saqarTvelos buneba - arxi

წყლის ხელოვნური არტერია, რომელიც წყლის მარშრუტების შესამოკლებლად ან წყლის ნაკადის მიმართულების შესაცვლელად გამოიყენება.

არხის ორი ძირითადი დანიშნულება აქვს:

მელიორაციული, როდესაც არხი გამოიყენება წყლის მისაწოდებლად ან გადასაგდებად.
არხები, რომლებსაც ტრანსპორტირების ფუნქციები აქვთ, მაგალითად ტვირთების გადაზიდვა ან ადამიანების გადაყვანა.

ხშირად არხები ორივე ფუნქციას ითავსებენ.

სანაოსნო არხის შექმნის მიზანია ორი წყალსატევის აუზების შეერთება ასეთის არარსებობის შემთხვევაში, წყალსატევებს შორის გზის შესამცირებლად, გარანტირებული ნაოსნობის უზრუნველსაყოფად, სამდინარო გზებით დანიშნულების პუნქტებამდე სატრანსპორტო ხელმისაწვდომობის პრობლემის გადასაწყვეტად, ეკონომიურად უფრო მომგებიანი ტრანსპორტირების გზების შესაქმნელად.

ზოგადი ინფორმაცია

არხები მიეკუთვნება წყალგამტარ ნაგებობებს (წყალგამტარებს) ხელოვნურ კალაპოტებს, რომელთა დახმარებით ხორციელდება წყლის მიწოდება ერთი პუნქტიდან მეორე პუნქტში). არხებთან ერთად წყალგამტარ ნაგებობებს მიეკუთვნება ღარები, მილსადენები, ჰიდროტექნიკური გვირაბები. ღარებისგან არხები განსხვავდება იმით, რომ ისინი მიწაშია მოთავსებული, ხოლო ღარები მიწაზე დევს ან მიწის ზემოთ იმყოფება. მილსადენებისა და ჰიდროტექნიკური გვირაბებისგან განსხვავებით არხების კალაპოტები ღიაა.

არხების სახეობები

დანიშნულების მიხედვით არხები რამდენიმე სახეობად იყოფა.

სოფლის მეურნეობაში უძველესი დროიდან მნიშვნელობა როლს თამაშობდა მელიორაციული არხები, რომლებიც, თავის მხრივ, იყოფა საირიგაციო (სარწყავ) და სადრენაჟე (საშრობ) არხებად. პირველები წყალს აწვდიან მინდვრებს და მასზე ანაწილებენ, ამიტომ ყველაზე ხშირად მათი ნახვა შეიძლება აზიისა და აფრიკის უდაბნოებსა და ნახევარუდაბნოებში, ასევე იმ ტერიტორიებზე, სადაც ინტენსიური მიწათმოქმედება წარმოებს, მაგალითად, კალიფორნიაში ან ხმელთაშუაზღვისპირეთში. მეორენი კი პირიქით, წყალს აგდებენ დაჭაობებული ადგილებიდან.

წყალსადენი არხები წყალს გადასცემენ მისი მოხმარების ადგილებში, ექსპლუატაციის პირობები და სანიტარული მოთხოვნები კი ხშირად განაპირობებენ ასეთი ნაგებობების დახურვის აუცილებლობას. მათი მთავარი მიზანია უწყლო და გვალვიან რაიონებში წყლის მიწოდება იმ რაიონებიდან, სადაც წყლის სიჭარბე იგრძნობა.

არხების კიდევ ერთი სახეობაა ენერგეტიკული არხები. ისინი წყალს აწვდიან ჰიდროელექტროსადგურების ტურბინებს, შემდეგ კი ტურბინებში გადინებული წყალი ჰესის საზღვრებს გარეთ გააქვთ.

