धरणे व बंधारे : ( संदर्भ -मराठी विश्वकोश )
नदीच्या अथवा कुठल्याही जलप्रवाहाच्या पात्रात पाण्याचा प्रवाह अडवून त्याचा मोठ्या प्रमाणावर साठा करण्यासाठी बांधण्यात येणारी भिंत म्हणजे धरण होय. धरण हे योग्य स्थळी जलप्रवाहाच्या खोऱ्याच्या एका काठापासून दुसऱ्या काठापर्यंत बांधलेली एक विस्तृत भिंतच असते. पुष्कळ वेळा धरणावरून वाहतूक करण्यासाठी योग्य रुंदीचा रस्ताही ठेवतात. ही भिंत जर कमी उंचीची असेल (आणि तीवर पाण्याचा साठा करण्याकरिता लोखंडी दारे बसविलेली असतील), तर त्याला बंधारा म्हणतात. अनेक वेळा लहान मोठ्या नाल्यामधून वाहत्या पाण्याची पातळी उंचावणे आणि ते वळविणे यांकरिता जलप्रवाहाच्या पात्रात जी लहान भिंत बांधतात तिला लघुबंधारा म्हणतात. लघुबंधाऱ्याला लोखंडी दारांची आवश्यकता नसते. तसेच यामुळे होणारा पाण्याचा साठा अतिशय कमी प्रमाणात असतो. पावसाळ्यात पूराच्या वेळी संपूर्ण बंधाऱ्यावरून तसेच लघुबंधाऱ्यावरूनही पाणी वाहते. या उलट धरणाच्या बांधणीमध्ये धरणाच्या एकूण लांबीपैकी फक्त काही विवक्षित लांबीवरूनच पाणी वाहू देण्याची मुभा असते धरणाचा बाकीचा भाग हा जलाशयाच्या पाण्याच्या कमाल पातळीच्यावर काही उंचीपर्यंत बांधलेला असतो.
वसंत बंधारा : ओढा, नाला इ. लहान जलप्रवाहांवर आणखी एक प्रकारचा व अतिशय कमी खर्चाचा बंधारा बांधणे शक्य असते. याला वसंत बंधारा अथवा कोल्हापूर बंधारा असे म्हणतात. हा बंधारा बांधताना त्यामध्ये पाणी अडविण्यासाठी दगडी अथवा काँक्रीटची भिंत बांधावयाच्या ऐवजी आ. १५ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे लोखंडी खांब घालून मग त्यांतील खाचांमध्ये एकावर एक लाकडी फळ्या दोन ओळींत रचतात. या फळ्यांच्या दोन ओळींमध्ये चिकणमाती भरून त्यांचा जलाभेद्य भिंतीप्रमाणे उपयोग होतो. दर
पावसाळ्यामध्ये ही भिंत काढून टाकून पाणी वाहण्यास मुभा देतात; पण पावसाळ्याच्या शेवटी या फळ्या घालून भिंत तयार करून पाण्याचा साठा करतात. अशा प्रकारच्या बंधाऱ्यामुळे पावसाळ्यानंतर लहान प्रमाणावर शेतीसाठी अथवा इतर कामासाठी पाण्याचा साठा कमी खर्चात उपलब्ध करून देता येतो, हा या बंधाऱ्याचा विशेष आहे. अशा प्रकारचे बंधारे महाराष्ट्रात अनेक ठिकाणी बांधले आहेत.
इतिहास : धरणांचा इतिहास फार पुरातन आहे. प्राचीन काळी इजिप्त, मेसोपोटेमिया, चीन आणि भारत या देशात कोरड्या ऋतूंत शेतीसाठी व माणसांच्या उपयोगासाठी आणि पुरांपासून संरक्षण करण्याकरिता अनेक धरणे बांधली गेली होती.
साहाय्यक संरचना : धरणाच्या मुख्य भिंतीखेरीज सांडवा, शीर्षद्वारे, निर्गमद्वारे इ. साहाय्यक संरचनांचा धरणाच्या बांधकामात समावेश करावा लागतो.
यूरोपीय अभियंत्यांनी एकोणिसाव्या शतकात केलेल्या कार्यामुळे धरणांच्या बांधकामाला बळकट शास्त्रीय आधार मिळाला व त्यामुळे ४६ ते ६१ मी. उंचीची धरणे बांधणे शक्य होऊ लागले. यापूर्वीच्या २५० वर्षांच्या कालखंडात गॉलिलिओ, न्यूटन, जी.डब्ल्यू फोन लायप्निट्स, रॉबर्ट हूक, दान्पेल बेर्नुली, लेनर्ट ऑयलर, द ला हायर आणि शार्ल कुलंब यांनी केलेल्या सैद्धांतिक कार्यामुळे द्रव्यांचे गुणधर्म व संरचना सिद्धांत यांच्या ज्ञानात फार मोलाची भर पडलेली होती. फ्रेंच अभियंते द सॅझिल (१८५३) व स्कॉटिश अभियंते डब्ल्यू. जे .एम्. रँकिन (१८७०) यांनी असे दाखवून दिले की धरणांच्या बांधकामात अंतर्गत प्रतिबले (विकृती निर्माण करणाऱ्या प्रेरणा) विचारात घेणे आवश्यक आहे. यामुळे दगडी धरणे त्यांच्या जाडीच्या मानाने पुष्कळच उंच बांधणे शक्य होऊ लागले. एकोणिसाव्या शतकातील प्रगतीच्या आधारे बांधलेले पहिले धरण म्हणजे १८६६ मध्ये बांधलेले फ्रान्समधील फ्यूरें धरण (उंची ५२ मी.) होय.
