Pato

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Tämä artikkeli kertoo rakennelmasta. Sanan muita merkityksiä ontäsmennyssivulla.
Oymapinarin holvipatoAntalyassaTurkissa.
Padolla muodostettu tekoallasTaiwanissa.

Patoon seinämäinen tai vallimainen rakenne, jonka tarkoituksena on estää rakenteen takana olevan nesteen, nestemäisesti käyttäytyvän aineen tai kiinteästä aineesta nesteeseen liukenevien aineiden valuminen alempana oleville maille taivesistöön,taikka sen tarkoitus on säädellä vesistön virtausta tai padotun aineen pinnan korkeutta.[1]

Padot ovat yksilöllisiä rakenteita, jotka suunnitellaan paikallisten olosuhteiden ja tarkoituksen mukaisesti. Patoja käytetään esimerkiksitulvientorjumiseen,keinokasteluun,vesihuoltoon,kalankasvatukseenjavesistöjen säännöstelemiseensähkövoimantuotantoa varten. Pieniä patoja ovat esimerkiksi tulvantorjunnassa käytettävät tulvapenkereet, joita rakennetaan järvien ja meren rannoille sekä jokivarsiin. Suurten patojen rakennusaineena käytetään nykyään yleensäbetoniatai teräsbetonia, jotka ovat miltei täysin syrjäyttäneet ennen suositun muuratun luonnonkiven. Kehittyneet työkoneet ja uusi maanrakennustekniikka ovat tehneet myös maa- ja kalliolouhetäytteestä suositun padonrakennusaineen.[2][3][4]

Maailman korkein pato onKiinassasijaitseva 305 metrin korkuinen holvipato Jinping-I.[5]

Patotyypit

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Jaottelun periaatteita

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Patoja on rakennettu monenlaisia ja niiden luokitteluun on olemassa useita tapoja. Yksi tapa luokitella padot niiden staattisen toiminnan mukaan:gravitaatiopato[6]jaholvipato.Padot, jotka on rakennettu maa-aineksesta tai kivistä, kutsutaan usein maapadoksi, ja ne ovat luonteeltaan gravitaatiopatoja. Gravitaatiopatoja rakennetaan myös betonista ja asvaltista. Holvipadot rakennetaan nykyään yksinomaan betonista. Holvipadot tehdään kallioiseen maastoon, jossa pato voi tukeutua kallioperustaan ja sivuilla kallioseinämiin. Padot luokitellaan valmistusmateriaalin lisäksi myös käyttötarkoituksensa mukaan: varastoaltaan pato tai reunavalli,säännöstelypato[7],voimalaitospato tai tulvasuojelussa toimiva väliaikainen tulvavalli eli yleisemmintyöpato.[8][9]

Padolla on yleensä useita tehtäviä. Esimerkiksi kuivuudesta kärsivillä alueilla patoaltaan vettä tarvitaan yleisesti yhtä aikaa tulvasuojelussa, vesivoiman tuotannossa, viljelymaiden kastelussa ja yhteiskunnan vesihuollon järjetelyissä.[3][4]

Gravitaatiopato

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Gravitaatiopato vastustaa varastoaltaan veden hydrostaattisen paineen lähinnä padon omanmassansaaiheuttaman painon avulla. Kun maaperään kohdistuu valtava voima, vastustaa padon ja maaperän välinen kitka hydrostaattisen paineen aihettamaa voimaa. Tällaisia patoja ovat esimerkiksi maapadot sekä lamellipadot, joiden raskaat rakenteet ottavat myös tukea maaperästä.[9]

Holvipato

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Holvipato poikkeaa gravitaatiopadosta siinä, että se on massaltaan varsin kevyt. Sen kyky vastustaa varastoaltaan hydrostaattista painetta perustuu kahteen asiaan. Patorakenne onholvinmuotoinen jakaarevamuoto ottaa vastaan sitä painavaa vedenvoimaapainumalla hieman eteenpäin. Holvipadon toinen periaate on tukea padon juuri ja sivustat ympäröivään kallioperään. Kun veden paine työntää kaarevaa seinämää eteenpäin, vastustavat kallioiset seinämät ja alusta padon suoristumista ja samalla ankkuroivat sen kiinteästi paikalleen.[9][10]

