Гидроу́зел (узел гидротехнических сооружений) – группа или комплекс гидротехнических сооружений (ГТС), объединённых местоположением и условиями совместной работы.

Первые гидротехнические сооружения появились ещё до нашей эры на территории таких древних государств, как Междуречье, Египет, Месопотамия, Китай, Персия. Однако понятие «гидроузел» в современном смысле стало использоваться значительно позже. Компоновка гидротехнических сооружений в гидроузлы достигла больших масштабов в эпоху промышленной революции и развития капитализма, т.е. в XVIII–XIX вв. Значительную роль в этом сыграла увеличившаяся потребность в механической энергии (до периода широкого распространения паровых машин) для прядильно-ткацких, металлообрабатывающих, лесопильных, горнорудных предприятий; нередко они использовались и для промышленного водоснабжения. Такие сооружения появились в Великобритании, Германии, Франции, Чехословакии, Польше, дореволюционной России (особенно в Карелии, Центральной части и на Урале).

Другой причиной создания гидроузлов в этот период стало развитие водного транспорта, которое требовало регулирования стока в целях увеличения меженных расходов и питания водой многочисленных каналов.

Следующий этап создания гидроузлов начался на рубеже XIX и XX вв. в связи с широким использованием электроэнергии; вначале гидроэлектростанции строили преимущественно в расчёте на использование незарегулированного стока, затем стали создавать для повышения надёжности электроснабжения и увеличения выработки электроэнергии. Наибольшего размаха строительство вначале достигало в таких странах, как Швейцария, Австрия, Франция, Германия, Италия, Швеция, Норвегия, США, Япония.

Современный этап создания гидроузлов начался после Второй мировой войны. Регулирование стока стало проводиться в основном для решения комплексных задач: развития гидроэнергетики, водообеспечения городских агломераций, промышленных районов, крупных ирригационных систем, а также в целях формирования условий для отдыха и улучшения экологического состояния крупных природных объектов и районов. В этот период комплексы ГТС создавались и создаются практически во всех странах мира.

По виду водного объекта, на котором расположен гидроузел, различают гидроузлы морские, речные, озёрные и гидроузлы на каналах.

Гидроузлы бывают безнапорные и напорные. Первые не формируют разности уровней бьефов (напора) – например, морские, речные или озёрные порты с их оградительными сооружениями (молы, волноломы), набережными, причалами и иными сооружениями, многие водозаборные гидроузлы и др.

Напорные гидроузлы многообразны. Если речной гидроузел образует своими подпорными сооружениями регулирующее сток водохранилище, его называют также водохранилищным.

Напорные речные гидроузлы по своему основному назначению бывают воднотранспортными, энергетическими, водозаборными и др.

Накопленный в ХХ в. опыт гидротехнической реконструкции рек показал, что речные подпорные гидроузлы не могут быть одноцелевыми, а только комплексными, совмещающими несколько водохозяйственных функций, что требует включения в гидроузлы соответствующих сооружений. И если надобность в рыбопропускном сооружении в составе гидроузла требует доказательств, то наличие судопропускных сооружений и гидроэлектростанции считается обязательным, что поддерживается законодательно: например, в Китае, где напорных гидроузлов на реках больше, чем во всём остальном мире, строительство плотин без судопропускных сооружений, а равно и без гидроэлектростанций запрещено Законом о водопользовании. Кроме того, поскольку комплекс подпорных сооружений гидроузла соединяет берега реки, постольку обязательным считается проведение по сооружениям гидроузлов мостовых переходов сухопутных коммуникаций (автомобильных и железных дорог), а также трубопроводов. Поэтому существование в России напорных речных гидроузлов энергетического назначения без судопропускных сооружений, или гидроузлов воднотранспортного назначения без гидроэлектростанций, или же гидроузлов без мостовых переходов является безусловным анахронизмом.

По степени напора различают гидроузлы низкого, среднего и высокого напоров, что определяется не столько геометрически измеряемым напором (разностью между нормальным подпорным уровнем верхнего бьефа и минимальным уровнем нижнего бьефа), сколько тем, какие геоморфологические элементы речной долины затапливаются верхним бьефом гидроузла. А это, в свою очередь, определяет влияние гидроузла на водный и ледовый режимы реки, а также на движение в ней наносов.