कार्य : धरणाचे मुख्य कार्य दुहेरी स्वरूपाचे असते. एक म्हणजे पाण्याचा साठा किंवा जलाशय निर्माण करणे व दुसरे म्हणजे पाण्याची पातळी उंचावणे. पाण्याच्या साठ्याचे विविध उपयोग असतात. शेतजमिनींची ⇨सिंचाई, गावांना ⇨पाणीपुरवठा, जलशक्तीच्या सहाय्याने विद्युत् निर्मिती [⟶ जलविद्युत् केंद्र], ⇨ पूरनियंत्रण, क्रीडा तलाव, जलमार्ग अशा विविध कारणांसाठी धरण बांधणी करण्यात येते. विसाव्या शतकाच्या पूर्वी यांपैकी कुठल्याही एका कारणासाठी धरण बांधले जात असे. परंतु विसाव्या शतकाच्या सुरूवातीपासून एकाच धरणाच्या बांधणीतून वरीलपैकी पुष्कळसे उद्देश एकदमच साध्य करण्याची कल्पना रूढ झाली आहे. भारतात कावेरी नदीवर व अमेरिकेत टेनेसी नदीवर अशा प्रकारचे बहूउद्देशीय जलाशय प्रथम निर्माण झाले. आता कुठलीही नवीन धरण योजना करताना प्रथम बहूउद्देशीय जलाशय निर्माण करण्याची शक्यता विचारात घेतली जाते. पाण्याची पातळी उंचावणे हा धरणाचा दुसरा उद्देश. प्रवाहाला अडथळा होताच प्रवाहातील पाण्याची पातळी वाढणे अपरिहार्यच असते. यामुळे धरणाच्या उंचीच्या मानाने पाण्याची पातळीही वाढते. वाढलेल्या पातळीमुळे पाण्याची ऊर्जा वाढते व या ऊर्जेचा उपयोग कालव्यांतील गुरुत्वाकर्षी प्रवाहासाठी किंवा विद्युत् निर्मितीसाठी होतो. सर्वसाधारणपणे प्रत्येक धरणाकरिता उत्प्रवाह सांडवा, शीर्षद्वारे, ऊर्जा अपचयन साधने, निर्गम मार्ग, जलोत्सासण मार्ग इ. घटक भाग असतात (या भागांचे वर्णन पुढे दिलेले आहे).
वर्गीकरण : धरणांचे विविध प्रकार आहेत. धरणबांधणीकरिता वापरल्या जाणाऱ्या बांधकाम साहित्यावर आधारून धरणांचे दगडी बांधकामाचे धरण, काँक्रीटचे धरण, मातीचे धरण, दगडांच्या राशीचे धरण असे प्रमुख प्रकार सांगता येतील. यांशिवाय लोखंडी धरण, लाकडी धरण किंवा रबरी (फुगविता येणारे) धरण अशा प्रकारची धरणेही क्वचीत बांधली गेली आहेत. यांशिवाय रचना पद्धतीवर आधारित असे धरणांचे वेगळ्या प्रकारे वर्गीकरणही करता येते. यांमध्ये भारस्थायी धरण, कमानी धरण, बहुकमानी धरण, टेकू धरण अशा प्रमुख प्रकारांचा समावेश होतो. बंधाऱ्यांमध्ये धरणांइतके बहुविध प्रकार नसतात. लघुबंधाऱ्यांमध्ये त्यांच्या विशिष्ट कार्यानुसार संग्राहक लघुबंधारा, व्यावर्तन (प्रवाहाची दिशा वळविणारा) लघुबंधारा, उद्ग्रहण लघुबंधारा इ. प्रमुख प्रकार आहेत.
अभिकल्प : धरणांच्या वा बंधाऱ्यांच्या अभिकल्पात प्रकाराची व जागेची निवड, पाया, उंची, छेदामधील आकार, त्यामधील घटक भाग इ. गोष्टीचा मुख्यतः अंतर्भाव होतो.
जागेची व प्रकारची निवड : एखाद्या नदीवर धरण बांधावयाचे असल्यास ते कुठल्या स्थानी बांधावे व कुठल्या प्रकारचे बांधावे हे धरण बांधणीतील पहिले दोन महत्त्वाचे प्रश्न असतात. हे दोन्ही प्रश्न एकमेकांशी निगडितच असतात. जागेच्या निवडीवरच धरणाच्या प्रकाराची निवड पुष्कळ अंशी अवलंबून असते. याउलट जागेची निवड करताना कुठल्या प्रकारचे धरण बांधणे शक्य आहे याचा विचारही करावा लागतो. सामान्यतः जितकी धरणाची लांबी कमी तितका धरण बांधणीचा खर्च कमी या तत्त्वानुसार नदीचे खोरे जेथे अरुंद असेल, तेथे धरण बांधणे आर्थिक दृष्ट्या फायदेशीर असते. याउलट धरणाच्या वरच्या बाजूस जितके रुंद खोरे तितका जलाशयातील साठा मोठा होतो. त्यामुळे खोरे जर घंटाकार असेल, तर त्याच्या निमुळत्या जागेवर धरण बांधल्यास वर दिलेले दोन्ही उद्देश सफल होतात व या दृष्टीने अशी जागा धरणाला आदर्श समजली जाते; परंतु जागा निवडताना याशिवाय अनेक मुद्दे विचारात घ्यावे लागतात. जलाशयाखाली जाणारा भूभाग फार महत्त्वाचा नाही, याची खातरजमा करवी लागते. बांधकामसाहित्याच्या वाहतूकीसाठी ही जागा सुगम असावी लागते. धरणाच्या पायाच्या दृष्टीने त्या ठिकाणी इष्ट त्या संरचनेचे खडक असावे लागतात. अशा अनेक दृष्टीकोनांतून विचार करून धरणाची जागा निवडली जाते. धरणाच्या प्रकाराची निवड करतानाही असाच सांगोपांग विचार करावा लागतो. निवडलेल्या जागेशी सुसंगत असा धरणाचा प्रकार असणे आवश्यक असते. पाया उत्तम खडकाचा नसेल, तर भारस्थायी धरणाची निवड शक्य नसते. खोरे फार रुंद असल्यास कमानी धरण विचारबाह्य ठरते. जागेच्या जवळपास इष्ट प्रकारची माती विपुल प्रमाणात नसेल, तर मातीच्या धरणाची निवड तोट्याची ठरते. आर्थिक दृष्ट्या कुठल्या प्रकारचे धरण कमी खर्चाचे ठरेल याचा विचार जसा करावा लागतो, त्याचप्रमाणे कुशल कामागार वर्ग नसल्यास किंवा आवश्यक ती यंत्रसामाग्री नसल्यास विशिष्ट प्रकारची जरूरी असलेली धरणे निवडून चालणार नाही, हाही विचार करणे आवश्यक असते.
