Глава шестая.
Наука и ее роль в развитии гидроэнергостроительства в СССР.
Н С Хрущев в речи на январском пленуме ЦК КПСС 1961 г отметил, что любая отрасль народного хозяйства нашей страны в своем развитии опирается на пауку Он назвал науку компасом, без которого нельзя двигаться вперед, указал, что надо «поддерживать науку, которая связана с жизнью, помогает производству двигает его вперед» 1 Обеспечение тесной и неразрывной связи пауки с практикой коммунистического строительства является важнейшей задачей работников науки и техники.
В тесной связи с жизнью, с производством развивается в нашей стране научная работа и в области использования водной энергии.
До Великой Октябрьской социалистической революции водохозяйственное строительство в нашей стране было довольно ограниченным в силу общего экономического застоя Сравнительно высокий теоретический уровень пауки в то время не использовался, с одной стороны, из-за отсутствия практики крупного строительства и эксплуатации гидросооружений, а также вследствие недоверия к русским народным силам со стороны правящих кругов.
Академик С И Вавилов говорил «Если вспомнить, насколько мало проникла в жизнь старая русская наука в результате антинародной политики царского правительства и непонимания им роли отечественной науки, и сравнить то, что достигнуто за три десятилетия с помощью науки, рожденной Октябрем, то мы вправе говорить о настоящем торжестве новой советской науки»
Широкое и возрастающее развитие гидроэнергетического строительства потребовало решения многочисленных, разнообразных и новых для отечественной гидроэнергетики задач Необходимо было не только освоить типы сооружений крупных плотин, емких водохранилищ, энергетических сооружении, шлюзов и водоводов с большой пропускной способностью (каналов, трубопроводов, туннелей), совсем не применявшихся до того в нашей стране, но и разработать и внедрить новые типы сооружений, не известные за рубежом и соответствующие природным, часто очень сложным условиям СССР.
Высокие темпы развития народного хозяйства СССР требуют ускорения сроков строительства и удешевления его Поэтому главнейшей задачей строительства подпорных сооружений ГЭС является такое улучшение конструкций сооружений, которое приводит к уменьшению объемов работ и позволяет максимально индустриализировать производство работ при обеспечении достаточной надежности и долговечности сооружений.
Представлялось необходимым найти новые решения для плотин среднего напора на слабых нескальных основаниях, характерных для условий СССР, для плотин из местных материалов и вообще найти экономические решения, с минимальными затратами цемента и металла, для гидроэнергоузлов среднего напора и транспортно-энергетического назначения в наших климатических и гидрологических условиях.
В проблеме водосливных плотин на мягких водопроницаемых основаниях главными вопросами, помимо общей экономичности решений, явились исследование режимов верхних и нижних бьефов, сопряжение бьефов и методы гашения энергии, фильтрация воды в основании сооружений и устойчивость плотин.
Для водопроводящих сооружений необходимо было решить задачи безнапорных и напорных дериваций в условиях рек шугоносных и влекущих большое количество наносов, а также задачи устройства водозабора на тех же реках для энергетики, ирригации и водоснабжения.
В области регулирования русел необходимо было усовершенствовать приемы выправительных работ, нередко приводившие к неудачам, и разработать новые, более надежные и экономичные.
Серьезные задачи предстояло решить и в отношении специальных гидросооружении — судоходных шлюзов крупных плановых размеров и больших напоров, расположенных на мягких основаниях, зданий гидроэлектростанций в тех же условиях, крупных насосных станций, сооружений ирригационных систем и т д.
Создан ряд крупных научно-исследовательских организации, значительно возросло число высших школ, выпускающих специалистов водного хозяйства и гидроэнергетики, вместо нескольких высших учебных заведений, существовавших в дореволюционное время и выпускавших в течение года не более 150—200 гидротехников, сейчас имеется несколько десятков вузов и факультетов, которые ежегодно готовят тысячи инженеров — гидротехников и гидроэнергетиков Неизмеримо выросли кадры специалистов, многие из них имеют ученые степени.
Научно-исследовательская работа велась (и ведется) в трех направлениях теоретическом, лабораторно-экспериментальном и практическом, по изучению сооружений в натуре как строящихся, так и находящихся в эксплуатации Такое сочетание явилось исключительно плодотворным.
Резко возросла экспериментальная база гидротехники Не так давно моделирование гидротехнических сооружений вообще не производилось Теперь же едва ли встретится в нашей практике хотя бы один случаи, когда проекты гидроузлов на реках или сооружений нового типа разрабатываются без проверки на модели Моделирование стало экспериментальным методом проектирования, так как во многих случаях правильные решения приходят благодаря совместной работе инженера-проектировщика и инженера-исследователя.
В нашей стране имеются уже десятки гидравлических, гидротехнических и гидротурбинных лабораторий как в специальных научно исследовательских институтах и высших школах, так и непосредственно на площадках крупных строительств, на заводах, в производственных цехах если на местах будущих строительств.
