Каналы относятся к водопроводящим сооружениям (водоводам) - искусственным руслам, с помощью которых осуществляется подача воды из одного пункта в другой. Наряду с каналами, к водопроводящим сооружениям относятся лотки, трубопроводы, гидротехнические тоннели. От лотков каналы отличает то, что они располагаются в земле, тогда как лотки - на земле или над землёй. В отличие от трубопроводов и гидротехнических тоннелей русла каналов на большей части их длины открыты.

Виды каналов

«Королевский канал» в Ирландии

В зависимости от предназначения каналы делятся на несколько видов.

С древнейших времён важную роль в сельском хозяйстве играли мелиоративные каналы, которые, в свою очередь, делятся на ирригационные (оросительные) и дренажные (осушительные). Первые из них доставляют воду на поля и распределяют её там, поэтому чаще всего их можно встретить в пустынях и полупустынях Азии и Африки, а также на территориях, где ведётся интенсивное земледелие - например, в Калифорнии и Средиземноморье. Вторые, наоборот, отводят воду из заболоченной местности.

Водопроводные каналы подают воду к месту её потребления, причём условия эксплуатации и санитарные требования часто вынуждают делать такие сооружения закрытыми. Их главная цель - подавать воду в безводные и засушливые районы из мест, где постоянно ощущается избыток воды.

Ещё один вид каналов - энергетические . Они подводят из рек воду к турбинам гидроэлектростанции, а затем отводят прошедшую через турбины воду за пределы ГЭС .

Профиль Беломорско-Балтийского канала

По способу подачи воды каналы разделяются на самотечные, в который вода течёт под действием силы тяжести, и с механическим подъёмом воды, для чего используются насосные станции .

История

Каналы в древности

Первые оросительные каналы появились в конце VI тысячелетия до н. э. в Месопотамии . Примерно тогда же, по-видимому, начали возводить ирригационные системы и в Древнем Египте, так что к рубежу ΙΙΙ и ΙΙ тысячелетий в обеих странах была создана широкая сеть оросительных каналов, забота о которых легла на плечи верховной власти. Не исключено, что в Древнем Египте появился и первый в мире судоходный канал, который соединил Красное море с одним из притоков Нила - реки, впадавшей в Средиземное море ; благодаря этому пути корабли могли путешествовать из одного моря в другое. Строительство данной водной артерии было начато около 600 года до н. э. и продолжалось до 518 года до н. э., когда страну захватили персы. К сожалению, со временем канал был погребён под песками пустыни и о нём забыли.

XIX век

В 1879 году Франция стандартизировала габариты каналов и судов, введя габарит Фрейсине , что привело к появлению типа судов, названных пениш . На сегодняшний момент эти суда являются не только транспортом, но также образом жизни и местом жительства для семей многих речников. Габариты пенишей стали типом I в современной классификации европейских внутренних водных путей .

СССР

V = C R ⋅ I , {\displaystyle V=C{\sqrt {R\cdot I}},} Q = ω C R ⋅ I , {\displaystyle Q=\omega C{\sqrt {R\cdot I}},} V - средняя скорость потока, м/с; C - коэффициент сопротивления трения по длине (коэффициент Шези), м 0,5 /с, являющийся интегральной характеристикой сил сопротивления; R - гидравлический радиус , м; I - гидравлический уклон , который при равномерном движении потока со свободной поверхностью равен уклону свободной поверхности; ω - площадь живого сечения, м 2 .

Расход воды в канале определяется водохозяйственными расчётами. Задача сводится к определению сечения канала и его размеров при сравнительно узком диапазоне возможной скорости потока. Узость диапазона скорости диктуется тем, что русло с одной стороны не должно размываться, а с другой - не должно заиливаться. Расчёт предельных скоростей по заилению и размыванию является сложной задачей и решается приближёнными методами. Для большинства материалов размывающие скорости определены и приводятся в соответствующих таблицах в зависимости от глубины потока.

Учёт русловых процессов

Многие крупные каналы по своей сути представляют собой искусственные реки. Часто они не имеют укрепления дна и откосов, что обуславливает протекание русловых процессов, свойственных обычным рекам. Это ещё более очевидно при использовании при строительстве каналов русел естественных водотоков. Большая протяжённость каналов, большие расходы воды, влияние стока с прилегающего бассейна , - всё это делает расчёт каналов сложной гидротехнической задачей.