Jaottelu tarkoituksen tai rakenteen perusteella

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Maapato[11]on gravitaatiopato, joka on rakennettu erilaisista pystysuuntaisista maakerroksista. Maapadot luokitellaanhomogeenisiinjavyöhykemaapatoihin.Homogeenisessä padossa käytetään rakennusmateriaalina lähes kokonaan yhtä rakennusmateriaalia. Se voi olla moreenia, hiekkaa, sekamaata tai kalliomursketta. Vyöhykemaapato sisältää monia rakenteita, joista osan tehtävänä on vesitiiviys ja osan tehtävänä massavaikutus. Tiivisteaineeksi on valittu esimerkiksi savea, betonia, puuta, muovia tai asvalttia. Maapadon pinta on eroosiolle altis ja se päällystetäänkin esimerkiksi kivimurskeella, betonilevyillä, asvaltilla tai teräslevyllä. Suomessa yleisetpengerpadot[12]ovat maapatoja.[13]

Ripapatoon gravitaatiopato, joka vastustaa veden hydrostaattista painetta oman jäykän sisärakenteensa ja alapuoliseen kallioperään rakennettujen kiinnitysmekanismien ansiosta. Tämä vähentää tarvittavan betonin määrää puhtaaseen gravitaatiopatoon verrattuna 30–40 %.[14]

Eräs ripapato onpilaripatoelilaattapato,jonka etuosan muodostavat perustukseen kiinnitetyt veden virtauksen suuntaiset laatat.Lamellipadoksikutsutaan pilaripatoa, jonka pilarit tai laatat ovat näitä paljon paksummat. Mitä vankemmat ovat padon rakenteet, sen suurempi on padon gravitaatiovaikutus.[14]

Neulapatokoostuu ohuista puisista tai teräksisistä palkeista, jotka pystyasentoon asennettuina nojaavat alapäästään padon kynnyksessä olevaan uraan ja yläpäästään joko kiinteiden tai liikuteltavien tukien varassa olevaan vaakasuuntaiseen palkkiin. Padon tilapäiseen sulkemiseen käytetään lisäksi laudasta tai lankuista tehtyjä levyjä ja myös puusta tai teräksestä tehtyjä pato- eli settipalkkeja. Ne asetetaan patopilareihin vaaka-asentoon niitä varten tehtyihin ns. settiuriin, ja päällekkäisinä ne muodostavat yhtenäisen seinän. Neulapatoja on käytetty vedenkulun säännöstelyn ohella myösvesihierontaan.Suomessa tästä käytöstä tunnetaan edelleen ainakinRunninNeulatammi.[15]

Pohjapadot[16]ovat kokonaan veden alle rakennettuja patoja, joilla voidaan esimerkiksi nostaa veden korkeutta tai rajoittaa suolaveden virtausta joen suulle.

Padon toiminta

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Hooverin patosijaitseeArizonanjaNevadanrajallaColoradojoella.

Patoaukot ja -luukut

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Padon läpi virtaavan veden määrää voidaan säädellä aukkojen ja luukkujen avulla. Vaadittu vesimäärän läpäisevyys määritellään pitkään ajanjaksoon perustuvalla tulvahuippujen tarkastelulla. Patoaukot mahdollistavat myös vesivaraston tyhjentämisen padon tarkastamista ja korjaamista varten. Luukkujen liikuttelemiseen käytetään pääasiassa konevoimaa ketjujen, hammastankojen tai öljynpaineella toimivien hydraulisien sylintereiden välityksellä. Padon aukkojen sulkemislaitetta nimitetään tavallisesti liikuteltaviksi tai avattaviksi padoiksi.[13]

Varsinaisia patoluukkuja on nykyisin käytössä pääasiassa kahta perustyyppiä: tasoluukut sulkevat ja avaavat padon liikkuen niitä varten tehdyissä luukku-urissa pystysuunnassa edestakaisin, kiertyvät luukut on aisojensa välityksellä laakeroitu padon sivupilareihin. Edelliseen ryhmään kuuluvat liukuluukut liukuvat luukku-urassa olevia johteitaan myöten. Jos vedenpaine nostaa pintakitkan liian suureksi, asetetaan luukkuun pyörät (kiinteäpyöräinen luukku) tai luukun ja johteen väliin ns.Stoney-palkki,jossa olevat pyörät helpottavat luukun liikuttelemista. Jälkimmäiseen pääryhmään kuuluvat segmenttiluukut, joissa luukun etulevy on ympyrälieriön muotoinen ja luukku nousee ylös kiertyen etulevyä tukeviin kannatinrakenteisiin kiinnitettyjen aisojen päissä olevien tukilaakereiden ympäri, sekä samantapaiset sektoriluukut, jotka lasketaan kynnyksen sisään varattuun tilaan.lähde?

