Budowle z historią

Kamienne zapory narzutowe zostały po raz pierw­szy zastosowane na dużą skalę w Kalifornii w cza­sie gorączki złota w 1849 roku. Zapory te były konstruowane z ręcznie układanego skalnego kruszywa, stanowiącego rdzeń, i ułożonej od strony podwodnej nieprzepuszczalnej warstwy ubitej darni. Wykonywanie dużej części prac przez ma­szyny umożliwiało budowanie coraz większych rdzeni i usypywanie równiejszych stoków. Warstwę nieprzepuszczalną tworzono z impregnowanego drewna bądź częściej z betonu. Zapory ciężkie, wznoszone z kamienia lub z betonu dzięki swej wielkiej masie wytrzymują duży napór wody. Pierwsza znana zapora tego typu powstała w Egipcie około 2750 roku przed naszą erą. Zaporę w Sadd el-Kafara koło dzisiejszego Kairu wznie­siono, by magazynować wodę dla robotników pra­cujących w pobliskim kamieniołomie. Tworzyły ją dwie kamienne ściany, każda o grubości 24 met­rów. Przestrzeń pomiędzy nimi wypełniono żwi­rem. Całkowita grubość zapory u podstawy wyno­siła 84 metry. Nawet to nie wystarczyło. Ciśnienie wody przepływającej przez zaporę spowodowało prawdopodobnie szybkie wypłukiwanie żwiru wy­pełniającego i w rezultacie wepchnięcie do wnę­trza środkowych sekcji kamiennych ścian. Zapory kamienne często spotykane były w dawniejszych czasach. Często możemy je ujrzeć na różnych filmach. Niektóre osoby pewnie wiedzą o co chodzi.

Pomimo że budowanie zapór ma bardzo długą historię, jak dotąd nie rozwiązano pomyślnie kilku związanych z nim problemów. Szczególnie w ostat­nich dziesięcioleciach zrozumiano, jak silny wpływ na środowisko mają zapory i sztuczne zbiorniki wodne. Z drugiej strony wielki jest wpływ całości środowiska na zapory. Przykładem niech będzie akumulacja osadu w zbiorniku retencyjnym. Mul niesiony z prądem rzeki osadza się na dnie i zmniejsza pojemność zbiornika. Podczas pierwszych 14 lat swego istnie­nia jezioro Mead w USA, utworzone w wyniku bu­dowy olbrzymiej zapory Hoovera na rzece Kolo­rado straciło 3% pierwotnej pojemności. Akumulacja mułu w zbiorniku retencyjnym mo­że doprowadzić również do klęski ekologicznej. Nil wylewając dwukrotnie w roku osadzał na po lach warstwę żyznego mułu, który od tysiącleci stanowił podstawę egipskiego rolnictwa i bytu tego państwa. Po zbudowaniu tamy asuańskiej mul za­trzymuje się przed nią i nie przedostaje się już w dół rzeki, nie użyźniając tym samym pól. Innym istotnym zagadnieniem jest parowanie wody ze zbiorników. Parowanie powoduje stopnio­wy wzrost stężenia rozpuszczonych w wodzie soli mineralnych. Z biegiem czasu może ono wzrosnąć do tego stopnia, że woda ze zbiornika stosowana do nawadniania będzie zabójcza dla roślin, czyli wpłynie bardzo niekorzystnie na środowisko, a więc jest to pewien minus.

Wytrzymałość zapory łukowej maleje wraz ze wzrostem promienia łuku. Z tego powodu trudno jest przegrodzić zaporą jednołukową szeroką dolinę rzeczną. Problem ten został rozwiązany w XVIII-wiecznej Hiszpanii. Don Pedro zbudował szereg niewielkich zapór składających się z łuków o małym promieniu opartych na przyporach zamocowa­nych w dnie doliny. Zapory te doskonale się spraw­dziły i konstrukcje tego typu do dziś są stosowane. Przykładami są 87-metrowa Barlett Dam na rzece Verde w Arizonie i potężna, 272-metrowa zapora na rzece Inguri w Gruzji, ukończona w 1980 roku. Zapora drewniana nie wytrzymuje więcej niż około 50 lat, dlatego właśnie niewiele jest pozostałości po takich konstrukcjach, które z pewnością po­wszechnie wznoszono już od dawna. Zapora taka zwykle wytrzymuje napór wody przez zaledwie kilka lat. Jednak konstrukcje drewniane były i są wybitnie użyteczne jako grodzę, tymczasowe budowle wznoszone podczas prac budowlanych w łożysku rzeki, na przykład przy wznoszeniu zapory lub filarów mostu. Zapory stalowe, ze ścianami ze stalowych płyt i przyporami ze stalowych kratownic, zaczęto wznosić około roku 1900. Jednak zarówno koszty budowy, jak i późniejszego utrzymania takiej bu­dowli były znaczne i powstało ich zaledwie kilka. Koszty takiego projektu są naprawdę wysokie. Inwestycja taka jest bardzo kosztowna i żaden budżet nie może zaszaleć zbytnio zbyt dużą ilością takich projektów.

Zapora łukowa widziana z góry ma kształt łuku wybrzuszonego w kierunku przeciwnym do nurtu przegrodzonej rzeki. Kształt taki powoduje, że znaczna część siły naporu wody jest przenoszona wzdłuż zapory na stanowiące podporę zbocza do­liny, a nie na jej dno, jak w przypadku zapory cięż­kiej. Wielką zaletą tej konstrukcji jest to, że uży­wając takiej samej ilości materiału, jak przy budowie zapory ciężkiej otrzymuje się znacznie wytrzymalszą strukturę. Jedną z pierwszych zapór łukowych wybudowa­no w XVII wieku w Elche w Hiszpanii. Była to budowla wysoka na 23 metry i o grubości zaled­wie 10 metrów. Stosunek wysokości do grubości wynosił tu zaledwie nieco ponad 2, zapora była więc zbyt wąska, by być uznaną za klasyczną zapo­rę ciężką. Od tego czasu Hiszpanie zdali sobie spra­wę, że konstrukcje łukowe nadają się szczególnie do wznoszenia w wąskich i głębokich skalistych wąwozach rzecznych. Łuk zapory może mieć bo­wiem ograniczoną długość i wymaga mocnych podpór. Zapory łukowe uważane są za bardzo bez­pieczne i nigdy nie odnotowano katastrofy spowo­dowanej zawaleniem się ściany. Konstrukcje łuko­we narażone są jednak na inne niebezpieczeństwa – w 1959 roku wskutek przesunięć w skałach sta­nowiących podpory uszkodzeniu uległa zapora Malpasset we Francji. Nazwa zapory łukowej wywodzi się z jej wyglądu – jak wyżej napisano zapora łukowa z góry przypomina kształtem łuk.