Потери воды из каналов

Потери воды из каналов обусловлены как её испарением с поверхности открытых каналов, так и её фильтрацией через стенки и дно русла. При этом потери на испарение в большинстве случаев весьма малы, тогда как потери на фильтрацию могут достигать очень больших величин, заметно снижающих экономическую эффективность канала. Вдобавок к этому обводнение близлежащего грунта может привести к заболачиванию местности, при просадочных грунтах - к деформациям канала и разрушению сооружений, в горных условиях - к опасным обрушениям и селям.

Различают две стадии фильтрации: свободную и с подпором. При несвободной фильтрации с подпором фильтрационный поток из канала соприкасается с грунтовым потоком и подпирается им.

Бороться с фильтрацией можно как устройством облицовки дна и русла, так и снижением водопроницаемости грунта русла, что можно достичь механическим уплотнением и кольматажем - заполнением пор грунта мелкими частицами, например, для песчаных грунтов может применяться их кольматаж глинистыми и илистыми грунтами. Особым способом снижения водопроницаемости является способ добавления в грунт канала специальных материалов. Сюда можно отнести искусственное осолонение грунта, искусственное оглеение, нефтевание и т. п., однако такие методы ведут к загрязнению водного потока.

Сооружения на каналах

Строительство каналов почти всегда требует устройства дополнительных сооружений, которые можно разделить на несколько категорий:

• водопроводящие сооружения;
• сопрягающие сооружения;
• сооружения, регулирующие общий режим канала.

Водопроводящие сооружения

Водопроводящими сооружениями могут заменяться отдельные участки каналов как по экономическим, так и техническим причинам. К таким сооружениям относятся лотки, трубы, туннели, акведуки , дюкеры , селеспуски и пр.

В тех случаях, когда грунтовые условия не позволяют устроить надежное русло канала или рельеф местности, где проходит участок трассы канала, слишком сложный (сильно пересеченная местность, горные склоны и т. п.) целесообразно использование лотков. Лотки также представляют собой искусственные русла, однако они располагаются на поверхности земли или же устраиваются над землёй на опорах. Могут выполняться из дерева, железобетона, металла и прочих материалов. Движение воды в лотках безнапорное. Иногда лотки сверху защищают каким-либо покрытием, что приближает их по своей сути к трубам. Площадь сечения лотка обычно меньше, чем канала. В связи с этим им придают больший уклон. Пропускная способность лотка рассчитывается из рассмотрения его как водослива с широким порогом в канал.

Акведуки устраивают в местах пересечения каналом какого-либо препятствия: реки, оврага, дороги и т. п. От лотка на опорах акведук отличает капитальность. В этом плане акведуки ближе к мостам, при этом непосредственно лоток может выполнять функции пролётного строения.

Трубопроводы позволяют пропустить воду канала под каким-либо препятствием, а также используются при неблагоприятных климатических условиях участка прохождения канала. Трубопроводы могут располагаться как под землёй, так и быть открытого типа с возможностью непосредственного доступа. Режим движения воды в трубопроводах обычно напорный.

Если необходимо пропустить под каналом какой-либо водоток, возможно устройство водопропускных труб. Конструкция и расчеты подобных труб аналогичны трубам, применяемым при пересечении водотоков насыпями автомобильных и железных дорог.

Лоток из железобетона (г. Бакли, штат Вашингтон, США)

Виды судоходных каналов. Особенности судоходства на каналах.

Канал - это искусственный открытый водовод в земляной вы­емке или насыпи. По назначению каналы делятся на соединительные, обходные и подходные.

Рис. 37. Аварийные ворота на каналах

Соединительные каналы служат для соединения водным путем рек разных бассейнов, а также для соединения рек, озер и морей (например, канал имени Москвы, Волго-Донской имени В. И. Ленина, Беломорско-Балтийский и др.).

Обходные каналы предназначены для обхода судами озер, на которых бывают сильные штормы, а также центральных ча­стей больших городов и т. п.(к таким каналам относятся Приладожские, Прионежские и др.).

