gravitacinės žemės užtvankos schema: H – patvankos aukštis, AB – aukštutinis bjefas, ŽB – žemutinis bjefas; 1 – slėginis šonas, 2 – ketera, 3 – žemutinis šonas, 4 – branduolys, 5 – depresijos kreivė, 6 – vidinis drenažas, 7 – padas
ùžtvanka, hidrotechninis statinys, pertveriantis vandens tėkmę (upę, kanalą, sąsiaurį) ir sudarantis patvanką. Užtvanką veikia statinės ir dinaminės apkrovos – vandens, ledo, sniego, vėjo, bangų, grunto, nusėdusių nešmenų, pačios užtvankos ir ant jos esančių įrenginių slėgis, seisminės jėgos. Dauguma jų užtvanką stumia, verčia, kelia, kai kurios (pvz., užtvankos ir įrenginių), didindamos užtvankos pado ir pagrindo trintį, didina užtvankos stabilumą. Vandens lygis vienoje užtvankos pusėje būna aukštesnis (aukštutinis bjefas), kitoje – žemesnis (žemutinis bjefas). Aukštutinio ir žemutinio bjefų vandens lygių skirtumas sudaro patvankos (arba slėgio) aukštį. Į aukštutinį bjefą atsuktas užtvankos šonas vadinamas slėginiu (arba šlapiuoju), į žemutinį – žemutiniu (arba sausuoju).
Aukščiausia užtvankos vieta vadinama ketera, o lietimosi su pagrindu plokštuma – padu. Užtvankos skirstomos pagal patvankos aukštį, konstrukciją, medžiagą, vandens praleidimo būdą. Pagal patvankos didžiausią aukštį skiriamos žemos (žemesnės kaip 10 m), vidutinės (10–50 m), aukštos užtvankos (aukštesnės kaip 50 metrų).
Užtvanka būna aklina (vanduo pro ją neprateka; vandens perteklius nuleidžiamas šalia užtvankos įrengtu tuneliu, kanalu, vamzdžiais, latakais) ir pralaidinė (vandens perteklius nuleidžiamas per paviršinę pralaidą užtvankos viršuje arba pro užtvankos masyve įtaisytas gilumines pralaidas). Nuleidžiamo vandens kiekis reguliuojamas uždoriais, kuriuos laiko taurai, arba visai nereguliuojamas (slenkstinė užtvanka). Su krantu ir kitais hidrotechniniais statiniais (pvz., hidroelektrinės pastatu) užtvankas jungia ramtai. Ant nestipraus pagrindo pastatyta užtvanka turi stiprų ir sudėtingą fliutbetą. Pralaidinės užtvankos žemutiniame bjefe įrengiama užslenkstis ir risberma, kad nuo užtvankos nutekantis vanduo nepaplautų, nesuardytų užtvankos pagrindo. Vandens filtraciją po užtvankos padu mažina priešslenkstis; jei jo nepakanka, įrengiamos kitos filtraciją mažinančios priemonės (antifiltracinė užtvara, dantis).
Itaipú hidroelektrinės užtvanka (Brazilija-Paragvajus)
Vandens filtraciją pro žemės ir akmenų užtvanką mažina jos masyve įrengtas branduolys, ekranas, diafragma. Pro užtvanką prasifiltravęs vanduo suteka į drenažo sistemą. Drenažas mažina filtracinį slėgį į užtvankos padą, kad jo nepaplautų filtracinis vanduo, neleidžia vandeniui sunktis pro sausąjį šoną. Užtvankos konstrukciją lemia priešinimosi apkrovoms pobūdis.
gravitacinė Trijų Tarpeklių užtvanka per Jangdzės upę Kinijoje
Dažniausiai statomos gravitacinės užtvankos apkrovas laiko trinties jėga tarp užtvankos pado ir jos pagrindo (ši jėga yra tiesiai proporcinga užtvankos masei). Šios užtvankos skersinis profilis artimas trikampiui arba trapecijai, aukštis dažniausiai 25–75 m, kartais ir didesnis. Gravitacinės užtvankos statomos ant įvairaus pagrindo iš grunto (žemės, akmenų), mišrių medžiagų (žemės ir akmenų, žemės ir betono), rečiau iš betono ir gelžbetonio, žemos užtvankos – iš medienos, medienos ir akmenų, žemės ir medienos, žemės ir betono, laikinosios užtvankos – iš žabų, gabionų. Slėginis užtvankos šlaitas, kad jo nesuardytų bangos ir ledai, tvirtinamas betono ir gelžbetonio plokštėmis, akmenimis, skalda, gruntbetoniu, asfaltbetoniu. Žemutinis užtvankos šlaitas dažniausiai velėnuojamas, apsėjamas daugiametėmis žolėmis, kartais užpilamas žvyro, skaldos sluoksniu.