ტკნარი და ზღვის წყლის სანაოსნო არხები, რომლებიც აკავშირებს მდინარეებს, ტბებსა და ზღვებს, როგორც წესი, გათვლილია ყოველგვარ საწყლოსნო ტრანსპორტზე, მცირე ნავებიდან დაწყებული უზარმაზარი სატვირთო გემებით დამთავრებული. სანაოსნო არხები ორი სახისაა: ღია და რაბებიანი. პირველი აკავშირებს წყლის ერთნაირი დონის მქონე საწყლოსნო გზებს, მეორე კი სხვადასხვა დონის მქონე წყალსატევებს. ღია არხებიდან შეგვიძლია დავასახელოთ მსხვილი სუეცისა და კორინფის არხები, მაგრამ მსგავსი ნაგებობების დიდი უმრავლესობა მეორე სახეობას განეკუთვნება: მათი რაბების სისტემა საშუალებას აძლევს ხომალდებს გადაადგილდნენ არხის დაბალი უბნებიდან მაღალ უბნებში და პირიქით. ყველაზე ცნობილი რაბებიანი არხებია პანამისა და კილის არხები. მტკნარი წყლის არხები, თავის მხრივ შეიძლება იყოს ტრანზიტული (აკავშირებს რამდენიმე წყალსატევს), წყალგამყოფი (აკავშირებს ორი მდინარის აუზებს), შემოვლითი ან მასწორებელი (გვერდს უვლის ჭორომიან და მღელვარე უბნებს, ასევე ამოკლებს გზას დაკლაკნილი კალაპოტის ორ პუნქტს შორის) და შემაერთებელი (ისინი გაყავთ საწყლოსნო გზებიდან მსხვილ საწარმოო ცენტრებამდე).

ასევე განასხვავებენ ხე - ტყის დასაცურებელ არხებს, რომლებიც წყლის საშუალებით ხე-ტყის ტრანსპორტირებისთვის არის განკუთვნილი.

წყლის მიწოდების მიხედვით არხები იყოფა თვითდინებად, რომელშიც წყალი სიმძიმის ზალის მოქმედებით მოძრაობს, და მექანიკურად, რომლებისთვისაც სატუმბი სადგურები გამოიყენება.

ისტორია, არხები ძველად

პირველი სარწყავი არხები ჩვენს წელთაღრიცხვამდე VI საუკუნეში მესოპოტამიაში გაჩნდა. როგორც ჩანს, დაახლოებით მაშინვე დაიწყეს საირიგაციო სისტემების მოწყობა ძველ ეგვიპტეში. ასე რომ III და II ათასწლეულების მიჯნაზე ორივე ქვეყანაში შექმნილი იყო სარწყავი არხების ფართო ქსელი, რომელთა მოვლის ტვირთი უმაღლეს ხელისუფლებას დააწვა მხრებზე. არ არის გამორიცხული, რომ ძველ ეგვიპტეში აეშენებინათ მსოფლიოში პირველი სანაოსნო არხი, რომელმაც წითელი ზღვა დააკავშირა ნილოსის, ხმელთაშუა ზღვაში ჩამდინარე მდინარის ერთ-ერთ შენაკადთან;  ამის გზის წყალობით გენებს შეეძლოთ ერთი ზღვიდან მეორეში მოგზაურობა. წყლის აღნიშნული არტერიის მშენებლობა ჩვენს წელთაღრიცხვამდე დაახლოებით 600 წლის წინ დაიწყო და გრძელდებოდა ჩვენს წელთაღრიცხვამდე 518 წლამდე, როდესაც ქვეყანა სპარსელებმა დაიპყრეს. სამწუხაროდ, დროთა განმავლობაში არხი ჩაიმარხა უდაბნოს ქვიშების ქვეშ და მისი არსებობა დაივიწყეს.