Подходные каналы - это искусственное углубление во­доема или водотока по судовому ходу, имеющее знаки навигационной обстановки. Подходные каналы служат в основном для подхода судов с основного водного пути к портам, населенным пунктам и промышленным предприятиям, находящимся в сто­роне от реки (например, каналы в Архангельске, Ленинграде, Сеймовский на р. Оке и т. д.).

По способу питания каналы бывают самотечные и с искусственным питанием.

В самотечные каналы вода поступает непосредственно из реки или, озера и сама распространяется по всему каналу. Такие каналы наиболее просты и дешевы в эксплуатации.

У каналов с искусственным питанием воду из источника при помощи насосов накачивают в водораздельный бьеф, откуда она стекает самотеком. Например, на Волго-Донском канале имени В. И. Ленина построены три насосные станции, имеющие по три мощ­ных насоса, каждый из которых за 1 с перекачивает 15 м 3 воды.

К гидротехническим сооружениям, необходимым для эксплуата­ции канала, в основном относятся судоходные шлюзы, аварийные во­рота, аварийные водосбросы и водоспуски.

Шлюзы на каналах служат для пропуска судов из одного бьефа в другой.

Аварийные ворота служат для выключения отдельных участков канала в случае аварии или для ремонта. Аварийные ворота (рис. 37) состоят из следующих основных частей: устоев 1, ворот 2, понура 6, флютбета 5, водобойной части 3 с гасителями энергии 4. Ворота делают в виде поворотных ферм или в виде откатных затворов, состоящих из двух полотнищ.

Аварийные водосбросы предназначены для сброса воды из канала в случае его переполнения. Они представляют собой обычно боковой водослив в дамбе канала. Отметка водослива должна быть не ниже форсированного уровня.

Водоспуски служат для опорожнения каналов; это трубы, закладываемые в дамбы ниже уровня воды.

Основные формы поперечных сечений судоходных каналов - ложбинообразная, прямоугольная, трапецеидальная и полигональная.

Если по каналу должно проходить немного судов и они пойдут в ос­новном по его оси, используя наибольшие глубины, - применяют ложбинообразную форму канала (рис. 38, в). При интен­сивном движении, когда суда, то и дело встречаются, обгоняют друг друга и большую часть движутся над откосами, ложбинообразная форма неудобна, - она увеличивает для судна опасность удариться об откос.

В этом отношении лучшей является прямоугольная (рис. 38, б), а затем трапецеидальная (рис. 38, е) форма се­чения канала. Первая встречается редко, так как строительство вертикальных стенок очень сложно и обходится дорого. При трапе­цеидальной форме наблюдается особенно сильное оплывание откосов.

На современных судоходных каналах принята преимущественно полигональная (рис. 38, г) форма поперечного сечения. Дно в таких каналах горизонтально, а откосы имеют различную крутизну, зависящую от рода грунта. При этом верхняя часть более крутая, нижняя - более пологая.

В зависимости от положения относительно поверхности земли Канал может быть в выемке (рис. 39, а), в полувыемке и в полунасыпи (рис. 39, б) и в насыпи (рис. 39, б). В насыпь обычно закладывают противофильтрационный слой глины.

Крепление откосов каналов необходимо для за­щиты от разрушения под воздействием судовых волн, течения воды, льда, ударов судов и др. Наиболее часто применяют крепления отко­сов в виде мостовой или каменной наброски на слое щебня или гравия. В последнее время широко применяется крепление откосов железобе­тонными и бетонными плитами, а также шпунтом.

Для судоходства большое значение имеет величина профильного коэффициента п, равного отношению живого сечения канала и к пло­щади погруженной части миделя судна % при полной осадке:

Чем больше п, тем меньше сопротивление воды движению судна. Для больших современных каналов величина п = 4 - 5,5.

Закругления каналов делают с возможно большим радиусом, кото­рый должен быть более 5-6 длин наибольшего судна. В особых случаях радиус закругления может быть снижен до трех длин судна (но не ме­нее), при этом канал расширяют.

