыбоходы, угреходы, рыбоприемники).
8. Комплекс гидротехнических сооружений с механической подачей воды (водозабор, здание насосной станции, трубопроводы).
9. Специальные сооружения рыбоводных заводов (пруды и садки для выдерживания рыб, бассейны для выращивания рыб, дафниевые пруды и бассейны).
10. Специальные сооружения на геотермальных и сбросных теплых водах тепловых электростанций.
11. Причалы.

---