विसाव्या शतकात बांधकामाच्या यंत्रसामग्रीतील प्रगती, काँक्रीटचा उपयोग व ⇨मृदा यामिकीविषयी (प्रतिबलांमुळे वा झिरपणाऱ्या पाण्याच्या क्रियेमुळे मातीवर होणाऱ्या परिणामांचा अभ्यास करण्याचा शास्त्राविषयी ) झालेले संशोधन यांमुळे धरणांच्या बांधकामात जलद प्रगती झाली. यामुळे धरणांच्या उंचीत १९०४ मधील अमेरिकेतील चीझमन धरणाच्या ७२ मी. उंचीपासून १९७२ मध्ये रशियातील नूऱ्येक धरणाच्या आकारातही फरक पडला. काही काँक्रीटची धरणे अधिक सुबक व कमी जाडीची बांधण्यात आली.
फ्रेंच अभियंते आंद्रें कॉयन (१८९१—१९६०) यांनी अरुंद कमानींची अनेक धरणे बांधली व त्यामुळे धरणाच्या बांधकामात नवीनच युग सुरू झाले. कमानींच्या अभिकल्पात (आराखड्यात) झालेल्या प्रगतीमुळे खूप उंच व अतिशय अरुंद अशी कमानी धरणे बांधणे शक्य झाले आहे. फ्रान्समध्ये १९५४ साली बांधलेल्या गेज धरणाची उंची ३८ मी. असून त्याच्या पायाची जाडी २.६मी आहे आणि त्याची
उंची व जाडी यांचे गुणोत्तर केवळ ०.०६७ आहे. प्रतिकृतींच्या व अंकीय संगणकांच्या [⟶ संगणक] सहाय्याने प्रतिबलांचे गणित करणे सुकर झाल्यामुळे एकाच कमानी आकाराऐवजी दुहेरी वक्रता असलेल्या अरुंद कमानी धरणांचे बांधकामही आता करण्यात येऊ लागले आहे (उदा., कोलोरॅडोतील मॉरो पॉईंट धरण) पाण्याच्या व वीजपुरवठ्याच्या वाढत्या गरजेमुळे धरणांचे आकारमान दिवसेंदिवस वाढत आहे. जगातील प्रमुख उंच धरणापैंकी जवळजवळ सर्व धरणे १९३० साला नंतर बांधली गेलेली आहेत.
पाया व त्याची मजबुती : धरणबांधणीत पायाच प्रश्न फार महत्त्वाचा असतो. कारण धरणावर येणाऱ्या भार प्रणालीमुळे निर्माण झालेली प्रतिबले शेवटी धरणाच्या पायावरच सोपविली जातात. जितका पाया अधिक मजबूत असेल, तितका धरणास अधिक आधार असतो. जर धरणाच्या ठिकाणी उत्तम अभेद्य खडक पृष्टभागावर मिळत असेल, तर तो सर्वोत्तम प्रकारचा पाया असतो. जमिनीपासून थोड्याच खोलीवर जर खडक असेल, तरी वरची जमीन खणून खडकाच्या पायावरच धरण बांधले जाते. खडकाची सर्वांगीण माहिती कळण्याकरिता धरणाच्या जागेवर ठिकठिकाणी खोल छिद्रणे घेऊन तेथील खडकाची भूवैज्ञानिक माहिती मिळवितात. यामुळे धरणाच्या पायाच्या क्षेत्रफळाखाली असलेल्या खडकाचे सर्व स्तर पुरेसे मजबूत आहेत की नाहीत, याचा अंदाज करता येतो. एखादा कच्चा थर आढळल्यास विशेष उपाय योजना करण्यात येते. पायासाठी जर खोऱ्यात खडकच नसेल तर दगडी बांधकामाचे धरण अथवा काँक्रीटचे धरण वापरणे योग्य ठरत नाही व केवळ मातीचे धरण बांधण्याचीच शक्यता उरते. दुसऱ्या एका दृष्टीनेही धरणाच्या पायाचे परीक्षण करावे लागते. पाया हा फार पारगम्य असल्यास जलाशयातील बरेचसे पाणी पायाखालून झिरपून वाहून जाण्याची शक्यता असते. खडकामध्ये चुन्याच्या खडकाचे स्तर असल्यास किंवा मातीच्या धरणाखालील मातीचा पाया वाळूमिश्रित पारगम्य मातीच्या स्तराचा असल्यास अशा प्रकारची शक्यता असते. अशा वेळी पायाची मजबुती करण्याकरिता अथवा झिरपणे कमी करण्याकरिता पायावर विशेष उपाययोजना करतात.
