Pato

Padot voivat muodostua ihmisen toimesta, luonnollisista syistä tai jopa villieläinten, kuten majavien, väliintulosta. Ihmisen tekemät padot luokitellaan yleensä niiden koon (korkeuden), käyttötarkoituksen tai rakenteen mukaan.

Rakenteen mukaan

Rakenteen ja käytetyn materiaalin perusteella padot luokitellaan helposti ilman materiaaleja syntyviin, kaaripainopatoihin, pengerpatoihin tai muuripatoihin, joilla on useita alatyyppejä.

kaaripadot

Gordonin pato Tasmaniassa on kaaripato.

Kaaripadossa vakaus saavutetaan kaaren ja painovoiman vaikutuksen yhdistelmällä. Jos ylävirran puoleinen pinta on pystysuora, padon koko paino on kannettava perustukseen painovoiman avulla, kun taas normaalin hydrostaattisen paineen jakautuminen pystysuuntaisen kannaksen ja kaarivaikutuksen välillä riippuu padon jäykkyydestä pysty- ja vaakasuunnassa. Kun ylävirran puoleinen pinta on kalteva, jakauma on monimutkaisempi. Kaarirenkaan painon normaalikomponentti voi kohdistua kaaritoimintaan, kun taas normaali hydrostaattinen paine jakautuu edellä kuvatulla tavalla. Tämäntyyppisissä patotyypeissä on tärkeämpää, että tukipenkereet (joko tukipenkereet tai kanjonin sivuseinät) ovat lujia ja luotettavia. Kaaripadon kannalta suotavin paikka on kapea kanjoni, jonka jyrkät sivuseinät koostuvat kiinteästä kalliosta. Kaaripadon turvallisuus on riippuvainen sivuseinän tukien lujuudesta, joten kaaren on istuttava hyvin sivuseiniin ja myös kallion luonne on tarkastettava huolellisesti.

Daniel-Johnsonin pato Quebecissä on monikaarinen tukipato.

Kahdentyyppisiä yksikaarisia patoja on käytössä, nimittäin vakiokulmainen ja vakiosäteinen pato. Vakiosäteinen tyyppi käyttää samaa pinnan sädettä padon kaikilla korkeuksilla, mikä tarkoittaa, että kun kanava kapenee kohti padon pohjaa, padon pinnan keskikulma pienenee. Kanadassa sijaitseva Jones Fallsin pato on vakiosäteinen pato. Vakiokulmapadossa, joka tunnetaan myös nimellä muuttuvasäteinen pato, tämä kulma pysyy vakiona, ja eri tasoilla olevien penkereiden välisen etäisyyden vaihtelu hoidetaan vaihtelemalla säteitä. Vakiosäteiset padot ovat paljon harvinaisempia kuin vakiokulmapadot. Colorado-joella sijaitseva Parkerin pato on vakiokulmakaaripato.

Samantyyppinen pato on kaksoiskuperapato eli ohutkuorinen pato. Wildhorsen pato Mountain Cityn lähellä Nevadassa Yhdysvalloissa on esimerkki tästä tyypistä. Tämä rakennustapa minimoi rakentamiseen tarvittavan betonin määrän, mutta siirtää suuret kuormat perustukseen ja tukipenkereisiin. Ulkonäkö muistuttaa yksikaarista patoa, mutta siinä on myös selvä pystysuora kaarevuus, joka antaa sille alavirrasta katsottuna epämääräisen koveran linssin vaikutelman.

Monikaarinen pato koostuu useista yksikaarisista patoaltaista, joissa on betonisia tukipilareita tukipilareina, kuten esimerkiksi Daniel-Johnsonin pato Québecissä Kanadassa. Monikaarinen pato ei vaadi yhtä monta tukipylvästä kuin ontto painovoimapato, mutta vaatii hyvän kallioperustan, koska tukipylväskuormat ovat suuria.

Painovoimapadot

Grand Couleen pato on esimerkki kiinteästä painovoimapadosta.