Судовые волны, набегая на откосы канала, разрушают их. Волна оказывает на обоих сильное динамическое воздействие. Часть воды стекает с откоса обратно в канал, а часть проникает внутрь откоса, при­чем, просачиваясь вниз, размывает основание откоса. Высота волны за­висит от размеров судна и скорости его движения и достигает 1,3 м. Приближение судов к берегу приводит к увеличению высоты набегания волны на откос. Поэтому суда по возможности должны двигаться по оси канала,

Большое влияние на откосы и дно канала оказывает струя потока воды, отбрасываемая движителями, особенно, когда судно идет вбли­зи откоса в повороте канала или с дрейфом при ветре. Деформация от­косов происходит также за счет возникающего течения при стесне­нии живого сечения канала корпусом судна.

Вследствие перечисленных причин каменная отмостка откоса ру­шится и сползает, уменьшаются судоходные глубины.

Скорость движения судов на каналах ограничена и не превышает 12-15 км/ч.

Сбрасывание мусора и шлака в канал запрещается. Отдача якорей возможна лишь в отведенных местах, пользование лотами и цепями-волокушами не разрешается.

Плавание по каналу усложняется малыми габаритами судового хо­да, наличием аварийных и заградительных ворот, паромных переправ, шлюзов и других сооружений. Кроме того, во время работы насос­ных станций возникают течения, которые могут вызвать рыскли­вость судна.

Морские судоходные каналы представляют собой искусственный путь для соединения двух морских бассейнов или для подхода судов к портам. Они могут быть открытые и шлюзованные.

Открытые каналы наиболее распространены, к ним относятся все подходные каналы, проходящие по суше, протокам морского устья или морю и являющиеся надводными или представляющие собой под­водную искусственную прорезь.

Открытые каналы могут быть без ограждения или ограждены парными или одиночными дамбами. Огражденные каналы меньше подвергаются действию волн и менее заносятся наносами.

Морскими подходными каналами являются Архангельский (рукав дельты,) Днепро-Бугский (бар), Херсонский (лиман, рукав и река), Волго-Каспийский (рукав дельты), Ленинградский, Ждановский, Ка­лининградский (морской залив) и т. д. Общая протяженность морских подходных каналов в СССР превышает 1000 км.

Классификация судоходных каналов

Морским судоходным каналом называется продольная выемка в морском дне или русле реки на участках, где естественные глубины недостаточны для прохода судов заданной осадки. Таким образом, морские судоход­ные каналы представляют собой искусственный фарватер, имеющий ши­рину и глубину, отвечающие размерам расчетных судов.

Морские каналы в отдельных случаях устраивают и для других целей, например для забора морской воды насосными станциями для промышленного водоснабжения.

Строительство и эксплуатация таких сооружений при больших раз­мерах современных морских судов сопряжены с крупными первоначаль­ными затратами и ежегодными расходами по поддержанию глубин. В общем балансе издержек эксплуатационные расходы по содержанию судоходных каналов при неблагоприятных условиях могут превысить первоначальные затраты.

По сравнению с общей протяженностью морских судоходных пу­тей протяженность морских каналов незначительна, но их роль в си­стеме водного транспорта очень велика.

Каналы могут сооружаться:

а) на мелководных морских подходах к порту или устью судоход­ной реки;

б) в устьях рек или в целине берега, чтобы дать морским судам возможность проникнуть в глубь территории;

в) для соединения двух морских бассейнов или частей одного бас­сейна, разделенных полосой суши или мелководья.

Соответственно этим основным назначениям различают каналы: подходные, внутренние (проникающие в глубь территории) и соедини­тельные.

Подходные каналы расположены на прибрежных, обыкновенно открытых водных пространствах и подвержены действию морских течений и волнения; работы по их созданию состоят в искусственном увеличении (по направлению трассы) существующих глубин и иногда в возведении рядом с ними с одной или обеих сторон ограждающих со­оружений. В нашей стране крупнейшими подходными каналами яв­ляются Волго-Каспийский, обеспечивающий водный подход к устью Волги и Астраханскому порту, каналы Санкт-Петербургского, Калининград­ского портов и др. Внутренние каналы создаются углублением существующих устьев фарватеров и рукавов реки или прорытием в целине берега каналов в обход водоема, в последнем случае они называются обходными. Не­обходимо отметить, что каналы, проникающие в глубь территории, не­избежно включают в состав своей трассы и подходные каналы. На­пример, упомянутый Волго-Каспийский ка­нал можно считать и подходным, и прони­кающим в глубь при­морской территории по дельте Волги. Приве­денное здесь разграни­чение оправдано тем соображением, что под­ходные каналы нахо­дятся преимущественно под влиянием морского режима, а проникаю­щие - в условиях реч­ного режима. Весьма характерный пример внутреннего морского кана­ла-Манчестерский канал в Англии, соединяющий глубоководным мор­ским путем промышленный район Манчестера с одним из крупнейших морских портов страны - Ливерпулем.