ह्या उपाययोजनेत गाराभराई करणे हा प्रमुख उपाय होय. सिमेंट व पाणी मिसळून त्यांचे पातळ लापशीसारखे मिश्रण (गारा ) करून ते पायाच्या स्तरात भोके पाडून त्या भोकांतून आत बाह्य दाबाने घुसवितात (पंप करतात) हे मिश्रण खडकांतील चिरांत व भेगांत घुसून कालांतराने टणक होते आणि अशा तऱ्हेने सर्व चिरा व भेगा बुजल्या जाऊन खडक वा तळातील स्तर अधिक मजबूत होतो. तसेच त्यामुळे पाण्याच्या सर्व झिरपवाटाही बंद होतात. पायाच्या सर्व क्षेत्रफळावर अशा तऱ्हेने कमी दाबाची गाराभराई करण्यात येते. यांशिवाय जरूर असल्यास पायाच्या जलाशयाकडील बाजूस जास्त दाबाच्या साह्याने खोलवरपर्यंत गाऱ्याची एक पातळ पडदीच निर्माण करण्यात येते. यामुळे झिरपणाऱ्या पाण्यास सुरुवातीसच विरोध होतो. मातीच्या धरणाखालील झिरप कमी करण्यासाठी सिमेंटच्या ऐवजी विशिष्ट चिकणमातीचा गारा वापरतात. याशिवाय पाया मजबुतीसाठी आवश्यकता असल्यास खडकात लांब नांगरबोल्ट [⟶ बोल्ट व नट] पक्के आवळूनही पायाची मजबुती करण्याचा प्रघात आहे. याशिवाय धरणाच्या पायामधून होणारी झिरप कमी करण्यासाठी पुष्कळदा चिकणमातीने भरलेला पाणतोड बांध; जवळजवळ बसविलेल्या लाकडाच्या, काँक्रीटच्या वा पोलादी स्तंभिका (उभे खांब); प्रतिस्त्रोत (प्रवाहाच्या विरुद्ध दिशेला बसविलेला) स्तर यांपैकी एखादा प्रकार वापरलेला आढळतो.
उंची : धरणाची उंची ठरविण्याकरिता प्रथमतः निर्माण होणाऱ्या जलाशयात पाण्याचा केवढा साठा असावा हे प्रथम ठरविले जाते. एका वर्षात जलाशायातील साठ्यातून किती पाणी वापरले जाईल त्या मागणीच्या अनुरोधाने अंदाज बांधण्यात येतो. नदीच्या पाणलोट क्षेत्रातून यापेक्षा अधिक पाणी उपलब्ध आहे किंवा नाही
याची खात्री केली जाते. यानंतर जलाशयाच्या खोऱ्याचे आकारमान किंवा घनफळ सर्वेक्षणाच्या (पाहणीच्या) साह्याने ठरवून मग धरणाची उंची व अपेक्षित जलाशायाचे (खोऱ्याचे) घनफळ यांचा संबंध दर्शविणारा आलेख तयार केला जातो. या आलेखाच्या योगाने आवश्यक साठा करण्याकरिता केवढ्या उंच धरणाची जरूरी आहे याचे अनुमान करता येते. बंधाऱ्यात पाण्याच्या साठ्याचा प्रश्न नसल्यामुळे बंधाऱ्याची उंची मात्र पाण्याची पातळी जितकी उंच पाहिजे असेल त्यामानाने ठरविण्यात येते.
आकार : धरणांची उंची ठरविल्यावर त्याचा छेदातील आकार ठरविणे जरूर असते. धरणाच्या माथ्यावर येण्याजाण्याकरिता रस्ता ठेवावयाचा असल्याने त्याकरिता जरूर तेवढी रुंदी धरून मग धरणाच्या दोन्ही बाजूस योग्य ते उतार देऊन त्याचा आकार ठरविता येतो. धरणाच्या जलाशयाकडील बाजूचा उतार व दुसऱ्या बाजूचा उतार हे कमी जास्त असतात. हे उतार ठरविण्यासाठी धरणावर येणाऱ्या संभाव्य व विविध प्रकारच्या भार व दाब प्रणालींचा विचार करणे जरूर असते, यांमध्ये खालील प्रमुख भारांचा अंतर्भाव होतो : (१) धरणाचे स्वतःचे वजन, (२) पाण्याचा दाब, (३) पायामधून झिरपणाऱ्या पाण्याचा ऊर्ध्वगामी दाब ,(४) धरण भिंतीवर आपटणाऱ्या लाटांचा दाब, (५) भूकंपामुळे येणारे भार, (६) पाण्यावर तरंगणाऱ्या बर्फाचा दाब (बर्फाळ प्रदेशात), (७) पाण्याच्या तळाशी असलेल्या गाळाचा दाब, (८) तापमानातील बदलामुळे निर्माण होणारी प्रतिबले.
वरील सर्व भार-दाबाच्या प्रणालीमुळे धरणाच्या स्थैर्यास बाध येणार नाही अशी खबरदारी अभिकल्प करताना घ्यावी लागते. या सर्व दाबांचे प्रमाण काढण्यासाठी गणितीय सूत्रे उपलब्ध आहेत. यांपैकी काही दाबांचा परिणाम एखाद्या प्रकारच्या धरणात क्षुल्लक स्वरूपाचा असतो. उदा., पायामधून झिरपणाऱ्या पाण्याचा ऊर्ध्वगामी दाब हा धरणांत दुर्लक्षित केला, तरी चालण्यासारखा असतो.
पाया खोदाईपूर्वीची प्राथमिक तयारी : धरणाच्या जागेवर पायाचे खोदकाम सुरू करण्यापूर्वी नदीचा प्रवाह वरच्या बाजूस अडवून त्याला वेगळी वाट करून द्यावी लागते. यासाठी वरच्या बाजूस एक तात्पुरता बांध घालण्यात येतो. प्रवाहाला वाट देण्यासाठी एकतर पायातीलच काही भाग मोकळा ठेवतात किंवा मग खोऱ्याच्या काठावरील खडकांतून बोगदा काढून त्या बोगद्यातून प्रवाहाला वाट करून देतात. भाक्रा धरणाच्या बांधकामात हीच पद्धत अवलंबिण्यात आलेली होती. कित्येकदा याच बोगद्यांचा बांधकामानंतर निर्गमद्वाराच्या रूपात उपयोग करून घेण्यात येतो.
