धरणे व बंधारे : 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.

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.

नाईल नदीवरील कोशेश येथे इ. स. पू. २९०० च्या सुमारास बांधलेले १५ मी. उंचीचे धरण हे सर्वांत प्राचीन धरण मानण्यात येते. हे धरण मीनीझ या राजाच्या मेंफिस येथील राजधानीला पाणीपुरवठा करण्यासाठी बांधले होते. ईजिप्तमधील इ. स. पू. २७०० च्या सुमारास नाईल नदीवर बांधलेले साद-एल्-काफारा नावाचे दगडी धरणही जगातील एक जुने म्हणून मानण्यात येते व या धरणाचे अवशेष अद्यापही पहावयास मिळतात. ते धरण कैरोपासून सु. ३० किमी. अंतरावर होते आणि त्याची लांबी १०६ मी. व उंची १५ मी. होती. हे धरण बांधल्यानंतर थोड्याच काळात सांडव्याच्या अभावी पुरामुळे पडले व त्यानंतर अनेक शतके ईजिप्तमधील लोकांनी दगडाची धरणे बांधली नाहीत. अद्यापही उपयोगात असलेले सर्वांत जुने धरण सिरियातील ओराँटीझ नदीवरील असून ते ६ मी. उंचीचे व दगडी भरावाचे आहे.

इ. स. पू. १००० पर्यंत ॲसिरियन लोकांनी शेतीसाठी पाणी वळविण्याकरिता टायग्रिस नदीवर समारा आणि इतर ठिकाणी धरणे बांधली. यांपैकी काही दगडाची होता. इ. स. पू. ७०० च्या सुमारास ॲसिरियन लोकांनी निनेव्ह या शहरास पाणीपुरवठा करण्यासाठी टायग्रिस नदीवर एक धरण बांधले.

चीन मध्ये इ. स. पू. २२८० च्या सुमारास सम्राट याव यांनी लोकांना व जमिनीला पाणीपुरवठा करण्यासाठी धरणे आणि कालवे बांधले. इ. स. पू. ३०० च्या सुमारास मिन नदीवर बांधलेल्या धरणांच्या मालिकेद्वारे विस्तृत प्रदेशाला पाणी पुरविले जात होते.

भारतात व श्रीलंकेत प्राचीन काळी लोकांना व जमिनीला पाणी पुरवठा करण्यासाठी अनेक मातीची धरणे बांधण्यात आलेली होती. उत्तर भारतात नद्यांना बारमाही पाणी असल्याने त्यांवर कमी उंचीची व फारच थोडा साठा करणारी धरणे बांधून पुराचे पाणी शेतात घेतले जाई व त्या पाण्यावर चांगली पिके काढण्यात येत. द. भारतात अशा बारमाही पाणी असलेल्या नद्या फारशा नसल्याने पाणी साठविण्यासाठी मातीची व क्वचित दगडी बांधकामाची छोटी धरणे बांधली गेली. इ. स. ५०० ते १८०० या काळात द. भारतात पल्लव आणि इतर राजांनी अनेक मातीची धरणे बांधल्याचे उल्लेख आढळतात. इ. स. दुसऱ्या शतकात करिकाल या चोल राजांनी बांधलेल्या कावेरी नदीवरील महान अनईकट्‌टु (ग्रँड ॲनिकट) या दगडी बंधाऱ्यापासून आजही तंजावर जिल्हातील हजारो हेक्टर शेतीसाठी पाणी पुरविले जात आहे. इ. स. पू. चौथ्या शतकात श्रीलंकेतील अनुराधपूर या प्राचीन शहराच्या आसपासच्या प्रदेशाला शेतीसाठी पावसाळ्यातील पाणी साठविण्याकरिता कालाबालाला नावाचा जलाशय (तलाव) बांधण्यात आलेला होता. या जलाशयाकरिता बांधलेल्या मातीच्या धरणाची उंची सर्वांत खोल ठिकाणी २४ मी. आणि लांबी जवळजवळ ६ किमी होती. या जलाशयाचा परिघ सु. ६० किमी. होता. श्रीलंकेत बांधलेले असे काही जलाशय अद्यापही उपयोगात आहेत. भारतामध्ये मातीच्या धरणाच्या भिंतीच्या उतरत्या भागावर तासलेले दगड बसविण्याची पद्धत प्रचारात होती. या पद्धतीने इ. स. १०११ ते १०३७ या कालखंडात बांधलेल्या तमिळनाडूतील वीरनाम धरणाची लांबी सु. १६ किमी. होती. भारतातील पहिले मोठे दगडी धरण म्हणजे पुण्याजवळील खडकवासला येथे १८७९ साली बांधलेले धरण होय.

साबा (आताचे येमेन) येथील राज्यात इ. स. पू. ७५० च्या सुमारास प्राचीन काळातील एक मोठे म्हणून मानण्यात येणारे धरण बांधण्यात आले. हे धरण कोणत्याही संयोजकाशिवाय जोडलेल्या दगडाचे बांधलेले होते. हे धरण इ. स. सहाव्या शतकात कोसळले. तथापि त्याच्या भिंतीचे सु. १५ मी. उंचीचे काही भाग अद्यापही उभे आहेत.

रोमन लोकांनी इटली, उ. आफ्रिका व इतरत्र अनेक मोठी दगडी धरणे बांधली आणि त्यांतून शहरांना पाणीपुरवठा करण्यासाठी बांधलेल्या काही ⇨ जलवाहिन्या अद्यापही चांगल्या अवस्थेत आहेत. सध्याच्या लिबियामध्ये रोमन लोकांनी शहरांना पाणीपुरवठा करण्यासाठी व जमिनीची धूप थांबविण्यासाठी कमी उंचीच्या धरणांचा एक व्यूह तयार केलेला होता. दक्षिण स्पेनमध्ये रोमन लोकांनी बांधलेले सुप्रसिद्ध कोरनाल्डो धरण २३ मी. उंच व १८३ मी. लांब होते.

इराणमध्ये चौदाव्या शतकाच्या प्रारंभी केबर नावाचे एक आद्य कमानी धरण बांधण्यात आले. त्याची उंची २६ मी. व जाडी ५ मी. पेक्षा कमी होती. त्याच्या मधल्या वक्र भागाची लांबी व त्रिज्या ३८ मी. होती आणि हा भाग दोन सरळ टेक्यांवर आधारलेला होता.

रोमन साम्राज्य लयाला गेल्यानंतर मोठी धरणे बांधण्याची कला सोळ्याव्या शतकापर्यंत फारशी प्रगत झाली नाही. या शतकात स्पॅनिश स्थापत्यविज्ञांनी सिंचाईसाठी मोठी धरणे बांधली. १५८९ मध्ये त्यांनी बांधलेल्या टिबी धरणाची उंची ४६ मी. होती आणि एकोणिसाव्या शतकापर्यंत हा उच्चांकच राहिला होता.


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 सॅझिली (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.

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 ३१७ मी. उंचीपर्यत उच्चांक गाठण्यात आला. याशिवीय धरणाच्या आकारातही फरक पडला. काही काँक्रीटची धरणे अधिक सुबक व कमी जाडीची बांधण्यात आली.

फ्रेंच अभियंते आंद्रे 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 २·६ मी 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.

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 रचनापद्धतीवर 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 धरणबांधणीतील 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 करावी 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 कामगार वर्ग नसल्यास किंवा आवश्यक ती यंत्रसामाग्री नसल्यास विशिष्ट प्रकारची जरूरी असलेली धरणे निवडून चालणार नाही, हाही विचार करणे आवश्यक असते.


पाया व त्याची मजबुती : धरणबांधणीत पायाचा 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) प्रतिस्रोत (प्रवाहाच्या विरुद्ध दिशेला बसविलेला) स्तर यांपैकी एखादा प्रकार वापरलेला आढळतो.

आ.१. धरणाची उंची व पाण्याचा साठा यांचा संबंध दर्शविणारा आलेख : (अ) आवश्यक असणारा साठा (आ) धरणाची उंची.

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) धरणभिंतीवर 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.

निरनिराळ्या प्रकारच्या धरणांच्या अभिकल्पात विचारात घ्यावयाच्या बाबींचे विवेचन खाली दिले आहे.


भारस्थायी धरण : स्वतःच्या स्थैर्यासाठी जर धरण हे प्रामुख्याने आपल्या वजनावर अवलंबून असेल, तर त्या धरणाला भारस्थायी धरण असे म्हणतात. दगडी बांधकामाची, काँक्रीटची, मातीची किंवा दगडांच्या राशींनी बांधकाम केलेली धरणे ही सर्व या प्रकारात मोडतात. भारस्थायी धरणे सर्वांत जास्त प्रचलित असून त्यांचे प्रमाण ७५ टक्के पेक्षा अधिक आहे.

भारस्थायी धरणाचा मुख्य विशेष म्हणजे त्याकरिता करावयाचा अभिकल्प व बांधकाम यांमधील सुलभता हे होय. भारस्थायी धरणात निर्माण होणारी अंतर्गत प्रतिबले गणिताच्या साह्याने ठरविणे सहज शक्य असते. याउलट एका किंवा अधिक कमानींच्या धरणातील प्रतिबले गणिताच्या साहाय्याने ठरविणे बरेच क्लिष्ट स्वरूपाचे असते. त्याचप्रमाणे कमानी किंवा टेकू धरणांच्या बांधणीसाठी त्यांच्या निमुळत्या आकारामुळे अधिक गुणवत्तेची जरूरी असते आणि याचमुळे अधिक तंत्रकुशल कामगारवर्गाची आवश्यकता असते. याउलट भारस्थायी धरणाची बांधणी ही त्याच्या लांबरुंद आकारामुळे अधिक सोप्या स्वरूपाची असते. मातीचे किंवा दगडाच्या राशींची धरणे ही भारस्थीयी धरणेच होत परंतु त्यांच्या सर्वांगीण वैधर्म्यामुळे त्यांचे विवेचन स्वतंत्र करणे जरूर आहे.

