Кіріспе

Жер үсті және жер асты суларының ағынын тоқтататын немесе шектейтін кедергілер, су жинауға арналған құрылыстар. Бөгеттер құрған су қоймалары су тасқынын болдырмаумен қатар, суландыру, адамдардың тұтынуы, өнеркәсіптік пайдалану, балық шаруашылығы және кеме қатынасы сияқты салалар үшін сумен қамтамасыз етеді. Гидроэлектр станциялары көбінесе бөгеттермен бірге электр энергиясын өндіру үшін қолданылады. Бөгеттерді суды жинау немесе сақтау үшін де пайдалануға болады, осылайша суды түрлі аймақтарға тең бөлуге мүмкіндік туады. Бөгеттердің негізгі мақсаты суды ұстау болып табылады, ал су тасқынын басқару немесе белгілі бір жерлерге судың келуін болдырмау үшін шлюздер немесе бөгеттер (кейде бөгет деп те аталады) сияқты басқа құрылымдар қолданылады. "Бөгет" сөзі орта ғасырлардағы голланд тілінен және одан бұрын орта ғасырлардағы ағылшын тілінен келген, бұл есімдерде, мысалы, Амстердам және Роттердам қалаларында көрінеді. Ежелгі бөгеттер Месопотамия және Таяу Шығыста суды бақылау мақсатымен салынған. Ең көне бөгет – Иорданиядағы Джава бөгеті, ол б.з.д. 3000 жылға дейін салынған. Мысырлықтар да су тасқынын болдырмау үшін Сад-эль-Кафара бөгеті сияқты бөгеттер салған. Қазіргі Үндістанда Дхолавирада 16 су қоймасы мен бөгеті бар күрделі су басқару жүйесі болған. Йемендегі Ұлы Мариб бөгеті, б.з.д. 1750-1700 жылдар аралығында салынған, инженерлік шедевр саналды, ал Түркиядағы хетт бөгеті және Эфлатун Пинар қасиетті бұлағы б.з.д. 15-13 ғасырларға жатады. Оңтүстік Үндістандағы Калланай бөгеті, б.з. 2-ші ғасырында салынған, әлі күнге дейін қолданылып келе жатқан ең көне суды реттеу құрылыстарының бірі болып табылады. Рим инженерлері гидравликалық ерітінді және римдік бетон сияқты жетілдірілген техникалар мен материалдарды пайдалана отырып бөгеттер салған, бұл оларға ірі құрылыстар салуға мүмкіндік берді. Олар су қоймалы бөгеттерді, аркалық гравитациялық бөгеттерді, аркалық бөгеттерді, тіреуішті бөгеттерді және көп аркалы тіреуішті бөгеттерді енгізді. Иранда гидроэнергияны өндіру және су көтеру механизмдері үшін көпір бөгеттері пайдаланылды. Орта ғасырларда Нидерландыда су деңгейін реттеу және теңіздің құрлыққа енуін болдырмау үшін бөгеттер салынды. 19 ғасырда Британ империясының айналасында үлкен аркалы бөгеттер салынды, бұл бөгет салу техникасының жетістіктерін көрсетті. Ірі бөгеттердің дәуірі 1902 жылы Мысырдағы Асуан бөгетінің салынуымен басталды. 1931-1936 жылдар аралығында Колорадо өзенінде салынған Хувер бөгеті – бетоннан жасалған алып гравитациялық бөгет. 1997 жылға қарай әлем бойынша 800 000-ға жуық бөгет бар екені есептелді, олардың 40 000-нан астамы 15 метрден биік болды.

Ежелгі бөгеттер

Алғашқы бөгеттер Месопотамия мен Таяу Шығыста салынған. Мезопотамияның ауа райы Тигр мен Евфрат өзендеріне әсер еткендіктен, су деңгейін бақылау үшін бөгеттер қолданылған. Ең көне бөгет – Иорданиядағы Джава бөгеті, ол астана Амманның солтүстік-шығысында орналасқан. Бұл гравитациялық бөгет бастапқыда тас қабырғадан құралған, оны топырақтан жасалған қамал қоршап тұрды. Құрылысы б.з.д. 3000 жылға дейін салынған. Қайырға оңтүстікке қарай орналасқан Уди Аль-Гаравидегі ежелгі Мысыр Садд-эль-Кафара бөгеті түбінде ұзын және кең болды. Құрылыс шамамен б.з.д. 2800 немесе 2600 жылдары су тасқынын бақылау үшін бұрмалау бөгеті ретінде салынған, бірақ құрылыс кезінде немесе одан кейін көп ұзамай қатты жаңбырдан қираған. Б.з.д. III мыңжылдықтың ортасына қарай қазіргі Үндістанның Дхолавира қаласында суды басқарудың күрделі жүйесі құрылды. Бұл жүйеге су жинауға және сақтауға арналған 16 су қоймасы, бөгеттер мен түрлі арналар кірді. Ежелгі әлемнің инженерлік ғажайыптарының бірі Йемендегі Ұлы Мариб бөгеті болды. 1750 және 1700 жылдар аралығында басталған, ол үшбұрышты қимамен, ұзындығы және бастапқыда биік болып, екі жағында екі топ тау жыныстары арасында орналасқан, олармен едәуір таспен байланысты. Саған дейінгі жөндеу жұмыстары әр түрлі кезеңдерде жүргізілді, ең бастысы 750 жыл шамасында, ал 250 жылдан кейін бөгет биіктігі ұлғайтылды. Саба патшалығы аяқталғаннан кейін бөгет Химяриттердің бақылауына түсті (шамамен б.з.д. 115 ж.), олар одан әрі жақсартулар жасады, биіктігі бес су төгішетін тесігімен, екі таспен нығайтылған шлюздерімен, тұндыру тобымен және тарату резервуарына жететін каналмен жабдықталған құрылыс жасады. Бұл жұмыстар 325 жылы ғана аяқталды, сонда бөгет суаруға мүмкіндік берді. Ефлатун Пынар – Хетт империясының б.з.б. 15-13 ғасырлары аралығында салынған деп есептелетін бөгет және көз бұлағы ғимараты, ол Түркияның Конья қаласының жанында орналасқан. Калланай – Тамил Надудағы Кавери өзенінің негізгі ағысы арқылы өтетін, ұзын, биік және кең, кесілмеген тастан салынған бөгет. Негізгі құрылымы біздің заманымыздың 2-ші ғасырына жатады және әлі күнге дейін қолданылып жүрген ең көне су бұру немесе суды реттеу құрылымдарының бірі болып саналады. Бөгеттің мақсаты – Каверия суын құнарлы дельта аймағына арналар арқылы суару үшін аудару. Ду Цзян Ян – Қытайдағы суару жүйесіне кіретін ең көне суару жүйесі. Ол б.з.д. 251 жылы аяқталды. Чу (мемлекет) премьер-министрі Саншу Ао жасаған үлкен топырақ бөгет қазіргі Аньхой провинциясының солтүстігіндегі аңғарды су басқан, бұл орасан зор суландыру резервуарын (айналасы 100 км) құрды, бұл резервуар әлі күнге дейін бар.