Painovoimapadossa voima, joka pitää padon paikallaan veden työntövoimaa vastaan, on maapallon painovoima, joka vetää padon massaa alaspäin. Vesi painaa patoa sivusuunnassa (alavirtaan) ja pyrkii kaatamaan padon pyörimällä sen kärjen ympäri (piste padon alajuoksun puolella alhaalla). Padon paino kumoaa tämän voiman ja pyrkii kääntämään patoa toiseen suuntaan sen kärjen ympäri. Suunnittelija varmistaa, että pato on riittävän painava, jotta padon paino voittaa tämän kilpailun. Tekniikan kannalta tämä pätee aina, kun patoon vaikuttavien painovoiman ja patoon kohdistuvan vedenpaineen voimien resultantti vaikuttaa linjassa, joka kulkee padon kärjestä ylävirtaan. Suunnittelija pyrkii muotoilemaan padon niin, että jos padon jonkin tietyn korkeuden yläpuolella olevaa osaa pidettäisiin kokonaisena patona, myös tämä pato pysyisi paikallaan painovoiman vaikutuksesta, eli padon ylävirran puoleisessa reunassa ei ole jännitystä, joka pitäisi padon yläosaa alhaalla. Suunnittelija tekee näin, koska on yleensä käytännöllisempää tehdä pato materiaalista, joka on periaatteessa vain kasattu, kuin saada materiaali tarttumaan yhteen pystysuoraa jännitystä vastaan. Muotoilu, joka estää jännityksen ylävirran puolella, eliminoi myös tasapainottavan puristusjännityksen alavirran puolella, mikä lisää taloudellisuutta.

Tämän tyyppiselle padolle on olennaisen tärkeää, että sillä on läpäisemätön perustus, jolla on suuri kantavuus. Läpäisevillä perustuksilla on suurempi todennäköisyys synnyttää padon alle maankohoamispaineita. Kohoamispaineet ovat hydrostaattisia paineita, jotka johtuvat siitä, että padon vedenpaine työntyy padon pohjaa vasten. Jos syntyy tarpeeksi suuria maankohoamispaineita, on olemassa vaara, että betoninen painovoimapato horjuu.

Sopivalla paikalla painovoimapato voi osoittautua paremmaksi vaihtoehdoksi muille patotyypeille. Kun painovoimapato rakennetaan tukevalle perustalle, se edustaa luultavasti parhaiten kehittynyttä esimerkkiä patorakentamisesta. Koska tulvan pelko on monilla alueilla vahva motivaattori, painovoimapatoja rakennetaan joissakin tapauksissa, joissa kaaripato olisi ollut taloudellisempi.

Painovoimapadot luokitellaan ”kiinteisiin” tai ”onttoihin” patoihin, ja ne valmistetaan yleensä joko betonista tai muurauksesta. Massiivinen muoto on näistä kahdesta yleisemmin käytetty, vaikka ontto pato on usein taloudellisempi rakentaa. Grand Coulee Dam on kiinteä painovoimapato ja Braddock Locks & Dam on ontto painovoimapato.

Kaaripainovoimapadot

Hooverin pato on esimerkki kaaripainovoimapadosta.

>Pääartikkeli: Kaari-painovoimapato

Painovoimapato voidaan yhdistää kaaripatoon kaari-painovoimapadoksi sellaisilla alueilla, joilla veden virtaus on valtava, mutta pelkkään painovoimapatoon käytettävissä on vähemmän materiaalia. Veden sisäänpäin painama pato vähentää patoon vaikuttavaa sivuttaista (vaakasuoraa) voimaa. Näin padon vaatima painovoima pienenee, eli padon ei tarvitse olla niin massiivinen. Tämä mahdollistaa ohuemmat padot ja säästää resursseja.

Padot

Nepalin Koshi-pato

Sulkupato on erityyppinen pato, joka koostuu rivistä suuria portteja, jotka voidaan avata tai sulkea padon läpi kulkevan vesimäärän ohjaamiseksi. Sulkuportit on sijoitettu sivupilarien väliin, jotka ovat vastuussa vesikuorman tukemisesta, ja niitä käytetään usein veden virtauksen ohjaamiseen ja vakauttamiseen kastelujärjestelmiä varten. Esimerkki tämäntyyppisestä padosta on nyt käytöstä poistettu Red Bluff Diversion Dam Sacramentojoella lähellä Red Bluffia, Kaliforniassa.

Jokien tai laguunien suulle rakennettuja patoja, jotka on rakennettu estämään vuorovesivirtauksen tunkeutumista tai hyödyntämään vuorovesivirtausta vuorovesivoiman tuottamiseen, kutsutaan vuorovesipadoiksi.

Penkereen padot

Penkereen padot valmistetaan tiivistetystä maasta, ja niitä on kahta päätyyppiä: ”Kalliotäytteisiä” ja ”maatäytteisiä”. Kuten betoniset painovoimapadot, myös pengerpadot tukeutuvat painoonsa pidättääkseen veden voiman.

Kalliotäytteiset pengerpadot

Virginiassa sijaitseva Gathrightin pato on kalliotäytteinen pengerpato.