Perustyypeistä poikkeavat muun muassa kynnykseltä alas kaatuva läppäluukku, johon voidaan joskus asettaa myös vastapaino, ja esimerkiksiImatrankosken padossakäytetty valssiluukku, jonka on rumpu joka sulkee aukon tiivisteiden kanssa ja joka kulkee hammastankojen tukemana ja ohjaamana patomuureja pitkin ja joka avataan ketjun avulla.lähde?

Tulva-aukot ja ylijuoksutuskanavat

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Padon tulee kestää turvallisesti oletetun suurimman mahdollisen vesimäärän lisäksi myös tulvaveden paine. Yleensä padoissa on tulva-aukkoja, joista vesimäärää voidaan vähentääohijuoksuttamallasitä. Veden noustessa tasolle, jonka yläpuolella on ainoastaan koko padon pituinen niin kutsuttu varalaita, vesi virtaa vapaasti säädettävistä luukuista tai patoaukoista. Ylisyöksypadoissa tulva-aukon kynnys on niin korkealla, ettei alavesi vaikuta veden juoksuttamiseen.[13]

Patoturvallisuus

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Onnettomuuksien syitä

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Padot ovat yleensä turvallisia, muttaKansainvälinen suurten patojen patotoimikunnantilastoinnin mukaan heidän tuntemillaan 36 000 padolla on sattunut vakava onnettomuustilanne noin 300 padolle. Yleisimmät onnettomuuden aiheuttavat tilanteet ovat tulvaveden ylittymiset ja virtaavan veden eroosio, maapatojen läpitihkumisen aiheuttamat eroosiot ja vähäisimpänä betoni- tai metallirakenteiden väsymisestä johtuvat onnettomuudet.[17]

Onnettomuudet voivat aiheutua patojen huoltovälien venymisestä. Padot ovat alttiita rapautumiselle ja ruostumiselle, jolloin patorakenteita joudutaan vaihtamaan tai betonirakenta korjaamaan. Kylmillä seuduilla voi routa aiheuttaa rakennevaurioita tai maanjäristysalueilla maakuoren tärinät ja liikkeet tehdä halkeamia rakenteisiin.[18]

Patoturvallisuus Suomessa

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Suomen patoturvallisuuslaki vuodelta 2009(SDK 494/2009[19],ruots.dammsäkerhetslagen[20]) määrittää monella tapaa padonrakentajan ja -omistajan sekä viranomaisten väliset vastuukysymykset. Kussakin maassa on erilaisia painotuksia patoturvallisuuteen liittyvissä asioissa.

Nykyään padot luokitellaan Suomessa kolmeen luokkaan. Pato on1-luokan pato,jos se onnettomuuden sattuessa aiheuttaa vaaran ihmishengelle ja terveydelle taikka huomattavan vaaran ympäristölle tai omaisuudelle;2-luokan pato,jos se onnettomuuden sattuessa saattaa aiheuttaa vaaraa terveydelle taikka vähäistä suurempaa vaaraa ympäristölle tai omaisuudelle; ja3-luokan pato,jos se onnettomuuden sattuessa saattaa aiheuttaa vain vähäistä vaaraa.

Vanhemmassa luokitusjärjestelmässäP-padoksiluokiteltiin pato, joka onnettomuuden sattuessa saattaa aiheuttaa ilmeisen vaaran ihmishengelle tai terveydelle taikka ilmeisen huomattavan vaaran ympäristölle ja omaisuudelle. Tällaisen vaaran aiheuttaa sortuvan padon takaa hyökyvä voimakas tulva-aalto. Myös varastoitavan aineen terveydelliset ja ympäristölle haitalliset ominaisuudet voivat aiheuttaa huomattavan vaaran. Näiden patojen turvallisuuden valvontavastuu on jaettu myös viranomaisille.N-patovoi olla hajotessaan vaarallinen, mutta ei samassa suhteessa kuin P-padot.O-patoei ole N-padon tapaan vaarallinen hajotessaan. Onnettomuus ei silloin vaaranna ihmishenkiä eikä ole ympäristölle haitallinen.T-padotovat työpatoja ja luonteensa vuoksi väliaikaisia.[21][22][23][24]