Gravitacinės užtvankos paprastos konstrukcijos, ekonomiškos, patikimos ir ilgaamžės, jas nesudėtinga statyti ir eksploatuoti. Trūkumai: dideli matmenys, dideli vandens nuostoliai dėl filtracijos.
Negravitacinė užtvanka apkrovas perduoda pagrindui (inkarinė užtvanka, kontraforsinė užtvanka, pripučiamoji užtvanka) arba stipriems uoliniams slėnio krantams (arkinė užtvanka). Arkinė užtvanka veikia kaip arka, atremta į stačius ir stiprius uolinius krantus. Aukštis iki 300 metrų. Statomos ant uolos pagrindo iš betono ir gelžbetonio, kai kada iš plieno (jų trūkumas – konstrukcijų korozija), kai slėnis siauras ir gilus. Kontraforsinę užtvanką stumiančias jėgas (vandens slėgį) priima slėginė, kontraforsais sustiprinta plokščia arba arkinė perdanga ir per kontraforsus perduoda užtvankos pagrindui. Šios užtvankos dažniausiai neaukštos (žemesnės kaip 100 m), statomos iš betono ir gelžbetonio ant įvairaus pagrindo. Ekonomiškos (joms sunaudojama 1,5–4 kartus mažiau betono negu kitokioms tokio pat aukščio užtvankoms). Inkarinės užtvankos apkrovas plieniniai lynai perduoda pagrindui.
negravitacinė (arkinė) Enguri užtvanka Sakartvele
Statomos iš betono, gelžbetonio, sintetinių medžiagų (elastiškos sintetinės plėvelės, vamzdžio). Virš užtvankų dažniausiai nutiesiamas automobilių kelias. Pastačius užtvanką pakyla vandens lygis aukštutiniame bjefe (ten dažniausiai įrengiamas tvenkinys), jis geriau tinka laivybai, miškui plukdyti, tvenkinio vandenį galima naudoti drėkinimui ir kitoms reikmėms, patvanką – energetikai (pvz., pastatyti hidroelektrinę). Tvenkinio įrengimas dažnai neigiamai veikia upę ir prie jos esančią teritoriją – keičiasi upės nuotėkio režimas, vandens temperatūra, užšalimo trukmė, pasunkėja žuvų migracija, tvenkinio vanduo užlieja gyvenvietes, kapines, daug žemės, dažnai tinkamos žemdirbystei, keičiasi apylinkių mikroklimatas. Pakitusios sąlygos gali paveikti augaliją ir gyvūniją.
Aukščiausios pasaulio užtvankos: Norako gravitacinė žemės (Tadžikija, 1980) – 300 m, Siaovano arkinė betoninė (Kinija, 2010) – 292 m, Grande Dixence’o gravitacinė betoninė (Šveicarija, 1962) – 285 m, Enguri arkinė betoninė (Sakartvelas, 1984) – 271,5 metro. Didžiausios (pagal tūrį) yra Syncrude Tailingso (Kanada, 1995) – 540∙106 m3 ir Tarbelo (Pakistanas, 1976) – 106∙106 m3. Seniausios yra gravitacinės užtvankos. Tokios užtvankos iš akmenų buvo statomos Egipte prieš 6000 metų. Romėnų statytų gravitacinių žemės užtvankų išlikę Didžiojoje Britanijoje, Ispanijoje, pvz., Cornalvo užtvanka (ilgis 194 m, aukštis 28 m), pastatyta 1–2 a., tebenaudojama iki šiol; 1993 įrašyta į Pasaulio paveldo sąrašą. Arkines užtvankas imta statyti 17 a. pradžioje.
Kauno Algirdo Brazausko hidroelektrinės užtvanka
LIETUVOJE nedidelių vandens malūnų užtvankų buvo jau 14 amžiuje. Betonines užtvankas pradėta statyti 20 a. pradžioje. Visos Lietuvoje pastatytos užtvankos yra gravitacinės (žemės arba mišrios), pvz., Kauno Algirdo Brazausko hidroelektrinės užtvanka (ilgis apie 1,5 km, patvankos aukštis apie 20 m, 1959) 70 m yra slenkstinė betoninė užtvanka, apie 80 m – hidroelektrinės pastatas, likusi dalis – žemės užtvanka. Aukščiausia yra Kruonio hidroakumuliacinės elektrinės užtvanka (1992) – 35 metrai.