Введение

Гатунская плотина — земляная плотина через реку Чагрес в Панаме, вблизи города Гатун. Плотина, построенная в период с 1907 по 1913 год, является важнейшим компонентом Панамского канала; она создает искусственное озеро Гатун, которое обеспечивает проход судов через Панамский перешеек. Кроме того, гидроэлектростанция, расположенная при плотине, вырабатывает электроэнергию, используемую для работы шлюзов и другого оборудования канала. Строительство плотины стало выдающимся инженерным достижением, уступающим лишь параллельной разработке Кулебра-Кат; на момент завершения строительства плотина была крупнейшей в мире земляной плотиной, а озеро Гатун — крупнейшим искусственным озером в мире.

Описание

Плотина расположена в долине реки Чагрес, примерно в от ее устья в Карибском море. Холмы, ограничивающие долину Чагрес, образуют в этой точке разрыв шириной чуть более , с естественным скалистым холмом в центре разрыва. Разрыв заполнен земляной плотиной, толщиной у основания, длиной по гребню, толщиной на уровне воды и толщиной по вершине, которая находится выше нормального уровня озера. Водосброс плотины построен на центральном холме; он состоит из полукруглой бетонной плотины, регулирующей поток воды по бетонному каналу, встроенному в задний склон холма. Сама плотина водосброса имеет длину по гребню; ее гребень находится на 16 футов (5 м) ниже нормального уровня озера. Водосброс спроектирован таким образом, чтобы вода, переливающаяся через полукруглую плотину, сходилась внизу с противоположных сторон и нейтрализовала свою силу, тем самым минимизируя эрозию ниже. На вершине плотины водосброса расположены 14 ворот, поддерживаемых бетонными опорами, каждый шириной и высотой. Эти ворота, работающие от электропривода, поднимаются или опускаются для регулирования потока воды; при уровне озера , его запланированном максимальном уровне, пропускная способность водосброса составляет в секунду, что больше максимального потока реки Чагрес. Кроме того, водосливные отверстия в шлюзах могут отводить в секунду. Озеро Гатун имеет площадь в 425 км² при нормальном уровне; оно хранит воды, что примерно соответствует годовому стоку реки Чагрес.

Производство электроэнергии

Плотина включает в себя гидроэлектростанцию, расположенную на восточной стороне водосбросного канала. Она использует воду из озера для вращения ряда турбогенераторов; при первоначальном запуске было установлено три генератора, вырабатывающих в общей сложности электроэнергию. Вырабатываемая энергия используется для работы шлюзов и оборудования водосброса, а также для освещения шлюзов и поселков вдоль канала.

