КАНА́Л

КАНА́Л (от лат. canalis – тру­ба, жё­лоб) в гид­ро­тех­ни­ке, во­до­про­во­дя­щее со­ору­же­ние, пред­став­ляю­щее со­бой от­кры­тое ис­кусств. рус­ло, ча­ще все­го пра­виль­ной по­пе­реч­ной фор­мы. По на­зна­че­нию раз­ли­ча­ют К.: во­до­про­вод­ные, де­ри­ва­ци­он­ные (энер­ге­ти­че­ские), ир­ри­га­ци­он­ные, об­вод­ни­тель­ные, осу­ши­тель­ные, ле­со­сплав­ные, ры­бо­вод­ные, су­до­ход­ные и ком­плекс­но­го на­зна­че­ния (напр., для су­до­ход­ст­ва и во­до­снаб­же­ния). Во­до­про­вод­ные К. (для по­да­чи во­ды) по спо­со­бу по­да­чи де­лят­ся на са­мо­тёч­ные (во­да дви­жет­ся по рус­лу под дей­ст­ви­ем си­лы тя­же­сти) и с ме­ха­нич. подъ­ё­мом во­ды – ма­шин­ные (на­сос­ные), уст­раи­вае­мые в тех слу­ча­ях, ко­гда уро­вень во­ды в мес­те её за­бо­ра из во­до­ис­точ­ни­ка ни­же, чем уров­ни во­ды в по­тре­би­тель­ской се­ти. Де­ри­ва­ци­он­ные К. раз­де­ля­ют­ся на под­во­дя­щие (к гид­ро­элек­три­че­ской стан­ции) и от­во­дя­щие; со­ору­жа­ют­ся на де­ри­ва­ци­он­ных ГЭС. Рас­ход во­ды (про­пу­ск­ная спо­соб­ность) де­ри­вац. К. бы­ва­ет раз­лич­ным, пре­вы­шая в отд. слу­ча­ях 1000 м³/с (напр., про­пу­ск­ная спо­соб­ность К. при ГЭС «Mon­tе́­li­mar» во Фран­ции 1860 м³/с). Ир­ри­га­ци­он­ные (оро­си­тель­ные) К., пред­на­зна­чен­ные для по­да­чи во­ды к оро­шае­мым зе­мель­ным мас­си­вам, обыч­но об­ра­зу­ют сис­те­му К. – ма­ги­ст­раль­ных, рас­пре­де­ли­тель­ных, соб­ст­вен­но оро­си­тель­ных (оро­си­те­лей) и во­до­сброс­ных. Во­да в К. по­сту­па­ет са­мо­тё­ком или по­да­ёт­ся на­со­са­ми. В круп­ных ир­ри­гац. сис­те­мах дли­на ма­ги­ст­раль­ных К. не­ред­ко дос­ти­га­ет не­сколь­ких со­тен ки­ло­мет­ров. Об­вод­ни­тель­ные К. по­да­ют во­ду для нужд с. х-ва (гл. обр. живот­но­вод­ст­ва) в без­вод­ные и за­суш­ли­вые рай­оны (об­вод­ни­тель­ные К. в ни­зовь­ях Вол­ги и др.). По­сколь­ку при об­вод­не­нии на за­суш­ли­вых зем­лях обыч­но об­ра­зу­ют­ся мел­кие (оа­зис­но­го ха­рак­те­ра) оро­шае­мые уча­ст­ки, об­вод­нит. К. час­то яв­ля­ют­ся од­но­вре­мен­но и ир­ри­га­ци­он­ны­ми (напр., Не­вин­но­мыс­ский ка­нал). Осу­ши­тель­ные К. со­би­ра­ют во­ду, по­сту­паю­щую из осу­шит. или дре­наж­ной се­ти (на за­бо­ло­чен­ной или из­лиш­не ув­лаж­нён­ной тер­ри­то­рии), и от­во­дят её в во­до­при­ём­ник (ре­ку, озе­ро, мо­ре) са­мо­тё­ком или с по­мо­щью на­сос­ных стан­ций. Осу­шит. К. трас­си­ру­ют­ся, как пра­ви­ло, по наи­бо­лее низ­ким от­мет­кам осу­шае­мой тер­ри­то­рии (по таль­ве­гам). Ле­со­сплав­ные К. уст­раи­ва­ют­ся для спла­ва ле­са от мест его за­го­тов­ки до ле­со­сплав­ной ре­ки или ле­со­пиль­но­го за­во­да, а так­же в рай­онах гид­ро­уз­лов для на­прав­ле­ния ле­со­спла­ва в об­ход гид­ро­тех­нич. со­ору­же­ний. Ры­бо­вод­ные К. слу­жат для по­да­чи во­ды на ис­кусств. не­рес­ти­ли­ща, для со­еди­не­ния с ре­кой отд. изо­ли­ров. во­до­ёмов (озёр), в ко­то­рых во­дит­ся ры­ба, для оп­рес­не­ния ли­ма­нов (напр., в ни­зовь­ях р. Ку­бань). Су­до­ход­ные К. бы­ва­ют: со­еди­ни­тель­ные ме­ж­ду су­до­ход­ны­ми ре­ка­ми, озё­ра­ми и мо­ря­ми (напр., Вол­го-Дон­ской ка­нал); об­ход­ные (об­вод­ные) К., уст­раи­вае­мые в це­лях улуч­ше­ния ус­ло­вий су­до­ход­ст­ва, в об­ход по­ро­жи­стых уча­ст­ков рек, бур­ных уча­ст­ков боль­ших озёр и мо­рей (напр., ка­нал Пан­га­лан на Ма­да­га­ска­ре про­тя­жён­но­стью 654 км); спрям­ляю­щие К. – для умень­ше­ния из­ви­ли­сто­сти су­до­во­го хо­да и со­кра­ще­ния дли­ны вод­но­го пу­ти (напр., Хо­ро­шёв­ский ка­нал на р. Мо­ск­ва); под­ход­ные К. – для обес­пече­ния под­хо­да из мо­ря, озе­ра или ре­ки к круп­ным го­ро­дам, внутр. пор­там, пром. пред­при­яти­ям (напр., Ас­т­ра­хан­ский мор­ской ка­нал). При рас­по­ло­же­нии со­еди­няе­мых вод­ных пу­тей на раз­ных уров­нях по трас­се К. со­ору­жа­ют шлю­зы. Ес­ли трас­са К. пре­одо­ле­ва­ет вы­со­кий во­до­раз­дел, то, кро­ме шлю­зов, уст­раи­ва­ют на­сос­ные стан­ции для пи­та­ния К. во­дой на вы­со­ких уча­ст­ках.