Римдік инженерлік

Римдіктер бөгет салуда "римдіктердің инженерлік құрылысты үлкен ауқымда жоспарлау және ұйымдастыру қабілетімен" ерекшеленді. Римдік жоспарлаушылар құрғақ маусымда қалалық елді мекендерді тұрақты сумен қамтамасыз ететін ірі су қоймалы бөгеттердің жаңа тұжырымдамасын енгізді. Олардың су өткізбейтін гидравликалық цемент пен әсіресе римдік бетонды қолдануы бұрынғылардан әлдеқайда ірі бөгеттер салуға және Рим Сириясындағы Харбақа бөгетіне мүмкіндік берді. Римдегі ең биік бөгет – Римге жақын орналасқан Субиако бөгеті болды; оның рекордтық биіктігі 1305 жылы жазатайым түрде қирағанға дейін ешқандай бөгетке тең келмеді. Рим инженерлері ежелгі стандартты жобаларды, мысалы, топырақтан үйілген бөгеттерді және тас қаланған гравитациялық бөгеттерді жүйелі түрде пайдаланды. Сонымен қатар, олар өте жоғары тапқырлық танытып, бұрын белгісіз болған көптеген негізгі бөгеттік конструкцияларды енгізді. Оларға 2 ғасырда белгілі және қолданылған аркалық гравитациялық бөгеттер, аркалық бөгеттер, тіреуіш бөгеттер және көп аркалы тіреуіш бөгеттер кіреді (Рим бөгеттерінің тізімін қараңыз). Римдік құрылысшылар Ирандағы Валериан көпірі сияқты бөгет-көпірлерді алғаш рет салған. Иранда Банд-е Қайсар сияқты көпір-бөгеттер су дөңгелектері арқылы гидроэнергия өндіру үшін қолданылды, олар көбінесе су көтеру механизмдерін қуаттандырды. Алғашқылардың бірі – Дезфулде римдіктер салған бөгет-көпір, ол қалаға су жеткізу үшін 50 шынтақ (шамамен 23 метр) биіктікке дейін су көтере алатын. Бұрмалау бөгеттері де белгілі болды. Мұсылман инженерлері Пул-и Булайти деп атаған диірмен бөгеттерін енгізді. Біріншісі Иранның Карун өзеніндегі Шустар қаласында салынды, ал кейіннен олардың көптеген түрлері Ислам әлемінің басқа аймақтарында да салынды. 10 ғасырда әл-Муқаддаси Парсыдағы бірнеше бөгеттерді сипаттады. Оның мәліметінше, Ахваздағы бөгеттің ұзындығы 914 метрден асты. Тағы бір бөгет, Банд-и Амир бөгеті, 300 ауылды суаруға мүмкіндік берді.

Орта ғасырлар

Нидерландыда, теңіз деңгейінен төмен жатқан елде, су деңгейін реттеу және теңіздің батпақтарға енуін болдырмау үшін өзендерге бөгеттер жиі салынып келген. Мұндай бөгеттер көбінесе қаланың немесе қалашықтың пайда болуына бастама болды, себебі мұндай жерлерде өзенді кесіп өту оңай болды және осының нәтижесінде голланд жер-су атаулары қалыптасты. Қазіргі Нидерланд астанасы Амстердам (ескі атауы Амстелредам) 12 ғасырдың соңында Амстель өзенінде салынған бөгеттен бастау алды, ал Роттердам – Нойве-Маас өзенінің шағын саласы Ротте өзеніндегі бөгеттен өркендеді. Амстердамның орталық алаңы, 800 жылдық бөгет орналасқан жерде салынған, әлі де Дам алаңы деп аталады.