Строительство

Строительство канала было начато французской компанией (La Compagnie Universelle du Canal Interoceanique) в 1880–1889 годах. Из-за недостаточной проработки вариантов и отсутствия точной информации о затратах, французская компания планировала построить канал на уровне моря, соединяющий оба побережья. Первоначально они рассчитывали на сумму около 120 миллионов долларов. После того как французская компания потратила около одного миллиарда франков (примерно 300 миллионов долларов), потеряла около 22 000 рабочих и обанкротилась, ее усилия фактически прекратились. Канал на уровне моря не потребовал бы строительства плотины, но все же потребовало бы принятия масштабных мер для учета постоянно меняющегося стока реки Чагрес. Соединенные Штаты взяли под контроль 16-километровую зону канала и возобновили строительство 4 мая 1904 года. Почти два года ушло на подготовку инфраструктуры, борьбу с комарами (переносчиками желтой лихорадки и малярии, недавно идентифицированными как источник распространения этих болезней), улучшение Панамской железной дороги и планирование, прежде чем работа вышла на полную мощность. После рассмотрения вариантов и затрат в 1906 году президент Теодор Рузвельт принял решение о строительстве канала с использованием шлюзов. Еще до принятия решения о шлюзованном канале, майор Джордж Вашингтон Гуэтальс (Инженерный корпус армии США), главный инженер строительства с 1907 по 1914 год, уже провел исследование под руководством Джона Фрэнка Стивенса (главного инженера, 1905–1907 гг.) для определения пригодности участка в Гатуне для строительства большой плотины. Были проведены обширные разведочные бурения для оценки пригодности грунта, а также испытания на давление материалов, предназначенных для строительства, чтобы определить их прочность. Плотина Гатун выполняет две важные функции: она регулирует постоянно меняющийся сток реки Чагрес и создает озеро Гатун. Озеро, расположенное на высоте около 26 метров (85 футов), обеспечивает судоходный путь через большую часть Панамского перешейка, включая сложный V-образный проход Кулебра (Гейлардский проход). Это позволило избежать выемки буквально миллионов кубических метров грунта, которые потребовались бы для канала на уровне моря. Уровень воды в озере регулируется водосбросами, контролирующими поток воды из плотины для поддержания почти постоянного уровня как в сезон дождей, так и в сухой сезон. Озеро также служит огромным резервуаром для работы шлюзов на обоих концах канала – Тихоокеанском и Атлантическом, и обеспечивает около 6 МВт электроэнергии, необходимой для работы шлюзов и плотины, посредством гидроэлектрогенераторов. После завершения строительства плотины и заполнения озера Гатун, дно озера было углублено там, где это было необходимо, для создания судоходного канала. Расположение Гатуна было в большинстве своем идеальным для плотины; вверх по течению от плотины холмы, окружающие реку Чагрес, широко расходились в районе, который сейчас занимает озеро Гатун. В узком месте холмы сближаются, образуя относительно узкий проход с естественным скальным каналом в центре. Это позволяет плотине умеренных размеров удерживать огромный объем воды, обеспечивая проход судов через большую часть перешейка и создавая резервуар воды для работы шлюзов. Центральный холм представлял собой идеальную прочную основу для строительства бетонного водосброса и самой плотины, основная часть которой была земляной. Единственной проблемой был масштаб плотины, который требовал огромного количества камня и грунта, поставляемого около 100 составов отходов, ежедневно в течение нескольких лет сбрасываемых в две параллельные стены отходов, расположенные на расстоянии около 823 метров друг от друга, с выемки Гейларда (ныне Кулебра) и шлюзов Гатун. Между этими стенами из отходов был создан непроницаемый сердечник с использованием технологии гидравлического заполнения, которая перекачивала миллионы кубических метров глинистого материала и воды в пространство между каменными стенами. Заполнение осуществлялось путем выемки мягкой глины из долины ниже, где драги извлекали глину и воду и загружали их в насосы, которые подавали ее в резервуар, созданный между внутренней и внешней стенами плотины. Затем смесь отстаивалась, пока глина не осела, а излишки воды откачивались обратно вниз по течению. Этот высушенный и затвердевший материал образовал прочный сердечник из "естественного" цемента в основе плотины. После того как плотина была построена до необходимой высоты, вся ее верхняя сторона была укреплена для защиты от разрушительного воздействия волн путем укладки крупных валунов, особенно в местах сильного волнения. Плотина содержит значительное количество материала и имеет ширину около 823 метров у основания, высоту около 32 метров (105 футов) и длину около 2286 метров (7500 футов). Вес плотины составляет около… Она занимает… площадь земли и содержит достаточно земли и камня для строительства стены высотой 1,5 метра и толщиной 29 сантиметров (или 4 фута 8 дюймов в высоту и 1 фут в толщину) вокруг Земли на экваторе.

Уровень воды

После открытия Панамского канала выяснилось, что уровень воды в водохранилище, создаваемом плотиной, недостаточно стабилен в течение сухого сезона для обеспечения работы канала. Плотина Мэдден была построена выше по течению реки Чагрес для создания водохранилища и обеспечения гидроэлектроэнергией города Панама, и была введена в эксплуатацию в 1935 году.