Соединительные каналы сочетают в себе особенности под­ходных и внутренних каналов, так как их трасса, направляясь из одного моря в другое, частично пролегает по мелководным прибрежным мор­ским пространствам, иногда по фарватерам и устьевым участкам реки впадающих в эти моря, и прорезает материковый водораздел. Соедини­тельные каналы в отличие от подходных характеризуются значительным объемом первоначальной строительной выемки и сравнительно малым объемом восстановительного черпания.

К этой категории относятся крупнейшие каналы международного значения: Суэцкий канал, соединяющий через бассейн Сре­диземного моря страны Европы с Красным морем, Индийским океаном и странами Азии; Панамский канал, соединяющий бассей­ны Атлантического и Тихого океанов; Кильский канал, соединяющий бассейны Северного и Балтийского морей и Атлантического океана. Важное значение для сообщения с крупными портами Азовского моря имеет Керчь-Еникальский канал. Круп­ными соединительными каналами являются также Беломорско-Балтийский, Волго-Донской и Волго-Балтийский (последние рассматриваются обычно в качестве внутренних водных путей). С созданием подобного рода глубоководных соединений и судов смешанного (морского и реч­ного) плавания провести разграничение между областью внутренних и морских водных путей, в том числе и каналов становится все труднее.

При классификации каналов по расчетно-конструктивному призна­ку принимают во внимание влияние внешних воздействий (волнения, и течения) на дно и откосы и наличие шлюзов и разделяют их на три основные группы:

1) незащищенные каналы (неполного профиля), проложенные по морским пространствам без надводных берегов и искусственных ограждений;

2) защищенные каналы (полного профиля), проложенные в надводных берегах или снабженные искусственными ограждениями (дамбами, волноломами и т. д.);

3) шлюзованные каналы.

Каналы первой группы естественно больше всего подвержены внеш­ним воздействиям: волнению, продольным и поперечным морским тече­ниям, а следовательно, и заносимости. Каналы второй группы находят­ся в более благоприятных условиях, так как здесь возможны только продольные течения и в исключительных случаях возможно волнение.

Рис. 5 Виды каналов

Для перемещения грузовых и пассажирских судов по воде кратчайшим путем, с целью снижения временных, трудовых и материальных затрат, прокладывались искусственные водные магистрали - каналы. Сегодня действующие гидротехнические сооружения оказывают значительное влияние на развитие коммерческого судоходства и экономики стран, которым они принадлежат. В статье мы рассмотрим некоторые важнейшие судоходные каналы мира.

Один из самых протяженных судоходных путей расположился в России, в частности на территории Республики Карелия, и зовется он Беломорско-Балтийским. Канал соединил Белое море в границах города Беломорск и Онежское озеро в районе деревни Повенец и позволяет судам двигаться дальше в Балтийское море.

Судоходная магистраль растянулась на 227 км при минимальной глубине фарватера 4 метра и ширине 36 метров. При ее строительстве было возведено более 120 гидротехнических сооружений, в том числе 19 - шлюзовых.

История возведения Беломорско-Балтийского канала весьма трагична, ведь строился он силами заключенных, число которых, по некоторым оценкам, достигало 280 тысяч. Водная трасса прокладывалась с использованием только ручного труда и была сдана в эксплуатацию менее чем за два года в августе 1933.

Волго-Донской судоходный канал

От Волгограда до Калача-на-Дону протянулся один из каналов России - Волго-Донской имени В. И. Ленина. Он соединил две крупнейшие реки - Волгу и Дон. Русло простирается примерно на 101 км, из которых 45 километров приходится на водохранилища. Минимальная глубина судоходного канала составила 3,5 метра.