कुठल्याही कारणाने जर धरणाचा भंग झाला, तर धरणाच्या खालच्या बाजूस असलेल्या नदीकाठच्या प्रदेशाला फार धोका असतो. याकरिता असे पतन होऊ नये म्हणून शक्यतो खबरदारी घेतात परंतु कित्येकदा ध्यानीमनी नसलेल्या काही कारणामुळे धरण वाहून जाण्याची शक्यता असते. अलीकडच्या काळात पतन पावलेल्या धरणांमध्ये मालपासे (२ डिसेंबर १९५९) हे फ्रान्समधील काँक्रीटचे धरण व पानशेत (११ जुलै १९६१) हे महाराष्ट्रातील मातीचे धरण ह्यांच्या हकीगती फार उद्‌बोधक आहेत. यावरून असे दिसते की, भंग झालेल्या धरणाच्या अभिकल्पामध्ये फारशा चुका होत नसून त्यांच्या बांधकामामध्येच झालेल्या चुकांमुळे धरणे वाहून गेल्याची उदाहरणे अधिक आहेत.

दगडी बांधकामाचे किंवा काँक्रीटचे भारस्थायी धरण : ह्या प्रकारच्या धरणाचे पतन पुढीलपैकी कुठल्याही एका कारणामुळे किंवा सर्व कारणे मिळून होऊ शकेल : (१) धरण उलथणे, (२) धरण घसरणे, (३) धरणास तडे पडणे, (४) धरणाच्या बांधकामाचा चुराडा होणे.

अशा प्रकारच्या पतनापासून धरण सुरक्षित रहावे याकरिता धरणाचा अभिकल्प करताना पुढील नियमांचा अवलंब करण्यात येतो. (१) धरणाच्या कुठल्याही पातळीवरील छेदावर कोणत्याही ठिकाणी ताण निर्माण होता कामा नये. या नियमानुसार धरणाच्या कुठल्याही पातळीवरील सर्व प्रभावी भारांची फलित प्रेरणा ही धरणाच्या त्या पातळीवरील रुंदीच्या मधल्या / भागातच असावी लागते. (२) धरणातील सर्वाधिक संपीडक (संकोची) प्रतिबल हे सुरक्षिततेच्या दृष्टीने अनुज्ञात असलेल्या प्रतिबलापेक्षा अधिक असता कामा नये. आ. २ मध्ये कोयना धरणाचे छेददर्शन व अधोदर्शन दाखविले आहे. हे धरण भारस्थायी धरणाचे प्रातिनिधिक मानावयास हरकत नाही. या आकृतीवरून असे दिसून येईल की, जसजसे धरणाच्या माथ्याकडून त्याच्या पायाकडे जावे तसतशी, तसेच त्याच्या बाजूकडून मध्याकडे जावे तसतशी त्याची रुंदी सतत वाढत जाते. याचे कारण म्हणजे वरील दोन नियम होत. याशिवाय तिसरा नियम असा : (३) धरणाच्या कुठल्याही पातळीवरील कर्तन प्रतिबल हे सुरक्षिततेच्या दृष्टीने अनुज्ञात असलेल्या कर्तन प्रतिबलापेक्षा अधिक असता कामा नये.

भारस्थायी दगडी धरण : धरणबांधणीच्या सुरूवातीच्या काळात प्रथम दगडी बांधकामाची धरणे प्रचारात आली परंतु काँक्रीटच्या शोधानंतर भारस्थायी धरणाच्या बांधणीसाठी काँक्रीटचा अधिक वापर केला जाऊ लागला व सध्या दगडी बांधकामाची धरणे कमी प्रमाणात बांधली जातात. याची अनेक कारणे आहेत. दगडी बांधकामाच्या मानाने काँक्रीटची रचना अधिक सुलभ आणि वेगवान असते, काँक्रीटचा एकसंधपणा उत्तम असतो. या कामाकरिता मोठ्या प्रमाणावर यंत्रसामग्रीचा वापर करणे शक्य असल्यामुळे गुणवत्ता नियंत्रण उत्तम राहू शकते. दगडी बांधकामाच्या धरणास मोठ्या प्रमाणावर गवंड्यांची व मजुरांची जरूरी लागते. यामुळे बेकारीच्या काळात मोठ्या प्रमाणावर रोजगार देणे शक्य होते, एवढाच या प्रकारच्या धरणाचा फायदा असतो. हल्लीच्या काळात आंध्र प्रदेशात बांधलेले नागार्जुनसागर धरण हे दगडी बांधकामाचे एक उंच धरण आहे. कोष्टक क्र. २ मध्ये दिलेल्या धरणांच्या यादीवरून असे दिसेल की, बहुसंख्य उंच धरणे ही काँक्रीटचीच आहेत.

काँक्रीटचे भारस्थायी धरण : काँक्रीटच्या धरणाच्या रचनेसाठी मोठ्या प्रमाणावर यंत्रसामग्रीचा वापर करता येतो. दगडांपासून काँक्रीटला लागणारी खडी तयार करणे, काँक्रीट ज्या ठिकाणी कालवले जाते त्या काँक्रीटच्या मिश्रकापर्यंत खडी, वाळू, सिमेंट व पाणी पोहोचविणे, तयार झालेले काँक्रीट धरणात ज्या ठिकाणी काँक्रीट ओतण्याचे काम चालू असेल त्या ठिकाणापर्यंत पोहोचविणे ही सर्व कामे निरनिराळ्या यंत्रसामग्रीच्या साह्याने केली जातात. कच्च्या सामानाच्या ने-आणीसाठी डंपर, ट्रक किंवा मोठमोठे वाहक पट्टे यांचा वापर केला जातो. तयार काँक्रीट मोठमोठ्या बादल्यात पन्हाळीच्या साह्याने आपोआप भरण्यात येऊन धरणाच्या जागी मोठमोठ्या याऱ्यांच्या साह्याने किंवा तारदोर मार्गाच्या साह्याने पोहोचविले जाते. काँक्रीट ओतल्यावर त्यात पोकळ्या राहू नयेत म्हणून कंपित्रे (कंप पावणारी साधने) वापरली जातात [⟶ काँक्रीट]. आ. ३ मध्ये कोयना धरणासाठी वापरण्यात आलेली काँक्रीटच्या यंत्रसामग्रीची मांडणी दाखविली आहे. काँक्रीट टणक होताना सिमेंटच्या घट्ट होण्याच्या रासायनिक प्रक्रियेमुळे खूप उष्णता निर्माण होते आणि त्यामुळे काँक्रीट प्रसरण पावते. कालांतराने थंड होताना त्या काँक्रीटला तडे पडतात. याकरिता काँक्रीटचे कठिनीकरण होताना त्याचे तापमान फार वाढू देणे योग्य नसते, म्हणून शीत काँक्रीटचा वापर करतात. यामध्ये खडी व वाळू ही मिश्रकाकडे नेताना प्रशीतगृहातून मुद्दाम थंड करून मगच काँक्रीटच्या मिश्रणाकरिता वापरली जातात. काही ठिकाणी याऐवजी काँक्रीटच्या धरणातच पाण्याच्या नळ्या गाडून त्यातून थंड पाणी खेळते ठेवतात. काँक्रीटच्या गुणधर्मांत सुधारणा व्हावी म्हणून मिश्रण तयार करताना त्यात कमी प्रमाणात इतर रसायने मिसळण्यात येतात. उदा., एक विशिष्ट प्रकारचे रसायन वापरले असता काँक्रीटच्या मिश्रणात थोड्या प्रमाणातच हवा पकडली जाते. यामुळे सिमेंटच्या वापरात बचत होते. भाक्रा येथील काँक्रीटच्या भारस्थायी धरणात एक घ. मी. काँक्रीटसाठी १/१० टन सिमेंट वापरण्यात आले आहे. अद्यायावत बांधकाम साहित्यामुळे व शास्त्रशुद्ध काम करण्याच्या पद्धतीमुळे काँक्रीटच्या धरणाचे काम अत्यंत जलद होऊ शकते. अमेरिकेतील ग्रँड कूली या धरणासाठी एक कोटी घ. मी. काँक्रीट केवळ सहा वर्षांत वापरण्यात आले.

