mini|desno|250px|Hooverova brana na rijeci Colorado u SADu, visoka 221metar.
mini|desno|250px|Starorimska Brana Cornalvo u Španjolskoj, koristi se već oko 2000 godina
mini|desno|250px|Brana Grand Anicut na rijeci Kaveri, Tamil Nadu, Indija (1. stoljeće)
Brana je hidrotehnička građevina izgrađena preko riječne doline ili korita radi iskorištavanja vodene mase; rjeđe se naziva pregrada. Branom se stvara umjetno (akumulacijsko jezero) ili retencija (privremeno zadržavanje vode), kojemu je namjena upravljanje (regulacija) vodnog toka radi učinkovitije obrane od poplava i korištenja vode za vodoopskrbu, natapanje, proizvodnju električne energije (hidroelektrana), plovidbu i rekreaciju.
Osnovni su dijelovi brane: tijelo, preljev, ispusti i slapišta. Tijelo brane preuzima tlak vode i druge sile koje djeluju na branu i prenosi ih preko temeljne površine na dno i bokove riječne doline ili korita. Gornji dio tijela završava krunom brane, a to je najviša površina brane, obično poslužna cesta ili pješačka staza. Donji i bočni dijelovi tijela učvršćeni su u dno i bokove riječne doline ili korita, a završavaju temeljnom površinom, što je najniža površina brane. Preljevi su smješteni na najvišoj visini umjetnog jezera i služe za odvod (evakuaciju) poplavnih voda iz jezera u riječno korito. Tako se kruna brane štiti od prelijevanja. Voda se preko preljeva može prelijevati slobodno ili je prelijevanje kontrolirano zapornicama. Preljevi s otvorenim odvodnim koritom smještaju se na tijelo brane ili bok umjetnog jezera, a preljevi s uspravnim preljevnim oknom i vodoravnim odvodnim tunelom smještaju se unutar umjetnog jezera. Ispusti služe za pražnjenje umjetnog jezera, za iskorištavanje vode iz jezera, a kroz njih se može iz jezera ispirati i nataloženi nanos. Za kontrolu ispuštanja vode kroz ispuste služe zapornice. Ispusti prolaze kroz tijelo brane ili bočni dio pregradnoga mjesta brane. Slapišta služe za rasipanje energije vodenoga mlaza koji prelazi preko preljeva ili kroz ispust, čime se sprječava razaranje riječnoga korita i potkopavanje temelja brane. To su bazeni kojima su odvodna korita preljeva i ispusta spojena s prirodnim koritom rijeke. Po potrebi se uz brane grade i korita za propuštanje drva, riblje staze, brodske prevodnice i druge građevine, kojima je svrha da omoguće one korisne djelatnosti rijeke što ih je brana presijecanjem vodenog toka onemogućila. Radi praćenja stanja brane i poduzimanja mogućih mjera kako bi se spriječila oštećenja ili rušenje brane, stalno se promatraju sva zbivanja u vezi s branom i njezinim okolišem (pomaci i naprezanja brane i temeljnog tla, meteorološke i hidrološke prilike, seizmološka djelovanja, mjerenje deformacija).
Prema veličini i složenosti gradnje, brane se dijele na velike i ostale. Velike brane jesu one koje su više od 15 metara (mjereno od najniže točke temeljne površine do krune) i brane visine između 10 i 15 metara, koje zadovoljavaju barem jedan od sljedećih uvjeta: kruna dulja od 500 metara, obujam umjetnog jezera dobivenog gradnjom brane veći od 1 milijun m³, najveća poplavna voda koja se propušta preko preljeva brane veća od 2 000 m³/s, posebno složeni uvjeti temeljenja brane, brana netipičnog rješenja. Prema načinu gradnje i materijalu, brane se dijele na nasute, betonske i zidane kamenom, koje su danas vrlo rijetke.
Povijest Prve brane pojavljuju se u Mezopotamiji i Srednjem istoku, gdje su se gradile za kontrolu vodenog toka rijeka Tigris i Eufrat koje su znale biti vrlo nepredvidive. Prva poznata brana bila je Brana Jawa, u Jordanu, oko 100 km sjeveroistočno od glavnog grada Ammana. Ova gravitacijska nasuta brana bila je visoka 4,5 m, široka oko 1 m i duga oko 50 m. Datira oko 3000. godine pr. Kr.Günther Garbrecht: "Wasserspeicher (Talsperren) in der Antike", Antike Welt,Antiker Wasserbau, 1986.S.W. Helms: "Jawa Excavations 1975. Third Preliminary Report", Levant 1977. U drevnom Egiptu bila je sagrađena Brana Sadd-el-Kafara, 25 km južno od Kaira. Bila je 102 m duga i 87 m široka, a sagrađena je oko 2800. ili 2600. godine pr. Kr. "Overview of the hystory of water resources and irrigation management in the near east region", Mohamed Bazza, 2006.
