Brana

To podizanje izvodi se kako bi se dobio potreban pad za iskorištavanje vodene snage, da se poveća dubina vode u vodotoku za olakšavanje plovnosti ili za sakupljanje veće količine vode, potrebne bilo za regulaciju i oticanje vodnih količina u vodotoku nizvodno od brane, bilo za proizvodnju hidroelektrične energije ili za natapanje i opskrbu vodom većih područja te za suzbijanje poplava ili da se omogući plovidba. U planinskim potocima i bujicama brane služe za učvršćivanje i osiguravanje potočnog korita.

Hidroenergija, zajedno s branama, često se koristi za proizvodnju električne energije. Brana se također može koristiti za prikupljanje ili skladištenje vode koja se može ravnomjerno rasporediti između lokacija. Brane općenito služe primarnoj svrsi zadržavanja vode, dok se druge strukture kao što su nasipi koriste za upravljanje ili sprječavanje protoka vode u određene kopnene regije. Najranija poznata brana je Jawa u Jordanu, koja datira iz 3000 p. n. e.

Riječ brana može se pratiti do staroengleskog, a prije toga iz staroholandskog, što se vidi u imenima mnogih starih gradova, kao što su Amsterdam i Rotterdam.

Drevne brane

Najranije brane izgrađene su u Mesopotamiji i na Bliskom istoku. Brane su korištene za kontrolu vodostaja, jer je vrijeme u Mesopotamiji uticalo na rijeke Tigris i Eufrat.

Najranija poznata brana je brana Jawa u Jordanu, 100 kilometara sjeveroistočno od glavnog grada Ammana. Ova gravitaciona brana je imala izvorno 9 metara visok i 1 m širok kameni zid, podržan zemljanim bedemom širine 50 m. Struktura je datirana u 3000 godina p. n. e.

Staroegipatska brana Sadd-el-Kafara u Wadi Al-Garawi, oko 25 km južno od Kaira, bila je duga 102 m u svom dnu i 87 m široka. Konstrukcija je izgrađena oko 2800 ili 2600 p. n. e. kao diverziona brana za kontrolu poplava, ali je uništena jakom kišom tokom izgradnje ili ubrzo nakon toga. Tokom dvanaeste dinastije u 19. vijeku p . n. e., faraoni Senosert III, Amenemhat III i Amenemhat IV iskopali su kanal dug 16 km koji povezuje Fajumsku depresiju sa Nilom u Srednjem Egiptu. Dvije brane zvane Ha-Uar koje idu u pravcu istok-zapad izgrađene su kako bi zadržale vodu tokom godišnjih poplava, a zatim je ispustile u okolna zemljišta. Jezero pod nazivom Mer-wer ili jezero Moeris pokrivalo je 1.700 km² i danas je poznato kao Birket Qarun.

Do sredine kasnog trećeg milenijuma p. n. e. izgrađen je složen sistem upravljanja vodom u Dholaviri u današnjoj Indiji. Sistem je uključivao 16 rezervoara, brana i različitih kanala za sakupljanje i skladištenje vode.

Jedno od inženjerskih čuda antičkog svijeta bila je Velika brana Marib u Jemenu. Izgradnja je pokrenuta negde između 1750. i 1700. godine p. n. e., bila je napravljena od nabijene zemlje – trouglastog poprečnog presjeka, 580 m u dužinu i prvobitno 4 m visok – protezala se između dvije grupe stijena sa obje strane, da bi bila povezana znatnom klesarskom konstrukcijom. Popravke su vršene u različitim periodima, najvažnije oko 750. godine p. n. e., a 250 godina kasnije visina brane je povećana na 7 m. Nakon propasti kraljevstva Saba, brana je pala pod kontrolu Ḥimyarita (oko 115. p. n. e.) koji su izvršili daljnja poboljšanja, stvarajući strukturu visoku 14 m, sa pet preljeva, dva zida ojačana branama, ribnjak za taloženje i kanal od 1.000 m do distributivnog rezervoara. Ovi radovi nisu završeni sve do 325. godine nove ere kada je brana dozvolila navodnjavanje 25.000 hektara (100 km2).

Eflatun Pınar je hetitska brana i izvorski hram u blizini Konye, Turska. Smatra se da potječe iz Hetitskog carstva između 15. i 13. vijeka p. n. e..

Kallanai je izgrađena od neobrađenog kamena, dužine preko 300 m, visine 4,5 m i širine 20 m, preko glavnog toka rijeke Kaveri u Tamil Naduu, u južnoj Indiji. Osnovna građevina datira iz 2. vijeka nove ere i smatra se jednom od najstarijih građevina za skretanje ili regulaciju vode koje su još u upotrebi. Svrha brane je bila da preusmjeri vode Kaveri preko plodne regije delte za navodnjavanje putem kanala.