XIX საუკუნე

აუგუსტის არხი, რომელიც აკავშირებს ვისლისა და ნემანის აუზებს, XIX საუკუნის პირველი ნახევრის საინჟინრო ხელოვნების უნიკალური ძეგლია. პოლონეთისა (80 კმ) და ბელარუსის (22 კმ) ტერიტორიაზე განლაგებული ეს ჰიდროტექნიკური ნაგებობა ჩაკეტილი არხის მაგალითია, რომლის გასწვრივ 18 რაბია აშენებული. არხის მშენებლობა 1824 წელს დაიწყო და 15 წელი გაგრძელდა, მთავარი დამპროექტებელი კი გახდა ინჟინერი იგნაცი პრონჟინსკი. თითქმის პირველყოფილი სახით შემორჩენილი ეს საწყლოსნო გზა დღეს, ძირითადად, ტურისტებს ემსახურება: მისი კალაპოტი აუგუსტის ნაკრძალი ტყისა და ბებჟანის დაბლობის თვალწარმტაც ლანდშაფტებზე გადის და აკავშირებს ნეცკასა და თეთრ ტბებს მდინარე შავ განჩასთან. დღეს აუგუსტის არხი ერთ-ერთია იმ ღირსშესანიშნაობებს შორის, რომლების, შესაძლოა, შეტანილი იქნენ იუნესკოს კულტურული და ბუნებრივი მემკვიდრეობის მსოფლიო სიაში.

1893 წელს საბერძნეთში გაიხსნა კორინთოს არხი, რომელიც ერთმანეთთან  აკავშირებს ეგეოსის ზღვის სარონის ყურეს იონიის ზღვის კორინთოს ყურესთან. გათხრილია კორინთოს ყელში, რომელიც პელოპონესის ნახევარკუნძულს კონტინენტისგან გამოყოფს. საინტერესოა, რომ პირველი ცნობები მსგავსი არხის შესახებ ჩვენს წელთაღრიცხვამდე VII საუკუნით თარიღდება, როდესაც კორინთოს ტირანი პერიანდრი, რომელიც ძველი საბერძნეთის შვიდ ბრძენს შორის მოიხსენება, სცადა საწყლოსნო გზის გათხრა, მაგრამ შემდეგ გააჩერა სამუშაოები.

არხების დახასიათება

არხის მთავარი მახასიათებელია მისი ცოცხალი კვეთის, ანუ ნაკადის განივკვეთის ფორმა და ზომა. არხების ფორმა სხვადასხვაგვარი შეიძლება იყოს. ხშირად იყენებენ ტრაპეციული ან პოლიგონური მოხაზულობის არხებს. კვეთა ასევე შეიძლება იყოს მართკუთხა, ნახევარწრიული, პარაბოლური, უფრო რთული მრუდით შემოსაზღვრული ან შედგენილი. ფერდოს ჩაწყობა m, რომელიც ტოლია, იმ გრუნტზეა დამოკიდებული, რომელშიც არხი გადის. თუ კლდოვანი გრუნტებისთვის ფერდოს ჩაწყობა ნულს უახლოვდება, სხვა შემთხვევებში, მაგალითად მტვრიანი ქვიშებისთვის, ის შესაძლოა 3-3,5-ს აღწევდეს. ფერდოების გამაგრება საჭირო სიდიდის ჩაწყობის დანიშვნის საშუალებას იძლევა.

ბუნებრივი კალაპოტებისგან განსხვავებით აქ არის არხისთვის ჰიდრავლიკურად ყველაზე ხელსაყრელი კვეთის გამოყენების საშუალება (ანუ შესაძლებელია შეირჩეს არხის ფსკერისა და ნაკადის სიღრმის შესაბამისი სიდიდეები). ასეთი კვეთა და კალაპოტის მოცემული სიმქისე უზრუნველყოფს მაქსიმალურ გამტარუნარიანობას კვეთის მინიმალურ ფართობზე. თუმცა, ფერდოების ყველაზე გავრცელებული ჩაწყობების დიაპაზონისთვის გამოდის, რომ ასეთ არხებს აქვთ დიდი სიღრმე და ფსკერის მცირე სიგანე, რაც ხშირად არამიზანშეწონილია სამუშაოთა მოწყობის ტექნოლოგიებისა და ღირებულების თვალსაზრისით. ამასთან ერთად ხდება ნაკადის გამომრეცხავი სიჩქარის ზრდა. ამიტომ არხების სიგანეს ფსკერზე ცვლიან ჰიდრავლიკურად ყველაზე ხელსაყრელთან შედარებით.