आ. २. कोयना धरण : (अ) छेददर्शन : (१) काँक्रीट भरण्यासाठी करण्यात आलेले खंडक (उभ्या रेषांनी दाखविलेले), (२) धरणातील भुयारीमार्ग, (३) गाराभराईसाठी भुयारी मार्ग, (४) उत्प्रवाह सांडवा, (५) अरीय शीर्षद्वारे, (६) भुयारी मार्ग कार्यकक्ष, (७) भुयारी मार्गात जाण्याकरिता दरवाजा (आ) अधोदर्शन : (१) नदीचा प्रवाह, (२) ऊर्जा अपचयन, (३) विद्युत् केंद्राकडे पाणी नेणारा २.४ मी. व्यासाचा निर्गम मार्ग, (४) जलाशय, (५) धरणाची भिंत (इ) सांडव्याशी लंबस्थितीत घेतलेला छेद : (१) धरणाचा माथा, (२) अरीय शीर्षद्वार बंद असताना, (३) सांडव्यावरील पुलाचा खांब, (४) निर्गम मार्गाकरिता हवा नळ्या, (५) कार्य कक्षाकरिता हवा नळी, (६) कार्य कक्ष, (७) निर्गम मार्गाकरिता घंटाकार तोंड, (८) निर्गम मार्गाचे सरकते दरवाजे, (९) जमीन, (१०) गाराभराईसाठी भुयारी मार्ग, (११) पाण्याची पातळी. आ.३. कोयना धरणावरील काँक्रीट तयार करण्यासाठी यंत्रसामग्रीची केलेली मांडणी : (१) दगडाच्या खाणीकडून, (२) पहिले दलित्र (क्रशर), (३) वाहक पट्टा, (४) भरड गोट्यांचा साठा, (५) दुसरे दलित्र, (६) वाहक पट्टा, (७) यंत्र चलित चाळण्या, (८) वाळूचा साठा, (९) वाहक पट्टा, (१०) पाण्याची टाकी, (११) बारीक खडी, (१२) मध्यम खडी, (१३) मोठी खडी, (१४) शीत गृह, (१५) शीतयंत्रे, (१६) रोहित्र (विद्युत् दाब बदलण्याचे साधन), (१७) तुषार टाकी, (१८) सिमेंटचा साठा, (१९) वाहक स्क्रू, (२०) वजन यंत्र, (२१) मिश्रण मनोरा, (२२) तारदोर मार्गासाठी यंत्रणा, (२३) नियंत्रण मनोरा, (२४) क्राँकीटच्या बादल्या, (२५) तारदोर मार्ग, (२६) धरणाकडे.


काँक्रीटच्या धरणात काँक्रीट ओतण्याच्या सोयीकरिता धरणाच्या संपूर्ण लांबीचे बरेच खंडक पाडलेले असतात (आ. २ अ). एक खंडक १५ ते २० मी. लांबीचा असतो व त्यात एका वेळेला सु. २ मी. जाडीचे काँक्रीट चढविण्यात येते. याप्रमाणे आलटून पालटून वेगवेगळ्या खंडकांत काम चालू राहते. यामुळे दोन खंडकांच्या मध्ये जोड राहतो व प्रसरण-आकुंचनामुळे जास्त प्रमाणात प्रतिबल निर्माण होत नाही. या तोंडातून पाणी झिरपू नये म्हणून त्यामध्ये खालपासून वरपर्यंत एक तांब्याची पट्टी वाकवून दोन खडकांत अडकवतात व हा जोड डांबराने भरतात. भारतात पहिले काँक्रीटचे भारस्थायी धरण मुंबईच्या पाणीपुरवठ्यासाठी वैतरणा नदीवर १९५४-५५ साली बांधण्यात आले.

मातीचे धरण : मातीच्या धरणांचा लहान तालींच्या स्वरूपातील वापर पुरातनकालापासून होत आला आहे. ईजिप्त, भारत व श्रीलंका या देशात अशा प्रकारच्या ताली अजूनही अस्तित्वात आहेत. विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस मृदा यामिकी हे शास्त्र जन्माला आल्यानंतर व मातीची वाहतूक करणारी अद्ययावत यंत्रसामग्री प्रचारात आल्यावर आता उंच धरणेसुद्धा मातीची बांधणे शक्य झाले आहे.

आ.४. मातीचे एकविध धरण : (१) धरणाचा माथा, (२) पाण्याची कमाल पातळी, (३) दगडी तोंड बांधणी, (४) उतार १ : २ पुर्णाक १/२, (५) कमाल संपृक्ती रेषा, (६) वाळू-गोटे यांचा निस्यंदक.

आकार : मातीच्या धरणाचा आकार त्याच्या उभ्या छेदात आ. ४ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे एखाद्या समलंब चौकोनासारखा दिसतो. धरणाच्या बाजूंचा उतार हा साधारणपणे १ उभा : २ / आडवा या प्रमाणात किंवा याहूनही अधिक असतो. सैद्धांतिक दृष्ट्या मातीचे धरण जरी भारस्थायी पद्धतीचे असले, तरी काही प्रमुख बाबतीत ते काँक्रीटच्या धरणापेक्षा वेगळे असते. मातीचे धरण काँक्रीटच्या धरणासारखे दृढ नसते. धरणबांधणीनंतर बऱ्याच काळापर्यंत मातीच्या दृढीकरणाची क्रिया चालू असते आणि या काळात आकस्मिक कारणामुळे मातीचा भराव ढासळण्याची शक्यता विचारात घ्यावी लागते. मातीच्या धरणातील छिद्रांमधून पाणी झिरपणे अपरिहार्य असते म्हणून धरणाच्या अभिकल्पात याचा योग्य तो विचार करावा लागतो.

आ.५. संमिश्र मातीचे धरण : (१) धरणाच्या माथ्यावरील रस्ता, (२) प्रतिस्त्रोत उतार २ : १, (३) उतार ३ : १, (४) पाण्याची कमाल पातळी, (५) दगडी तोंड बांधणे, (६) मूळ जमिनीची पातळी, (७) जमीन खोदल्यानंतरची पातळी, (८) मुरुमाचा भाग, (९) निवडक मातीचा जलाभेद्य थर, (१०) चिकणमातीच्या भरावाचा थर, (११) मोठी वाळू व खडी, (१२) मुरूम व दगड, (१३) कमाल संपृक्ती रेषा, (१४) अनुस्त्रोत उतार, (१५) उतार ३:१, (१६) वाळू-गोटे यांच्या भरावाचा निस्यंदक, (१७) डबरी भरावाचे गटर.

प्रकार व अभिकल्प : मातीच्या धरणाचे दोन प्रकार करता येतील. संपूर्ण धरणाकरिता एकाच प्रकारची माती वापरल्यास त्या प्रकाराला एकविध धरण असे म्हणतात. या प्रकारच्या धरणासाठी चिकणमाती व रेती यांचे मिश्रण असलेली मातीच लागते. मातीच्या धरणाच्या दुसऱ्या प्रकारास संमिश्र मातीचे धरण असे म्हणतात. या प्रकारात धरणाच्या गाभ्यात चिकणमातीसारखी कमी झिरपणारी माती वापरलेली असते व बाह्य भागात रेतीमिश्रित मातीचा वापर करतात. आ. ४ व ५ मध्ये दर्शविलेल्या कमाल संपृक्ती रेषेखालील सर्व भाग पाण्याने संपृक्त (जास्तीत जास्त प्रमाण असलेला) असतो व त्यामुळे जर कदाचित जलाशयातील पाणी एकदम घटले, तर या संपृक्त मातीचा भाग एकदम ढासळण्याची शक्यता असते. यामुळे एकविध धरणाचा वापर हल्ली फक्त अगदी कमी उंचीच्या धरणासाठी केला जातो.

आ. ६. पाणतोड पडदीचे प्रकार : (अ) मातीच्या चराची अपुरी पाणतोड पडदी (आ) काँक्रीटची पूर्ण पाणतोड पडदी : (१) धरण, (२) पडदी, (३) खडक.

जास्त उंचीच्या मातीच्या धरणास तर बाहेरच्या बाजूपासून गाभ्यापर्यंत ३-४ प्रकारची निरनिराळे गुणधर्म असलेली माती वापरण्यात येते. संमिश्र धरणातील मूळ तत्त्व असे असते की, गाभ्यातील चिकणमातीमुळे झिरपणाऱ्या पाण्यास प्रतिरोध होऊन धरणाचा अगदी कमी भाग कमाल संपृक्ती रेषेच्या खाली यावा. त्याच वेळी धरणाच्या बाहेरच्या भागातील रेतीमय मातीतून धरणात झिरपलेल्या पाण्याचा झटदिशी निचरा व्हावा. धरणातून झिरपणाऱ्या पाण्यास वाट काढून देण्यासाठी धरणाच्या खालच्या बाजूस आ. ४ व ५ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे निस्यंदकाची (गाळण्यासारख्या स्तराची ) योजना केलेली असते. निस्यंदकामध्ये जाड वाळू व बारीक गोटे वापरलेले असतात. यामुळे पाण्याचा निचरा नीटपणे होतो.

मातीच्या धरणाच्या पायासाठी खडकाची आवश्यकता नसते. मातीचे स्तर असलेल्या पायावर मातीचे धरण उभे राहू शकते. अशा ठिकाणी पायातूनही होणारी झिरप कमी प्रमाणात व्हावी याकरिता विशिष्ट उपाययोजना करावी लागते. अशा योजनेला पाणतोड पडदी असे म्हणतात. ही पडदी धरणातील पाण्याच्या बाजूस शक्यतो जमिनीपासून ते थेट खालच्या खडकापर्यंत नेलेली असते. ही पडदी काँक्रीट किंवा लोखंडी भिंतीची तरी असते किंवा आ. ५ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे धरणाच्या खाली चर खणून त्या चरात कमी झिरपणारी चिकणमाती ठासून भरून तयार केलेली असते. खडक खोल असल्यास ही पडदी खडकापर्यंत पोहोचविणे शक्य होत नाही. अशा वेळी ती काही विशिष्ट खोलीपर्यंतच नेतात. अशा पडदीला अपुरी पाणतोड पडदी असे म्हणतात. मातीच्या धरणाच्या पृष्ठभागावर जलाशयाच्या बाजूस भरावाचे पाण्याच्या लाटांपासून रक्षण करण्याकरिता दगडी तोंड बांधणी करण्यात येते. पावसाळ्यात धरणावरून वाहणाऱ्या ओहोळांमुळे माती वाहून जाऊ नये म्हणून दुसऱ्या बाजुस मुद्दाम गवताची लागवड करतात.

आ. ७. घसर-वर्तुळ पद्धत : (१) धरण (२, ३, ४) घसर-वर्तुळ कंस-पहिल्या, दुसऱ्या व तिसऱ्या स्थितीसाठी (५) पहिल्या स्थितीकरिता घसर-वर्तुळाचा मध्य.

