Введение

Плотина Форт-Пек — самая высокая из шести крупных плотин на реке Миссури, расположенная в северо-восточной Монтане, США, недалеко от города Глазго и прилегающая к поселку Форт-Пек. Её длина составляет 21 026 футов (6409 м), а высота — более 250 футов (76 м). Это самая большая в США плотина, построенная с использованием гидравлического заполнения, которая создала озеро Форт-Пек — пятое по величине искусственное озеро в США, протяженностью более 130 миль (209 км), максимальной глубиной 200 футов (61 м) и береговой линией длиной 1520 миль (2446 км), превышающей протяженность побережья штата Калифорния. Плотина и озеро расположены в пределах Национального заповедника дикой природы имени Чарльза М. Рассела. Плотиной и озером длиной 134 мили (216 км) владеет и управляет Инженерный корпус армии США. Они предназначены для производства гидроэлектроэнергии, борьбы с наводнениями и управления качеством воды. Установленная мощность плотины в настоящее время составляет 185,25 МВт, распределенная между 5 генераторными установками (которые, в свою очередь, подключены к западной и восточной энергосетям). Три генератора, расположенные на электростанции №1, построенной в 1951 году, имеют мощность 105 МВт. Два оставшихся генератора на электростанции №2, завершенной в 1961 году, имеют установленную мощность 80 МВт. Максимальный рабочий уровень воды в озере составляет 2250 футов (686 м) над уровнем моря, а нормальный рабочий уровень — 2246 футов (685 м) над уровнем моря. Уровень воды в озере меняется со временем под воздействием различных факторов. В первую неделю февраля 2007 года уровень воды в водохранилище достиг рекордно низкой отметки в 2197 футов (670 м) над уровнем моря, что почти на 12 футов (4 м) ниже предыдущего рекордно низкого уровня, зафиксированного в 1991 году. В июне 2011 года, в ответ на наводнение на реке Миссури в 2011 году, плотина сбрасывала почти максимальный объем воды, значительно превысив предыдущий рекорд сброса, установленный в 1975 году.

Предыстория

Форт Пек был крупным проектом Администрации общественных работ, частью «Нового курса». Строительство плотины Форт-Пек началось в 1933 году, а в июле 1936 года, в период пиковой нагрузки, на строительстве было занято 10 546 рабочих. Плотина, названная в честь торгового поста XIX века, была завершена в 1940 году и начала вырабатывать электроэнергию в июле 1943 года. Город Форт-Пек в штате Монтана, получивший название «город, построенный правительством», был возведен для размещения персонала Инженерного корпуса армии США, а также людей, занимавших «ответственные должности», и их семей во время строительства плотины. Многие из сооружений, обеспечивавших нужды рабочих плотины, используются и сегодня, например, центр отдыха и театр Форт-Пек. Помимо Форт-Пека, возникли и другие поселки для размещения строителей. Среди них – Уиллер и Маккон-Сити, а также более десятка других. Многие дома впоследствии были перевезены на фермы и в города по всей Монтане. Плотина Форт-Пек является одной из шести плотин на реке Миссури, находящихся в ведении Инженерного корпуса армии США, округ Омаха. Плотины, расположенные ниже по течению от плотины Форт-Пек: плотина Гаррисон (вблизи Ривердейла, Северная Дакота), плотина Оахе (вблизи Пьера, Южная Дакота), плотина Биг-Бенд (вблизи Форт-Томпсона, Южная Дакота), плотина Форт-Рэндалл (вблизи Пикстауна, Южная Дакота) и плотина Гавинс-Пойнт (вблизи Янктона, Южная Дакота). Эти шесть основных плотин образуют водохранилища реки Миссури с общим объемом хранения воды около и общей площадью водной поверхности около.