Stari Rimljani bili su poznati po tome što su mogli organizirati velika gradilišta, tako da su izgradili veliki broj brana. Stvarali su umjetna jezera za opskrbu vodom u sušnom razdoblju, a upotrebljavali su mort i rimski beton, tako da su mogli sagraditi i veće objekte. Njihova najviša brana je bila Brana Subiaco, u blizini Rima, koja je bila visoka 50 m. Poznat je i Valerijanov most ili Band-e Kaisar u Iranu, koji je bio dio brane.
Brana Kallanai je masivna brana od neobrađenog kamena, duga preko 300 m, 4,5 m visoka i široka 20 m, na rijeci Kaveri, u indijskoj državi Tamil Nadu, koja je najveća stara brana koja je i danas u upotrebi, a sagrađena je u 1. stoljeću. Namjena je preusmjeriti rijeku za navodnjavanje.Singh Vijay P., Ram Narayan Yadava: "Water Resources System Operation: Proceedings of the International Conference on Water and Environment", publisher = Allied Publishers, 2003., "This is the oldest stone water-diversion or water-regulator structure in the world", 2007.
Du Jiang Yan je najstariji sustav za navodnjavanje, koji u sebi ima branu, a završen je 251. godine. Nalazi se u provinciji Anhui (Kina) i sadrži ogromno umjetno jezero za navodnjavanje, koje ima opseg oko 100 km, a koristi se i danas.Needham Joseph: "Science and Civilization in China: Volume 4, Part 3", Taipei: Caves Books, Ltd., 1986.
Procjenjuje se da danas ima oko 800.000 brana širom svijeta, od toga 40.000 preko 15 m visine. "Is it Worth a Dam?", "Environmental Health Perspectives", 1997.
Vrste brana
Razina podignutoga vodostaja zove se uspor, a visina, za koju se vodostaj povrh brane podigao nad svoju prvobitnu razinu, usporna visina. Brana je temeljna, ako joj je kruna niža od razine neusporenog prirodnog vodostaja, u protivnom slučaju ona je slapna.
Brane mogu biti stalne, pokretne ili mješovite. Stalne brane u cijelosti su nepomične masivne građevine, kojima se ne može regulirati vodostaj uzvodno od brane, a suvišak vode se prelijeva preko krune brane. Brane mogu biti nasute, od kamena (danas rijetko) ili armirano-betonske. Ako se vodostaj ne može regulirati, podižu se stalne brane većinom samo u gornjem toku planinskih vodotoka ili u duboko usječenim koritima, gdje dizanje vodostaja kod prelijevanja velikih voda ne prouzrokuje štete na obalnom području. Stalne se brane grade do visine od približno 15 m; ako im je visina veća ili ako zatvaraju dolinu u brdovitom terenu, zovu se dolinske pregrade, a ako se grade od zemljanog nasipa, zovu se usporni nasipi. Brane visine do 15 m nazivaju se niske, više od toga nazivaju se visoke. Pokretne brane sastoje se od pokretnih konstrukcija, tzv. zapornica, smještenih među stupovima. Dizanjem ili spuštanjem zapornica otvara se proticajni presjek vodotoka među stupovima. Tako se regulira proticanje vode kroz branu, a time i vodostaj uzvodno od brane.
Vrste brana prema visini Razlikuju se niske i visoke brane. Prema međunarodnom standardu (engl. International Commission on Large Dams, ICOLD), u visoke brane spadaju sve one brane čija visina od temelja do krune iznosi više od 15 m, kao i one više od 10 m koje imaju dužinu po kruni veću od 500 m, veće umjetno jezero od 100.000 m3, ili ako preko njih treba propuštati količinu vode veću od 2000 m3/s. Sve druge brane smatraju se niskima."Vrste brana" Graditeljstvo.tvz.hr, 2011.