मातीच्या धरणावरून कुठल्याही परिस्थितीत पाणी वाहणार नाही अशी खबरदारी घ्यावी लागते. एकदा धरणावरून पाणी वाहू लागले की, धरणाचा नाश अटळच असतो. पुराचे पाणी वाहून जाण्याकरिता सांडवा मार्ग व धरणात साठवलेले पाणी बाहेर नेण्यासाठी निर्गम मार्ग असतो. काही ठिकाणी धरणाचे रक्षण व्हावे म्हणून धरणाच्या नजिकच एक ताल बांधतात. ही ताल धरणापेक्षा किंचित कमी उंचीची बांधलेली असते. जलाशयातील पाणी अमर्याद वाढू लागले की, ते प्रथम या तालीवरून वाहू लागून ही ताल कोसळते व पुराचे पाणी वाहून जाण्यास आणखी एक मार्ग मोकळा होतो. ह्या तालीला ‘संकटसमयी कोसळणारी ताल’ असे नाव आहे.


मातीच्या धरणाचा अभिकल्प तयार करताना प्रथम एक आकार गृहीत धरतात. या आकारात विशिष्ट मध्य धरून एक वर्तुळाकार रेषा काढून या रेषेप्रमाणे भराव ढासळण्याची शक्यता कितपत आहे, याची गणिताच्या साह्याने चाचणी केली जाते. या चाचणीनुसार जर धरणाचा ⇨ सुरक्षा गुणांक कमीत कमी १·५ इतका असला, तर गृहीत धरलेला आकार समाधानकारक मानला जातो. याउलट सुरक्षा गुणांक यापेक्षा कमी असेल, तर धरणाच्या बाजूचे उतार बदलून पुन्हा चाचणी करण्यात येते. या वर्तुळाकार रेषेला ‘घसर-वर्तुळ’ असे नाव आहे व एका आकारात अशी निरनिराळी घसर-वर्तुळे काढून प्रत्येक घसर-वर्तुळावर धरण सुरक्षित आहे ह्याची खात्री केली जाते. माती ढासळताना ती एका वक्र रेषेनुसार ढासळते, या तत्त्वानुसार ही पद्धत प्रचलित आहे.

बांधकाम : मातीच्या धरणाच्या बांधणीत दोन पद्धतींचा अवलंब करण्यात येतो. एक म्हणजे लाटीव भराव व दुसरी म्हणजे जलप्रेरित भराव. लाटीव भरावाच्या पद्धतीत २०—२५ सेंमी. जाडीच्या थरात माती पसरण्यात येऊन रुळाच्या साह्याने पक्के घनीकरण करण्यात येते. पहिल्या थराचे घनीकरण घट्ट झाल्यावर मगच दुसरा थर चढविण्यात येतो. याप्रमाणे धरणाची उंची थराथराने वाढविण्यात येते. मातीची ने-आण करण्यासाठी डंपर, ट्रक आणि इतर यंत्रसामग्री वापरण्यात येते. मातीचे घनीकरण करण्यासाठी वाफेचे रूळ वापरतात. विशेष परिणामासाठी शेळीच्या खुरासारखे प्रक्षेप असलेले रूळ वापरतात.

जलप्रेरित भरावात मातीचा पाण्यात अत्यंत पातळ राळा करून तो तोंडाशी तोटी बसविलेल्या नळ्यांतून वेगवान धारांतून धरणाच्या जागी फेकण्यात येतो. धरणाच्या जागी माती हळूहळू खाली बसायला लागून धरणाची उंची वाढू लागते. या पद्धतीचा विशेष फायदा म्हणजे प्रवाहाच्या गुणधर्मानुसार बारीक माती धरणाच्या गाभ्याकडे व जाड माती धरणाच्या बाहेरच्या बाजूकडे अशी ईप्सित वाटणी आपोआपच होते. याशिवाय मातीच्या ने-आणीसाठी वाहतूकीची साधनेही लागत नाहीत व खर्चही कमी येतो परंतु उंच धरणासाठी ही पद्धत फारशी उपयोगाची नाही.

जगातील सर्वांत उंच मातीचे धरण अमेरिकेत ऑरोव्हिल येथे बांधले जात असून त्याची उंची २३६ मी. आहे. भारतातील सर्वांत उंच मातीचे धरण उत्तर प्रदेशात रामगंगा नदीवर बांधण्यात येत असून त्याची उंची १३२ मी. इतकी आहे.

आ. ८. दगडी भरावाचे धरण : (१) धरणाचा माथा, (२) पाण्याची कमाल पातळी, (३) प्रतिस्त्रोत उतार, (४) पाण्याची किमान पातळी, (५) दगडी भराव, (६) दगडी भराव, गोटे व वाळू, (७) चिकणमातीची पडदी, (८) गाऱ्याची पडदी, (९) अनुस्त्रोत उतार.

दगडांच्या भरावाचे धरण : निरनिराळ्या आकाराच्या सुट्या दगडांचा बनविलेला भारस्थायी भराव अशी या धरणाची व्याख्या करता येईल. एकोणिसाव्या शतकाच्या मध्यास अमेरिकेत प्रथम या पद्धतीच्या धरणाचा वापर करण्यात आला. ज्या ठिकाणी पुरेशा मातीअभावी मातीच्या धरणाची शक्यता नसते किंवा काँक्रीटची किंमत गैरवाजवी ठरते, अशा ठिकाणी या धरणाची योजना आर्थिक दृष्ट्या फायदेशीर होण्याची शक्यता असते. दगडांच्या धरणाच्या अभिकल्पाची पद्धत अजून तरी मुख्यत्वे अनुभवावरच आधारित आहे. अशा प्रकारच्या धरणात दगडांच्या राशीशिवाय एक पाणतोड पडदी असते. ही पडदी लोखंड, काँक्रीट किंवा न झिरपणाऱ्या मातीची असते. यामुळे धरणातून पाण्याची झिरप होण्यास अटकाव होतो. पूर्वी धरणाच्या गाभ्यात अशी पडदी बनवून त्याच्या दोन्ही बाजूंनी दगडांचा भराव करण्याची पद्धत प्रचलित होती. परंतु देखरेख करण्याच्या सुलभतेमुळे हल्ली ही पडदी पाण्याजवळील धरणाच्या पृष्ठभागाजवळच करण्याची पद्धत रूढ होत आहे. आ.८ मध्ये दगडी भरावाचे एक धरण दाखविलेले आहे. पायातून झिरपणाऱ्या पाण्यास प्रतिरोध करण्याकरिता पायामध्ये एका पाणतोड पडदीची योजना मातीच्या धरणाप्रमाणेच याही धरणात असते. दगडांच्या भरावाचे काम करताना त्याचे दृढीकरण व्यवस्थित व्हावे म्हणून पाण्याच्या जोरदार धारा भरावावर सोडण्यात येतात. दगडी भरावाच्या धरणास मातीच्या धरणापेक्षा अधिक भक्कम पायाची जरूरी असते. यामुळे या प्रकारच्या धरणासाठी शक्यतो मजबूत पाया शोधणे जरूर असते.

आ.९. एक-कमानी धरण : (अ) नदीचे खोरे : (१) धरणाचा माथा, (२) खोद रेषा (आ) अचल त्रिज्येचे कमानी धरण : अर्ध अधोदर्शन (डावीकडील) : (१) खोऱ्याचा काठ, (२) अचल त्रिज्या छेददर्शन (उजवीकडील) : (३) जलाशयाकडील बाजू (इ) अचल कोनाचे कमानी धरण : अर्ध अधोदर्शन (डावीकडील) : (१) खोऱ्याचा काठ, (२) अचल कोन छेददर्शन (उजवीकडील) : जलाशयाकडील बाजू.

कमानी धरण : उंच धरणाच्या बांधणीसाठी भारस्थायी धरणांची योजना केली, तर धरणाचे आकारमानही त्याच्या उंचीनुसार वाढत जाते व आर्थिक दृष्ट्या असे धरण तोट्याचे ठरण्याची शक्यता असते. याला पर्याय म्हणून चापाकार किंवा कमानी धरणाची योजना करतात. कमानी धरणाचा आकारविशेष असा असतो की, या धरणाच्या कुठल्याही पातळीत क्षैतिज (क्षितिजसमांतर) छेद घेतल्यास धरणाचा आकार हा कमानीसारखा बाकदार किंवा धनुष्यासारखा दिसतो. तसेच धरणाचा उभा छेद घेतल्यास तो आकार एका निमुळत्या भिंतीसारखा असतो . या प्रकारच्या धरणाच्या स्थैर्यास त्याच्या वजनाची आवश्यकता नसते. यामुळे अशी निमुळती भिंत स्थिर राहू शकते. पाण्याचा बराचसा दाब हा कमानींच्या गुणधर्मानुसार खोऱ्याच्या कडांवर सोपविला जातो व उरलेला अगदी थोडासा भाग हा उभ्या भिंतीच्या तळाशी पोहोचविला जातो. यामुळे धरणाच्या भिंतीत नमन (बाक निर्माण करणारे) प्रतिबल जवळजवळ येतच नाही व बांधकामातील फलित प्रतिबल हे मर्यादित स्वरूपात राहते. याचमुळे धरणाची रुंदीही अवास्तव वाढविण्याची आवश्यकता राहत नाही. कमानी धरणातील प्रतिबलांचे अनुमान करण्यासाठी अंदाज-भार पद्धतीचा अवलंब करतात. या पद्धतीनुसार धरणामध्ये कुठल्याही ठिकाणी येणाऱ्या बाह्य भारापैकी किती भाग कमानीच्या साह्याने पेलला जातो व किती भाग उभ्या भिंतीच्या साह्याने पेलला जातो याचा अंदाज स्थितिस्थापकतेच्या (पदार्थावरील ताण काढून घेतल्यानंतर तो मूळ स्थितीत परत येण्याच्या गुणधर्माच्या) तत्त्वानुसार परंतु प्रयत्न व त्रुटिसुधार पद्धतीने लावला जातो. कमानीवर येणाऱ्या बाह्य दाबाचा बरोबर अंदाज आल्यावर कमानीचा अभिकल्प सुरक्षित आहे किंवा नाही हे तपासता येते. फलित प्रतिबल काढण्यासाठी भारस्थायी धरणांप्रमाणेच कमानी धरणातही सर्व प्रकारचे संभाव्य भार लक्षात घ्यावे लागतातच परंतु याशिवाय धरणाचा आकार निमुळता असल्यामुळे तापमानातील वार्षिक फरक व त्यामुळे निर्माण होणारे प्रतिबल हेही विचारात घ्यावे लागतात. त्याचप्रमाणे धरणाची पाण्याकडील बाजू व दुसरी बाजू या दोन्हीच्या तापमानातील फरकामुळे निर्माण होणारे प्रतिबलही ध्यानात घ्यावे लागते. कमानी धरणातील प्रतिबल निश्चित करण्याच्या सर्वच पद्धती क्लिष्ट व वेळ घेणाऱ्या आहेत. हल्ली संगणकांच्या साह्याने हे काम जलद होऊ शकते. अत्यंत ठोकळ स्वरूपाचा अंदाज बांधावयाचा असल्यास नलिका सूत्राच्या साह्याने करणे शक्य होते. या पद्धतीत धरण हे एक गोलाकार नळाचा भाग आहे असे समजण्यात येते.