Kalliotäytteiset padot ovat patoja, jotka koostuvat tiivistetystä vapaasti valuvasta raekokoisesta rakeisesta maa-aineksesta ja joissa on tiivis alue. Käytetty maa sisältää usein runsaasti suuria hiukkasia, mistä johtuu termi ”kivitäyte”. Läpäisemätön vyöhyke voi olla ylävirran puolella ja se voi olla muurattua, betonia, muovikalvoa, teräspaaluja, puuta tai muuta materiaalia. Läpäisemätön vyöhyke voi olla myös penkereen sisällä, jolloin siitä käytetään nimitystä ”ydin”. Jos vettä läpäisemättömänä materiaalina käytetään savea, padosta käytetään nimitystä ”komposiittipato”. Jotta estettäisiin saven sisäinen eroosio kalliotäytteeseen suotovoimien vaikutuksesta, ydin erotetaan toisistaan suodattimella. Suodattimet ovat erityisesti lajiteltua maa-ainesta, joka on suunniteltu estämään hienojakoisten maahiukkasten siirtyminen. Kun sopivaa rakennusmateriaalia on saatavilla, kuljetukset minimoidaan, mikä johtaa kustannussäästöihin rakentamisen aikana. Kalliotäyttöpadot kestävät maanjäristysten aiheuttamia vaurioita. Riittämätön laadunvalvonta rakentamisen aikana voi kuitenkin johtaa penkereen huonoon tiivistymiseen ja hiekkaan, mikä voi johtaa kalliotäytön nesteytymiseen maanjäristyksen aikana. Nesteytymisvaaraa voidaan vähentää estämällä herkän materiaalin kyllästyminen ja huolehtimalla riittävästä tiivistämisestä rakentamisen aikana. Esimerkki kalliotäyttöpadosta on New Melonesin pato Kaliforniassa tai Fierzan pato Albaniassa.

Ydin, jonka suosio on kasvamassa, on asfalttibetoni. Suurin osa tällaisista padoista rakennetaan siten, että ensisijaisena täytteenä käytetään kalliota ja/tai soraa. Maailmanlaajuisesti on nyt rakennettu lähes 100 tällaista patoa sen jälkeen, kun ensimmäinen tällainen pato valmistui vuonna 1962. Kaikkien tähän mennessä rakennettujen asfalttibetonipatojen suorituskyky on ollut erinomainen. Käytetty asfalttityyppi on viskoelastista ja plastista materiaalia, joka pystyy sopeutumaan koko penkereeseen kohdistuviin liikkeisiin ja muodonmuutoksiin sekä perustuksen asettumiseen. Asfaltin joustavien ominaisuuksien ansiosta tällaiset padot soveltuvat erityisen hyvin maanjäristysalueille.

Albaniassa sijaitsevaa Moglicën vesivoimalaitosta varten norjalainen voimayhtiö Statkraft rakensi asfalttipohjaisen kalliotäyttöpadon. Valmistuessaan vuonna 2018 320 metriä pitkä, 150 metriä korkea ja 460 metriä leveä pato on arviolta maailman korkein laatuaan.

Betonipintaiset kalliotäyttöpadot

Betonipintainen kalliotäyttöpato (CFRD, concrete-face rock-fill dam) on kalliotäyttöpato, jonka ylävirran puoleisella sivulla on betonilaatat. Tämä rakenne tarjoaa betonilaatan läpäisemättömänä seinämänä vuotojen estämiseksi ja myös rakenteen, jossa ei ole huolta maankohoamispaineesta. Lisäksi CFRD-rakenne on topografian kannalta joustava, nopeampi rakentaa ja edullisempi kuin maantäyttöpadot. CFRD-konsepti sai alkunsa Kalifornian kultakuumeen aikana 1860-luvulla, jolloin kaivostyöläiset rakensivat kalliotäytteisiä puupeitepatoja uittotoimintaa varten. Myöhemmin puutavara korvattiin betonilla, kun mallia alettiin soveltaa kastelu- ja voimalaitoksiin. Kun CFRD-mallien korkeus kasvoi 1960-luvulla, täyttö tiivistettiin ja laatan vaaka- ja pystyliitokset korvattiin parannetuilla pystyliitoksilla. Viime vuosikymmeninä rakenteesta on tullut suosittu.

Maailman korkein CFRD-pato on 233 metriä korkea Shuibuya-pato Kiinassa, joka valmistui vuonna 2008.