არხების გამოთვლა

ზოგადად, მცირე არხები გამოითვლება იმ დაშვებით, რომ მასში წყალი თანაბრად იმოძრავებს. სიჩქარისა და ხარჯის გამოსათვლელად გამოიყენება შეზის ფორმულები:

, და , სადაც
V – არის ნაკადის საშუალო სიჩქარე, მ/წმ.
C – ხახუნის წინააღმდეგობის კოეფიციენტი სიგრძეზე (შეზის კოეფიციენტი), მ0,5/წმ, რომელიც წინააღმდეგობის ძალების ინტეგრალური მახასიათებელია.
R – ჰიდრავლიკური რადიუსი, მ.
I –ჰიდრავლიკური დახრილობა, რომელიც თავისუფალი ზედაპირიდან ნაკადის თანაბარი მოძრაობის დროს ფსკერისა და თავისუფალი ზედაპირის ფერდოს ტოლია.
ω – ცოცხალი კვეთის ფართობი, მ2.

წყლის ხარჯი არხში განისაზღვრება წყლის სამეურნეო გამოთვლებით. მისი მიზანია არხის კვეთის და მისი ზომების განსაზღვრა ნაკადის შესაძლო სიჩქარეების შედარებით მცირე დიაპაზონისთვის. სიჩქარეების დიაპაზონის სიმცირე განპირობებულია იმით, რომ ერთი მხრივ, კალაპოტი არ უნდა გამოირეცხოს და, მეორ მხრივ, არ უნდა დალამიანდეს. დალამიანების და გამორეცხვის გათვალისწინებით ზღვრული სიჩქარეების გამოთვლა რთული ამოცანაა და მიახლოებითი მეთოდებით იხსნება. მასალათა უმეტესობისთვის გამორეცხვის სიჩქარეები განსაზღვრულია და მოყვანილია შესაბამის ცხრილებში ნაკადის სიღრმის გათვალისწინებით.

კალაპოტური პროცესების აღრიცხვა

მრავალი მსხვილი არხი, თავისი არსით, ხელოვნური მდინარეა. ხშირად მათ არა აქვთ გამაგრებული ფსკერი და ფერდოები, რაც განაპირობებს ჩვეულებრივი მდინარეებისთვის დამახასიათებელ კალაპოტურ პროცესებს. ეს კიდევ უფრო აშკარაა მაშინ, თუ არხების მშენებლობის დროს ბუნებრივი წყალდენის კალაპოტები გამოიყენება. არხების დიდი სიგრძე, წყლის დიდი ხარჯი, მომიჯნავე აუზის ფერდოს გავლენა, ყოველივე ეს ერთად არხების გამოთვლას ურთულეს ჰიდროტექნიკურ ამოცანად აქცევს. მისი ამოხსნა უმეტეს შემთხვევაში მხოლოდ მოდელირების გამოყენებით არის შესაძლებელი.

წყლის დანაკარგები არხებში

არხებში წყლის დანაკარგების არსებობა განპირობებულია როგორც მისი აორთქლებით ღია არხების ზედაპირებიდან, ასევე მისი ფილტრაციით კალაპოტის კედლებსა და ფსკერში. თანაც, აორთქლებით გამოწვეული დანაკარგები, უმეტეს შემთხვევაში, ძალიან მცირეა მაშინ, როდესაც ფილტრაციული დანაკარგები შესაძლოა ძალიან დიდ სიდიდეებს აღწევდეს, რაც შესამჩნევად აქვეითებს არხის ეკონომიკურ ეფექტიანობას. ამასთან ერთად, ახლომდებარე გრუნტია გაწყლოვანებამ შესაძლოა გამოიწვიოს ადგილის დაჭაობება, დაჯდომადი გრუნტის არსებობისას არხის დეფორმაცია და ნაგებობის ნგრევა, ხოლო მთის პირობებში – საშიში ნგრევა და ღვარცოფი.