कमानी धरणाचे दोन प्रमुख प्रकार आहेत. पहिल्या प्रकारात धरणाच्या पायापासून माथ्यापर्यंत असणाऱ्या वेगवेगळ्या पातळीवरील कमानीची त्रिज्या अचल असते परंतु कमानीच्या दोन टोकांतील क्षैतिज अंतर सर्व पातळ्यांवर एकच नसते. नदीचे खोरे इंग्रजी V अक्षराच्या आकाराप्रमाणे असल्यामुळे खोऱ्याच्या तळातील कमानीची लांबी माथ्यावरील कमानीपेक्षा खूपच कमी असते, यामुळे त्रिज्या कायम ठेवल्यास कमानीच्या दोन्ही कडांनी मध्यबिंदूशी केलेला कोन वेगवेगळ्या पातळ्यांवर बदलता राहतो. याउलट हा कोन जर अचल ठेवला, तर वेगवेगळ्या पातळींवरील कमानीची त्रिज्या व मध्यबिंदू हे दोन्ही बदलते राहतात. या दोन्ही प्रकारच्या कमानी धरणांची रचना आ. ९ मध्ये दिली आहे. या दोन्ही प्रकारांशिवाय ज्यांत त्रिज्याही बदलती असते व मध्यकोनही बदलता असतो असा आणखी एक प्रकारही क्वचित प्रचलित आहे. कमानी धरणाच्या मध्यबिंदूशी असलेला कोन जर १३०-१४० या अंशांच्या दरम्यान असेल, तर त्या धरणाचे घनफळ किमान असते आणि म्हणून शक्यतो धरणांतील मध्यकोन १२०° ते १५०° या दरम्यानच ठेवतात.

कमानी धरणासाठी खडकाचा पाया आवश्यक असतो. विशेषतः कमानीमुळे खोऱ्याच्या कडांवर दाब अधिक येत असल्यामुळे तिथला खडकसुद्धा पक्का असणे जरूर असते. अरुंद आणि खोल खोरे कमानी धरणाकरिता विशेष सोईस्कर असते. कमानी धरणाचे बांधकाम दगडी करता येणे शक्य असले, तरी सहसा केले जात नाही व बहुतेक कमानी धरणे काँक्रीटचीच बनविण्यात येतात. धरणाची भिंत फार सडपातळ असल्यामुळे थोड्या प्रमाणावरील कच्च्या बांधकामाचे परिणाम फार दूरगामी ठरण्याचा संभव असतो. यामुळे या धरणाच्या बांधकामात काँक्रीटच्या गुणवत्तेकडे अत्यंत कसोशीने लक्ष पुरवावे लागते. अभिकल्पाचे क्लिष्टता व कारागिरीची कुशलता या दोन गोष्टींमुळे भारतात आतापर्यंत कमानी धरण बांधण्यात आले नव्हते. भारतातील पहिले कमानी धरण केरळ राज्यात इडिक्की येथे बांधले आहे (१९७५). मात्र अन्य देशांत कित्येक उंच कमानी धरणे बांधली गेली आहेत. इटलीतील वायों या ठिकाणी बांधले गेलेले धरण आतापर्यंतच्या कमानी धरणांत सर्वोच्च असून त्याची उंची २६२ मी. आहे.

आ.१०. बहुकमानी धरण : (अ) उन्नक छेददर्शन : (१) जलाशय, (२) कमान, (३) टेकू भिंत (आ) अधोदर्शन : (१) कमान, (२) पोकळ टेकू भिंत.

बहुकमानी धरण : खोरे रुंद असेल, तर एक-कमानी धरण बांधणे सोईस्कर होत नाही. अशा वेळी बहुकमानी धरणात एका कमानीच्या ऐवजी अनेक कमानींच्या साह्याने जलाशय निर्माण करण्यात येतो. प्रत्येक कमान तिरपी बांधली जाऊन तिची कडा एका टेकू भिंतीवर टेकलेली असते. याप्रमाणे एका टेकू भिंतीवर दोन कमानींचे वजन येते. एका धरणामध्ये जितक्या कमानी असतील त्यापेक्षा टेकू भिंती ह्या एकाने कमी संख्येत असतात. या भिंती भरीव असतात किंवा पोकळही असू शकतात. पोकळ भिंती स्थैर्याच्या दृष्टीने अधिक कार्यक्षम असतात. बहुकमानी धरणे बहुतेक काँक्रीटचीच बनविलेली असतात. भारतात हैदराबादजवळ अशा प्रकारचे परंतु दगडी बांधकामाचे एक जुने ‘मीर अलम’ नावाचे बहुकमानी धरण अजून अवशेषरूपाने आहे.

आ.११. टेकूच्या धरणांचे प्रकार : (अ) दोन टेकूंवर आधारित भिंत : (१) पाण्याकडील भिंत, (२) टेकू (आ) अजोड भिंत : (१) पाण्याकडील भिंत, (२) टेकू (इ) तरफ आधारित भिंत : (१) तरफ, (२) टेकू, (३) तरफ आधारित भिंत (ई) गोलाकार शीर्ष असलेले टेकूचे धरण : (१) जलरोधक पत्रा, (२) टेकू (उ) बहुकमानी धरण : (१) कमानी भिंत, (२) टेकू.

टेकू धरण : टेकू धरणाची कल्पना बहुकमानी धरणास मिळतीजुळती अशीच आहे. या प्रकारच्या धरणातही नदीच्या पात्रात टेकू भिंती बांधण्यात येतात. या टेकू भिंतींच्या आधारे काँक्रीटची लादी तिरपी उभी केली जाते. या लादीचा जमिनीशी ४५° ते ५५° इकता कोन असतो. प्रथम पाण्याचा दाब लादीवर येतो. लादीही टेकूवर टेकलेली असल्यामुळे तो दाब ओघानेच टेकूवर येतो. काँक्रीटच्या लादीमध्ये पाण्याच्या दाबामुळे ताण निर्माण होतो. तो पेलण्याकरिता पोलादी सळ्या घालून लादी प्रबलित करण्यात येते. टेकूचा अभिकल्प अशा रीतीने करतात की, त्यात प्रामुख्याने फक्त संपीडक प्रतिबलच निर्माण होईल. या पद्धतीला एकक स्तंभ पद्धत असे नाव आहे परंतु क्वचित निर्माण होणाऱ्या ताणाकरिता नाममात्र पोलादी सळ्या वापरून प्रबलित करण्याची पद्धत आहे. टेकू धरणाचा मुख्य फायदा हा की, धरणाच्या पायथ्याशी बांधावयाचे विद्युत् केंद्र दोन उभ्या टेकू भिंतींमध्ये असलेल्या मोकळ्या जागेत बांधता येते. खड्या भिंतींचा वापर विद्युत् केंद्राच्या भिंतींसारखा झाल्यामुळे खर्चात काटकसर होते. याशिवाय धरणाचा पाया हा फार लांबरुंद नसल्यामुळे धरणातील ऊर्ध्वगामी दाबाचे प्रमाणही पुष्कळ कमी असते. धरणाच्या सडपातळ भिंतींचे काँक्रीट करताना कमानी धरणाप्रमाणेच या धरणातही अत्यंत खबरदारी घ्यावी लागते. आ. ११ मध्ये या धरणाकरिता देण्यात येणाऱ्या विविध टेकूंची रचना दर्शविली आहे.

इतर प्रकार : वर दिलेल्या धरणांच्या प्रमुख प्रकारांशिवाय पोलादी धरणे, लाकडी धरणे किंवा रबरी फुग्याची धरणे अगदी क्वचित बांधण्यात आलेली आहेत. या प्रकारच्या धरणांची थोडक्यात माहिती पुढे दिली आहे.

आ.१२. लाकडी धरण : (१) जलाशय, (२) लाकडी फलक, (३) आधारभूत लाकडी कैची, (४) क्राँकीट, (५) अवजल (बाहेर पडणारे पाणी).