1 Н С Хрущев Повышение благосостояния народа и задачи дальнейшего увеличения производства сельскохозяйственных продуктов Речь на П генуме ЦК КПСС 17 января 1961 г Госполитиздат, 1961, стр 24
Например, на строительстве Горьковской ГЭС на специальной установке исследовалось влияние колебаний температуры на тонкие напорные плиты, на плотине Янискоски изучался температурный редких контрфорсных плотни, на Куйбышевгидрострое велось изучение влияния электропрогрева на бетон, в створе будущей Чарвакской плотины исследовались скальные основания для высоких плотин и пр.
Широко известны крупные научно-исследовательские работы, сопровождавшие строительство Волховской, Днепровской, Свир скоп ГЭС, канала имени Москвы, волжских гидроузлов и др проводившиеся работниками строительств.
К наиболее важным научно-техническим вопросам, решенным советскими учеными и коллективами научно-исследовательских институтов на протяжении последних десятилетии, относятся.
- разработка теории земляных и массивных плотин, позволившая советским инженерам строить крупнейшие в мире гидротехнические сооружения даже в самых сложных геологических условиях с минимальным объемом работ, а следовательно, и наиболее экономно,
- развитие идеи сокращения водосливного фронта благодаря использованию зданий ГЭС для холостого сброса воды,
- строительство совмещенных гидроэлектростанций, позволяющих отказаться от водосливных плотин и значительно сократить расход бетона
Достижения советской техники в области строительства плотин и других гидротехнических сооружений явились результатом большой научно-исследовательской работы по гидротехнике и смежным с ней дисциплинам Следует отметить многочисленные исследования советских ученых в области речной гидравлики и гидрологии (транспортирующая способность потоков в естествен пых и искусственных руслах, новые теории движения наносов, структура потоков, деформации речных русел, проектирование устойчивых каналов, заиление водохранилищ, волновые движения, термина водоемов), гидравлики плотин (режим сопряжения бьефов, формы водосливов), каналов и трубопроводов (неравномерное и неустановившееся движение воды, гидравлический удар)
Родилась и развилась новая молодая наука — механика грунтов, имеющая важное значение для гидротехники Быстрое развитие этой науки объясняется тем, что для решения задач механики грунтов были привлечены не только методы современной математики, оперирующей с абстрактным грунтом, но, самое главное широко использованы достижения физики, химии, инженерной теологии, грунтоведения и других естественных наук.
При проектировании Нижне-Свирской ГЭС имени Г. О. Графтио были развернуты грандиозные научно-исследовательские работы по изучению грунтов Помимо бурения скважин общей протяженностью около 6 тыс. м в более чем 200 буровых скважинах было применено изучение грунтов в разрезах в шахтах диаметром до 5 и, глубиной до 30 м Одних испытаний грунта было проведено свыше 800 По объему и разнообразию исследования грунтов Свпрьстрой не имел примеров в мировой практике Строительство Нижне-Свирской ГЭС на девонских глинах, не имевшее прецедента в мировой практике, рассматривалось как объект, подлежащий постоянным, систематическим исследованиям В сооружения быть заложены 100 пьезометров (некоторые на глубину 25 м ниже подошвы сооружений), контроль деформаций проводился по 260 реперам.
Благодаря огромным достижениям пауки советские водохозяйственные проектные и научно-исследовательские организации соз дали и внедрили в практику новые конструкции гидротехнических сооружений, новые строительные материалы, новую методику расчета гидротехнических сооружении, возводимых в наиболее сложных инженерно геологических условиях.
Советские ученые, инженеры и работники промышленности блестяще справились с этими задачами, предложив и опробовав на строительствах гидроэлектростанций в СССР новые эффективные способы производства работ, в ряде случаев не известные зарубежной гидротехнике.
Можно отметить, например, что в связи с широким внедрением гидромеханизации в строительство земляных плотин советские ученые и коллективы научно исследовательских институтов пред дожили новые, не известные до того методы постройки намывных плотин без ядра, методы двухстороннего, одностороннего и мозаичного намыва, производство намывных работ в зимних условиях в текущую воду и пр , эти новые, весьма эффективные методы были проверены на многих строительствах гидроузлов (Иваньковском, Цимлянском, Волжском и др ).
Особо следует выделить вопросы общей энергетики передачу энергии при сверхвысоких напряжениях на весьма дальние расстояния, проблемы высоковольтной сети и энергетического баланса электроснабжение и электрооборудование, автоматизацию и телемеханизацию мощных агрегатов новых гидроэлектростанций и пр.
Научно-исследовательская работа в области гидроэнергетики нашла отражение в специальной литературе, которая получила широкое распространение, сюда относятся капитальные курсы по гидротехническим сооружениям — плотинам, каналам, туннелям, регуляционным сооружениям, зданиям гидроэлектростанций и по гидромеханическому оборудованию, сотни монографий по отдельным вопросам и многочисленные статьи в специальных журналах и периодических изданиях научно-исследовательских институтов и высших учебных заведений.
Огромный рост советской гидроэнергетики отражает общин подъем науки и техники в нашем социалистическом государства во многих отношениях обогнавших зарубежную науку и технику.
«Ученые всего мира устремляют свой взор на Москву,— пишет ответственный редактор журнала «Deutsche Elektrotechnik» инж Норберт Васс — Кто сегодня игнорирует достижения советской науки и техники, тот отстает, а кто признает, изучает и использует их в своей работе, тот выполняет свой долг и служит, таким образом, своему народу» 1.