नदीच्या अथवा कुठल्याही जलप्रवाहाच्या पात्रात पाण्याचा प्रवाह अडवून त्याचा मोठ्या प्रमाणावर साठा करण्यासाठी बांधण्यात येणारी भिंत म्हणजे धरण होय. धरण हे योग्य स्थळी जलप्रवाहाच्या खोऱ्याच्या एका काठापासून दुसऱ्या काठापर्यंत बांधलेली एक विस्तृत भिंतच असते. पुष्कळ वेळा धरणावरून वाहतूक करण्यासाठी योग्य रुंदीचा रस्ताही ठेवतात. ही भिंत जर कमी उंचीची असेल (आणि तीवर पाण्याचा साठा करण्याकरिता लोखंडी दारे बसविलेली असतील), तर त्याला बंधारा म्हणतात. अनेक वेळा लहान मोठ्या नाल्यामधून वाहत्या पाण्याची पातळी उंचावणे आणि ते वळविणे यांकरिता जलप्रवाहाच्या पात्रात जी लहान भिंत बांधतात तिला लघुबंधारा म्हणतात. लघुबंधाऱ्याला लोखंडी दारांची आवश्यकता नसते. तसेच यामुळे होणारा पाण्याचा साठा अतिशय कमी प्रमाणात असतो. पावसाळ्यात पूराच्या वेळी संपूर्ण बंधाऱ्यावरून तसेच लघुबंधाऱ्यावरूनही पाणी वाहते. या उलट धरणाच्या बांधणीमध्ये धरणाच्या एकूण लांबीपैकी फक्त काही विवक्षित लांबीवरूनच पाणी वाहू देण्याची मुभा असते धरणाचा बाकीचा भाग हा जलाशयाच्या पाण्याच्या कमाल पातळीच्यावर काही उंचीपर्यंत बांधलेला असतो.
वसंत बंधारा : ओढा, नाला इ. लहान जलप्रवाहांवर आणखी एक प्रकारचा व अतिशय कमी खर्चाचा बंधारा बांधणे शक्य असते. याला वसंत बंधारा अथवा कोल्हापूर बंधारा असे म्हणतात. हा बंधारा बांधताना त्यामध्ये पाणी अडविण्यासाठी दगडी अथवा काँक्रीटची भिंत बांधावयाच्या ऐवजी आ. १५ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे लोखंडी खांब घालून मग त्यांतील खाचांमध्ये एकावर एक लाकडी फळ्या दोन ओळींत रचतात. या फळ्यांच्या दोन ओळींमध्ये चिकणमाती भरून त्यांचा जलाभेद्य भिंतीप्रमाणे उपयोग होतो. दर
पावसाळ्यामध्ये ही भिंत काढून टाकून पाणी वाहण्यास मुभा देतात; पण पावसाळ्याच्या शेवटी या फळ्या घालून भिंत तयार करून पाण्याचा साठा करतात. अशा प्रकारच्या बंधाऱ्यामुळे पावसाळ्यानंतर लहान प्रमाणावर शेतीसाठी अथवा इतर कामासाठी पाण्याचा साठा कमी खर्चात उपलब्ध करून देता येतो, हा या बंधाऱ्याचा विशेष आहे. अशा प्रकारचे बंधारे महाराष्ट्रात अनेक ठिकाणी बांधले आहेत.
इतिहास : धरणांचा इतिहास फार पुरातन आहे. प्राचीन काळी इजिप्त, मेसोपोटेमिया, चीन आणि भारत या देशात कोरड्या ऋतूंत शेतीसाठी व माणसांच्या उपयोगासाठी आणि पुरांपासून संरक्षण करण्याकरिता अनेक धरणे बांधली गेली होती.
साहाय्यक संरचना : धरणाच्या मुख्य भिंतीखेरीज सांडवा, शीर्षद्वारे, निर्गमद्वारे इ. साहाय्यक संरचनांचा धरणाच्या बांधकामात समावेश करावा लागतो.
यूरोपीय अभियंत्यांनी एकोणिसाव्या शतकात केलेल्या कार्यामुळे धरणांच्या बांधकामाला बळकट शास्त्रीय आधार मिळाला व त्यामुळे ४६ ते ६१ मी. उंचीची धरणे बांधणे शक्य होऊ लागले. यापूर्वीच्या २५० वर्षांच्या कालखंडात गॉलिलिओ, न्यूटन, जी.डब्ल्यू फोन लायप्निट्स, रॉबर्ट हूक, दान्पेल बेर्नुली, लेनर्ट ऑयलर, द ला हायर आणि शार्ल कुलंब यांनी केलेल्या सैद्धांतिक कार्यामुळे द्रव्यांचे गुणधर्म व संरचना सिद्धांत यांच्या ज्ञानात फार मोलाची भर पडलेली होती. फ्रेंच अभियंते द सॅझिल (१८५३) व स्कॉटिश अभियंते डब्ल्यू. जे .एम्. रँकिन (१८७०) यांनी असे दाखवून दिले की धरणांच्या बांधकामात अंतर्गत प्रतिबले (विकृती निर्माण करणाऱ्या प्रेरणा) विचारात घेणे आवश्यक आहे. यामुळे दगडी धरणे त्यांच्या जाडीच्या मानाने पुष्कळच उंच बांधणे शक्य होऊ लागले. एकोणिसाव्या शतकातील प्रगतीच्या आधारे बांधलेले पहिले धरण म्हणजे १८६६ मध्ये बांधलेले फ्रान्समधील फ्यूरें धरण (उंची ५२ मी.) होय.