लाकडी धरणे : तात्पुरत्या कामासाठी कमी उंचीचे, छोटेसे धरण हवे असल्यास व लाकूड मुबलक प्रमाणात मिळत असल्यास पूर्वीच्या काळी ह्या प्रकारच्या धरणाचा वापर केला जात असे. याची उंची जास्तीत जास्त ६-८मी. इतकी असते व उपयोगी आयुष्य ३०-३५ वर्षांचे असते. या धरणाची योजना आ. १२ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे असते. लाकडाच्या फळ्यांचा एक फलक बनवून तो पाणी थोपविण्यासाठी वापरतात. इंग्लिश A या अक्षराच्या आकाराच्या कैचीने या फलकाला आधार दिलेला असतो. क्वचित ठिकाणी दगडांनी भरलेली लाकडी पेटीही कैचीच्या ऐवजी वापरतात. लाकडी धरणाच्या बांधणीचा प्राथमिक खर्च जास्त नसला, तरी दुरुस्तीचा खर्च बराच असतो.

आ.१३. पोलादी धरण : (१) जलाशय, (२) पोलादी पत्रा, (३) पोलादी थाम.

पोलादी धरणे : पूर्वीच्या काळात पोलादाची छोटी धरणे ही क्वचित बांधली गेली आहेत. उदा., अमेरीकेतील ॲश फोर्क येथे १४ मी. उंचीचे पोलादी धरण १९१० च्या सुमारास बांधले आहे. लाकडी धरणाप्रणाणेच अशा धरणात पोलादी पत्रा तिरपा खडा करून जलाशय निर्माण करण्यात येतो. पत्र्याला आधार देण्यासाठी पोलादी थाम आ. १३ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे योजलेले असतात. या धरणाची रचना अत्यंत जलद होऊ शकते. धरण हलके असल्यामुळे पायाशी नांगराच्या साह्याने बांधून घालावे लागते.


रबरी फुग्याची धरणे : निओप्रीन-नायलॉनापासून एका अमेरिकन कंपनीने फुग्यासारखे धरण बनविले आहे. छोट्या जलाशय निर्मितीकरिता या फुग्याच्या धरणात हवा किंवा पाणी भरून ते नाल्याच्या एका काठापासून ते दुसऱ्या काठापर्यंत ताणता येते. पुराच्या दिवसांत फुग्यातील हवा किंवा पाणी काढल्यावर धरण भुईसपाट होऊन पावसाळी प्रवाहाला मुक्त वाट मिळते. अशा धरणांचा वापर अमेरिकेत काही ठिकाणी व हाँगकाँग येथे करण्यात आला आहे.

आ.१४. बंधारा : (१) जलाशय, (२) बंधाऱ्यावरील दरवाजा (बंद केलेल्या स्थितीत), (३) बंधाऱ्यावरील दरवाजा (उघड्या स्थितीत), (४) बंधाऱ्याचा खांब, (५) बंधाऱ्यावरील रस्ता.

बंधारा व लघुबंधारा : नदीच्या पात्रात अडसर निर्माण करून नदीचे पाणी कालव्याकडे वळविणे हे बंधाऱ्याचे कार्य असते. बंधाऱ्यांमध्ये मोठ्या प्रमाणात पाण्याचा साठा अपेक्षित नसतो. कित्येकदा धरण डोंगराळ प्रदेशात बांधले जाते व धरणातील पाणी पुन्हा नदीत नियमितपणे सोडून सोईस्कर ठिकाणी एक लहान बंधारा बांधून तेथे कालव्यात सोडले जाते. अशा बंधाऱ्याला उद्ग्रहण किंवा साहाय्यक बंधारा असे नाव आहे. बारमाही वाहणाऱ्या मोठ्या नद्यांवर धरणे बांधणे फार खर्चाचे असते. अशा वेळी या नद्यांवर बंधारे बांधणे सोयीचे जाते. विशेषतः सपाट मैदानी प्रदेशात केवळ बंधारेच बांधणे शक्य असते. पुष्कळ वेळा बंधाऱ्यावर आधारित व बंधाऱ्याजवळील पाण्याच्या पातळीपेक्षा अधिक उंचीवर असा वाहतूकीसाठी रस्ता ठेवण्याचीही प्रथा आहे. बंधाऱ्याचे ठोकळ मानाने दोन प्रकार करता येतील. पहिल्या प्रकारात नदीच्या पात्रात एक लहानशी भिंत बांधतात. या भिंतीला लघुबंधारा असे म्हणता येईल. पावसाळ्यात या भिंतीवरून नदीचे पाणी वाहते. या भिंतीशेजारीच कालव्याचे प्रमुख दरवाजे असतात व नदीचे पाणी या दरवाजातून कालव्यात शिरते. भिंतीच्या माथ्यावर कधीकधी लाकडी फलक बसवून पाण्याची पातळी इतर ऋतुंत भिंतीच्या पातळीच्या वर राहील अशी योजना करता येते. क्वचीत ठिकाणी शीर्ष द्वारांचीही योजना असते. पाण्याची पातळी एका विवक्षित मर्यादेपेक्षा वर चढली की, ही शीर्षद्वारे आपोआप भिंती सपाट होतात व प्रवाहाला वाट मोकळी करून देतात. या प्रकारच्या बंधाऱ्याचा विशेष हा की, या दरवाजांचे कार्य दुय्यम स्वरूपाचे असते व प्रमुख कार्य भिंतीचेच असते. दुसऱ्या प्रकारच्या बंधाऱ्यांत नदीच्या पात्रात मोठमोठे दरवाजे उभे करण्यात येतात. हे दरवाजे दोन खांबांमध्ये एक याप्रमाणे असतात. हे दरवाजे बंद केले की, सलग भिंतीप्रमाणेच पाण्याला अडसर निर्माण करून कालव्यात पाणी वळवायला उपयोगी ठरतात. दरवाजे उघडले की, नदीचा प्रवाह अनिर्बंध पात्रातून चालू राहतो. हे दरवाजे पोलादाचे बनविलेले असून वर उचलता येण्याजोगे किंवा आसाभोवती फिरणारे अरीय असतात. क्वचित दंड गोलाच्या आकाराचे दरवाजेही वापरण्यात येतात. या प्रकारच्या बंधाऱ्यात काही वेळा भिंत बांधण्याची जरूरी नसते व पुराच्या दिवसांत वरच्या बाजूची पाण्याची पातळी बदलतही नाही. नदीच्या पात्रात भुईसपाट काँक्रीटची लादी करून त्यावर हे खांब व दरवाजे उभे करता येतात परंतु प्रवाहाच्या सोयीसाठी हल्ली या प्रकारच्या बंधाऱ्यात (लादीमध्ये) आ.१४ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे किंचिंत उंचवटा करण्यात येतो. भारतात कोसी, गंगा, सिंधू या नद्यांवर अशा प्रकारचे बंधारे यशस्वी रीत्या बांधण्यात आलेले आहेत.

आ.१५. वसंत बंधारा : (१) नाल्याचा काठ, (२) लोखंडी खांब, (३) लाकडी फळ्यांची पहिली ओळ (लाकडी फळ्यांची दुसरी ओळ यामागे असून त्या दोन ओळींमध्ये चिकणमाती भरतात).

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.

साहाय्यक संरचना : धरणाच्या मुख्य भिंतीखेरीज सांडवा, शीर्षद्वारे, निर्गमद्वारे इ. साहाय्यक संरचनांचा धरणाच्या बांधकामात समावेश करावा लागतो.

आ.१६. सांडव्याचे प्रकार : (अ) उत्प्रवाह सांडवा (शीर्षद्वारासहित) : (१) जलाशय, (२) उत्प्रवाह सांडवा, (३) शीर्षद्वार, (४) धरणाचा भाग (आ) वक्रनलिका सांडवा : (१) जलाशय, (२) वक्रनलिका, (३) धरण (इ) कूप सांडवा : (१) जलाशय, (२) कूप सांडवा, (३) धरण.

सांडवा : प्रत्येक धरणाच्या बांधणीत सांडव्याचा अंतर्भाव अवश्य करावा लागतो. जलाशय पूर्णपणे भरल्यावर पाणलोट क्षेत्रातून जलाशयात येणारे पाणी धरणाच्या खालच्या बाजूस सोडण्यासाठी धरणातून वाट असणे आवश्यक असते. अशी तरतूद नसल्यास जलाशयातील पाण्याची पातळी अनिर्बंधपणे वाढत राहून सर्व धरणावरूनच पाणी वाहू लागेल आणि त्यामुळे धरण भंग पावेल. यासाठी पाणी पुन्हा नदीच्या पात्रात सोडण्याकरिता धरणांमध्ये दोन प्रकारची योजना असते. (१) धरणाच्या काही मर्यादित भागाची रचना अशी केलेली असते की, जलाशय भरताक्षणीच या भागावरून पाणी खालच्या बाजूस ओसंडू लागेल. (२) धरणामध्ये खालच्या पातळीवर काही नळ व पाचर झडपा बसविलेल्या असतात. या झडपा उघडताच नळांमधून जलाशयातील पाणी धरणाच्या खालच्या बाजूस वाहू लागते.

दुसऱ्या मार्गाचा विशेष हा असतो की, नळ खालच्या पातळीवर असल्यामुळे पाणी बाहेर जाताना त्याबरोबर जलाशयात खाली साठलेला गाळही बाहेर फेकला जातो व जलाशयाची खोली अबाधित राखली जाते. अशा प्रकारच्या नळांना उत्सर्जक (गाळ नेणारे) नळ असे म्हणतात.


