Где водные каналы выглядят как разноуровневые дороги. Самые известные каналы мира. Крупнейшие судоходные каналы мира

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