कार्य : धरणाचे मुख्य कार्य दुहेरी स्वरूपाचे असते. एक म्हणजे पाण्याचा साठा किंवा जलाशय निर्माण करणे व दुसरे म्हणजे पाण्याची पातळी उंचावणे. पाण्याच्या साठ्याचे विविध उपयोग असतात. शेतजमिनींची ⇨सिंचाई, गावांना ⇨पाणीपुरवठा, जलशक्तीच्या सहाय्याने विद्युत् निर्मिती [⟶ जलविद्युत् केंद्र], ⇨ पूरनियंत्रण, क्रीडा तलाव, जलमार्ग अशा विविध कारणांसाठी धरण बांधणी करण्यात येते. विसाव्या शतकाच्या पूर्वी यांपैकी कुठल्याही एका कारणासाठी धरण बांधले जात असे. परंतु विसाव्या शतकाच्या सुरूवातीपासून एकाच धरणाच्या बांधणीतून वरीलपैकी पुष्कळसे उद्देश एकदमच साध्य करण्याची कल्पना रूढ झाली आहे. भारतात कावेरी नदीवर व अमेरिकेत टेनेसी नदीवर अशा प्रकारचे बहूउद्देशीय जलाशय प्रथम निर्माण झाले. आता कुठलीही नवीन धरण योजना करताना प्रथम बहूउद्देशीय जलाशय निर्माण करण्याची शक्यता विचारात घेतली जाते. पाण्याची पातळी उंचावणे हा धरणाचा दुसरा उद्देश. प्रवाहाला अडथळा होताच प्रवाहातील पाण्याची पातळी वाढणे अपरिहार्यच असते. यामुळे धरणाच्या उंचीच्या मानाने पाण्याची पातळीही वाढते. वाढलेल्या पातळीमुळे पाण्याची ऊर्जा वाढते व या ऊर्जेचा उपयोग कालव्यांतील गुरुत्वाकर्षी प्रवाहासाठी किंवा विद्युत् निर्मितीसाठी होतो. सर्वसाधारणपणे प्रत्येक धरणाकरिता उत्प्रवाह सांडवा, शीर्षद्वारे, ऊर्जा अपचयन साधने, निर्गम मार्ग, जलोत्सासण मार्ग इ. घटक भाग असतात (या भागांचे वर्णन पुढे दिलेले आहे).
वर्गीकरण : धरणांचे विविध प्रकार आहेत. धरणबांधणीकरिता वापरल्या जाणाऱ्या बांधकाम साहित्यावर आधारून धरणांचे दगडी बांधकामाचे धरण, काँक्रीटचे धरण, मातीचे धरण, दगडांच्या राशीचे धरण असे प्रमुख प्रकार सांगता येतील. यांशिवाय लोखंडी धरण, लाकडी धरण किंवा रबरी (फुगविता येणारे) धरण अशा प्रकारची धरणेही क्वचीत बांधली गेली आहेत. यांशिवाय रचना पद्धतीवर आधारित असे धरणांचे वेगळ्या प्रकारे वर्गीकरणही करता येते. यांमध्ये भारस्थायी धरण, कमानी धरण, बहुकमानी धरण, टेकू धरण अशा प्रमुख प्रकारांचा समावेश होतो. बंधाऱ्यांमध्ये धरणांइतके बहुविध प्रकार नसतात. लघुबंधाऱ्यांमध्ये त्यांच्या विशिष्ट कार्यानुसार संग्राहक लघुबंधारा, व्यावर्तन (प्रवाहाची दिशा वळविणारा) लघुबंधारा, उद्ग्रहण लघुबंधारा इ. प्रमुख प्रकार आहेत.
अभिकल्प : धरणांच्या वा बंधाऱ्यांच्या अभिकल्पात प्रकाराची व जागेची निवड, पाया, उंची, छेदामधील आकार, त्यामधील घटक भाग इ. गोष्टीचा मुख्यतः अंतर्भाव होतो.
जागेची व प्रकारची निवड : एखाद्या नदीवर धरण बांधावयाचे असल्यास ते कुठल्या स्थानी बांधावे व कुठल्या प्रकारचे बांधावे हे धरण बांधणीतील पहिले दोन महत्त्वाचे प्रश्न असतात. हे दोन्ही प्रश्न एकमेकांशी निगडितच असतात. जागेच्या निवडीवरच धरणाच्या प्रकाराची निवड पुष्कळ अंशी अवलंबून असते. याउलट जागेची निवड करताना कुठल्या प्रकारचे धरण बांधणे शक्य आहे याचा विचारही करावा लागतो. सामान्यतः जितकी धरणाची लांबी कमी तितका धरण बांधणीचा खर्च कमी या तत्त्वानुसार नदीचे खोरे जेथे अरुंद असेल, तेथे धरण बांधणे आर्थिक दृष्ट्या फायदेशीर असते. याउलट धरणाच्या वरच्या बाजूस जितके रुंद खोरे तितका जलाशयातील साठा मोठा होतो. त्यामुळे खोरे जर घंटाकार असेल, तर त्याच्या निमुळत्या जागेवर धरण बांधल्यास वर दिलेले दोन्ही उद्देश सफल होतात व या दृष्टीने अशी जागा धरणाला आदर्श समजली जाते; परंतु जागा निवडताना याशिवाय अनेक मुद्दे विचारात घ्यावे लागतात. जलाशयाखाली जाणारा भूभाग फार महत्त्वाचा नाही, याची खातरजमा करवी लागते. बांधकामसाहित्याच्या वाहतूकीसाठी ही जागा सुगम असावी लागते. धरणाच्या पायाच्या दृष्टीने त्या ठिकाणी इष्ट त्या संरचनेचे खडक असावे लागतात. अशा अनेक दृष्टीकोनांतून विचार करून धरणाची जागा निवडली जाते. धरणाच्या प्रकाराची निवड करतानाही असाच सांगोपांग विचार करावा लागतो. निवडलेल्या जागेशी सुसंगत असा धरणाचा प्रकार असणे आवश्यक असते. पाया उत्तम खडकाचा नसेल, तर भारस्थायी धरणाची निवड शक्य नसते. खोरे फार रुंद असल्यास कमानी धरण विचारबाह्य ठरते. जागेच्या जवळपास इष्ट प्रकारची माती विपुल प्रमाणात नसेल, तर मातीच्या धरणाची निवड तोट्याची ठरते. आर्थिक दृष्ट्या कुठल्या प्रकारचे धरण कमी खर्चाचे ठरेल याचा विचार जसा करावा लागतो, त्याचप्रमाणे कुशल कामागार वर्ग नसल्यास किंवा आवश्यक ती यंत्रसामाग्री नसल्यास विशिष्ट प्रकारची जरूरी असलेली धरणे निवडून चालणार नाही, हाही विचार करणे आवश्यक असते.