पहिल्या प्रकारचा सांडवा अनेक प्रकारे घालता येतो. त्यामध्ये उत्प्रवाह सांडवा, वक्रनलिका सांडवा, कूप सांडवा असे प्रकार आहेत. उत्प्रवाह सांडव्यामध्ये धरणाच्या काही लांबीवरून पाणी वाहू देण्यात येते. या भागातील धरणास वाहणाऱ्या पाण्याकरिता साजेसा असा आकार देण्यात येतो. वक्रनलिका सांडव्यामध्ये धरणातून वक्राकार नळ बाहेर काढून त्यायोगे पाणी खालच्या बाजूला सोडले जाते. कूप सांडव्यात पाण्याच्या प्रवाहासाठी एक नरसाळ्याच्या आकाराचे मुख असलेला बोगदा बांधून काढतात. ह्या सर्व सांडव्यांची रचना आ. १६ मध्ये दिली आहे.

शीर्षद्वारे : उत्प्रवाह सांडव्यामध्ये दोन पर्याय असतात. एक तर असे मार्ग अनियंत्रित असू शकतात किंवा दुसरे म्हणजे अशा मार्गाच्या शीर्षस्थानी दरवाजांची योजना असते. ह्या शीर्षद्वारांचा फायदा असा असतो की, जर दरवाजे उघडे ठेवले तर प्रवाहास पुरेसा मोकळा मार्ग मिळतो. जेव्हा खालच्या बाजूस पाणी वाहू देण्याची आवश्यकता नसेल तेव्हा हे दरवाजे बंद करून पाणी दरवाजांच्या वरच्या कडेपर्यंत साठविता येते. यामुळे प्रत्यक्ष धरणांची उंची न वाढविता किंवा पाण्याची कमाल पातळी न वाढविताही जलाशयामध्ये उपयुक्त पाण्याच्या साठ्यात वाढ होते.

आ. १७. दंडगोल आकाराचे स्वयंचलित शीर्षद्वार : (१) जलाशय, (२) पाण्याची कमाल पातळी, (३) धरणाचा माथा, (४) सांडव्याचा माथा, (५) सांडव्यावरून वाहणाऱ्या पाण्याची उंची, (६) दंडगोल द्वार—उभ्या स्थितीत, (७) पाण्याची पातळी वाढल्यास हे द्वार बिजागिरीभोवती फिरून या जागेत पडते, (८) सांडवा.

शीर्षद्वारे दोन प्रकारची असतात : (१) स्वयंचलित किंवा (२) मानवचलित. स्वयंचलित शीर्षद्वारे ही पाण्याची पातळी त्यांच्या वरच्या कडेपर्यंत चढली की, आपोआप खुली होतात व पाणी सांडव्यावरून वाहू लागते. अशी रचना पाण्याच्या दाबाच्या साहाय्याने करणे शक्य असते. स्वयंचलित शीर्षद्वारांचे विविध प्रकार आहेत. यांपैकी दंडगोल शीर्षद्वार आ.१७ मध्ये दाखविले आहे. खडकवासला येथील जुन्या दगडी बांधकामाच्या धरणात विख्यात भारतीय अभियंते विश्वेश्वरय्या यांनी संशोधन करून तयार केलेली स्वयंचलित शीर्षद्वारे पहिल्यांदा बसविण्यात आली होती.

मानवचलित शीर्षद्वारे मुद्दाम उघडावी किंवा बंद करावी लागतात. याकरिता द्वारपालाची नेमणूक करावी लागते. या प्रकारच्या दरवाजात वर उचलेले द्वार किंवा अरीय वर्तुळखंडाकार द्वार असे दोन प्रमुख प्रकार आहेत. वर उचलले जाणारे द्वार हे विद्युत् चलित्राच्या (मोटरीच्या) साहाय्याने वर उचलले जाते. अरीय द्वार हे बिजागरीच्या भोवती फिरून उघडते. कोयना धरणाच्या आकृतीत (आ.२.) अरीय दरवाजा दर्शविला आहे.

आ.१८. पुराचा जलालेख (पूर-निःसारण पद्धती) : (अ) पाणलोट क्षेत्रातून येणारा पूर, (आ) धरणावरून वाहणारा पूर, (इ) सांडव्याची महत्तम क्षमता.

सांडव्याची प्रवाह क्षमता ठरविण्याकरिता पाणलोट क्षेत्रातून वाहणाऱ्या सर्वाधिक पुराचा जलालेख [⟶ जलविज्ञान] काढतात. या आलेखावरून जलाशयात येणाऱ्या पुराचे प्रमाण समजते. जलाशयातील वाढणाऱ्या पाण्याच्या पातळीमुळे जादा साठा कसा होतो हे कळले की, धरणावरून वाहणाऱ्या पुराचा जलालेखही (आ.१८) काढता येतो. या आलेखावरून धरणावरून वहाणाऱ्या पुराच्या पाण्याचे अधिकतम प्रमाण कळते. एवढ्या प्रमाणातील पुराचे पाणी हे सहज प्रकारे निःसारित करता (बाहेर टाकता) येईल एवढी सांडव्याची क्षमता ठेवतात. या पद्धतीस पूर-निःसारण पद्धती म्हणतात.

ऊर्जा अपचयन साधने : धरणाच्या सांडव्यावरून खाली पडणाऱ्या पाण्यात मोठ्या प्रमाणावर ऊर्जा असते. यामुळे सांडव्याच्या खाली असलेल्या जमिनीची व खडकाची सतत धूप होऊन संपूर्ण धरणालाच धोका पोहोचण्याचा संभव असतो. याकरिता प्रत्येक सांडव्यावरून पडणाऱ्या पाण्याच्या ऊर्जेचे अपचयन करणे (नाहीशी करणे) जरूर असते. याकरिता विविध मांडणी असलेली ऊर्जा अपचयन साधने वापरतात. यामध्ये सांडव्याच्या खाली कुंड अथवा उथळ द्रोणी बांधून त्यामध्ये अडथळे ठेवतात. या साधनात थोड्याच प्रमाणावर असलेल्या पाण्याच्या साठ्यामुळे सांडव्यावरून पडणाऱ्या पाण्याची ऊर्जा कमी होते (आ. १९).

निर्गम मार्ग : धरणातील पाणी कालव्यामध्ये विद्युत् केंद्रामध्ये किंवा नदीच्या पात्रात खालच्या बाजूस सोडण्याकरिता निर्गम मार्गाची (मोऱ्यांची) योजना करतात. जलाशयापासून ते खालच्या बाजूपर्यंत धरणाच्या पोटामधून जाणारा व प्रवाहाला वाट देण्यासाठी बनविण्यात आलेला बोगद्यासारखा मार्ग असे याचे वर्णन करता येईल. काँक्रीटच्या धरणात असे बोगदे बांधकामातच तयार करतात परंतु इतर प्रकारच्या धरणांत मोठाले लोखंडी अगर काँक्रीटचे नळ यांचा या कामाकरिता उपयोग करतात. या नळांत जलाशयातील पाणी निःक्षुब्ध स्थितीत शिरावे याकरिता त्याच्या मुखाशी या मार्गाचे तोंड घंटाकार बनविलेले असते. निर्गम मार्गातील प्रवाह-नियंत्रणकरिता या मुखानंतर एक अथवा अधिक दरवाज्यांची (किंवा झडपांची) योजना असते. हे दरवाजे द्रवीय दाबाने उघडता किंवा बंद करता येतात. दरवाज्यांच्या उघडझापीकरिता दरवाज्याच्या वरच्या पातळीवरच कार्यकक्ष असतो. या कार्यकक्षाकडे जाण्यासाठी एक भुयारी तपासमार्गही काँक्रीटच्या धरणात बांधून काढलेला असतो. या भुयारी तपासामार्गातून धरणाच्या अंतर्भागाची पहाणी करता येते. त्याचप्रमाणे धरणातून किंवा पायातून झिरपणारे पाणी हे खुल्या नळांच्या साहाय्याने ह्या भुयारी मार्गात एकत्र करून मग पंपाच्या साहाय्याने बाहेर काढतात. पायासाठी करावयाची गाराभराई धरणाचे बांधकाम वरती चढू लागल्यावर या भुयारी मार्गातून करता येते. आ. २ मध्ये कोयना धरणाचा निर्गम मार्ग, कार्यक्षम, भुयारी मार्ग हे भाग दर्शविले आहेत.


धरणे व प्रतिकृतिशास्त्र : धरणांचे अभिकल्प तयार करताना कित्येक गोष्टी गृहीत धरलेल्या असतात. यामुळे धरणात निर्माण होणाऱ्या प्रतिबलाविषयी अनिश्चिती असते. यासाठी धरणाची छोटीशी प्रतिकृती बनवून संशोधन प्रयोगशाळेत त्याची चाचणी करण्यात येते. ही प्रतिकृति प्रकाश-स्थितिस्थापक पदार्थाची बनविलेली असून तीमध्ये निर्माण होणारे प्रतिबल अजमाविण्याकरिता प्रकाश-स्थितिस्थापकता [⟶ स्थितिस्थापकता] या शास्त्राचा आधार घेतात. धरणावर येणारे सर्व संभाव्य दाब प्रतिकृतिवर योग्य त्या प्रमाणात उपयोजिलेले असतात. अशा प्रकारच्या प्रतिकृती चाचणीमध्ये विशेषतः प्रतिबलाच्या केंद्रीकरणाबद्दल जास्त माहिती मिळते. याशिवाय धरण बांधणीमुळे पाण्याच्या पातळीतील होणारा फरक, सांडव्याची चाचणी इत्यादींकरिता धरणाची छोटी प्रतिकृति बनवून त्यायोगे प्रवाहाच्या वैशिष्ट्यांची चाचणी करण्यात येते. अशा प्रतिकृतीत पाणी वापरण्यात येते आणि त्याला प्रवाह-प्रतिकृती म्हणतात. जगातील बहुतेक देशांत अशा प्रकारचे काम करणाऱ्या द्रविकी (द्रवांसंबधीच्या शास्राच्या) संशोधन शाळा आहेत. भारतातील पुणे येथील १९१६ साली स्थापन झालेले ⇨ सेंट्रल वॉटर अँड पॉवर रिसर्च स्टेशन जगप्रसिद्ध आहे. या ठिकाणी भारतात बांधावयाच्या धरणे, पूल, बंदरे इ. संरचनांच्या मोठमोठ्या प्रतिकृती तयार करून त्यांवर संशोधन करून योग्य तो सल्ला देण्याची व्यवस्था आहे.