Өнеркәсіптік революция

Римдіктер алғаш рет аркалы бөгеттерді салған, онда тіреулерден туындаған реакциялық күштер сыртқы гидростатикалық қысымнан құрылысты тұрақтандырды, бірақ тек 19 ғасырда ғана инженерлік білім мен құрылыс материалдары алғашқы ірі аркалы бөгеттерді салуға жеткілікті болды. 19 ғасырдың басында Британ империясында үш аркалы бөгет салынды. Генри Рассел 1804 жылы Хайдарабад қаласын сумен қамтамасыз ету үшін Мир Алам бөгетінің құрылысын қадағалады (ол әлі де қолданыста). Оның биіктігі және айнымалы ұзындығы бар 21 аркадан тұратын. 1820-30 жылдары подполковник Джон Бай қазіргі Оттаваға жақын жердегі Канададағы Ридо каналының құрылысын қадағалап, су жолының бөлігі ретінде иілген тас бөгеттер тізбесін салды. Атап айтқанда, Джон Редпат салған Джонс-Фолс бөгеті 1832 жылы Солтүстік Америкадағы ең үлкен бөгет және инженерлік жетістік ретінде аяқталды. Құрылыс кезінде суды бақылау үшін бөгетте екі шлюз, суды өткізуге арналған жасанды арналар ашық қалдырылды. Біріншісі бөгеттің шығыс жағындағы түбінде, ал екіншісі батыс жағында, түбінен 6 метр биіктікте орналасты. Төменгі және жоғарғы шлюздер арасында ауысу үшін Санд-Көлдің шығуы бұғатталды. Австралияның Параматта қаласының жанындағы Хантс-Крикке 1850 жылдары бөгет салынды, бұл қала халқының суға деген сұранысын қанағаттандыруға бағытталған. Бөгеттің қабырғасын лейтенант Перси Симпсон жобалады, ол Үндістандағы Корольдік инженерлердің бөгет құрылысы саласындағы жетістіктеріне ден қойды. Бөгет 17 000 фунт стерлингке бағаланды және 1856 жылы Австралияда салынған алғашқы инженерлік бөгет және математикалық ерекшеліктерге сәйкес салынған әлемдегі екінші аркалы бөгет ретінде аяқталды. Мұндай алғашқы бөгет екі жыл бұрын Францияда ашылған. Бұл өнеркәсіптік дәуірдегі алғашқы француз аркалы бөгеті, оны Франсуа Зола 1832 жылы аймақты қамтыған холера эпидемиясынан кейін сумен қамтамасыз етуді жақсарту үшін Экс-ан-Прованс муниципалитетіне салдырды. 1844 жылы патшалық бекітілімнен кейін бөгет келесі он жылда салынды. Оның құрылысы ғылыми кернеулерді есептеудің математикалық нәтижелеріне негізделген. Австралиядағы Уорвикке жақын орналасқан 75 мильдік бөгет, әлемдегі алғашқы бетон аркалы бөгет болуы мүмкін. Генри Чарльз Стэнли 1880 жылы су ағызу және арнайы су шығару құрылғыларымен жобалады, кейіннен ол биіктігі жоғарылатылды. 19 ғасырдың соңында тас бөгеттерді жобалаудың ғылыми теориясында маңызды жетістіктер болды. Бұл бөгет жобалауды эмпирикалық әдістемеге негізделген өнерден қатаң қолданылатын ғылыми-теориялық негіздемеге негізделген мамандыққа айналдырды. Бұл жаңа басымдық Франция мен Ұлыбританиядағы университеттердің инженерлік факультеттерінде шоғырланды. Глазго университетіндегі Уильям Джон Маккворн Ранкин 1857 жылғы «Жылы жердің тұрақтылығы туралы» мақаласында бөгет құрылысын теориялық тұрғыдан түсінуге үлкен үлес қосты. Ранкиннің теориясы бөгет жобалау принциптерін жақсы түсінуге мүмкіндік берді. Францияда Ж. Августин Тортен де Сазилли тік беткейлі тас гравитациялық бөгеттердің механикасын түсіндірді, ал Золаның бөгеті осы принциптер негізінде салынған алғашқы бөгет болды.

Қазіргі заман

Үлкен бөгеттер дәуірі 1902 жылы Мысырдағы Асуан төменгі бөгетінің құрылысымен басталды, ол Нил өзеніндегі гравитациялық таспен қаланған тіреуіш бөгет болды. 1882 жылы Мысырды басып алғаннан кейін, британдықтар 1898 жылы құрылысты бастады. Жобаны сэр Уильям Уиллкокс жобалаған, ал сол кездегі көрнекті инженерлер, соның ішінде сэр Бенджамин Бейкер және сэр Джон Эйрд қатысты. Джон Эйрд & Co. фирмасы негізгі мердігер болды. Капитал мен қаржыландыруды Эрнест Кассель ұсынды. 1899-1902 жылдар аралығында салынған кезде, мұндай ауқымды құрылыс бұрын-соңды жасалмаған еді; аяқталғаннан кейін ол әлемдегі ең үлкен тас бөгетіне айналды. Хувер бөгеті – 1931-1936 жылдар аралығында АҚШ-тың Аризона және Невада штаттары арасындағы шекарада, Колорадо өзенінің Қара каньонында салынған массивті бетондық доғалы гравитациялық бөгет. 1928 жылы Конгресс су тасқынын бақылауға, суармалы сумен қамтамасыз етуге және гидроэлектр энергиясын өндіруге арналған бөгет салу жобасын бекітті. Бөгетті салуға ұсынылған жеңімпаз тендерді Six Companies, Inc. консорциумы ұсынды. Мұндай ірі бетонды құрылыс бұрын-соңды салынбаған, ал кейбір техникалар сынақтан өтпеген еді. Құрылыс алабына жақын жердегі ыстық жаздық ауа райы мен инфрақұрылымның жетіспеуі де қиындықтар туғызды. Дегенмен, Six Companies бөгетті федералдық үкіметке 1936 жылдың 1 наурызында тапсырды, бұл жоспардан екі жылдан астам ерте болды. 1997 жылға қарай әлемде 800 000-ға жуық бөгет бар екені есептелді, олардың 40 000-ы жоғары болды. 2014 жылы Оксфорд университетінің ғалымдары үлкен бөгеттердің құны туралы зерттеу жариялады – ең ірі деректер жиынтығына негізделген – көптеген бөгеттер үшін шығындардың айтарлықтай артуын көрсетті және осындай бөгеттер үшін пайда көбінесе шығындарды өтемейтінін сұраққа салды.

Түрлері

Плотиналар адамның әрекеттерінен, табиғи себептерден немесе тіпті құрлысушы жануарлардың, мысалы, бобёрлардың араласуынан пайда болуы мүмкін. Адам жасаған плотиналар көлеміне (биіктігіне), арналуына немесе құрылысына қарай жіктеледі.

Құрылымы бойынша

Құрылысы мен қолданылатын материалдарына қарай, бөгеттер материалдарсыз жасалатын, аркалық-гравитациялық, топырақты немесе тас бөгеттер деп жіктеледі, олардың бірнеше түрлері бар.