Осн. кон­ст­рук­тив­ны­ми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми К. яв­ля­ют­ся фор­ма и пло­щадь за­пол­нен­но­го во­дой (жи­во­го) по­пе­реч­но­го се­че­ния, ско­рость те­че­ния во­ды в К., про­доль­ный ук­лон дна, по­пе­реч­ный про­филь.

Рис. 1. Формы поперечного сечения канала: а – трапецеидальная; б – прямоугольная; в – полигональная; г – параболическая.

Фор­ма жи­во­го по­пе­реч­но­го се­че­ния К. бы­ва­ет (рис. 1) тра­пе­цеи­даль­ной, пря­мо­уголь­ной, по­ли­го­наль­ной, па­ра­бо­ли­че­ской, по­лу­круг­лой и др.; её вы­бор за­ви­сит от на­зна­че­ния и глу­би­ны за­ло­же­ния К., свойств грун­тов, ус­ло­вий про­из­вод­ст­ва ра­бот. Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ная фор­ма се­че­ния – тра­пе­цеи­даль­ная; пря­мо­уголь­ная фор­ма це­ле­со­об­раз­на при про­ве­де­нии К. в скаль­ных грун­тах; по­ли­го­наль­ная – при боль­шой глу­би­не за­ло­же­ния К.; па­ра­бо­ли­че­ская – при не­ус­той­чи­вых грун­тах и боль­ших рас­хо­дах во­ды. Пло­щадь се­че­ния К. оп­ре­де­ля­ет­ся гид­рав­лич. рас­чё­том по за­дан­но­му рас­хо­ду во­ды и до­пус­ти­мым для ус­ло­вий дан­но­го К. ско­ро­стям те­че­ния, а для су­до­ход­ных и ле­со­сплав­ных К., кро­ме то­го, – га­ба­ри­та­ми про­пус­кае­мых су­дов и пло­тов.

Ско­ро­сти те­че­ния во­ды, до­пус­ти­мые в К., не имею­щем об­ли­цов­ки дна и от­ко­сов, име­ют пре­дель­ные зна­че­ния: мак­си­маль­ное, ис­клю­чаю­щее раз­мыв рус­ла (т. н. не­раз­мы­ваю­щая ско­рость), и ми­ни­маль­ное, не до­пус­каю­щее заи­ле­ния рус­ла и его за­рас­та­ния вод­ной рас­ти­тель­но­стью (т. н. не­заи­ляю­щая ско­рость). Не­раз­мы­ваю­щая ско­рость во­ды в К. за­ви­сит от сла­гаю­щих его рус­ло грун­тов. Пре­дель­но до­пус­ти­мая не­заи­ляю­щая ско­рость дви­же­ния во­ды в К. со­став­ля­ет 0,3–0,5 м/с. На­зна­че­ние К. ино­гда предъ­яв­ля­ет к его гид­рав­лич. ре­жи­му спец. тре­бо­ва­ния; напр., в су­до­ход­ных К. по ус­ло­ви­ям эко­но­мич­но­сти тя­ги су­дов ско­ро­сти те­че­ния при­ни­ма­ют­ся не бо­лее 0,8 м/с.