Du Jiang Yan je najstariji preživjeli sistem za navodnjavanje u Kini koji je uključivao branu koja je usmjeravala protok vode. Završena je 251. p. n. e.. Velika zemljana brana, koju je napravio Sunshu Ao, premijer Chua (države), poplavila je dolinu u savremenoj sjevernoj provinciji Anhui koja je stvorila ogroman rezervoar za navodnjavanje (100 km u obimu), rezervoar koji je i danas prisutan.

Rimsko inženjerstvo

Izgradnju rimskih brana karakterizirala je "sposobnost Rimljana da planiraju i organiziraju inženjersku izgradnju u velikim razmjerama." Rimski planeri su tada uveli novi koncept velikih akumulacijskih brana koje su mogle osigurati trajno vodosnabdijevanje urbanih naselja preko cijele regije i tokom sušne sezone. Njihova pionirska upotreba vodootpornog hidrauličnog maltera, a posebno rimskog betona, omogućila je mnogo veće strukture brana od prethodno izgrađenih, kao što je brana na jezeru Homs, verovatno najveća vodena barijera do tog datuma, i brana Harbaqa, oba u rimskoj Siriji. Najviša rimska brana bila je brana Subiaco u blizini Rima; njegova rekordna visina od 50 m ostala je neprevaziđena sve do slučajnog uništenja 1305. godine.

Rimski inženjeri su rutinski koristili drevne standardne dizajne kao što su nasipne brane i zidane gravitacione brane. Osim toga, pokazali su visok stepen inovativnosti, uvodeći većinu ostalih osnovnih dizajna brana koji su do tada bili nepoznati. Tu spadaju lučne gravitacijske brane, lučne brane, potporne brane i višelučne kontra brane, koje su sve bile poznate i korištene od 2. vijeka nove ere. Rimska radna snaga je također bila prva koja je izgradila mostove brane, kao što je Valerijanov most u Iranu.

U Iranu su brane mostova kao što je Band-e Kaisar korištene za obezbjeđivanje hidroenergije preko vodenih točkova, koji su često pokretali mehanizme za podizanje vode. Jedan od prvih bio je rimski izgrađen most sa branom u Dezfulu, koji je mogao podići vodu za 23 m za opskrbu grada. Također su bile poznate diverzione brane. Uvedene su mlinske brane koje su muslimanski inženjeri nazvali Pul-i-Bulaiti. Prvi je izgrađen u Shustaru na rijeci Karun u Iranu, a mnogi od njih su kasnije izgrađeni u drugim dijelovima islamskog svijeta. Voda je odvođena sa stražnje strane brane kroz veliku cijev za pogon vodenog točka i vodenice. U 10. vijeku, Al-Muqaddasi je opisao nekoliko brana u Perziji. Izvijestio je da je jedan u Ahwazu bio dug više od 910 m i da je imao mnogo vodenih kotača koji su vodu podizali u akvadukte kroz koje je tekla u gradske rezervoare. Druga brana Band-i-Amir je obezbijedila navodnjavanje za 300 sela.

Srednji vijek

U Holandiji, zemlji pretežno ispod površine mora, brane su se često gradile kako bi se blokirale rijeke, regulisao nivo vode i spriječio ulazak mora u močvarno područje. Takve brane često su označavale početak naselja ili grada jer je na takvom mjestu bilo lako preći rijeku i često su uticale na holandska imena mjesta. Sadašnji glavni grad Holandije, Amsterdam (staro ime Amstelredam), počeo je branom na rijeci Amstel u kasnom 12. vijeku, a Roterdam je započeo branom na rijeci Rotte, manjoj pritoci Nieuwe Maas. Centralni trg Amsterdama, koji pokriva prvobitno mjesto brane stare 800 godina, još uvijek nosi naziv Trg Dam.

Industrijska revolucija

Rimljani su bili prvi koji su izgradili lučne brane, gdje reakcione sile iz temelja stabiliziraju konstrukciju od vanjskog hidrostatskog pritiska, ali tek u 19. vijeku su inženjerske vještine i raspoloživi građevinski materijali omogućili izgradnju prvih velikih lučnih brana.

Tri pionirske lučne brane izgrađene su oko Britanskog carstva početkom 19. vijeka. Henry Russel iz Kraljevskih inženjera nadgledao je izgradnju brane Mir Alam 1804. za opskrbu vodom grada Hyderabad (i danas se koristi). Imao je visinu od 12 m i sastojao se od 21 luka promjenjivog raspona.