Аркалық бөгеттер

Аркалық бөгетте тұрақтылық аркалық және гравитациялық әрекеттің үйлесімі арқылы қамтамасыз етіледі. Егер ағын беті тік болса, бөгеттің барлық салмағы іргетасқа гравитация күші арқылы берілуі керек, ал тік консольдік және аркалық әрекет арасындағы қалыпты гидростатикалық қысымның таралуы бөгеттің тік және көлденең бағыттағы қатаңдығына байланысты болады. Ағын беті еңіс болған жағдайда таралу күрделірек. Аркалық сақинаның салмағының қалыпты құрауы аркалық әрекет арқылы қабылдануы мүмкін, ал қалыпты гидростатикалық қысым жоғарыда сипатталғандай таратылады. Осындай бөгеттер үшін тіректерде (бүткемелер немесе каньон қабырғалары) берік және сенімді тіректер маңыздырақ. Аркалық бөгеттерді орналастыруға ең қолайлы жер – тік жартастардан тұратын тік қабырғалы тар шатқалдар. Аркалық бөгеттің қауіпсіздігі қабырға тіректердің беріктігіне байланысты, сондықтан арка қабырға тіректерге жақсы бекітілуі керек, сонымен қатар тастың сипаттамалары да мұқият тексерілуі тиіс. Бір аркалық бөгеттердің екі түрі қолданылады: тұрақты бұрышты және тұрақты радиусты бөгеттер. Тұрақты радиусты типте бөгеттің барлық биіктіктерінде бірдей бет радиусы қолданылады, яғни канал бөгеттің төменгі жағына қарай тарылған сайын бетінен төмен қарайтын орталық бұрыш кішірейеді. Канададағы Джонс-Фолс бөгеті – тұрақты радиусты бөгеттің мысалы. Тұрақты бұрышты бөгетте, сондай-ақ өзгермелі радиусты бөгетте, бұл төменгі бұрыш тұрақты сақталады, ал әртүрлі деңгейлердегі тіректер арасындағы қашықтықтың өзгеруі радиустарды өзгерту арқылы ескеріледі. Тұрақты радиусты бөгеттер тұрақты бұрышты бөгеттерге қарағанда сирек кездеседі. Колорадо өзеніндегі Паркер бөгеті – тұрақты бұрышты аркалық бөгет. Осыған ұқсас тип – қос қисықты немесе жұқа қабықты бөгеттер. АҚШ-тың Невада штатындағы Маунтин-Сити қаласының жанындағы Уайлдхорс бөгеті осы типтің мысалы болып табылады. Бұл құрылыс әдісі құрылысқа қажетті бетон мөлшерін азайтады, бірақ іргетасқа және тіректерге үлкен жүктеме түсіреді. Сыртқы түрі бір аркалық бөгетке ұқсас, бірақ оған вертикальды қисықтық қосылған, нәтижесінде төменнен қарағанда ойыс линза тәрізді көрінеді. Көп аркалық бөгет бірнеше бір аркалық бөгеттерден және бетондық бүткемелерден тұрады, мысалы, Канаданың Квебек провинциясындағы Дэниел Джонсон бөгеті. Көп аркалық бөгеттерге қуыс гравитациялық типтегідей көп бүткемелер қажет емес, бірақ бүткемелерге түсетін жүктемелер ауыр болғандықтан, жақсы тас іргетас қажет.

Сезімтал бөгеттер

Гравитациялық бөгетте, бөгетті судың итермелеуіне қарсы тұратын күш – Жердің тартылысы бөгеттің массасына қарай әсер етеді. Су бөгеттің ағысқа қарай (төменгі жағына) қысым жасап, оның негізін (бөгеттің төменгі ағыс жағындағы нүктесі) айналып, бөгетті құлатуға тырысады. Бөгеттің салмағы бұл күшке қарсы әрекет етеді, оны негізінен кері айналдыруға ұмтылады. Жобалаушы бөгеттің салмағы осы күресте жеңіске жететініне көз жеткізеді. Инженерлік тұрғыдан алғанда, бұл бөгетке әсер ететін ауырлық күштерінің және су қысымының қорытындысы бөгеттің негізінен жоғары ағысқа қарай өтетін сызықта орналасқанда ғана болады. Жобалаушы бөгеттің пішінін солай жасауға тырысады, егер бөгеттің кез келген биіктіктен жоғары бөлігін жеке бөгет ретінде қарастырса, ол да гравитациялық күшпен тұрақтатылады, яғни бөгеттің жоғарғы жағын төмен ұстап тұратын кернеу болмайды. Бұл әдіс көбінесе материалды тік бойынан тартылуға қарсы біріктіруге қарағанда, материалды қарапайым жинап қою арқылы бөгет жасаудың тиімдірек екенін ескереді. Ағысқа қарай бетіндегі кернеуді болдырмайтын пішін, сонымен қатар, ағысқа қарай бетіндегі теңгерімді қысымды да жояды, бұл қосымша экономияны қамтамасыз етеді. Осындай бөгеттер үшін су өткізбейтін және жоғары тіреу қабілетіне ие іргетас болуы өте маңызды. Су өткізгіш іргетастар бөгеттің астында көтерілу қысымын тудыру мүмкіндігі жоғары. Көтерілу қысымы – су қоймасының қысымынан туындайтын гидростатикалық қысым, ол бөгеттің түбін жоғары қарай итеріп тұрады. Егер көтерілу қысымы жеткілікті деңгейге жетсе, бетонды гравитациялық бөгеттің тұрақсыздығына әкелуі мүмкін. Тиісті жағдайда гравитациялық бөгет басқа типтегі бөгеттерге қарағанда жақсырақ балама болуы мүмкін. Қатты іргетасқа салынған гравитациялық бөгет, бөгет салудың ең жетілген мысалы болып табылуы мүмкін. Су тасқынынан қауіптену көптеген аймақтарда маңызды себеп болғандықтан, кейде аркалық бөгет экономикалық тұрғыдан тиімдірек болған жағдайларда да гравитациялық бөгеттер салынады. Гравитациялық бөгеттер "қатты" немесе "қуыс" деп жіктеледі және әдетте бетон немесе тас қабырғадан жасалады. Қатты түрлері екісінің арасында көбірек қолданылады, бірақ қуыс бөгеттер көбінесе құрылысқа арзанрақ болады. Гранд Кули бөгеті – қатты гравитациялық бөгет, ал Брэддок шлюздері мен бөгеті – қуыс гравитациялық бөгет.

Аркалық гравитациялық бөгеттер

Су ағыны мол, бірақ таза гравитациялық бөгет салуға жеткілікті материал болмайтын аймақтарда, гравитациялық бөгет аркалық бөгетпен біріктіріліп, аркалық-гравитациялық бөгет құрастырылуы мүмкін. Судың бөгетті іштен сығуы, оған түсетін бүйірлік (көлденең) күшті азайтады. Осының нәтижесінде бөгетке қажетті гравитациялық күш төмендейді, яғни бөгеттің аса массивті болуы қажеттілігі жоғалады. Бұл бөгеттерді жұқарта түсуге және ресурстарды үнемдеуге мүмкіндік береді.