В слу­ча­ях пре­вы­ше­ния макс. до­пус­ти­мой ско­ро­сти во­ды для пре­дот­вра­ще­ния раз­мы­ва рус­ла по трас­се К. уст­раи­ва­ют пе­ре­па­ды, кре­п­ле­ние дна и др. При ско­ро­стях дви­же­ния во­ды, близ­ких к ми­ни­маль­ным, про­во­дят ме­ро­прия­тия по пре­ду­пре­ж­де­нию за­рас­та­ния рус­ла: очи­ст­ку К. спец. ме­ха­нич. уст­рой­ст­ва­ми; при­да­ние от­ко­сам К. глад­кой или сту­пен­ча­той фор­мы, пре­дот­вра­щаю­щей воз­мож­ность при­кре­п­ле­ния к по­верх­но­сти ор­га­низ­мов об­рас­та­ния; ис­поль­зо­ва­ние для кре­п­ле­ния от­ко­сов ма­те­риа­лов, на ко­то­рых ор­га­низ­мы об­рас­та­ния жить не мо­гут (напр., по­ли­эти­ле­но­вых плё­нок); за­се­ле­ние К. тра­во­яд­ны­ми ры­ба­ми (напр., тол­сто­ло­би­ком или бе­лым аму­ром).

Про­доль­ный ук­лон К. дол­жен обес­печи­вать ско­рость те­че­ния во­ды не ме­нее не­заи­ляю­щей ско­ро­сти при ми­ним. рас­чёт­ном рас­хо­де и не бо­лее не­раз­мываю­щей – при макс. рас­хо­де. Вы­бор про­доль­но­го ук­ло­на оп­ре­де­ля­ет­ся гид­рав­лич. рас­чё­том в пред­по­ло­же­нии рав­но­мер­но­го дви­же­ния по­то­ка в К.; до­пол­ни­тель­но учи­ты­ва­ют­ся не­рав­но­мер­ные ре­жи­мы, воз­ни­каю­щие вслед­ст­вие из­ме­не­ний по дли­не К. ше­ро­хо­ва­то­сти ло­жа, пло­ща­ди и фор­мы по­пе­реч­но­го се­че­ния, а так­же в слу­чае воз­ник­но­ве­ния волн на­пол­не­ния и из­ли­ва в энер­ге­тич. ка­на­лах при из­ме­не­нии на­груз­ки ГЭС.

Рис. 2. Поперечные профили каналов: а, б, в – каналы в выемке; г – канал в полувыемке-полунасыпи; д, е – каналы в насыпи; 1 – кювет; 2 – поверхность земли.

По­пе­реч­ные про­фи­ли К. на ров­ной ме­ст­но­сти мо­гут раз­ме­щать­ся по от­но­ше­нию к по­верх­но­сти зем­ли пол­но­стью в вы­ем­ке (рис. 2, а, б, в), в по­лу­вы­ем­ке-по­лу­на­сы­пи (рис. 2, г), пол­но­стью в на­сы­пи (в дам­бах; рис. 2, д, е).

Рис. 3. Поперечные профили каналов на косогоре: а – на пологом устойчивом склоне, в минимальной выемке; б – в полувыемке-полунасыпи; в – на крутом устойчивом склоне с подпорной низов...

Раз­бив­ка оси К. на ме­ст­но­сти (трас­си­ро­ва­ние) про­во­дит­ся та­ким об­ра­зом, что­бы, ис­хо­дя из при­ня­тых и до­пус­ти­мых ук­ло­нов и ско­ро­стей те­че­ния, про­вес­ти К. с за­дан­ной про­пу­ск­ной спо­соб­но­стью при ми­ни­маль­ной его стои­мо­сти. При про­клад­ке трас­сы К. на скло­нах и ко­со­го­рах кон­ст­рук­тив­ные ре­ше­ния за­ви­сят от кру­тиз­ны скло­на, ус­той­чи­во­сти грун­тов, на­ли­чия на­нос­но­го слоя и др. (рис. 3).