Строительство

Выбранное место располагалось на участке реки Миссури, протекающей с юга на север. Речное ложе в этом месте состояло примерно из 49 метров (160 футов) аллювиальных отложений, варьирующихся от грубого, водопроницаемого песка и гравия до непроницаемых глин. Под этими отложениями залегал мощный (около 305 метров или 1000 футов) пласт сланца Bear Paw. Этот сланец классифицируется как плотный и содержит тонкие (< слои бентонита. Верхний слой мягкой глины был удален из аллювия для устройства основания плотины на устойчивых песчаных отложениях, расположенных на высоте около 625 метров (2050 футов). Остальные отложения состояли из вышеупомянутых аллювиальных материалов. Эти отложения характеризовались множеством взаимосвязанных слоев грубого песка и гравия, что потребовало установки стальной шпунтовой стенки до плотного сланца от левого до правого устоя. Согласно проекту, плотина простирается до высоты 693 метра (2275 футов), что составляет общую высоту 69 метров (225 футов) от очищенного русла реки, и имеет длину между левым и правым устоями около 3200 метров (10500 футов). Водоподпорная сторона была спроектирована со средним уклоном один к четырем и включала три горизонтальные ступени, встроенные в уклон. Более пологий (1:7.5) берм должен был быть устроен между отметками 30+00 и 75+00 (приблизительно центральная половина длины плотины). Поскольку был выбран метод строительства с использованием гидравлического заполнения, были построены четыре электрических земснаряда. Из-за удаленности участка от ближайшего берега на месте была организована верфь, которую рабочие в шутку прозвали «Форт-Пекский флот» и «Самая большая верфь в Монтане». Эти земснаряды перекачивали материал из близлежащих карьеров на площадку плотины, где он выгружался по трубам вдоль внешних краев насыпи. Более крупный материал быстро оседал, а мелкий переносился вниз, к тому месту, которое впоследствии стало ядром плотины. Регулярно отбирались образцы из всех зон для контроля гранулометрического состава и характеристик уплотнения материала, соответствующих проектным требованиям.

Неисправность плотины во время строительства

Этот процесс продолжался до тех пор, пока высота навала не достигла приблизительно 2250 футов (686 м), в то время как уровень воды в водохранилище составлял 2117.5 футов (645 м). В этот момент опасность перелива или прорыва оболочки ядром бассейна возросла, поскольку пляжи стали уже. По этой причине вдоль более узкой верхней части плотины была внедрена обширная система сигнализации. Эта система могла немедленно остановить насосы для намыва грунта в случае обнаружения пробоины в оболочке. Частью этой системы был мониторинг уровней воды в ядре бассейна и в трубопроводах, по которым подавался намываемый грунт. Утром 22 сентября 1938 года инспекция инженера, ответственного за строительство, показала, что высота трубопровода относительно уровня воды в ядре бассейна в районе отметки 15+10 (см. прилагаемую аэрофотосъемку) составляла всего 2,5 фута (1 м) при требуемых 4,5 фута (1 м). Немедленно была направлена геодезическая группа для определения, оседает ли грунт основания трубопровода или само основание трубопровода. Предварительные измерения показали, что трубопровод был ближе к уровню воды в бассейне, чем ожидалось, в интервале от отметки 15+00 до отметки 17+00. На 13:15 была запланирована встреча с районным инженером и руководителями строительства в районе предполагаемой проблемы. Примерно в 13:15 уровень воды в ядре бассейна в районе отметки 15+00 начал медленно опускаться. С увеличением скорости опускания, на 9 метров ниже гребня плотины появились трещины в верхней части набережной. По мере увеличения опускания, части оболочки начали смещаться назад в сторону ядренного бассейна, а большая часть верхней части плотины начала перемещаться в водохранилище, смещаясь на юг и незначительно поворачиваясь вокруг восторного устоя. Западный конец массы оползня отделился от плотины в районе отметки 27+00, и вода из ядренного бассейна быстро вырвалась через образовавшуюся пробоину в оболочке. Части ядра в еще стабильной части плотины продолжали опускаться в образовавшуюся воронку после смещения массы оползня. Один из прорабов, отъезжая на автомобиле от надвигающегося обрыва на запад вдоль пляжа, чтобы избежать обрушения, заметил, что небольшой обрыв в ядре продвигался на запад со скоростью, равной скорости его автомобиля (около 10 миль/ч (16 км/ч)). Насосная баржа, пришвартованная у восторного устоя плотины, была затоплена оползнем и затонула вместе с несколькими тракторами, бульдозерами и драглайнами на склоне. Из 134 человек, работавших в этом районе, 34 оказались в зоне оползня. Из этих 34 человек спасти удалось только восемь, остальные погибли. Из восьми тел удалось извлечь только два, шестеро навсегда остались погребенными под завалами. В ходе исследований и анализов, проведенных Инженерным корпусом и другими специалистами для определения причины оползня, были рассмотрены различные сценарии разрушения: смещение по слабому тектоническому разлому в сланце в основании, смещение по поверхности сланца, прорыв оболочки из-за избыточного давления в ядре, а также временное разжижение грунта оболочки или основания. Обширные лабораторные испытания сланца, как выветренного, так и невыветренного, показали прочность, обеспечивающую коэффициент запаса прочности более единицы. Кроме того, фрагменты выветренного сланца были обнаружены в массе оползня, что указывает на то, что поверхность скольжения располагалась в сланце, вероятно, на небольшой глубине. Материал ядра оказался значительно прочнее, чем ожидалось (угол внутреннего трения составлял около 29 градусов), и был вынесен в зону оползня почти в монолитном состоянии, что делает маловероятным, что ядро было слабым звеном. Лабораторные испытания материала оболочки и грунта основания показали, что оба материала были плотнее критического состояния для разжижения. Признаков вибрации грунта, сейсмической или иной природы, не обнаружено. Некоторое разжижение могло произойти после начала оползня, но вряд ли оно стало его причиной. Основным слабым местом плотины, по-видимому, были бентонитовые прослои в сланце Bear Paw. Во время строительства в некоторых точках сланца было зафиксировано очень высокое давление воды, вероятно, вызванное консолидацией под нагрузкой намываемого грунта. Избыточное поровое давление не могло рассеяться из-за низкой проницаемости окружающего сланца. Это привело к низкому эффективному напряжению в бентоните и очень низкой прочности на сдвиг.