Плотиналар

Бараждық бөгет – бұл судың мөлшерін бақылау үшін ашылып жабылатын ірі қақпалар тізбегінен тұратын бөгеттің ерекше түрі. Қақпалар су жүктемесін көтеретін тіреуші бағаналар арасында орналасады және көбінесе суару жүйелері үшін су ағынын реттеу және тұрақтандыруға қолданылады. Мұндай бөгеттердің мысалы – Калифорния штатының Ред-Блафф қаласы маңындағы Сакраменто өзенінде орналасқан, қазір қолданыстан шығарылған Ред-Блафф бөгеті. Өзендер мен лагуналардың аузына орнатылып, таяп судың кіруін болдырмайтын немесе таяп ағынын пайдаланатын бараждық бөгеттер таяптық бараждық бөгеттер деп аталады. Бекітілген төбесі бар бөгеттер кеме жүру үшін арнаның тереңдігін сақтау мақсатында салынған. Олар суда көру қиын және күшті ағыстар тудыратындықтан, олардың үстінен өтетін қайық жүргізушілерге қауіпті.

Өлшемі бойынша

Әлемдік деңгейде де, жекелеген елдерде де, мысалы АҚШ-та, әртүрлі өлшемдегі бөгеттерді жіктеу тәсілдері әртүрлі. Бөгеттің мөлшері құрылыс, жөндеу және бұзу құнына әсер етеді, сондай-ақ бөгеттердің қоршаған ортаға тигізетін ықтимал әсерінің ауқымы мен күшіне де әсер етеді.

Үлкен бөгеттер

Халықаралық ірі бөгеттер жөніндегі комиссия (ICOLD) «ірі бөгетті» «ең төменгі негізден төбесіне дейінгі биіктігі немесе одан жоғары, немесе 15 метрден аспайтын биіктігі бар және кемінде » деп анықтайды. «Маңызды бөгеттердің» биіктігі 15 метрден жоғары болады. Дүниежүзілік бөгеттер жөніндегі комиссияның есебі «үлкен» санатына 15 метрден жоғары биіктігі және кемінде резервуарлық сыйымдылығы бар бөгеттерді де қамтиды. Гидроэнергетикалық бөгеттер «жоғары бас» (30 метрден жоғары биіктігі бар) немесе «төмен бас» (30 метрден төмен биіктігі бар) деп жіктеледі. 2021 жылғы мәлімет бойынша, ICOLD-тің Дүниежүзілік бөгеттер тізілімінде 58 700 ірі бөгет туралы мәлімет бар. Әлемдегі ең биік бөгет – Қытайдағы Цзиньпин I бөгеті.

Кіші бөгеттер

Үлкен бөгеттер сияқты, кіші бөгеттердің де гидроэнергия өндіру, су тасқынынан қорғау және су сақтау сияқты көптеген пайдалы тұстары бар. Шағын бөгеттер шаруашылықтарда, мысалы, құрғақшылық мезгілінде кейін пайдалану үшін ағын суды жинауға өте ыңғайлы. Кіші масштабты бөгеттер адамдарды қоныстандырусыз да пайда әкеле алады, ал шағын, децентрализацияланған гидроэлектр станциялары дамып келе жатқан елдерде ауылдық жерлерді дамытуға көмектеседі. АҚШ-та ғана Армия инженерлері корпусының ұлттық тізіміне енбеген шамамен 2 000 000 немесе одан да көп "кіші" бөгеттер бар. Кіші бөгеттер туралы мәліметтер мемлекеттік реттеуші органдарда сақталады, сондықтан кіші бөгеттер туралы ақпарат шашыраңқы және географиялық жағынан біркелкі емес. Couto and Olden (2018) мәлімдегендей, керісінше, Нью-Мексико штаты құзыретті бөгетті биіктігі 25 футтан жоғары және 15 акр-футтан астам су сақтайтын немесе 50 акр-футтан астам су сақтайтын және биіктігі 6 футтан жоғары бөгет деп анықтайды (NMSA 72 5 32 бөлімі), яғни осы талаптарға жатпайтын бөгеттер құзыретті емес. АҚШ-тағы бөгеттердің көп бөлігі, барлығы 2,5 миллион бөгеттің 2,41 миллионы, ешқандай мемлекеттік органның бақылауында емес (яғни, құзыретті емес) және Ұлттық бөгеттер тізіміне (NID) енбеген. Кіші бөгеттер үлкен бөгеттерге тән қауіптерге ұшырайды. Дегенмен, реттеудің жоқтығы (үлкен бөгеттерге қарағанда) және кіші бөгеттердің тізімінің болмауы (яғни, құзыретті емес бөгеттер) адамдар мен экожүйелер үшін елеулі қауіптерге әкелуі мүмкін. Кіші бөгеттер жеке-жеке қауіпті болуы мүмкін (яғни, бұзылуы мүмкін), сонымен қатар жиынтық түрде де қауіпті, өйткені өзен бойындағы немесе географиялық аймақтағы кіші бөгеттердің жиынтығы қауіптерді арттыруы мүмкін. Грэхамның 1999 жылғы зерттеуі, 1960 жылдан 1998 жылға дейін АҚШ-тағы бөгеттердің бұзылуынан туындаған өлім-жітімдерге байланысты, 6,1 мен 15 метр биіктіктегі бөгеттердің (кіші бөгеттердің әдеттегі биіктік диапазоны) бұзылуы өлімнің 86% жағдайына, ал 6,1 метрден төмен бөгеттердің бұзылуы өлімнің 2% жағдайына себеп болғанын көрсетті. Құзыретті емес бөгеттер олардың жобалау, құрылыс, техникалық қызмет көрсету және бақылау реттелмегендіктен қауіпті болуы мүмкін. Жер асты бөгеттерінің екі түрі бар: "жер беті астындағы" және "құм жинағыш". Жер беті астындағы бөгет сулы горизонт немесе су ағыны жолынан су өткізбейтін қабаттан (мысалы, қатты тау жынысынан) жер бетіне жақын дейін салынады. Олар кірпіш, тас, бетон, болат немесе ПВХ сияқты әртүрлі материалдардан тұрғызылуы мүмкін. Салынғаннан кейін бөгеттің артында сақталған су жер асты суы деңгейін көтереді, содан кейін ол құдықтар арқылы алынады. Құм жинағыш бөгет – бұл өзен немесе уади арқылы сатылап салынған бөгет. Ол су тасқыны оның үстінен ағып өтетіндіктен берік болуы керек. Уақыт өте келе бөгеттің артында құм қабаттары жиналады, бұл суды сақтауға және, ең бастысы, булануды болдырмауға көмектеседі. Сақталған су құдық арқылы, бөгеттің ішінде немесе дренаж құбыры арқылы алынуы мүмкін.