विसाव्या शतकात बांधकामाच्या यंत्रसामग्रीतील प्रगती, काँक्रीटचा उपयोग व ⇨मृदा यामिकीविषयी (प्रतिबलांमुळे वा झिरपणाऱ्या पाण्याच्या क्रियेमुळे मातीवर होणाऱ्या परिणामांचा अभ्यास करण्याचा शास्त्राविषयी ) झालेले संशोधन यांमुळे धरणांच्या बांधकामात जलद प्रगती झाली. यामुळे धरणांच्या उंचीत १९०४ मधील अमेरिकेतील चीझमन धरणाच्या ७२ मी. उंचीपासून १९७२ मध्ये रशियातील नूऱ्येक धरणाच्या आकारातही फरक पडला. काही काँक्रीटची धरणे अधिक सुबक व कमी जाडीची बांधण्यात आली.
फ्रेंच अभियंते आंद्रें कॉयन (१८९१—१९६०) यांनी अरुंद कमानींची अनेक धरणे बांधली व त्यामुळे धरणाच्या बांधकामात नवीनच युग सुरू झाले. कमानींच्या अभिकल्पात (आराखड्यात) झालेल्या प्रगतीमुळे खूप उंच व अतिशय अरुंद अशी कमानी धरणे बांधणे शक्य झाले आहे. फ्रान्समध्ये १९५४ साली बांधलेल्या गेज धरणाची उंची ३८ मी. असून त्याच्या पायाची जाडी २.६मी आहे आणि त्याची
उंची व जाडी यांचे गुणोत्तर केवळ ०.०६७ आहे. प्रतिकृतींच्या व अंकीय संगणकांच्या [⟶ संगणक] सहाय्याने प्रतिबलांचे गणित करणे सुकर झाल्यामुळे एकाच कमानी आकाराऐवजी दुहेरी वक्रता असलेल्या अरुंद कमानी धरणांचे बांधकामही आता करण्यात येऊ लागले आहे (उदा., कोलोरॅडोतील मॉरो पॉईंट धरण) पाण्याच्या व वीजपुरवठ्याच्या वाढत्या गरजेमुळे धरणांचे आकारमान दिवसेंदिवस वाढत आहे. जगातील प्रमुख उंच धरणापैंकी जवळजवळ सर्व धरणे १९३० साला नंतर बांधली गेलेली आहेत.
पाया व त्याची मजबुती : धरणबांधणीत पायाच प्रश्न फार महत्त्वाचा असतो. कारण धरणावर येणाऱ्या भार प्रणालीमुळे निर्माण झालेली प्रतिबले शेवटी धरणाच्या पायावरच सोपविली जातात. जितका पाया अधिक मजबूत असेल, तितका धरणास अधिक आधार असतो. जर धरणाच्या ठिकाणी उत्तम अभेद्य खडक पृष्टभागावर मिळत असेल, तर तो सर्वोत्तम प्रकारचा पाया असतो. जमिनीपासून थोड्याच खोलीवर जर खडक असेल, तरी वरची जमीन खणून खडकाच्या पायावरच धरण बांधले जाते. खडकाची सर्वांगीण माहिती कळण्याकरिता धरणाच्या जागेवर ठिकठिकाणी खोल छिद्रणे घेऊन तेथील खडकाची भूवैज्ञानिक माहिती मिळवितात. यामुळे धरणाच्या पायाच्या क्षेत्रफळाखाली असलेल्या खडकाचे सर्व स्तर पुरेसे मजबूत आहेत की नाहीत, याचा अंदाज करता येतो. एखादा कच्चा थर आढळल्यास विशेष उपाय योजना करण्यात येते. पायासाठी जर खोऱ्यात खडकच नसेल तर दगडी बांधकामाचे धरण अथवा काँक्रीटचे धरण वापरणे योग्य ठरत नाही व केवळ मातीचे धरण बांधण्याचीच शक्यता उरते. दुसऱ्या एका दृष्टीनेही धरणाच्या पायाचे परीक्षण करावे लागते. पाया हा फार पारगम्य असल्यास जलाशयातील बरेचसे पाणी पायाखालून झिरपून वाहून जाण्याची शक्यता असते. खडकामध्ये चुन्याच्या खडकाचे स्तर असल्यास किंवा मातीच्या धरणाखालील मातीचा पाया वाळूमिश्रित पारगम्य मातीच्या स्तराचा असल्यास अशा प्रकारची शक्यता असते. अशा वेळी पायाची मजबुती करण्याकरिता अथवा झिरपणे कमी करण्याकरिता पायावर विशेष उपाययोजना करतात.
