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

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

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

Ровно 80 лет назад был открыт знаменитый Беломорканал, ставший одним из самых величайших рукотворных водных путей в мире. В честь этой памятной даты рассказываем о самых знаменитых и удивительных каналах, на которых можно побывать.

Проложенный на костях тысяч заключенных ГУЛАГа канал стал не только названием знаменитых советских папирос, но и одним из символов индустриализации СССР, выведшей страну в число мировых сверхдержав. Будучи построенным за рекордно короткие сроки, Беломорканал изначально именовался в честь Иосифа Сталина, чей памятник когда-то красовался на одном из берегов. В настоящее время это по-прежнему важная транспортная артерия и набирающее популярность туристическое направление, каждый год увеличивающее пассажиропоток.

Важнейший немецкий водный транспортный путь, связывающий между собой несколько канальных систем, рек и озер, до сих пор пропускает через себя миллионы тонн грузов. Живописнейшие берега привлекают к нему тысячи туристов, любящих путешествовать на прогулочных кораблях. Но главными достопримечательностями канала являются удивительные и впечатляющие водные судоходные мосты - Магдебургский и Минденский. Каждое прохождение огромного корабля по ним привлекает сотни любопытных зевак.

Живописный действующий канал, служащий кратчайшим путем для судов, следующих из Балтийского в Северное море. Верно служивший на благо шведской казны с середины девятнадцатого века, к настоящему времени он утратил свое стратегическое значение - с тех времен и тоннаж кораблей поменялся, и железные дороги получили бурное развитие. Зато в обмен на звание главной северной транспортной артерии он получил должность очень посещаемого путешественниками туристического канала - высокая наполняемость круизных теплоходов и популярность Геты у любителей парусного спорта оставляют этот водный путь востребованным.

Величайший канал за всю историю человечества, соединивший собой воды Тихого и Атлантического океанов. Служа важнейшим судоходным путем, он переваливает через себя умопомрачительное количество грузов (тем самым наполняя бюджет Панамы), являясь еще и популярным туристическим объектом. Проплыть под знаменитым «Мостом Двух Америк» - отличный способ дополнить яркими впечатлениями свой морской круиз.

Другой из числа величайших каналов мира, похоже, никогда не утратит своей востребованности для международных грузоперевозок. На протяжении 163 километров водной дороги, без единого шлюза связывающей Средиземное и Красное море, располагается немало достопримечательных чудес инженерной мысли, которых без «Суэца» никогда бы не существовало. Это - поворотный мост Эль-Фердан, туннель Ахмеда Хамди и вантовый мост, носивший имя свергнутого диктатора Хосни Мубарака.

Система каналов в Таиланде долгое время служила важнейшими водными дорогами для доставки людей и грузов из удаленных друг от друга уголков страны. Как и престало устаревшим, а от того слишком узким и мелким рукотворным рекам, свое экономическое значение клонги к настоящему времени потеряли, что навсегда поставило крест на некоторых из них, засыпанных и превращенных в обычные мостовые. Но не всем - часть таиландских каналов остались нетронутыми, добавляя этой стране туристической привлекательности. Так многие районы Бангкока из-за них именуют «азиатской Венецией», благодаря красивейшим видам водных улиц, на которых располагаются плавучие рынки, которые бороздят традиционные прогулочные лодки.

Несмотря на свою небольшую протяженность (всего шесть километров) важности для греческого судоходства Коринфскому каналу до сих пор не отнять, пусть он уже и не способен пропускать широкие океанические лайнеры. Но даже если когда-нибудь он перестанет использоваться для транспортировки грузов, от туристических кораблей этому водному пути не отделаться - естественные стены канала, достигающие в высоту 76 метров, впечатляют с любого ракурса. Но лучший - это в полете на банджи с одного из мостов.

Транспортная система, когда-то питавшая грузами всю Великобританию, к нашим дням полностью утратила свое стратегическое значение. Теперь Каледонский канал - популярнейшее место для прогулок на круизных речных теплоходах, популярность которого обеспечивается потрясающими видами на природные богатства Шотландии. Шутка ли, но именно эта канальная система связывает такие ледниковые озера, как Лох-Несс и Лох-Лохи.

Судоходные каналы России

Канал им. Москвы (рис. 11.9) длиной 126 км соединяет водохранилище Иваньковского гидроузла на р. Волге и р. Москву. Северный склон канала длиной 73 км имеет пять шлюзов, которые обеспечивают подъем судов на 38 м. Водораздельный бьеф канала имеет длину 49 км (между шлюзами № 6 и № 7). Короткий южный склон (4 км) в пределах г. Москвы преодолевается двумя двухкамерными шлюзами № 8 и № 9.

Водораздельный бьеф канала питается волжской водой, которая подается насосными станциями и расходуется как на шлюзование судов, так и на водоснабжение г. Москвы.

На водоразделе располагаются Икшинское, Учинское, Клязьменское и Химкинское водохранилища. Насосные станции размещены на гидроузлах № 2, № 3, № 4, № 5 и № 6.

Волго-Донской (рис. 11.10) судоходный канал соединяет р. Волгу с р. Дон. Длина канала 101 км. При этом Волжский склон имеет длину 21 км, на котором расположено 9 шлюзов, с помощью которых суда поднимаются от р. Волги до водораздельного бьефа на 88 м. Спуск судов от водораздельного бьефа, где между шлюзами № 9 и № 10 располагается Варваровское водохранилище, до Цимлянского водохранилища на р. Дон производится на 43 м через 4 шлюза. Питание водораздельного бьефа производится донской водой с помощью 3-х насосных станций.

Волго-Балтийский канал (рис. 11.11) распложен между Онежским озером и Рыбинским водохранилищем на р. Волга. На северном склоне канала (подъем 80 м) расположено 6 шлюзов (№ 1-6), на южном склоне (13 м) один Шекснинский шлюз (№ 7). В последние годы на Шекснинском гидроузле параллельно шлюзу № 7 построен шлюз № 8 с несколько большими габаритами. Этот шлюз является первым из шлюзов II-ой нитки Волго-Балтийского канала, которую планируется построить в перспективе.

Питание водораздельного бьефа канала, где расположено Белое озеро, осуществляется за счет естественного стока многочисленных рек, крупнейшими из которых являются река Ковжа, Вытегра, Шексна. Этого стока достаточно не только для шлюзования судов, но и для выработки электроэнергии на Шекснинской и Вытегорской ГЭС.

Беломорско-Балтийский канал (рис. 11.12) длиной 227 км соединяет Онежское озеро и Белое море. Южный склон канала имеет семь шлюзов, из которых шесть – двухкамерные. Высота подъема Онежского озера до водораздельного бьефа 70 м. Северный склон в сторону Белого моря имеет падение 100 м, которое преодолевается двенадцатью шлюзами. Питание водораздельного бьефа и промежуточных бьефов между полушлюзами естественное за счет стока рек и крупных озер. Крупнейшие реки Выг, Сегежа, а самое крупное – озеро Выг. На трассе Беломорско-Балтийского канала построено несколько гидростанций.

Материал содержит информацию по судоходным каналам стран мира и России, их длину, ширину и глубину, количество шлюзов, соединяющие их моря, океаны, реки, и год постройки канала.

* Длина искусственных участков канала (без участков, проходящих по озерам, рекам, заливам и т.д.)

_______________

Источник информации: Атлас офицера/ - Москва: 1984.