Maantäyttöpadot

Maantäyttöpadot, joita kutsutaan myös nimellä maapadot, valssatut maapadot tai yksinkertaisesti maapadot, rakennetaan yksinkertaisena penkereenä, joka koostuu hyvin tiivistetystä maasta. Homogeeninen valssattu maapato rakennetaan kokonaan yhdestä materiaalityypistä, mutta se voi sisältää salaojituskerroksen suotoveden keräämiseksi. Vyöhykkeellisessä maapadossa on erillisiä osia tai vyöhykkeitä, jotka koostuvat toisistaan poikkeavasta materiaalista, tyypillisesti paikallisesti runsaasta materiaalista koostuvasta kuoresta ja vesitiiviistä savesta koostuvasta ytimestä. Nykyaikaisissa vyöhykkeellisissä maapadoissa käytetään suodatin- ja salaojavyöhykkeitä vuotoveden keräämiseksi ja poistamiseksi sekä alajuoksulla sijaitsevan kuorivyöhykkeen eheyden säilyttämiseksi. Vanhentuneessa vyöhykemäisen maapadon rakennusmenetelmässä käytettiin hydraulista täyttöä vesitiiviin ytimen aikaansaamiseksi. Valssatuissa maapadoissa voidaan myös käyttää vesitiivistä päällystettä tai ydintä kalliotäyttöpatojen tapaan. Jäädytetty ydinpato on tilapäinen maapato, jota käytetään toisinaan korkeilla leveysasteilla kierrättämällä jäähdytysainetta padon sisällä olevien putkien kautta ikiroudan vesitiiviin alueen säilyttämiseksi padon sisällä.

Tarbelan pato on suuri pato Indus-joella Pakistanissa, noin 50 km Islamabadista luoteeseen. Sen 148 metrin (485 ft) korkeus joen pohjan yläpuolella ja 250 neliökilometrin (95 km2) kokoinen patoallas tekevät siitä maailman suurimman maalla täytetyn padon. Hankkeen tärkein osa on 2 700 metrin pituinen penger, jonka suurin korkeus on 142 metriä (465 jalkaa). Patoon käytettiin noin 200 miljoonaa kuutiota jaardia (152,8 miljoonaa kuutiometriä) täyttöä, mikä tekee siitä yhden maailman suurimmista ihmisen tekemistä rakenteista.

Koska maapadot voidaan rakentaa paikallisista materiaaleista, ne voivat olla kustannustehokkaita sellaisilla alueilla, joilla betonin tuottaminen tai tuominen paikalle olisi kohtuuttoman kallista.

Kiinteän harjan padot

Kiinteäpohjainen pato on joen ylittävä betoninen pato. Kiinteäpohjaiset padot on suunniteltu siten, että väylän syvyys säilyy laivaliikennettä varten. Ne aiheuttavat riskejä veneilijöille, jotka saattavat kulkea niiden yli, koska niitä on vaikea havaita vedestä käsin ja ne aiheuttavat indusoituja virtauksia, joista on vaikea päästä pois.

Koon mukaan

Maailmanlaajuisesti ja yksittäisissä maissa, kuten Yhdysvalloissa, on vaihtelua siinä, miten erikokoisia patoja luokitellaan. Patojen koko vaikuttaa rakennus-, korjaus- ja poistokustannuksiin ja vaikuttaa patojen mahdolliseen laajuuteen ja ympäristöhäiriöiden suuruuteen.

Suuret padot

Kansainvälinen suurten patojen toimikunta (International Commission on Large Dams, ICOLD) määrittelee ”suuren padon” seuraavasti: ”Pato, jonka korkeus alimmalta perustukselta harjalle on vähintään 15 metriä (49 jalkaa), tai pato, jonka korkeus on vähintään 5 metristä metriä (16 jalkaa) metriin (5 m) metriin (16 m) metriin) ja 15 metriin (15 m) metriin (15 metriin) ja joka patoaa patoamalla yli 3 miljoonaa kuutiometriä vettä”. ”Suurpatojen” korkeus on yli 150 metriä (490 jalkaa). Maailman patotoimikunnan raportissa (Report of the World Commission on Dams) luokkaan ”suuret” kuuluvat myös padot, joiden korkeus on 5-15 metriä (16-49 jalkaa) ja joiden padotilavuus on yli 3 miljoonaa kuutiometriä (2 400 acre⋅ft). Vesivoimapadot voidaan luokitella joko ”korkeapäätteisiksi” (yli 30 metriä korkeiksi) tai ”matalapäätteisiksi” (alle 30 metriä korkeiksi).

Vuonna 2021 ICOLD:n World Register of Dams -rekisterissä on 58 700 suurta patotietoa.:6 Maailman korkein pato on 305 metriä korkea Jinping-I-pato Kiinassa.