Historiaa

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Encyclopædia Britannicanmukaan maailman vanhin tunnettu pato olisi 3000-luvulla ennen ajanlaskun alkua kastelutarkoitukseen rakennettuJawan patonykyisenJordanianalueella. Toinen hyvin vanha pato oli vuosien 2950–2750 eaa. välillä rakennettu noin 11 metriä korkeaSadd el-KafaranpatoKaironlähelläEgyptissä,joka kuitenkin todennäköisesti vuoti ja petti pian valmistumisensa jälkeen. Pato oli kuitenkin ikäänsä nähden jo monimutkainen rakennelma.[25][26][27]LähistölläGizassasijainnutMa’lan pato,jonka rakentamiseen käytettiin enemmän materiaalia kuin Gizan suureen pyramidiin, oli sen sijaan toiminnassa yli 3 000 vuoden ajan.[26]Vanhin edelleen toiminnassa oleva pato saattaa ollaSyyrianOrontesjokeenvuoden 1300 eaa. tienoilla rakennettu pengerrys;[25]toisen lähteen mukaan jatkuvasti toiminnassa olleista padoista vanhin olisiDujiangyanin kastelujärjestelmäänliittyvä patoKiinanSichuanissa250-luvulta eaa.[28]Lähi-idän ja Kiinan lisäksi patoja rakennettiin ennen ajanlaskun alkua myösIntiassajaSri Lankassa.Monet kasteluun käytetyt suuret maapadot ovat Sri Lankassa edelleen toiminnassa.[25][27]

Roomalaisetolivat padonrakentamisen sijaan taitavampia veden keräämisessä ja kuljettamisessaakveduktienavulla, mutta kaksi roomalaista patoa,ProserpinanjaCornalvonpadot, on edelleen käytössäEspanjanlounaisosassa.[25]Ennen vuotta 1900 maailmassa oli vain noin 700 suurta, yli 15 metrin korkuista patoa.[28][27]Japaniinrakennettiin 32 metriä korkeaDaimon’iken patovuonna 1128.Persiaan1300-luvun alkupuolella rakennetutKebarin patojaKuritin patoolivat puolestaan maailman ensimmäiset ohutrakenteiset holvipadot. Kuritin patoa kohotettiin vähitellen 64 metrin korkuiseksi, ja se olikin maailman korkein pato aina 1900-luvun alkuun saakka.[25][27]

1800-luvun keskivaiheille saakka padonrakennus pohjautui pitkälti kokemusperäiseen tietoon. Rakenne- ja materiaalitekniikan kehittyessä myös padonrakennuksen periaatteita alettiin ymmärtää paremmin, esimerkiksi 1850-luvullaSkotlanninGlasgow’n yliopistossatoimineenWilliam John Macquorn Rankinenja muiden brittiläisten ja ranskalaisten insinöörien kontribuutioiden ansiosta.[25]1900-luvun alkupuoliskolla maailmaan rakennettiinkin jo yhteensä 5 000 yli 15 metrin korkuista patoa, ja toiset 5 000 pelkästään vuosien 1970–1975 välillä, minkä jälkeen padonrakennustoiminta hiljeni erityisesti Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa.[28]Yhdysvaltoihinvalmistui monta näyttävää patoa, kutenColoradojoellevuosina 1931–1936 rakennettu 221 metriä korkeaHooverin pato.Kiinaan rakennetun yli 2 kilometrin pituisenKolmen rotkon padonvesivoimalasta tuli valmistuessaan vuonna 2012 maailman suurin 22 500 megawatin sähkötehollaan. Padon rakentaminen loiJangtsejokeenyli 600 kilometrin pituisen tekoaltaan.[25][27]

Katso myös

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Lähteet

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
  • Mäkitalo, Tuomas:Maa- ja betonipadon rakenteet, toimivuus ja säädökset.diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto, 2013.Teoksen verkkoversio(PDF).
  • Loukola, Erkki:Patoturvallisuusohjeet.Vesi- ja ympäristöhallinnon julkaisuja 9 B-sarja. Helsinki: Vesi- ja ympäristöhallitus, 1991. ISSN 0786-9606.ISBN 951-47-4295-8.Teoksen verkkoversio(PDF).

