Budowle z historią

Najstarsze zapory były prawdopodobnie wałami ziemnymi usypywanymi w ten spo­sób, by spiętrzyć wody rzeki i utworzyć zbiornik. W przypadku, gdy rzeka okresowo wysy­chała, zapas wody w zbiorniku wystarczał na cały rok. Rzymianie wznieśli liczne zapory w Europie Północnej, używając do budowy zaprawy murarskiej i betonu. Za czasów Nerona w pobliżu stolicy imperium wzniesiono trzy zapory, dzięki którym utworzono trzy sztuczne zbiorniki, mają­ce służyć rozrywce władcy. Austriacy budowali zapory, by w utworzonych zbiornikach hodować ryby. Austriaccy inżynierowie wznieśli też kilka zapór w Dolomitach, by zapobiegać powodziom w Południowym Tyrolu (obecnie Górna Adyga we Włoszech) i w północnych Włoszech. Zapoczątkowana około roku 1760 rewolucja prze­mysłowa zrodziła między innymi zapotrzebowanie na tani, szybki i sprawny transport coraz większej ilości surowców i wytworzonych dóbr. W efekcie w przodujących podówczas krajach – Francji i Anglii – powstało wiele zapór. Niektóre z nich służyły do kontrolowania poziomu wody w rze­kach, tak by umożliwić na nich całoroczną żeg­lugę. Inne z kolei służyły zaopatrywaniu w wodę. szybko rozrastającej się sieci kanałów. Powstawały również wielkie zbiorniki wodne będące rezerwu­arami wody pitnej dla gwałtownie rozwijających się miast przemysłowych. szybko rozrastającej się sieci kanałów. Powstawały również wielkie zbiorniki wodne będące rezerwu­arami wody pitnej dla gwałtownie rozwijających się miast przemysłowych.

Zapory wykonane w całości z jednego materiału nazywamy jednorodnymi. Wiele tego typu budow­li ziemnych jest używanych do dziś. Wyposaża się je w urządzenia przelewowe, mogące odprowadzić w sposób kontrolowany duże ilości wód powodzio­wych. Każdy przelew wody przez koronę zapory mógłby bowiem doprowadzić do erozji wału i w efekcie do zniszczenia zapory. Również prze­sączanie wody przez materiał zapory musi być kon­trolowane, by nie doprowadzić do przesunięć mate­riału i osłabienia struktury. Aby zapory ziemne były stabilne i bezpieczne, wprowadzono liczne udoskonalenia. Przy zaporach jednorodnych stosuje się technikę drenażu pozwa­lającą na osuszanie podstawy oraz odsłoniętej czę­ści wału. Dzięki temu ta część zapory pozostaje sucha i stabilna. Trawa siana na wale zapobiega jego erozji wywołanej opadami atmosferycznymi. Z kolei wybrukowanie części podwodnej chroni ją przed erozją wywołaną falowaniem. Współczesne zapory ziemne są konstrukcjami zło­żonymi. Wewnętrzny nieprzepuszczalny rdzeń sięga głęboko, tworząc również fundament zapo­ry. Konstrukcja zprojektowana w XIX wieku skła­dała się z glinianego rdzenia przechodzącego przez środek wału zapory i sięgającego w głąb aż do rowu wyrytego w skalnym, nieprzepuszczalnym podło­żu. W ten sposób tworzy się warstwa nieprzepusz­czalna dla wody, a wkopanie rdzenia w stabilne podłoże uniemożliwia przesuwanie się zapory pod naporem mas wody.

Za zaporą, wskutek zalania doliny rzecznej, powstaje sztuczne jezioro. Ale zalewanie dolin rzecznych przy budowie zbiorników retencyjnych także rodzi poważne problemy. Często tysiące ludzi zamieszkujących tereny przeznaczone do zalania musi opuścić swe domy. Zniszczeniu ulega środo­wisko naturalne, często traci się przy tym tereny cenne rolniczo. Zalaniu mogą ulec bezcenne dobra kultury (przypadek tamy asuańskiej na Nilu). Wraz ze wzrostem liczby wznoszonych zapór są one często lokowane w miejscach, które po­przednio nie zostałyby zaakceptowane. Niekiedy wznosi sieje na terenach o szczególnej aktywności sejsmicznej, gdzie bardzo trudno zapewnić bez­pieczeństwo konstrukcji. Niektórzy naukowcy sugerują, że napór wody ze zbiorników może być przyczyną słabych wstrząsów sejsmicznych. Rze­czywiście, słabe trzęsienia ziemi były odnotowy­wane na terenach, gdzie przed budową zapory zja­wiska takie nigdy nie były obserwowane. Bardzo pouczający jest przykład zapory Afobaka w Surinamie, w Ameryce Południowej. Zaporę wzniesiono tam w 1964 roku, tworząc tym samym sztuczne jezioro, które przykryło swymi wodami 1500 km2 dziewiczej puszczy tropikalnej. W wodzie nastąpił rozkład zatopionych drzew, co spowodowało wytwarzanie się trującego siarkowodoru. Powstający kwas siarkowodorowy za­kwasił wodę do tego stopnia, że skorodowały obu­dowy turbin elektrowni wodnej. Jednocześnie butwiejące szczątki roślinne dostarczyły pożywki hiacyntom wodnym i innej roślinności wodnej. Gęsty kożuch pływającej roślinności uniemoż­liwił dotarcie światła pod wodę i zahamował roz­wój roślinności stanowiącej pożywienie ryb. W efekcie ryby wyginęły. Co gorsza, stojące gni­jące wody pokryte gęstym kożuchem hiacynta wod­nego stały się źródłem malarii i innych groźnych chorób tropikalnych. Tych przerażających efektów można było uniknąć, gdyby dokładnie przestudio­wano wszystkie aspekty ekologii proponowanego miejsca budowy zapory oraz gdyby ściśle stoso­wano się do ustaleń i ostrzeżeń specjalistów.

W Hiszpanii, Prowansji i Langwedocji wciąż można znaleźć rzymskie zapory i akwedukty zbu­dowane po to, by zaopatrywać w wodę sąsiednie miasta. Maurowie, władający znaczną częścią Hisz­panii od 711 roku, nie kontynuowali rzymskiej tradycji, preferując magazynowanie wody pitnej w zbiornikach podziemnych. Od czasu wypędzenia Maurów, aż po XIX wiek, Hiszpania przewodziła w świecie w budowaniu zapór dla celów irygacyjnych. W Boliwii wzniesiono system zapór zapew­niających stałe zaopatrzenie w wodę młynów wod­nych kruszących wydobywaną tam rudę srebra. Hiszpańska obecność w Meksyku i Kalifornii zaowocowała powstawaniem zapór wodnych jako części planu nawadniania. W innej części Ameryki Północnej – bogatej w drewno Nowej Anglii za­pory powstawały, by napędzać siłą wody tartaki Budowa turbin i generatorów pod koniec XIX wieku umożliwiła uzyskanie energii elektrycznej przy wykorzystaniu siły spadku wody. Elektrownie wodne zwykle wymagają budowy zapory, by pow­stał zbiornik zapewniający ciągły dopływ wody do turbin i odpowiednia różnica poziomów. Energia uzyskiwana w ten sposób stała się dziś bardzo waż­nym składnikiem bilansu energetycznego niektó­rych państw. Na przykład w Norwegii elektrownie wodne wytwarzają dziś prawie całą zużywaną tam energię elektryczną, a więc energia elektryczna funkcjonująca w Norwegii funkcjonuje w tym kraju tylko dzięki elektrowniom wodnych.