Так, низконапорный гидроузел подпирает воду только в пределах русла, не затапливая пойму – она затапливается так же, как и в естественных условиях, при достаточно высоких паводках. Водохранилища, способного регулировать сток, такой гидроузел не создает, лёд и наносы проходят через него транзитом, как в естественных условиях. Геометрический напор на таких гидроузлах обычно не превышает 5–10 м. Таковы, например, воднотранспортные гидроузлы на реках Москве (Москворецкая шлюзованная система, действует с 1878 г.), Оке (с 1914 г.), Северском Донце (с 1910–1920 гг.).

Средненапорные гидроузлы затапливают пойму, не затапливая надпойменных террас. Возникающее при этом водохранилище способно осуществлять сезонное регулирование стока, ледоход обычно пропускают через водосбросные сооружения гидроузла, наносы в значительной части осаждаются в водохранилище, и в нижний бьеф вода поступает с пониженным их содержанием (осветлённой). Напоры на таких гидроузлах составляют обычно 10–40 м, к средненапорным относится большинство гидроузлов на равнинных реках и предгорных участках рек.

Высоконапорные гидроузлы кроме пойм затапливают также надпойменные террасы (одну или более) и образуют водохранилища сезонного или многолетнего регулирования. Лёд через гидроузел не пропускают, он тает в верхнем бьефе. Наносы полностью осаждаются в верхнем бьефе, в нижний бьеф поступает осветлённая вода. Напоры на такие гидроузлы обычно превышают 20–40 м. Таковы гидроузлы на предгорных и горных участках рек.

Следует иметь в виду, что значения геометрических напоров на гидроузлы даны ориентировочно: например, Рыбинский гидроузел (Рыбинское водохранилище) на р. Волге с напором 18 м следует считать не средне-, а высоконапорным: он образует водохранилище многолетнего регулирования, лёд через гидроузел не сбрасывается, а тает в верхнем бьефе, и т.д.

Сооружения, входящие в состав гидроузла, подразделяют на основные и вспомогательные.

Основные сооружения обеспечивают функционирование гидроузла в соответствии с его назначением – поддерживают необходимый напор, формируют заполненную и свободную ёмкость водохранилища, обеспечивают гидравлические условия, соответствующие измененному гидроузлом режиму реки. Они, в свою очередь, делятся на общие (плотины, водосбросы, сооружения для удаления льда, шуги, наносов, регуляционные и сопрягающие сооружения) и специальные (ГЭС, судоходные шлюзы, судоподъёмники, рыбоходы, и др.), обеспечивающие выполнение частных функций гидроузла.

К вспомогательным сооружениям гидроузлов относят жилые здания для персонала, занятого на эксплуатации гидроузла, административно-хозяйственные здания и объекты культурно-бытового назначения, сооружения водопровода и канализации, дороги, мастерские и т. п. Вспомогательные сооружения необходимы для обеспечения нормальной эксплуатации основных сооружений гидроузла.

Кроме того, в гидроузлах выделяют постоянные и временные сооружения. К последним относят строительные перемычки, склады строительных материалов, бетонные и арматурные заводы, мастерские, подъездные пути и пр. Они используются в период строительства гидроузла, но некоторые из них иногда удаётся совместить с постоянными – например, благодаря включению перемычек в состав плотины.

Наконец, к прочим сооружениям в составе гидроузлов относят транзитные автомобильные и железные дороги и мосты, проходящие по основным сооружениям гидроузла или вблизи него, промышленные предприятия, возникшие на базе гидроузла и т. п.

Место в речной долине, где размещаются сооружения, образующие напорный фронт гидроузла, называют его створом.

Взаимное расположение основных сооружений гидроузла, или его компоновка, представляет собой сложную инженерную задачу, решаемую с учётом всех эксплуатационных, строительных и технико-экономических требований. Разнообразие местных природных и социально-экономических условий не позволяет установить единые правила для размещения гидроузлов и компоновки их сооружений. Эти вопросы решаются каждый раз индивидуально.

Помимо разрешения водохозяйственных задач, речные напорные гидроузлы создают природно-культурную жизненную среду – организуют пространства воды и суши и формируют в этом пространстве архитектурно-планировочные ансамбли.

С одной стороны, вся территория гидроузла имеет чёткое архитектурно-функциональное зонирование; главные сооружения, организующие пространство и формирующие архитектурные ансамбли гидроузла и окружающих ландшафтов, – плотины (водосбросные и глухие), здание гидроэлектростанции, судоходный шлюз с его подходными каналами. С другой стороны, гидроузел влияет на планировку и застройку расположенных вблизи него старых и вновь возникающих населённых пунктов, промышленных комплексов.

Ю.В. Богатырёва, А.А. Беляков