Viitteet

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑Isomäki, Eija & al.: Patoturvallisuusohjeet, 2012, s.5, viitattu 24.3.2020
  2. ↑Kirves, Risto: Häiriötilanteet Suomen padoilla, 2010, s. 8, viitattu 24.3.2020
  3. ↑abGeneral Synthesisicold-cigb.org.Pariisi, Ranska: ICOLD. Viitattu 24.3.2020.(englanniksi)
  4. ↑abRole of damsicold-cigb.org.Pariisi, Ranska: ICOLD. Viitattu 24.3.2020.(englanniksi)
  5. ↑The Jinping-I Double Curvature Arch Dam sets new world recorden.powerchina.cn.Arkistoitu17.11.2018. Viitattu 18.11.2018.
  6. ↑Ympäristötieteet:gravitaatiopatoTieteen termipankki.Helsingin yliopisto. Viitattu 23.3.2020.
  7. ↑Ympäristötieteet: säännöstelystelypatoTieteen termipankki.Helsingin yliopisto. Viitattu 23.3.2020.[vanhentunut linkki]
  8. ↑Technology of Damsicold-cigb.org.Pariisi, Ranska: ICOLD. Viitattu 24.3.2020.(englanniksi)
  9. ↑abcMäkitalo, Tuomas: Maa- ja betonipadon rakenteet, toimivuus ja säädökset (diplomityö), 2013, s.11–12
  10. ↑Mäkitalo, Tuomas: Maa- ja betonipadon rakenteet, toimivuus ja säädökset (diplomityö), 2013, s.49–50
  11. ↑Ympäristötieteet:maapatoTieteen termipankki.Helsingin yliopisto. Viitattu 23.3.2020.
  12. ↑Ympäristötieteet: pengerpatoTieteen termipankki.Helsingin yliopisto. Viitattu 23.3.2020.
  13. ↑abcMäkitalo, Tuomas: Maa- ja betonipadon rakenteet, toimivuus ja säädökset (diplomityö), 2013, s.17–25
  14. ↑abMäkitalo, Tuomas: Maa- ja betonipadon rakenteet, toimivuus ja säädökset (diplomityö), 2013, s.42–49
  15. ↑Runnin kulttuurimaisema ja kylpyläturisti-info.fi.Viitattu 25.10.2015.
  16. ↑Ympäristötieteet:pohjapatoTieteen termipankki.Helsingin yliopisto. Viitattu 23.3.2020.
  17. ↑Dams' safety is at the very origin of the foundation of ICOLDicold-cigb.org.Pariisi, Ranska: ICOLD. Viitattu 24.3.2020.(englanniksi)
  18. ↑Kirves, Risto: Häiriötilanteet Suomen padoilla, 2010, s. 10–13, viitattu 24.3.2020
  19. ↑PatoFinlex.Oikeusministeriö ja Edita Publishing Oy. Viitattu 23.3.2020.
  20. ↑DammsäkerhetslagenFinlex.Oikeusministeriö ja Edita Publishing Oy. Viitattu 23.3.2020.(ruotsiksi)
  21. ↑Loukola, Erkki: Patoturvallisuusohjeet, 1991, s.23–25, viitattu 23.3.2020
  22. ↑Isomäki, Eija & al.: Patoturvallisuusohjeet, 2012, s.18–20, viitattu 24.3.2020
  23. ↑Kirves, Risto: Häiriötilanteet Suomen padoilla, 2010, s. 6, viitattu 24.3.2020
  24. ↑Mäkitalo, Tuomas: Maa- ja betonipadon rakenteet, toimivuus ja säädökset (diplomityö), 2013, s.4–6
  25. ↑abcdefgDamEncyclopædia Britannica. Viitattu 16.6.2017.
  26. ↑abRatnayaka, Don D.; Brandt, Malcolm J. & Johnson, Michael:Water Supply,s. 149. Butterworth-Heinemann, 2009.ISBN 9780080940847.Kirja Googlen teoshaussa.
  27. ↑abcdeMäkitalo, Tuomas: Maa- ja betonipadon rakenteet, toimivuus ja säädökset (diplomityö), 2013, s.1–3
  28. ↑abcWang, Pu; Dong, Shikui & Lassoie, James P.:The Large Dam Dilemma: An Exploration of the Impacts of Hydro Projects on People and the Environment in China,s. 1–3. Springer Science & Business Media, 2013.ISBN 9789400776302.Kirja Googlen teoshaussa.

Kirjallisuutta

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Noudettu kohteesta”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Pato&oldid=22195427”