Pienpadot

Kuten suurilla padoilla, myös pienillä padoilla on useita käyttötarkoituksia, kuten muun muassa vesivoiman tuotanto, tulvasuojelu ja veden varastointi. Pienet padot voivat olla erityisen hyödyllisiä maatiloilla hulevesien keräämiseksi myöhempää käyttöä varten esimerkiksi kuivana kautena. Pienten patojen avulla voidaan tuottaa hyötyjä ilman, että ihmiset joutuvat siirtymään asuinsijoiltaan, ja pienet, hajautetut vesivoimapadot voivat edistää maaseudun kehitystä kehitysmaissa. Pelkästään Yhdysvalloissa on noin 2 000 000 tai enemmän ”pientä” patoa, jotka eivät sisälly Army Corps of Engineersin kansalliseen patoluetteloon. Osavaltioiden sääntelyviranomaiset pitävät kirjaa pienistä patoaltaista, joten tiedot pienistä patoaltaista ovat hajallaan ja niiden maantieteellinen kattavuus on epätasainen.

Maailmanlaajuisesti maat pitävät pieniä vesivoimalaitoksia (SHP) tärkeinä energiastrategioissaan, ja kiinnostus pieniin vesivoimalaitoksiin on lisääntynyt huomattavasti. Couto ja Olden (2018) tekivät maailmanlaajuisen tutkimuksen ja löysivät 82 891 toimivaa tai rakenteilla olevaa pientä vesivoimalaitosta (SHP). SHP-laitosten tekniset määritelmät, kuten niiden maksimituotantokapasiteetti, padon korkeus, patoaltaan pinta-ala jne. vaihtelevat maittain.

Ei lainkäyttöön kuuluvat padot

Pato on ei-lainkäyttöön kuuluva, kun sen koko (yleensä ”pieni”) sulkee sen pois tiettyjen oikeudellisten säännösten piiristä. Tekniset kriteerit, joiden perusteella pato luokitellaan ”lainkäyttövaltaan kuuluvaksi” tai ”ei-lainkäyttövaltaan kuuluvaksi”, vaihtelevat paikkakunnittain. Yhdysvalloissa kukin osavaltio määrittelee, mikä on pato, joka ei kuulu lainkäyttövaltaan. Coloradon osavaltiossa muuhun kuin lainkäyttövaltaan kuuluvaksi padoksi määritellään pato, joka muodostaa altaan, jonka tilavuus on enintään 100 acre-feet ja pinta-ala enintään 20 acres ja jonka korkeus mitattuna sääntöjen 4.2.5.1 ja 4.2.19 mukaisesti on enintään 10 jalkaa. Sitä vastoin New Mexicon osavaltio määrittelee lainkäyttövaltaan kuuluvaksi padoksi padon, jonka korkeus on vähintään 25 jalkaa ja jonka varastointikapasiteetti on yli 15 acre-feet, tai padon, jonka varastointikapasiteetti on vähintään 50 acre-feet ja jonka korkeus on vähintään kuusi jalkaa (NMSA:n pykälä 72-5-32), mikä viittaa siihen, että padot, jotka eivät täytä näitä vaatimuksia, eivät ole lainkäyttövaltaan kuuluvia. Suurin osa Yhdysvaltojen padoista, 2,41 miljoonaa patoa 2,5 miljoonan padon kokonaismäärästä, ei kuulu minkään julkisen viranomaisen lainkäyttövaltaan (eli ne eivät kuulu lainkäyttövaltaan), eikä niitä ole lueteltu patojen kansallisessa luettelossa (National Inventory of Dams, NID).

Sääntelemättömien pienten patojen riskit

Pienten patojen riskit ovat samankaltaisia kuin suurten patojen. Sääntelyn puuttuminen (toisin kuin säännellympien suurten patojen kohdalla) ja pienten patojen inventaarion puuttuminen (eli ne, jotka eivät kuulu lainkäyttövaltaan) voi kuitenkin aiheuttaa merkittäviä riskejä sekä ihmisille että ekosysteemeille. Esimerkiksi Yhdysvaltain kansallispuistopalvelun (National Park Service, NPS) mukaan ”ei-oikeudellinen” tarkoittaa rakennetta, joka ei täytä liittovaltion patoturvallisuutta koskevissa suuntaviivoissa lueteltuja vähimmäiskriteerejä, jotta se voidaan sisällyttää patoturvallisuusohjelmiin. Ei-oikeudellinen rakenne ei saa vaaraluokitusta, eikä sitä oteta huomioon NPS:n patoturvallisuusohjelman mukaisissa lisävaatimuksissa tai -toimissa.” Pienet padot voivat olla vaarallisia yksittäin (eli ne voivat pettää), mutta myös yhdessä, sillä joen varrella tai maantieteellisellä alueella sijaitsevien pienten patojen muodostama kokonaisuus voi moninkertaistaa riskit. Grahamin vuonna 1999 tekemässä tutkimuksessa, joka koski kuolemantapauksiin johtaneita yhdysvaltalaisia patojen rikkoutumisia vuosina 1960-1998, todettiin, että 6,1-15 metriä korkeiden patojen (pienempien patojen tyypillinen korkeusalue) rikkoutuminen aiheutti 86 prosenttia kuolemantapauksista ja alle 6,1 metriä korkeiden patojen rikkoutuminen aiheutti kaksi prosenttia kuolemantapauksista. Muut kuin lainkäyttövaltaan kuuluvat padot voivat aiheuttaa vaaroja, koska niiden suunnittelua, rakentamista, kunnossapitoa ja valvontaa ei ole säännelty. Tutkijat ovat todenneet, että tarvitaan lisää tutkimusta, jotta voidaan ymmärtää paremmin pienten patojen ympäristövaikutuksia (esim. niiden potentiaalia muuttaa joen virtaamaa, lämpötilaa, sedimenttiä sekä kasvi- ja eläinlajistoa).