Таразы бөгет

Тарамал бөгеті – кен байыту кезінде, кеннің құнды бөлігін пайдалы емес бөлігінен ажырату нәтижесінде түзілетін тарамдарды сақтауға арналған, көбінесе топырақтан жасалған бөгет. Су сақтауға арналған бөгеттер де осы мақсатқа қолданылуы мүмкін, бірақ құны жоғары болғандықтан тарамал бөгеті тиімдірек. Су сақтау бөгеттерінен ерекшелігі, тарамал бөгеті кеннің өмірлік циклы бойы кезең-кезеңімен биіктетіледі. Әдетте, алдымен негізгі немесе бастапқы бөгет салынады, ол тарамдар мен су қоспасымен толтырылғанда, оның биіктігі арттырылады. Бөгетті биіктету үшін қолданылатын материалға тарамдар (олардың өлшеміне байланысты) және топырақ кіруі мүмкін. Тарамал бөгетін биіктетудің үш негізгі жобасы бар: "өзенге қарай", "көктемге қарай" және "орталық сызық". Бұл атаулар бөгет биіктігін арттыру кезіндегі қыртыстың қозғалысына сәйкес келеді. Қолданылатын нақты жоба топографиялық жағдайларға, геологиялық құрылымға, климатқа, тарамдардың түріне және құнына байланысты. "Өзенге қарай" тарамал бөгеті трапеция тәрізді бөгеттерден тұрады, олар бірінің үстіне бірін қалыптастырады, бұл оның биіктігін өзенге қарай жылжытады. Бұл бөгеттің төменгі жағын салыстырмалы түрде тегіс, ал жоғарғы жағын тік етеді, осы тік беткей тарамдардың шламасымен нығайтылады. "Көктемге қарай" жобасы бөгеттің толынуын және қыртысын көктемге қарай жылжытуды білдіреді. "Орталық сызық" бөгетінде бөгеттер тікелей бірінің үстіне салынады, ал толыну төменгі жағына орналастырылып, нығайту үшін қолданылады, ал жоғарғы жағы тарамдардың шламасымен сүйеніп тұрады. Тарамал бөгеттері көбінесе кен өндірісінен пайда болатын улы химиялық заттарды сақтайтындықтан, қазіргі заманғы жобалар сіңуді болдырмау үшін өткізбейтін геомембрана қаптамасын қамтиды. Тарамал тоғандағы су/шлама деңгейін тұрақтылықты және қоршаған ортаны қорғау мақсатында басқару қажет. Мұның көп бөлігі ірі бөгеттер арқылы өндіріледі, бірақ Қытай кең ауқымда шағын гидрогенерацияны пайдаланады және осы типтегі энергияның әлемдік тұтынымының шамамен 50% -ын қамтамасыз етеді. Эрозия жылдамдығы жиі бақыланады және қауіп әдетте, ағынның төменгі бетін турбулентті ағынды азайтатын қисыққа (мысалы, огива қисығына) айналдыру арқылы төмендетіледі.

Ортақ мақсаттар

Функция мысалы Электр энергиясын өндіру Су электр қуаты әлемдегі электр энергиясының маңызды көзі болып табылады. Көптеген елдерде су ағысы жеткілікті өзендер бар, оларды бөгеп электр энергиясын өндіруге болады. Мысалы, Оңтүстік Америкадағы Парана өзеніндегі Итайпу бөгеті 14 ГВт энергия өндіреді және 2005 жылдан бері Парагвай елi тұтынатын энергияның 93%-ын, ал Бразилия елi тұтынатын энергияның 20%-ын қамтамасыз етеді. Сумен жабдықтау Әлемдегі көптеген қалалар өзендерден, төменгі бөгеттер немесе тоғандар арқылы жиналған судан жабдықталады. Мысалы, Лондон Темза өзенінен, Честер Ди өзенінен су алады. Басқа маңызды көздер – терең аңғарлардағы биік бөгеттермен құрылған терең жатқан су қоймалары, мысалы Claerwen бөгеттері мен су қоймалары сериясы. Су ағынын тұрақтандыру / суару Бөгеттер көбінесе су ағынын бақылау және тұрақтандыру үшін, әсіресе ауыл шаруашылығы және суару мақсатында қолданылады. Басқалары, мысалы Берг бұғазы, ішкі көлдер мен теңіздердің, оның ішінде Арал теңізінің су деңгейін тұрақтандыруға немесе қалпына келтіруге көмектеседі. Су тасқынын алдын алу Канададағы Колумбия өзеніндегі Кинлейсайд бөгеті су тасқынына қарсы суды сақтай алады, ал Дельта жұмыстары Нидерландыны жағалау су тасқынынан қорғайды. Жерді мелиорациялау Бөгеттер (осы контексте көбінесе бөгеттер немесе жағалау қорғағыштары деп аталады) су астында қалуы мүмкін аймаққа судың енуін болдырмау үшін қолданылады, бұл оның адамдардың пайдалануына жарамды болуына мүмкіндік береді. Суды бұру Суландыру, электр энергиясын өндіру немесе басқа да мақсаттар үшін суды бұруға арналған, әдетте басқа функциясы жоқ, көбінесе кішкентай бөгет. Кейде олар суды басқа арнаға немесе су қоймасына бұрып, сол жердегі ағысты арттыру және сол аймақта суды тиімді пайдалануды жақсарту үшін қолданылады. Қараңыз: бұру бөгеті. Кеме қатынасы Бөгеттер терең су қоймаларын жасайды және су ағысын төмен қарай өзгерте алады. Бұл өз кезегінде өзеннің тереңдігін өзгертіп, жоғары және төмен ағыс бойындағы кеме қатынасына әсер етеді. Судың тереңдеуі су кемелерінің қозғалыс еркіндігін арттырады немесе жасайды. Үлкен бөгеттер осы мақсатқа қызмет ете алады, бірақ көбінесе бөгеттер мен шлюздер қолданылады. Кейбір мақсаттар бір-бірімен қақтығысады, сондықтан бөгет операторы динамикалық келісімдерге келуі керек. Мысалы, электр энергиясын өндіру және сумен жабдықтау су қоймасын жоғары деңгейде ұстап тұруды қажет етеді, ал су тасқынын болдырмау үшін оны төмен деңгейде ұстау қажет. Жауын-шашынның жылдық циклде ауытқуы бар аймақтардағы көптеген бөгеттерде су қоймасы осы әртүрлі мақсаттарды тепе-теңдеу үшін жыл сайын ауытқуы мүмкін. Бөгеттерді басқару – бәсекелес мүдделі тараптар арасындағы күрделі мәселе.