ასხვავებენ ფილტრაციის ორ სტადიას: თავისუფალს და ნატბორით. არხიდან გამოსული არა თავისუფალი, ნატბორიანი ფილტრაციული ნაკადი ეხება გრუნტის ნაკადს და მისი გავლენით იტბორება.

ფილტრაციასთან ბრძოლა შესაძლებელია როგორც ფსკერისა და კალაპოტის მოპირკეთებით, ასევე კალაპოტის გრუნტის წყალშეღწევადობის შემცირებით, რის მიღწევაც შესაძლებელია მექანიკური დატკეპნით და კოლმატაჟით – წვრილი ნაწილაკებით გრუნტის ფორების ამოვსების გზით. მაგალითად, ქვიშიანი გრუნტებისთვის შესაძლებელია გამოყენებული იქნას მათი კოლმატაჟი თიხიანი და ლამიანი გრუნტებით. წყალშეღწევადობის შემცირების განსაკუთრებული ხერხია არხის გრუნტში სპეციალური მასალების დამატება, მათ შორის, გრუნტის ხელოვნური დამლაშება, ხელოვნური „გლეიფიკაცია“, „პეტროლიზაცია“ და ა. შ., თუმცა ასეთი მეთოდები აბინძურებენ წყლის ნაკადს.

ნაგებობები არხებზე

არხების მშენებლობა თითქმის ყოველთვის საჭიროება დამატებითი ნაგებობების მოწყობას, რომლებიც შემდეგ კატეგორიებად შეიძლება დავყოთ:

წყალგამტარი ნაგებობები.
მაუღლებელი ნაგებობები.
არხის საერთო რეჟიმის მარეგულირებელი ნაგებობები..

წყალგამტარი ნაგებობები

როგორც ეკონომიკური, ასევე ტექნიკური მიზეზების გამო არხის ცალკეული უბნები შესაძლოა წყალგამტარი ნაგებობებით შეიცვალოს. ასეთ ნაგებობებს მიეკუთვნება ღარები, მილები, გვირაბები, აკვედუკები, დიუკერები, შუროები და სხვ.

იმ შემთხვევებში, როდესაც გრუნტის პირობები არ იძლევა არხის საიმედო კალაპოტის მოწყობის შესაძლებლობას, ან იმ ადგილის რელიეფი, რომელზედაც არხის ტრასის უბანი გადის, საკმაოდ რთულია (ძლიერად დასერილი ადგილი, მთის ფერდობები და ა. შ.), მიზანშეწონილია ღარების გამოყენება. ღარები ხელოვნური კალაპოტებია, მაგრამ მიწის ზედაპირზე განლაგებული ან ზედაპირის ზევით, საყრდენებზეა მოწყობილი. მათ ამზადებენ ხისგან, რკინაბეტონისგან, ლითონისგან და სხვა მასალებისგან. წყალი ღარებში დაწნევის გარეშე მოძრაობს. ზოგჯერ არხებს ზემოდან რაიმე საფარით იცავენ, რაც მას, არსებითად, მილს ამსგავსებს. ღარის კვეთის ფართობი ჩვეულებრივ, ნაკლებია, ვიდრე არხისა. ამის გამო მათ დიდ დახრილობას აძლევენ. ღარის გამტარუნარიანობის გამოთვლისას მას განიხილავენ, როგორც წყალგადასაშვებს, რომელსაც არხში შემავალი ფართო ზღურბლი აქვს.

აკვედუკებს აწყობენ არხის მიერ რაიმე წინააღმდეგობის მდინარის, ხევის, გზის და .ა. შ. გადაკვეთისას. საყრდენებზე მდგარი ღარისგან აკვედუკი გამოირჩევა კაპიტალურობით. ამ მხრივ აკვედუკები უფრო ახლის არის ხიდებთან, უშუალოდ ღარმა კი შეიძლება მალის ნაგებობის ფუნქცია შეასრულოს.