Käytön mukaan

Satulapato

Satulapato on lisäpato, joka rakennetaan rajoittamaan ensisijaisen padon luomaa patoallasta joko suuremman vedenkorkeuden ja varastoinnin sallimiseksi tai rajoittamaan patoaltaan laajuutta tehokkuuden parantamiseksi. Apupato rakennetaan matalaan kohtaan tai ”satulaan”, jonka kautta pato muuten purkautuisi. Toisinaan patoallasta rajoitetaan samanlaisella rakenteella, jota kutsutaan padoksi, jotta estetään läheisen maan tulviminen. Patoja käytetään yleisesti peltoalueiden kunnostamiseen matalasta järvestä, samaan tapaan kuin patoa, joka on joen tai puron varrelle rakennettu muuri tai penger, joka suojaa viereistä maata tulvilta.

Pato

Pato (joskus kutsutaan myös ”ylivuotopadoksi”) on pieni pato, jota käytetään usein joen uomassa vedenottotarkoituksiin käytettävän patojärven luomiseksi ja jota voidaan käyttää myös virtaaman mittaamiseen tai hidastamiseen.

Tarkastuspato

Takapato on pieni pato, joka on suunniteltu vähentämään virtausnopeutta ja hillitsemään maaperän eroosiota. Vastaavasti siipipato on rakenne, joka rajoittaa vesireittiä vain osittain ja luo nopeamman kanavan, joka vastustaa sedimentin kertymistä.

Kuivapato

Kuivapato, joka tunnetaan myös nimellä tulvaa hidastava rakenne, on suunniteltu tulvien hallintaan. Se ei yleensä pidättele vettä ja antaa kanavan virrata vapaasti, paitsi voimakkaan virtauksen aikana, joka muutoin aiheuttaisi tulvimista alajuoksulla.

Diversionary dam

Diversionary dam on suunniteltu ohjaamaan koko joen virtaus tai osa siitä pois sen luonnollisesta uomasta. Vesi voidaan ohjata kanavaan tai tunneliin kastelua ja/tai vesivoiman tuotantoa varten.

Pohjavesipato

Pohjavesipatoja käytetään pohjaveden pidättämiseen ja varastoimiseen kokonaan tai suurimmaksi osaksi pinnan alapuolelle pitkäaikaista käyttöä varten paikallisella alueella. Joissakin tapauksissa niitä rakennetaan myös estämään suolaisen veden tunkeutuminen makean veden pohjavesialueelle. Maanalaisia patoja rakennetaan yleensä alueille, joilla vesivarat ovat vähäiset ja jotka on varastoitava tehokkaasti, kuten aavikoille ja saarille, kuten Japanin Okinawassa sijaitsevalle Fukuzaton padolle. Ne ovat yleisimpiä Koillis-Afrikassa ja Brasilian kuivilla alueilla, mutta niitä käytetään myös Yhdysvaltojen lounaisosissa, Meksikossa, Intiassa, Saksassa, Italiassa, Kreikassa, Ranskassa ja Japanissa.

Maanalaisia patoja on kahdenlaisia: Niitä on kaksi tyyppiä: ”maanalainen” ja ”hiekkavarasto”. Pinnanalainen pato rakennetaan pohjavesialueen tai valumareitin poikki vettä läpäisemättömästä kerroksesta (kuten kiinteästä kallioperästä) hieman pinnan alapuolelle. Ne voidaan rakentaa erilaisista materiaaleista, kuten tiilistä, kivistä, betonista, teräksestä tai PVC:stä. Kun pato on rakennettu, padon taakse varastoitunut vesi nostaa pohjaveden pintaa ja otetaan sitten kaivoista. Hiekkasäilytyspato on puroon tai wadiin vaiheittain rakennettu pato. Sen on oltava vahva, sillä tulvat huuhtovat sen harjan yli. Ajan myötä padon taakse kertyy hiekkaa, joka auttaa varastoimaan vettä ja ennen kaikkea estämään haihtumista. Varastoitu vesi voidaan ottaa talteen kaivon avulla, padon rungon läpi tai viemäriputken avulla.