Тиісті әсерді бағалау

Тиісті әсерлер бірнеше жолмен бағаланады: бөгеттің адамзат қоғамына әкелген пайдасы (ауыл шаруашылығы, су ресурстары, зиянды алдын алу және қуат), табиғат пен жануарлар дүниесіне тигізген зиян немесе пайда, ауданның геологиясына тигізетін әсер (су ағыны мен деңгейінің өзгеруі тұрақтылықты арттыра ма әлде кеміте ме), сондай-ақ адам өміріне келтіретін бұзылыстар (қоныс аудару, су астында қалған археологиялық немесе мәдени мүліктердің жоғалуы).

Қоршаған ортаға әсері

Су қоймалары бөгеттердің артында жиналады және өзеннің көптеген экологиялық аспектілеріне әсер етеді. Өзендердің топографиясы мен динамикасы әртүрлі су ағындарына байланысты, ал бөгеттердің төменгі жағындағы өзендер көбінесе ұзақ уақыт бойы өте тұрақты ағын жағдайларын немесе су жіберілгеннен кейін ағынның тоқтауынан туындаған тісті ара тәрізді ағын үлгілерін бастан кешіреді. Су қоймасынан, оның ішінде турбинадан шығатын судың ағынында көбінесе тұнбалы бөлшектер өте аз болады, бұл өзен төсегінің эрозиясына және өзен жағалауларының жоғалуына әкелуі мүмкін. Мысалы, Глен Каньон бөгетінен туындаған күнделікті ағын өзгерісі құмды тоғандардың эрозиясына себеп болды. Ескі бөгеттерде көбінесе балық өтетін құрылыс (балық сатысы) болмайды, бұл көптеген балықтардың табиғи көбейетін жерлеріне жоғары қарай жүзуіне кедергі келтіреді, көбейту циклдарының сәтсіз аяқталуына немесе көші-қон жолдарының бұғатталуына әкеледі. Тіпті балық сатылары да балықтардың шағын жерлерге жеткенін толығымен қамтамасыз етпейді. Кейбір аймақтарда жас балықтар ("смольт") жылдың белгілі бір кезеңдерінде баржамен төмен ағысқа тасымалданады. Су ортасына аз әсер ететін турбиналар мен электр станцияларының жобаларын зерттеу жұмыстары белсенді түрде жүргізілуде. Сонымен қатар, кейбір бөгеттер кейбір балықтар мен басқа да су организмдері үшін жақсы жағдайлар жасауға мүмкіндік береді. Зерттеулер көрсеткендей, негізгі өзеннің су қоймасынан төмен қарайғы салалар жергілікті экологиялық жағдайлар мен әрбір биологиялық топтың бета-түрлілігінің үлгілеріне маңызды рөл атқарады. Балықтардың (орташа = 0,77) және фитопланктонның (орташа = 0,79) жалпы бета-түрлілігінің жоғары мәндеріне ауысу және байлық арасындағы айырмашылықтар ықпал етті, бірақ олардың салыстырмалы маңыздылығы екі биологиялық топ үшін де ауысу компонентімен көбірек байланысты болды (орташа = 0,45 және 0,52 сәйкесінше). Мұндай өзгерістер балықтардың "әр түрлі тамақтану әдеттеріне ие болғандығымен" түсіндірілуі мүмкін. Су жүктемесінің және/немесе су деңгейінің биіктігінің өзгеруіне байланысты бөгеттердің артында пайда болған ірі су қоймалары сейсмикалық белсенділікке ықпал ететіндігі көрсетілген. Алайда, бұл дұрыс емес болжам, өйткені су жүктемесіне байланысты туындайтын салыстырмалы түрде маргиналды кернеу жер сілкінісінің күшінен әлдеқайда төмен. Су жүктемесінен туындайтын қосымша кернеу Жер қыртысын жаруға жеткіліксіз, сондықтан жер сілкінісінің күшін күшейтпейді. Бөгеттердің жаһандық жылынуға да әсер ететіні анықталды. Су қоймаларындағы су деңгейінің өзгеруі метан сияқты парниктік газдардың көзі болып табылады. Бөгеттер мен олардың артындағы сулар Жер бетінің шағын бөлігін ғана алып жатса да, оларда парниктік газдарды өндіретін биологиялық белсенділік жүреді.

Адамның әлеуметтік әсері

Плотиналардың адам қоғамына әсері зор. Ник Каллатер "Аштық әлем: Американың Азиядағы кедейлікке қарсы салқын соғыс шайқасы" еңбегінде бөгет салу мемлекеттік деңгейде адамдарды жалпы пайда үшін қоныс аударуды қажет ететінін, ал мұның көбінесе жоспарлаушылардың халықты зорлық-зомбылыққа салуына әкелетінін айтады. Ол 1960 жылы Понг бөгетіне наразы болған ауыл тұрғындарына Индияның ішкі істер министрі Морарджи Десайдың айтқан сөзін келтіреді: егер олар көмектеспесе, суды жіберіп, ауылды суға батыратынын айтқан. Қытайдағы Янцзы өзеніндегі Үш шатқалы бөгеті АҚШ-тағы Гувер бөгетінен бес есе ірі. Ол су тасқынын бақылау және гидроэлектр энергиясын өндіру үшін ұзақ мерзімді пайдалануға арналған су қоймасын құрайды. Оның салынуы бір миллионнан астам адамның үйсіз қалғанына, олардың жаппай көшірілуіне, көптеген құнды археологиялық және мәдени ескерткіштердің жоғалуына және маңызды экологиялық өзгерістерге әкелді. 2010 жылғы Қытайдағы су тасқыны кезінде бөгет қатты апатқа ұшырамас үшін суды тоқтатты, ал үлкен су қоймасы бір түндік уақытта 4 метрге (13 футқа) көтерілді. 2008 жылы бөгеттердің салынуы салдарынан әлем бойынша 40–80 миллион адам үйлерінен босатылған деп есептелді.