Для полного преодоления водного пути из Волги в Дон кораблям приходится столкнуться с прохождением тринадцати шлюзных сооружений. Они представляют собой Волжскую и Донскую шлюзовые лестницы. Высота первой достигает 88 метров и включает в себя девять однокамерных однониточных шлюзов, а вторая поднимается на 44,5 метров и состоит из четырех шлюзов аналогичной конструкции.

Габариты шлюзовых камер — 145×18 метров. Расстояние между шлюзами колеблется от 700 м на волжском склоне до 20 км на донском склоне. Канал проложен по Береславскому, Варваровскому и Карповскому искусственным водохранилищам. Время прохождения водной акватории судами составляет 10-12 часов.

О местонахождении очередного судоходного канала можно смело догадаться по его названию - это Панамский канал, который распростерся на территории небольшой и удивительной по своей красоте страны, расположенной сразу в двух частях света, - Панаме. Канал признан одной из ее важнейших достопримечательностей. Кроме того, он позиционируется как уникальный памятник настойчивости и героизму людей, его построивших.

Судоходный канал создавался для сокращения протяженности морских путей, следуя по которым, приходилось огибать Южноамериканский континент.

С учетом рельефа местности искусственное русло проложено не по прямой, а изгибается, поэтому его длина составляет 81,5 километров. Около 65 километров построили по суше, а остальные 16,4 км для возможности судов добраться к большим глубинам проложены по дну Панамской и Лимонской бухт. Общая ширина — 150 м, в шлюзовых камерах она составляет 33 м, а глубина — 12 м. 12 июня 1920 года канал был официально открыт.

Наименьшей протяженностью характеризуется самый узкий судоходный канал в мире - Коринфский. Он расположен на территории знаменитой Эллады и был возведен на Коринфском перешейке для соединения двух морей - Эгейского и Ионического. Канал дал возможность сократить морской путь на 400 км за счет отмены необходимости обходить полуостров Пелопоннес. В тоже время искусственное русло отделило вышеназванный полуостров от материка.

Коринфский канал был построен за 12 лет, в период с 1881 по 1893 год. В строительстве было задействовано около двух с половиной тысяч рабочих, которых набирали по всей Греции. Длина водного маршрута, проложенного сквозь материк и имеющего сходство с глубоким каньоном, приближается к шести километрам, а высота отвесных стен достигает 76 м. Ширина канала на уровне моря составляет 25 метров, а на морском дне — 21 м.

Спустя столетие после завершения строительства он несколько потерял свое экономическое значение из-за своей ширины. Указанному факту способствовали и размывы стен, возможность оползней, а также строительство больших океанских судов, ширина которых превышает 20 метров. Последнее делает невозможным их проход по каналу. В настоящее время самый узкий судоходный канал превратился в туристический аттракцион для круизных лайнеров и небольших катеров.

Завораживающее зрелище - по безжизненной пустыне медленно плывут гигантские корабли и танкеры! А все это благодаря Суэцкому каналу, который соединил Красное и Средиземное море и условно разделил два материка Африку и Евразию. Водная магистраль расположилась на территории современного Египта, к западу от Синайского полуострова. Ее протяженность составляет 160 км, ширина в нижних точках варьируется в пределах 45-60 метров, а по глади воды достигает 350 м.

Открытие канала во второй половине ноября 1869 года позволило морским судам двигаться между Европой и Азией более коротким путем, минуя обход Африканского континента. Изюминкой канала является то, что он простирается по ровному рельефу местности, где нет необходимости возведения шлюзов, поэтому морская вода свободно перемещается по нему.

Среднегерманский канал

Свой судоходный путь существует и в Германии. Он носит название Среднегерманский канал и является важной полноводной артерией, соединяя Рейн через водотоки Дортмунд-Эмс и Рейн-Херне с крупными реками государства, в числе которых Везер, Эльба, Эмс, Одер, а также несколько озер.

Длина Среднегерманского канала - 325,7 км. Он популярен крайне живописными прибрежными видами, которые притягивают сюда большое количество людей. Помимо окрестностей ценители зеленого ландшафта могут также наслаждаться красотой мостов и экзотическими строениями, предназначенными для переправы судов. Наиболее популярны на канале Минденский и Магдебургский протоки, которые и по сей день притягивают к себе толпы туристов и ценителей прекрасного.