Rännipato

Rikastushiekkapato on tyypillisesti maata täyttävä pengerpato, jota käytetään varastoimaan rikastushiekkoja, joita syntyy kaivostoiminnan aikana sen jälkeen, kun malmin arvokas jake on erotettu epätaloudellisesta jakeesta. Tavanomaiset vedenpidätyspadot voivat palvella tätä tarkoitusta, mutta kustannussyistä rikastushiekkapato on kannattavampi. Toisin kuin vedenpidätyspatoja, rikastushiekkapatoja nostetaan peräkkäin koko kaivoksen elinkaaren ajan. Tyypillisesti rakennetaan pohja- tai aloituspato, ja kun se täyttyy rikastushiekan ja veden seoksella, sitä nostetaan. Padon korottamiseen voidaan käyttää materiaalina rikastushiekkaa (sen koosta riippuen) sekä maa-ainesta.

Korotettuja rikastushiekkapatoja on kolme erilaista mallia: ”ylävirtaan”, ”alavirtaan” ja ”keskilinjaan”, jotka on nimetty sen mukaan, miten pato liikkuu korotuksen aikana. Käytettävä rakenne riippuu topografiasta, geologiasta, ilmastosta, rikastushiekan tyypistä ja kustannuksista. Yläjuoksulla sijaitseva rikastushiekkapato koostuu puolisuunnikkaan muotoisista penkereistä, jotka rakennetaan toisen penkereen päälle, mutta sen kärki on toisen penkereen harjalla, jolloin harjaa siirretään ylemmäs ylävirtaan. Näin syntyy suhteellisen tasainen alavirran puoleinen sivu ja rosoinen ylävirran puoleinen sivu, jota tukevat padossa oleva rikastushiekan liete. Alavirtaan suuntautuvalla suunnittelulla tarkoitetaan penkereen peräkkäistä korottamista, jolloin täyttö ja harja siirtyvät kauemmas alavirtaan. Keskilinjaisessa padossa peräkkäiset penkereet on rakennettu suoraan toistensa päälle, kun taas alajuoksun puolelle sijoitetaan täyttöä tueksi ja liete tukee ylävirran puolta.

Koska rikastushiekkapatoihin varastoidaan usein kaivostoiminnassa syntyviä myrkyllisiä kemikaaleja, niissä on läpäisemätön vuori vuotamisen estämiseksi. Veden/lietteen tasoja rikastushiekka-altaassa on hallittava myös vakauden ja ympäristön kannalta.

Materiaalin mukaan

Teräspadot

Redridgen teräspato, rakennettu 1905, Michigan

Teräspato on 1900-luvun alun tienoilla lyhyesti kokeiltu patotyyppi, jonka rakenteena käytetään teräslevyjä (vinossa) ja kantavia palkkeja. Pysyviksi rakenteiksi tarkoitetut teräspadot olivat (epäonnistunut) kokeilu, jolla pyrittiin selvittämään, voitaisiinko keksiä rakennustekniikka, joka olisi halvempi kuin muuraus-, betoni- tai maanrakennustekniikka, mutta tukevampi kuin puiset korsupadot.

Puupadot

Puurakenteinen pato Michiganissa, 1978

Puupatoja käytettiin laajalti teollisen vallankumouksen alkuvaiheessa ja rajaseuduilla rakentamisen helppouden ja nopeuden vuoksi. Nykyaikana niitä rakennetaan harvoin niiden suhteellisen lyhyen käyttöiän ja rajoitetun rakennuskorkeuden vuoksi, sillä puupadot on pidettävä jatkuvasti kosteina, jotta ne säilyttävät vedenpidätysominaisuutensa ja rajoittavat lahon aiheuttamaa rappeutumista tynnyrin tapaan. Puupatoja on taloudellisin rakentaa paikkoihin, joissa puuta on runsaasti, sementti on kallista tai sitä on vaikea kuljettaa ja joissa tarvitaan joko matalan vedenkorkeuden padotusta tai joissa pitkäikäisyys ei ole ongelma. Puurakenteisia patoja oli aikoinaan paljon erityisesti Pohjois-Amerikan länsiosissa, mutta suurin osa niistä on romahtanut, piilotettu maapenkereiden alle tai korvattu kokonaan uusilla rakenteilla. Puurakenteisten patojen kaksi yleistä muunnelmaa olivat hirsirakenteiset padot ja lankkupadot.