მილსადენები საშუალებას იძლევა გავუშვათ არხის წყალი რომელიმე წინააღმდეგობის ქვეშ. ასევე გამოიყენება არხის გავლის უბანზე არახელსაყრელი კლიმატური პირობების არსებობისას. მილსადენები შეიძლება მოთავსდეს როგორც მიწის ქვეშ, ასევე იყოს ღია ტიპისა, უშუალო წვდომის შესაძლებლობით. როგორც წესი, მილსადენებში წყლის მოძრაობის რეჟიმი დაწნეხვითია.

თუ საჭიროა არხის ქვეშ რაიმე სახის წყალდენის გაშვება, შესაძლებელია წყალგამშვები მილების მოწყობა. მსგავსი მილების კონსტრუქცია და გათვლები ანალოგიურია იმ მილების კონსტრუქციების და გათვლებისა, რომლებიც გამოიყენება წყალდენების გადაკვეთისას საავტომობილო და სარკინიგზო გზების ყრილებით.

მაუღლებელი ნაგებობები

ადგილის დიდი დახრილობის დროს არხში წყლის სიჩქარემ შეიძლება დაუშვებელ მნიშვნელობებს მიაღწიოს. ამის გამო საჭირო ხდება არხში განსხვავებული სიმაღლეების მქონე უბნების მოწყობა. სწორედ ასეთი უბნების შესაერთებლად გამოიყენება მაუღლებელი ნაგებობები, რომლებსაც ზოგადად მიეკუთვნება სწრაფსადენები და  ვარდნილები.

ვარდნილებში წყალი გზის ნაწილს ნაგებობაში გადის, ნაწილს კი ვარდნაში. საფეხურიან ვარდნილებში ვარდნილი წყლის ენერგია ქვრება სპეციალური მოწყობილობებით. კონსოლურ ვარდნილებში ვარდნილი წყალი დაცემის ადგილას წარმოქმნის ძაბრს, რომელიც თანდათანობით ისეთ სიღრმეს აღწევს, რომ გამორეცხვა წყდება და ვარდნის ენერგია მთლიანად ქვრება. კონსოლური ვარდნილების მოწყობა ნაკლებ ხარჯიანია თვითრეგულაციის გამო, მაგრამ მათი გათვლა ნაკლებად ზუსტია და ითხოვს განუსაზღვრელი რეჟიმის დაშვებას მანამ, სანამ ძაბრის ზომა არ მიაღწევს საჭირო სიდიდეს.

სწრაფსადენები დიდი დახრილობის მქონე ღარებია, რომლებშიც წყალი კრიტიკულზე მეტი სიჩქარით მოძრაობს. მაგრამ სიჩქარე არ უნდა აღემატებოდეს იმ სიდიდეს, რომელიც დასაშვებია ფსკერისა და კედლების მასალისთვის. სიჩქარის შესამცირებლად შესაძლებელია გადიდებული სიმქისის ღარის გამოყენება სხვადასხვაგვარი შვერილების, საფეხურებისა და ზღურბლების სახით. სწრაფსადენის ბოლოში ეწყობა წყალსაცემი ჭები სიჩქარის ჩასაქრობად.

არხების განსხვავებული სიმაღლის მქონე უბნების შესაუღლებლად გამოიყენება სატუმბი სადგურებიც.

არხის საერთო რეჟიმის მარეგულირებელი ნაგებობები

ასეთ ნაგებობებს განეკუთვნება რაბ-რეგულატორები და წყალგამყოფები, ავარიული ღობურები, წყალსაგდებები და წყალჩასაშვებები, თოშსაგდებები.

რაბ-რეგულატორი არის საკეტებით აღჭურვილი კაშხალი. მის ფუნქციებში შედის საკუთრივ არხში და მის განშტოებებში წყლის ხარჯის რეგულირება. ავარიული ღობურები საკეთებით აღჭურვილი ზღურბლებია. აუცილებლობის შემთხვევაში მათი დახმარებით ხდება არხის ცალკეული უბნების იზოლირება.

არხები ხელოვნებაში

არხების გამოყენებამ უძველესი დროიდან განაპირობა მათი ფართო ასახვა ხელოვნებაში. მხატვრები ხშირად აღბეჭდავენ არხებს ნახატებზე, სურათებზე, მხატვრულ ფილმებში.