В случае отсутствия такового, сокращение пути между двумя водоёмами, обеспечение гарантированного судоходства, решение проблемы транспортной доступности по водным путям пунктов назначения, создание экономически выгодных путей транспортировки.

Общая информация

Каналы относятся к водопроводящим сооружениям (водоводам) - искусственным руслам, с помощью которых осуществляется подача воды из одного пункта в другой. Наряду с каналами, к водопроводящим сооружениям относятся лотки, трубопроводы, гидротехнические тоннели. От лотков каналы отличает то, что они располагаются в земле, тогда как лотки - на земле или над землёй. В отличие от трубопроводов и гидротехнических тоннелей русла каналов на большей части их длины открыты.

Виды каналов

В зависимости от предназначения каналы делятся на несколько видов.

С древнейших времён важную роль в сельском хозяйстве играли мелиоративные каналы, которые, в свою очередь, делятся на ирригационные (оросительные) и дренажные (осушительные). Первые из них доставляют воду на поля и распределяют её там, поэтому чаще всего их можно встретить в пустынях и полупустынях Азии и Африки, а также на территориях, где ведётся интенсивное земледелие - например, в Калифорнии и Средиземноморье. Вторые, наоборот, отводят воду из заболоченной местности.

Водопроводные каналы подают воду к месту её потребления, причём условия эксплуатации и санитарные требования часто вынуждают делать такие сооружения закрытыми. Их главная цель - подавать воду в безводные и засушливые районы из мест, где постоянно ощущается избыток воды.

Ещё один вид каналов - энергетические . Они подводят из рек воду к турбинам гидроэлектростанции, а затем отводят прошедшую через турбины воду за пределы ГЭС .

По способу подачи воды каналы разделяются на самотечные, в который вода течёт под действием силы тяжести, и с механическим подъёмом воды, для чего используются насосные станции .

История

Каналы в древности

Первые оросительные каналы появились в конце VI тысячелетия до н. э. в Месопотамии . Примерно тогда же, по-видимому, начали возводить ирригационные системы и в Древнем Египте, так что к рубежу ΙΙΙ и ΙΙ тысячелетий в обеих странах была создана широкая сеть оросительных каналов, забота о которых легла на плечи верховной власти. Не исключено, что в Древнем Египте появился и первый в мире судоходный канал, который соединил Красное море с одним из притоков Нила - реки, впадавшей в Средиземное море ; благодаря этому пути корабли могли путешествовать из одного моря в другое. Строительство данной водной артерии было начато около 600 года до н. э. и продолжалось до 518 года до н. э., когда страну захватили персы. К сожалению, со временем канал был погребён под песками пустыни и о нём забыли.

XIX век

В 1879 году Франция стандартизировала габариты каналов и судов, введя габарит Фрейсине , что привело к появлению типа судов, названных пениш . На сегодняшний момент эти суда являются не только транспортом, но также образом жизни и местом жительства для семей многих речников. Габариты пенишей стали типом I в современной классификации европейских внутренних водных путей .

СССР

V = C R ⋅ I , {\displaystyle V=C{\sqrt {R\cdot I}},} Q = ω C R ⋅ I , {\displaystyle Q=\omega C{\sqrt {R\cdot I}},} V - средняя скорость потока, м/с; C - коэффициент сопротивления трения по длине (коэффициент Шези), м 0,5 /с, являющийся интегральной характеристикой сил сопротивления; R - гидравлический радиус , м; I - гидравлический уклон , который при равномерном движении потока со свободной поверхностью равен уклону свободной поверхности; ω - площадь живого сечения, м 2 .

Расход воды в канале определяется водохозяйственными расчётами. Задача сводится к определению сечения канала и его размеров при сравнительно узком диапазоне возможной скорости потока. Узость диапазона скорости диктуется тем, что русло с одной стороны не должно размываться, а с другой - не должно заиливаться. Расчёт предельных скоростей по заилению и размыванию является сложной задачей и решается приближёнными методами. Для большинства материалов размывающие скорости определены и приводятся в соответствующих таблицах в зависимости от глубины потока.