आ.१९. ऊर्जा अपचयन साधने : (अ) कुंडाचा पहिला प्रकार : (१) सांडव्याचा भाग, (२) पाण्याचा प्रवाह, (३) पन्हळी ठोकळे, (४) अडथळा करणारे ठोकळे, (५) अंत्य उंबरठा, (६) कुंड (आ) कुंडांचा दुसरा प्रकार : (१) सांडव्याचा भाग, (२) पाण्याचा प्रवाह, (३) पन्हळी ठोकळे, (४) कुंड, (५) दातेरी उंबरठा (इ) द्रोणीचा पहिला प्रकार : (१) सांडव्याचा भाग, (२) प्रवाह दिशा, (३) घन द्रोणी, (४) उंबरठा (ई) द्रोणीचा दुसरा प्रकार : (१) सांडव्याचा भाग, (२) प्रवाह दिशा, (३) द्रोणी, (४) दातेरी द्रोणी.

धरणामधील उपकरण योजना : धरणाची बांधणी करताना त्यांच्या अंतर्गत भागांत विविध प्रकारची उपकरणे वापरतात. या उपकरणांचा उपयोग हा धरणांचे बांधकाम चालू असताना व ते पूर्ण झाल्यावर अनेकविध परिस्थितींत धरणावर येणाऱ्या भार प्रणालींचा परिणाम जाणून घेण्यासाठी होतो. यामुळे धरणांच्या अभिकल्पातील गृहिते व त्यांची सुरक्षितता ही लक्षात येतात आणि त्याचा उपयोग भविष्यकाळात धरणांचे अभिकल्प करताना होतो. दगडी व काँक्रीटच्या धरणात विविध ठिकाणी प्रतिबल अथवा प्रतिविकृती मोजण्यासाठी उपकरणे बसवितात. धरणाचे नमन व विचलन समजावून घेण्यासाठी त्याच्या गाभ्यामध्ये अनुक्रमे ओळंबा नतिमापक ठेवतात. धरणाच्या अंतर्गत भागाचे तापमान मोजण्यासाठी विद्युत् रोध तापमापकाचा [⟶ तापमापन] उपयोग करता येतो. धरणावरील पाण्याचा ऊर्ध्वगामी भार हा दाब कोश ठेवून काढता येतो. मातीच्या धरणात त्याच्या बांधकामाच्या वेळी आणि नंतर येणारा रंध्रदाब मोजण्यासाठी जलस्तंभमापक वापरतात. तसेच त्याची दीर्घकालीन स्थिरता ही स्थिरतामापकाद्वारे काढता येते. सर्वच धरणांची भूकंपामुळे उभी व आडवी हालचाल होते व त्यांची नोंद प्रवेगमापकांचा वापर करून काढता येते.



जगातील व भारतातील प्रमुख धरणे : विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस महाराष्ट्रातील प्रवरा नदीवरील भंडारदरा येथे बांधण्यात आलेले दगडी बांधकामाचे विल्सन धरण हे ८४ मी. उंचीचे असून त्या काळातील जगातील उंच धरणांपैकी एक असे समजण्यात येत असे. परंतु त्यानंतरच्या काळात भारतात व जगात इतरत्रही यापेक्षा कितीतरी उंच अशी धरणे बांधण्यात आली आहेत. कोष्टक क्र १. व क्र. २ मध्ये अनुक्रमे भारतातील काही प्रमुख धरणे व जगातील काही प्रमुख धरणे यांची माहिती दिली आहे.

भारतातील धरणांच्या माहितीकरिता ‘कोयना प्रकल्प’, ‘जायकवाडी प्रकल्प’, ‘दामोदर खोरे प्रकल्प’, ‘फराक्का प्रकल्प’ आणि ‘सलाल प्रकल्प’ या स्वतंत्र नोंदीही पहाव्यात. यांशिवाय ‘नदी खोरे योजना’ या नोंदीत भारतातील विविध प्रकल्पांची माहिती दिलेली आहे. अमेरिकेतील टेनेसी नदीवरील बहूउद्देशीय प्रकल्पासंबंधी ‘टेनेसी व्हॅली ऑथॉरिटी’ या नोंदीत माहिती दिलेली आहे.

पहा : कालवे व देशांतर्गत जलमार्ग जलविद्युत् केंद्र पाणीपुरवठा सिंचाई.

संदर्भ : 1. Bharat Singh, Fundamentals of Irrigation Engineering, Roorkee 1964.

            2. Creager, W. P. Justin, J. D. Hinds, J. Engineering for Dams, 3 Vols., New York, 1944.

            3. Cullen, A. H. Rivers in Harness : The Story of Dams, Philadelphia, 1962.

            4. Davis, C. V. Sorensen, K. E., Eds. Handbook of Applied Hydraulics, New York, 1969.

            5. Joglekar, G. D. Irrigation Engineering, Poona, 1965.

            6. Sherard, J. L. and others, Earth and Earth-Rock Dams, New York, 1963.

            7. Smith, N. A. F. A History of Dams, London, 1971.

            8. Sowers, G. F. Sally, H. L. Earth and Rockfill Dam Engineering, New York, 1962.

            9. U. S. Reclamation Bureau, Design of Small Dams, Washington, 1965.

दांडेकर, मो. मा. ढमढेरे, ह. वा.

स्वित्झर्लंडमधील क्रँ-माँटॅना येथील कमानी धरण व त्यामागील झेउसिर सरोवर. याऱ्यांच्या हालाचालीकरिता असणारा रुळमार्ग. धरणाच्या पायाकरिता काँक्रिटचे ठोकळे ओतण्याची तयारी चालू आहे
द्विवक्रता असलेले व पातळ कमानीचो मॉरो पॉईंट काँक्रीट धरण (कोलोरॅडो, अमेरिका). हंग्री हॉर्स धरण (माँटॅना, अमेरिका)
स्वित्झर्लंडमधील ग्रँड डिकसन्स हे २८१ मी. उंचीचे धरण. फ्लेमिंग गॉर्ज धरण (उटा-वायोमिंग, अमेरिका)
बहुकमानी बार्टलेट धरण (ॲरिझोना अमेरिका)

महंमद रेझा शाह धरण (खुझित्सान, इराण)


कोयना नदीच्या पात्रात एका बाजूचे धरणाचे बांधकाम चालू असतानाचे (दि. ७ एप्रिल १९६०) चित्र. चित्रामध्ये आकाशरज्जू मार्गाने काँक्रिट मिश्रण योग्य ठिकाणी टाकण्याचे पात्र आणि यारी दाखविलेली आहे. पुण्याजवळील पानशेत धरण (१९६१ मध्ये धरण फुटल्यानंतर परत चालू करण्यात आलेले बांधकाम).
खडी तयार करण्याची यंत्रसामग्री याऱ्यांच्या हालचालीसाठी बांधलेल्या लोखंडी सांगाड्याच्या पुलाचा सर्वसाधारण देखावा
बादल्यांतून वाहून आणलेले काँक्रिट याऱ्यांच्या साहाय्याने सांडव्या्च्या भागात ओतण्याचे काम चालू आहे. तयार होत आलेल्या धरणाचे सर्वसाधारण दृश्य
जायकवाडी धरण नासिक जिल्ह्यातील गोदावरी प्रकल्पातील करंजवण धरण (बांधकाम चालू असताना).
भंडारदरा धरण (धरणाच्या मजबुतीसाठी बांधण्यात आलेले टेकू मध्यभागी स्पष्ट दिसत आहेत). कोटा (मध्यप्रदेश) येथील धरण व गांधीसागर तलाव
तापी नदीवरील उकाई धरणाच्या सांडव्याचे बांधकाम चालू असतानाचे चित्र भारताचे पहीिले कमानी धरण - इडिक्की (केरळ)
मयूराक्षी धरण (प. बंगाल) पात्राच्या मध्यभागातील धरणाचे बांधकाम चालू असतानाचे चित्र (दि. १८ नोव्हेंबर १९६०)
धरणाच्या मधल्या बांधकामाची पुढील एक अवस्था (दि. ८ एप्रिल १९६१). मधल्या भागातील सांडव्याचे बांधकाम पूर्ण झालेल्या अवस्थेचे चित्र
दारे बसविलेली नसलेल्या अवस्थेत धरणातून पाणी सोडण्यात येत आहे (दि. १८ ऑक्टोबर १९६१). १९६७ सालच्या भूकंपानंतर धरणाला मजबुती आणण्यासाठी भिंतीवर पूर्वप्ततिबलित सळ्या बसविल्या जात असून गाराभराईचे काम चालू आहे.
दारे बसविलेल्या पूर्ण धरणाचे दृश्य (दि. ११ नोव्हेंबर १९६७). तुंगभद्रा धरण (कर्नाटक)

हिराकूड धरण (ओरीसा) रिहांड धरण (उत्तर प्रदेश)
फराक्का बंधारा भाक्रा धरण (पंजाब)
नागार्जुनसागर धरण (आंध्रप्रदेश) पश्चिमेकडून धरणाच्या बांधकामाचे दिसणारे दृश्य
नागार्जुनसागर धरण (आंध्र प्रदेश) स्वित्झर्लंडमधील ग्रिम्झेल खिंड येथील कमानी धरण