Niske brane Niska brana predstavlja građevinu koja uglavnom ima zadatak da skreće vodni tok ili da podiže vodostaj u koritu i na taj način omogući plovidbu. Svaka niska brana stvara koncentraciju pada i time omogućava iskorištenje vodne snage, može se iskoristiti za vodene sportove, može služiti i za zadržavanje nanosa, za sprječavanje erozije i sl. Niske brane služe i za skretanje vode radi napajanja kanala za navodnjavanje polja, kanala za opskrbu industrijskih postrojenja, plovnih kanala, kao i tunela koji odvode vodu do hidroelektrana. mini|desno|250px|Brana Grand Coulee je primjer gravitacijske brane mini|250px|Brana Gordon na Tasmaniji je lučna brana mini|desno|250px|Brana Daniel-Johnson, Quebec, Kanada, je rasčlanjena brana s lukovima
Visoke brane Visoke brane služe za stvaranje umjetnog jezera, koje se može upotrijebiti za pogon hidroelektrane, navodnjavanje ili dulju plovidbu. Brana Lokvarka ima visinu 52 m i služi za pogon HE Vinodol. Najviša brana na svijetu je Brana Nurek u Tadžikistanu.
Vrste brana prema materijalu Prema materijalu od kojeg se grade brane razlikuju se masivne brane od kamena ili betonskih blokova zidanih u suho, od kamena u mortu, od betona i od armiranog betona, te nasute brane od zemlje, pijeska, šljunka ili kamena.
Betonske brane Betonska brana može se graditi od običnog i armiranog betona. Postoje tri osnovna tipa velikih betonskih brana: gravitacijske, lučne i raščlanjene.
Masivne brane Na masivnoj pregradi razlikuju se uzvodni dio (izdignut iznad korita) ili tijelo brane, koje se suprotstavlja tlaku vode, i nizvodni dio, manje više u obliku ploče položene po koritu, koji se zove slapište. Prednji uzvodni dio, obično okomit, produžuje se do stjenovite ili nepropusne podloge preko priboja ili pražnog zida. Na isti način se završava i prag slapišta na nizvodnom dijelu.
Masivne brane stalnog karaktera danas se grade isključivo od betona. Glavni problem u vezi s ovim branama predstavlja propuštanje velike količine vode. Problem se rješava ostavljanjem protočnih polja ili preljeva u tijelu brane, na kojima se smještaju pokretne ustave ili zapornice. Visina ustava, širina i broj protočnih polja zavise od topografskih i hidroloških uvjeta; one mogu obuhvaćati cijelu dužinu brane ili samo jedan dio. Širina jednog polja može iznositi do 50 m, kod valjkastog tipa ustava. Kod drugih ona obično ne prelazi 30 m. Najviše ustave ne prelaze visinu od 20 m.
Nasute brane Nasuta brana načinjena je od prirodnog materijala iskopanog uglavnom u blizini gradilišta (glina, šljunak, pijesak, kamen i slično). To je najstarija poznata vrsta brana, a gradila se i prije više tisuća godina. Uz prikladnu pripremu temelja, osiguranje vododrživosti i hidraulične stabilnosti temeljnog tla može se primijeniti na svim tlima. Vododrživost se ostvaruje primjenom materijala koji slabo propušta vodu ili ugradnjom vodonepropusna dijela u tijelo brane (jezgra), ili pak na uzvodnu kosinu. Uzvodna se kosina osigurava od djelovanja valova kamenom ili drugom oblogom, a nizvodna od djelovanja erozije od oborinske vode zatravljivanjem ili kamenom oblogom. Da se osigura hidraulična stabilnost, tijelo brane sadrži drenažni sustav. Iz sigurnosti se preljev i ispusti izvode pretežno izvan brane.
One se mogu podijeliti u dvije grupe: zemljane brane od homogenog materijala, te zemljane i kamene brane od nehomogenog materijala. Grade se ili na stijeni ili na zemljanom tlu. Nisu jako osjetljive na nejednolika slijeganja, kao ni na potrese. Materijal od kojeg se grade, uvijek u izvjesnoj mjeri propušta vodu, pa postoji procjeđivanje iz gornje u donju vodu. Zbog toga je brana do depresijske linije zasićena vodom, a iznad te linije diže se još kapilarna voda. Ako je temeljni sloj nepropusan, voda izlazi na nizvodnoj strani kao izvor. Da bi se ovo spriječilo, postavlja se drenaža.
Vrste brana prema načinu suprotstavljanja tlaku vode Prema načinu suprotstavljanja tlaku vode mogu biti gravitacijske, lučne, rasčlanjene i pokretne.
Gravitacijske brane