Учёт русловых процессов

Многие крупные каналы по своей сути представляют собой искусственные реки. Часто они не имеют укрепления дна и откосов, что обуславливает протекание русловых процессов, свойственных обычным рекам. Это ещё более очевидно при использовании при строительстве каналов русел естественных водотоков. Большая протяжённость каналов, большие расходы воды, влияние стока с прилегающего бассейна , - всё это делает расчёт каналов сложной гидротехнической задачей.

Потери воды из каналов

Потери воды из каналов обусловлены как её испарением с поверхности открытых каналов, так и её фильтрацией через стенки и дно русла. При этом потери на испарение в большинстве случаев весьма малы, тогда как потери на фильтрацию могут достигать очень больших величин, заметно снижающих экономическую эффективность канала. Вдобавок к этому обводнение близлежащего грунта может привести к заболачиванию местности, при просадочных грунтах - к деформациям канала и разрушению сооружений, в горных условиях - к опасным обрушениям и селям.

Различают две стадии фильтрации: свободную и с подпором. При несвободной фильтрации с подпором фильтрационный поток из канала соприкасается с грунтовым потоком и подпирается им.

Бороться с фильтрацией можно как устройством облицовки дна и русла, так и снижением водопроницаемости грунта русла, что можно достичь механическим уплотнением и кольматажем - заполнением пор грунта мелкими частицами, например, для песчаных грунтов может применяться их кольматаж глинистыми и илистыми грунтами. Особым способом снижения водопроницаемости является способ добавления в грунт канала специальных материалов. Сюда можно отнести искусственное осолонение грунта, искусственное оглеение, нефтевание и т. п., однако такие методы ведут к загрязнению водного потока.

Сооружения на каналах

Строительство каналов почти всегда требует устройства дополнительных сооружений, которые можно разделить на несколько категорий:

• водопроводящие сооружения;
• сопрягающие сооружения;
• сооружения, регулирующие общий режим канала.

Водопроводящие сооружения

Водопроводящими сооружениями могут заменяться отдельные участки каналов как по экономическим, так и техническим причинам. К таким сооружениям относятся лотки, трубы, туннели, акведуки , дюкеры , селеспуски и пр.

В тех случаях, когда грунтовые условия не позволяют устроить надежное русло канала или рельеф местности, где проходит участок трассы канала, слишком сложный (сильно пересеченная местность, горные склоны и т. п.) целесообразно использование лотков. Лотки также представляют собой искусственные русла, однако они располагаются на поверхности земли или же устраиваются над землёй на опорах. Могут выполняться из дерева, железобетона, металла и прочих материалов. Движение воды в лотках безнапорное. Иногда лотки сверху защищают каким-либо покрытием, что приближает их по своей сути к трубам. Площадь сечения лотка обычно меньше, чем канала. В связи с этим им придают больший уклон. Пропускная способность лотка рассчитывается из рассмотрения его как водослива с широким порогом в канал.

Акведуки устраивают в местах пересечения каналом какого-либо препятствия: реки, оврага, дороги и т. п. От лотка на опорах акведук отличает капитальность. В этом плане акведуки ближе к мостам, при этом непосредственно лоток может выполнять функции пролётного строения.

Трубопроводы позволяют пропустить воду канала под каким-либо препятствием, а также используются при неблагоприятных климатических условиях участка прохождения канала. Трубопроводы могут располагаться как под землёй, так и быть открытого типа с возможностью непосредственного доступа. Режим движения воды в трубопроводах обычно напорный.

Если необходимо пропустить под каналом какой-либо водоток, возможно устройство водопропускных труб. Конструкция и расчеты подобных труб аналогичны трубам, применяемым при пересечении водотоков насыпями автомобильных и железных дорог.

Быстротоки представляют собой лотки с большими уклонами, в которых вода движется со скоростью больше критической. Скорость, однако, не должна превышать допускаемой для материала дна и стенок. Для снижения скорости возможно применение повышенной шероховатости лотка в виде разнообразных выступов, ступеней и порогов. В конце быстротока устраиваются водобойные колодцы для гашения скорости.

Для сопряжения разных по высоте участков каналов используют также насосные станции.

Сооружения, регулирующие общий режим канала

К таким сооружениям относятся шлюзы-регуляторы и вододелители, аварийные заграждения, водосбросы и