ह्या उपाययोजनेत गाराभराई करणे हा प्रमुख उपाय होय. सिमेंट व पाणी मिसळून त्यांचे पातळ लापशीसारखे मिश्रण (गारा ) करून ते पायाच्या स्तरात भोके पाडून त्या भोकांतून आत बाह्य दाबाने घुसवितात (पंप करतात) हे मिश्रण खडकांतील चिरांत व भेगांत घुसून कालांतराने टणक होते आणि अशा तऱ्हेने सर्व चिरा व भेगा बुजल्या जाऊन खडक वा तळातील स्तर अधिक मजबूत होतो. तसेच त्यामुळे पाण्याच्या सर्व झिरपवाटाही बंद होतात. पायाच्या सर्व क्षेत्रफळावर अशा तऱ्हेने कमी दाबाची गाराभराई करण्यात येते. यांशिवाय जरूर असल्यास पायाच्या जलाशयाकडील बाजूस जास्त दाबाच्या साह्याने खोलवरपर्यंत गाऱ्याची एक पातळ पडदीच निर्माण करण्यात येते. यामुळे झिरपणाऱ्या पाण्यास सुरुवातीसच विरोध होतो. मातीच्या धरणाखालील झिरप कमी करण्यासाठी सिमेंटच्या ऐवजी विशिष्ट चिकणमातीचा गारा वापरतात. याशिवाय पाया मजबुतीसाठी आवश्यकता असल्यास खडकात लांब नांगरबोल्ट [⟶ बोल्ट व नट] पक्के आवळूनही पायाची मजबुती करण्याचा प्रघात आहे. याशिवाय धरणाच्या पायामधून होणारी झिरप कमी करण्यासाठी पुष्कळदा चिकणमातीने भरलेला पाणतोड बांध; जवळजवळ बसविलेल्या लाकडाच्या, काँक्रीटच्या वा पोलादी स्तंभिका (उभे खांब); प्रतिस्त्रोत (प्रवाहाच्या विरुद्ध दिशेला बसविलेला) स्तर यांपैकी एखादा प्रकार वापरलेला आढळतो.
उंची : धरणाची उंची ठरविण्याकरिता प्रथमतः निर्माण होणाऱ्या जलाशयात पाण्याचा केवढा साठा असावा हे प्रथम ठरविले जाते. एका वर्षात जलाशायातील साठ्यातून किती पाणी वापरले जाईल त्या मागणीच्या अनुरोधाने अंदाज बांधण्यात येतो. नदीच्या पाणलोट क्षेत्रातून यापेक्षा अधिक पाणी उपलब्ध आहे किंवा नाही
याची खात्री केली जाते. यानंतर जलाशयाच्या खोऱ्याचे आकारमान किंवा घनफळ सर्वेक्षणाच्या (पाहणीच्या) साह्याने ठरवून मग धरणाची उंची व अपेक्षित जलाशायाचे (खोऱ्याचे) घनफळ यांचा संबंध दर्शविणारा आलेख तयार केला जातो. या आलेखाच्या योगाने आवश्यक साठा करण्याकरिता केवढ्या उंच धरणाची जरूरी आहे याचे अनुमान करता येते. बंधाऱ्यात पाण्याच्या साठ्याचा प्रश्न नसल्यामुळे बंधाऱ्याची उंची मात्र पाण्याची पातळी जितकी उंच पाहिजे असेल त्यामानाने ठरविण्यात येते.
आकार : धरणांची उंची ठरविल्यावर त्याचा छेदातील आकार ठरविणे जरूर असते. धरणाच्या माथ्यावर येण्याजाण्याकरिता रस्ता ठेवावयाचा असल्याने त्याकरिता जरूर तेवढी रुंदी धरून मग धरणाच्या दोन्ही बाजूस योग्य ते उतार देऊन त्याचा आकार ठरविता येतो. धरणाच्या जलाशयाकडील बाजूचा उतार व दुसऱ्या बाजूचा उतार हे कमी जास्त असतात. हे उतार ठरविण्यासाठी धरणावर येणाऱ्या संभाव्य व विविध प्रकारच्या भार व दाब प्रणालींचा विचार करणे जरूर असते, यांमध्ये खालील प्रमुख भारांचा अंतर्भाव होतो : (१) धरणाचे स्वतःचे वजन, (२) पाण्याचा दाब, (३) पायामधून झिरपणाऱ्या पाण्याचा ऊर्ध्वगामी दाब ,(४) धरण भिंतीवर आपटणाऱ्या लाटांचा दाब, (५) भूकंपामुळे येणारे भार, (६) पाण्यावर तरंगणाऱ्या बर्फाचा दाब (बर्फाळ प्रदेशात), (७) पाण्याच्या तळाशी असलेल्या गाळाचा दाब, (८) तापमानातील बदलामुळे निर्माण होणारी प्रतिबले.
वरील सर्व भार-दाबाच्या प्रणालीमुळे धरणाच्या स्थैर्यास बाध येणार नाही अशी खबरदारी अभिकल्प करताना घ्यावी लागते. या सर्व दाबांचे प्रमाण काढण्यासाठी गणितीय सूत्रे उपलब्ध आहेत. यांपैकी काही दाबांचा परिणाम एखाद्या प्रकारच्या धरणात क्षुल्लक स्वरूपाचा असतो. उदा., पायामधून झिरपणाऱ्या पाण्याचा ऊर्ध्वगामी दाब हा धरणांत दुर्लक्षित केला, तरी चालण्यासारखा असतो.
पाया खोदाईपूर्वीची प्राथमिक तयारी : धरणाच्या जागेवर पायाचे खोदकाम सुरू करण्यापूर्वी नदीचा प्रवाह वरच्या बाजूस अडवून त्याला वेगळी वाट करून द्यावी लागते. यासाठी वरच्या बाजूस एक तात्पुरता बांध घालण्यात येतो. प्रवाहाला वाट देण्यासाठी एकतर पायातीलच काही भाग मोकळा ठेवतात किंवा मग खोऱ्याच्या काठावरील खडकांतून बोगदा काढून त्या बोगद्यातून प्रवाहाला वाट करून देतात. भाक्रा धरणाच्या बांधकामात हीच पद्धत अवलंबिण्यात आलेली होती. कित्येकदा याच बोगद्यांचा बांधकामानंतर निर्गमद्वाराच्या रूपात उपयोग करून घेण्यात येतो.
No comments:
Post a Comment