Наводнение 2011 года и ремонт

Согласно газете Billings Gazette, плотина была повреждена "рекордно высоким паводковым стоком и наводнением в 2011 году". По состоянию на март 2013 года "Инженерный корпус армии США одобрил более 42,9 миллионов долларов на ремонт плотины Форт-Пек".

Представления в искусстве и литературе

Плотина Форт-Пек, вероятно, наиболее известна благодаря фотографии водосброса, сделанной Маргарет Бурк-Уайт во время строительства и помещенной на обложку первого номера журнала Life от 23 ноября 1936 года. Позже эта фотография Бурк-Уайт была использована на почтовой марке США в серии "Celebrate the Century". Плотина также является центральным элементом романа "Bucking the Sun" писателя Ивана Доига, опубликованного в 1996 году. В романе рассказывается история вымышленной семьи Дафф и их различных ролей в масштабном проекте строительства плотины, а также описываются условия труда и образ жизни тысяч рабочих, нанятых для строительства плотины Форт-Пек, многие из которых были фермерами с земель выше по течению реки, которым суждено было исчезнуть под водами образовавшегося озера Форт-Пек. Плотина Форт-Пек также фигурирует в романе Ивана Доига "Рассказ бармена". Книга "Пятьдесят центов в час: строители и бум-города плотины Форт-Пек" (Fifty Cents an Hour: The Builders and Boomtowns of the Fort Peck Dam) авторства Лоис Лонквист из Монтаны, опубликованная в 2006 году, представляет собой всеобъемлющую историю строительства плотины и водосброса Форт-Пек. Построенная Инженерным корпусом армии США, в рамках проекта PWA №30, она обеспечила тысячи рабочих мест во время Великой депрессии. Книга включает историю бум-городов, возникших в этом районе, и "людей проекта", живших и работавших в Форт-Пек в "дни строительства плотины". М. Р. Монтгомери, "Неуловимая пыль" (Impalpable Dust), личная история, опубликованная в The New Yorker 27 марта 1989 года, на странице 94, была написана сыном инженера, работавшего на плотине во время ее строительства. После смерти отца автор исследовал историю строительства плотины и роль своего отца в ней.