Tokom 1820-ih i 30-ih godina, potpukovnik John By je nadgledao izgradnju kanala Rideau u Kanadi u blizini današnje Otave i izgradio niz zakrivljenih zidanih brana kao dio sistema plovnih puteva. Konkretno, brana Jones Falls, koju je izgradio John Redpath, završena je 1832. godine kao najveća brana u Sjevernoj Americi i inženjersko čudo. Da bi voda bila pod kontrolom tokom izgradnje, u brani su otvorena dva otvora, vještački kanali za odvođenje vode. Prvi je bio blizu podnožja brane na njegovoj istočnoj strani. Druga brana postavljena je na zapadnoj strani brane, oko 6,1 m iznad baze. Da bi se došlo do prebacivanja s donje na gornju branu, ispust Pješčanog jezera je blokiran.

Hunts Creek u blizini grada Parramatta, Australija, pregrađen je 1850-ih, kako bi se zadovoljila potražnja za vodom rastuće populacije grada. Zid brane od zidanog luka dizajnirao je poručnik Percy Simpson koji je bio pod utjecajem napretka u tehnikama izgradnje brana koje su napravili kraljevski inženjeri u Indiji. Brana je koštala 17.000 funti i završena je 1856. godine kao prva projektovana brana izgrađena u Australiji i druga lučna brana u svijetu izgrađena prema matematičkim specifikacijama.

Prva takva brana otvorena je dvije godine ranije u Francuskoj. Bila je to prva francuska lučna brana u industrijskoj eri, a izgradio ju je François Zola u opštini Aix-en-Provence kako bi poboljšao opskrbu vodom nakon što je izbijanje kolere 1832. godine opustošilo ovo područje. Nakon kraljevskog odobrenja 1844. godine, brana je izgrađena u narednoj deceniji. Njena konstrukcija je izvedena na osnovu matematičkih rezultata naučne analize naprezanja.

Brana duga 75 milja u blizini Warwicka, Australija, bila je vjerovatno prva svjetska betonska lučna brana. Dizajnirana od strane Henry Charles Stanley 1880. sa prelivom i posebnim ispustom za vodu, na kraju je podignuta na 10 m.

U drugoj polovini devetnaestog vijeka napravljen je značajan napredak u naučnoj teoriji projektovanja zidanih brana. Ovo je transformisalo dizajn brane iz umjetnosti zasnovane na empirijskoj metodologiji u profesiju zasnovanu na strogo primijenjenom naučno-teorijskom okviru. Ovaj novi naglasak bio je usredsređen na inženjerske fakultete univerziteta u Francuskoj i Ujedinjenom Kraljevstvu. William John Macquorn Rankine sa Univerziteta u Glasgowu je pionir teorijskog razumijevanja struktura brana u svom radu iz 1857 O stabilnosti labave Zemlje. Rankineova teorija je pružila dobro razumijevanje principa koji stoje iza dizajna brana. U Francuskoj je J. Augustin Tortene de Sazilly objasnio mehaniku vertikalno postavljenih zidanih gravitacionih brana, a Zolina brana je prva koja je izgrađena na osnovu ovih principa.

Moderna era

Era velikih brana započela je izgradnjom Asuanske niske brane u Egiptu 1902. godine, gravitacione zidane brane na rijeci Nil. Nakon njihove invazije i okupacije Egipta 1882, Britanci su započeli izgradnju 1898. Projekat je dizajnirao Sir William Willcocks i uključio je nekoliko eminentnih inženjera tog vremena, uključujući Sir Benjamina Bakera i Sir Johna Airda, čija je firma, John Aird & Co. , bila glavni izvođač radova. Kapital i finansiranje obezbijedio je Ernest Cassel. Kada je bila građena između 1899. i 1902. godine, nikada ranije nije pokušano ništa u njenom obimu; a po završetku je bila najveća zidana brana na svijetu.

Hooverova brana je masivna betonska lučna gravitaciona brana, izgrađena u Crnom kanjonu rijeke Kolorado, na granici između američkih država Arizona i Nevada između 1931. i 1936. godine tokom Velike depresije. Godine 1928. Kongres je odobrio projekat izgradnje brane koja bi kontrolisala poplave, obezbjeđivala vodu za navodnjavanje i proizvodila hidroelektričnu energiju. Pobjedničku ponudu za izgradnju brane dostavio je konzorcij pod nazivom Six Companies, Inc. Ovako velika betonska konstrukcija nije nikada prije izgrađena, a neke od korištenih tehnika nisu ranije dokazane. Teško ljetno vrijeme i nedostatak objekata u blizini lokacije također su predstavljali poteškoće. Ipak, šest kompanija je predalo branu saveznoj vladi 1. marta 1936. godine, više od dvije godine prije roka.

Do 1997. godine postojalo je oko 800.000 brana širom svijeta, od kojih je oko 40.000 bilo preko 15 m visine. U 2014. godini, naučnici sa Univerziteta u Oxfordu objavili su studiju da li benefiti opravdavaju troškove takvih brana.

• Spisak najviših brana na svijetu