Экономика

Гидроэлектр стансасын салу үшін учаскелерді зерттеу, гидрологиялық зерттеулер және қоршаған ортаға әсерін бағалау үшін көп уақыт талап етіледі, сондай-ақ бұл жобалар көміртегі негізді электр энергиясын өндірумен салыстырғанда ірі масштабты болып келеді. Гидроэлектр энергиясын өндіруге экономикалық тұрғыдан дамытуға болатын учаскелердің саны шектеулі; жаңа учаскелер көбінесе халық тығыз қоныстанған орталықтардан алыс орналасқан және әдетте кең ауқымды электр беру желілерін қажет етеді. Гидроэлектр энергиясын өндіру климаттың күрт өзгерулеріне, соның ішінде жауын-шашын мөлшерінің, жер асты және жерүсті сулары деңгейінің өзгеруіне, мұздықтардың еруіне сезімтал келеді, бұл судың аз жылдарында жеткілікті қуатты қамтамасыз ету үшін қосымша қуатты жұмсауға алып келеді. Егер гидроэлектр стансасы дұрыс жобаланып, тиісінше күтілсе, ол салыстырмалы түрде арзан және сенімді болады. Оның отыны жоқ және апат қаупі төмен, ал таза энергия көзі ретінде ол ядролық және жел энергиясынан арзан. Жел энергиясына қарағанда, қажет болған жағдайда суды сақтау және талап бойынша жоғары қуат деңгейін өндіру үшін оны реттеу оңай.

Су қоймалары мен бөгеттерді жақсарту

Кейбір оң әсерлеріне қарамастан, бөгеттердің салынуы өзен экожүйелеріне күшті әсер етеді, бұл гидрологиялық өзгерістердің нәтижесінде өзен бойындағы экожүйелердің нашарлауына алып келеді. Су қоймалары мен бөгеттердің зиянды әсерін азайтудың маңызды жолдарының бірі – адамның суға деген қажеттілігі мен өзен экожүйесін қорғау арасындағы қайшылықты шешу үшін, ең жаңа табиғатқа негізделген су қоймасын оңтайландыру моделін енгізу болып табылады. Бөгетті алып тастаудың салдарының арасында су қоймасындағы шөгінділердің эрозиясы, төмен ағысқа шөгінділердің мөлшерінің артуы, өзеннің енінің кеңеюі және салалануы, табиғи су температурасының қалпына келуі және бұрын бөгеттердің кесірінен қол жетімсіз болған ортаның қайта қалпына келуі бар. Нәтижесінде, төмен ағысқа және дельтаға шөгінділер мен ағаш тасымалы қайта жаңартылды. Су қоймаларында сақталған шөгінділердің шамамен 65%-ы эрозияға ұшырады, оның шамамен 10%-ы өзен төсегіне шөгінді. Қалған 90%-ы жағалауға жеткізілді. Барлығы, жаңа шөгінді тасымалы дельтаның шамамен 60 гектарға өсуіне және өзеннің салалануының артуына себеп болды.

Қателік

Плотинаның бұзылуы, егер құрылым бұзылса немесе айтарлықтай зақымдалса, әдетте апатқа алып келеді. Ірі плотиналардың ішіндегі және айналасындағы дренаждардан ағып шығатын судың ақауларын және мөлшерін үнемі бақылау, кез келген мәселені болжауға және құрылымдық бұзылулар орын алғанға дейін түзету шараларын қабылдауға көмектеседі. Көптеген плотиналар мұндай жағдайларда су қоймасын төмендетуге немесе тіпті толығымен босатуға мүмкіндік беретін механизмдермен жабдықталған. Тағы бір шешім – тау жыныстарын нығайту, яғни әлсіз, жарыққан тау жыныстарына портланд цементінің қоспасын үлкен қысыммен сору арқылы енгізу. Қарулы қақтығыс кезінде плотина "қауіпті күштерді қамтитын нысан" ретінде қарастырылуы тиіс, өйткені оның жойылған жағдайы азаматтық халыққа және қоршаған ортаға зор зиян келтіруі мүмкін. Осы себепті, ол халықаралық гуманитарлық құқық (ХХҚ) ережелерімен қорғалады және азаматтық халық арасында ауыр шығындарға әкелуі мүмкін болса, оған шабуыл жасалмауы керек. Нысанды анықтауды жеңілдету үшін ХХҚ ережелерінде бір осқа орналастырылған үш жарқын қызғылт сары шеңберден тұратын қорғау белгісі белгіленген. Плотинаның бұзылуына себеп болатын негізгі факторлар: төгілгіш құрылыстың жеткіліксіз сыйымдылығы, плотинаның өзінен, негізінен немесе тіректерінен судың өтуі, төгілгіш құрылыстың дұрыс емес жобалануы (Оңтүстік Форк плотинасы), су деңгейінің өзгеруіне байланысты геологиялық тұрақсыздық (Вайонт, Малпассет, Тестилинден сағасы плотиналары), нашар техникалық қызмет көрсету, әсіресе шығыс құбырлары (Лаун-Лейк плотинасы, Валь-ди-Става плотинасының құлауы), су тасқыны (Шакидор плотинасы), жер сілкіністері, сондай-ақ адам, компьютер немесе жобалау қателігі (Баффало сағасы тасқыны, Дейл Дик су қоймасы, Таум Саук сорғы станциясы). Бұрынғы ережеге дейін плотинаны уәжілі түрде бұзудың танымал мысалы – екінші дүниежүзілік соғыстағы Ұлыбритания Корольдік әуе күштерінің Германияға жасаған "Dambusters" шабуылы ("Chastise" операциясы), онда Рура және Эдер өзендерінен қуат алатын неміс инфрақұрылымына, өндірісіне және қуаттылығына нұқсан келтіру мақсатында үш неміс плотинасын бұзуға шешім қабылданды. Бұл шабуыл кейіннен бірнеше фильмнің сюжеттік желісіне айналды. 2007 жылдан бері голландтың IJkdijk қоры ашық инновациялық модельді және бөгеттердің бұзылуы туралы ерте ескерту жүйесін әзірлеп келеді. Әзірлеу жұмысының бір бөлігі ретінде IJkdijk сынақ алаңында толық көлемдегі бөгеттер жойылды. Бұл жою процесін халықаралық компаниялар мен ғылыми институттардың сенсорлық желілері бақылайды.