Puurakenteiset hirsirakenteiset padot rakennettiin painavista puista tai hirrestä hirsitalon tapaan, ja patojen sisätilat täytettiin maalla tai murskeella. Raskas hirsirakenne tuki padon pintaa ja veden painoa. Roiskeläppäpadot olivat 1800-luvun loppupuolella ja 1900-luvun alussa tukkien uittamisen helpottamiseksi alajuoksulle.

”Puurakenteiset lankkupadot” olivat tyylikkäämpiä rakenteita, joissa käytettiin erilaisia rakennustapoja, joissa käytettiin raskaita puita tukemaan vettä pidättävää lankkujen asetelmaa.

Muut tyypit

Cofferdamit

Montgomery Pointin sulun ja padon sulkujen rakentamisen aikana

Kofferdam on yleensä tilapäinen este, joka on rakennettu sulkemaan vesi pois alueelta, joka on normaalisti veden alla. Yleisesti puusta, betonista tai teräskielekkeistä valmistettuja kofferdameita käytetään mahdollistamaan rakentaminen pysyvien patojen, siltojen ja vastaavien rakenteiden perustuksille. Kun hanke on valmis, pato yleensä puretaan tai poistetaan, ellei alue vaadi jatkuvaa ylläpitoa. (Ks. myös patoseinä ja tukimuuri.)

Kofferdamien yleisiä käyttökohteita ovat muun muassa offshore-öljynporauslauttojen rakentaminen ja korjaaminen. Tällaisissa tapauksissa sulkupato valmistetaan teräslevystä ja hitsataan paikoilleen veden alla. Tilaan pumpataan ilmaa, joka syrjäyttää veden ja mahdollistaa kuivan työympäristön pinnan alla.

Luonnolliset padot

Padot voivat syntyä myös luonnon geologisten voimien vaikutuksesta. Laavapatoja syntyy, kun laavavirtaukset, usein basalttivirtaukset, katkaisevat puron tai järven purkautumisreitin, jolloin syntyy luonnollinen pato. Esimerkkinä voidaan mainita Uinkaretin tulivuorikentän purkaukset noin 1,8 miljoonaa-10 000 vuotta sitten, jotka loivat laavapatoja Colorado-jokeen Pohjois-Arizonassa Yhdysvalloissa. Suurin tällainen järvi kasvoi noin 800 kilometrin pituiseksi ennen padon murtumista. Jäätiköityminen voi myös muodostaa luonnollisia patoja, kuten Kordillerin jäätikön patoama Clark Fork -joen patoaminen Montanassa, joka muodosti 7 780 neliökilometrin suuruisen Missoulan jäätikköjärven lähellä viimeisen jääkauden loppua. Jäätiköiden jälkeensä jättämät moreenikerrostumat voivat myös padota jokia muodostaen järviä, kuten Flathead-järvessä, joka sijaitsee myös Montanassa (ks. moreenipadotettu järvi).

Luonnonkatastrofit, kuten maanjäristykset ja maanvyöryt, synnyttävät usein maanvyörymäpatoja vuoristoisilla seuduilla, joiden paikallinen geologia on epävakaa. Historiallisia esimerkkejä ovat Tadžikistanissa sijaitseva Usoi-pato, joka tukkii Murghab-joen ja luo Sarez-järven. Se on 560 metrin korkeudellaan maailman korkein pato, mukaan lukien sekä luonnolliset että keinotekoiset padot. Tuoreempi esimerkki on Attabad-järven syntyminen maanvyöryn seurauksena Pakistanin Hunza-joella.

Luonnonpadot aiheuttavat usein merkittäviä vaaroja asutukselle ja infrastruktuurille. Syntyneet järvet tulvivat usein asuttuja alueita, kun taas padon katastrofaalinen murtuminen voi aiheuttaa vielä suurempia vahinkoja, kuten Länsi-Wyomingin Gros Ventren maanvyörymän murtuminen vuonna 1927, joka pyyhkäisi pois Kellyn kaupungin, mikä johti kuuden ihmisen kuolemaan.

Majavapadot

Majavat luovat patoja pääasiassa mudasta ja kepistä tulvatakseen tietyn asuinalueen. Tulvittamalla maa-alueen majavat voivat liikkua pinnan alla tai lähellä pintaa ja pysyä suhteellisen hyvin piilossa tai suojassa saalistajilta. Tulviva alue antaa majaville myös mahdollisuuden saada ravintoa, erityisesti talvella.