Для со­хра­не­ния не­об­хо­ди­мой про­пу­ск­ной спо­соб­но­сти К. в зим­нее вре­мя уров­ни во­ды под­дер­жи­ва­ют­ся на 0,4–0,6 м вы­ше уров­ней в лет­нее вре­мя. При от­сут­ст­вии ле­до­во­го по­кро­ва в К. мо­жет об­ра­зо­вы­вать­ся шу­га, ко­то­рая за­би­ва­ет ре­шёт­ки во­до­за­бор­ных от­вер­стий гид­ро­элек­трич. или на­сос­ных стан­ций. Для пре­дот­вра­ще­ния её по­яв­ле­ния в К. вре­мен­но сни­жа­ют рас­чёт­ные ско­ро­сти те­че­ния, что спо­соб­ст­ву­ет об­ра­зо­ва­нию не­боль­шо­го слоя по­верх­но­ст­но­го льда. Ино­гда при­ме­ня­ют лёг­кие де­рев. за­па­ни по­пе­рёк К., сни­жаю­щие по­верх­но­ст­ные ско­ро­сти те­че­ния и ус­ко­ряю­щие об­ра­зо­ва­ние ле­до­во­го по­кро­ва. При не­из­беж­ном по­яв­ле­нии шу­ги пре­ду­смат­ри­ва­ют со­ору­же­ния для её сбро­са, К. трас­си­руют с ми­ним. чис­лом по­во­ро­тов в пла­не, ско­ро­сти те­че­ния во­ды под­дер­жи­ва­ют не ме­нее 1–1,5 м/с.

В от­кры­тых К. раз­ли­ча­ют сле­дую­щие ви­ды по­терь во­ды: на ис­па­ре­ние с по­верх­но­сти и на фильт­ра­цию че­рез дно и стен­ки рус­ла. По­те­ри на ис­па­ре­ние, за­ви­ся­щие от кли­ма­тич. ус­ло­вий и пло­ща­ди от­кры­той по­верх­но­сти во­ды, от­но­си­тель­но ма­лы (ис­па­ряю­щий­ся слой во­ды со­став­ля­ет 0,3–0,8 м в год). По­те­ри во­ды на фильт­ра­цию в грунт мо­гут дос­ти­гать 50–60% по­лез­но­го рас­хо­да во­ды, вслед­ст­вие че­го удо­ро­жа­ет­ся стои­мость ка­на­ла (са­мо­тёч­ные К. не­об­хо­ди­мо стро­ить с бо́льшим се­че­ни­ем, для на­сос­ных К. уве­ли­чи­ва­ют­ся экс­плуа­та­ци­он­ные рас­хо­ды). Умень­ше­ние фильт­ра­ции во­ды в грунт К. дос­ти­га­ет­ся по­вы­ше­ни­ем во­до­не­про­ни­цае­мо­сти грун­та рус­ла К. (наи­бо­лее эф­фек­тив­ны коль­ма­таж, уп­лот­не­ние грун­тов, а так­же их со­лон­це­ва­ние, неф­те­ва­ние, за­кре­п­ле­ние и др.) или по­кры­ти­ем его дна и от­ко­сов об­ли­цов­кой.

Об­ли­цов­ки (оде­ж­ды) К. по на­зна­че­нию под­раз­де­ля­ют на за­щит­ные (пре­до­х­ра­ня­ют ло­же К. от раз­мы­ва, по­вре­ж­де­ний льдом и пла­ваю­щи­ми пред­ме­та­ми), про­ти­во­фильт­ра­ци­он­ные (со­кра­ща­ют фильт­ра­цию во­ды из К.) и умень­шаю­щие ше­ро­хо­ва­тость жи­во­го се­че­ния (уве­ли­чи­ва­ют про­пу­ск­ную спо­соб­ность К.). По ви­ду ма­те­риа­ла раз­ли­ча­ют об­ли­цов­ки грун­то­вые, би­тум­ные, ка­мен­ные, гра­вий­ные, ас­фаль­то­вые, бе­тон­ные и же­ле­зо­бе­тон­ные. Вы­бор ти­па оде­ж­ды К. оп­ре­де­ля­ет­ся тех­ни­ко-эко­но­мич. со­об­ра­же­ния­ми и экс­плуа­тац. ус­ло­вия­ми.

Для борь­бы с воз­дей­ст­ви­ем грун­то­вых вод под об­ли­цов­ка­ми уст­раи­ва­ют дре­наж, ко­то­рый со­сто­ит из по­рис­то­го слоя под­го­тов­ки, по­пе­реч­ных дрен и вы­пус­ков из гон­чар­ных или иных труб.

При про­ек­ти­ро­ва­нии и строи­тель­ст­ве К. от­дель­ные их уча­ст­ки по тех­ни­ко-эко­но­мич. со­об­ра­же­ни­ям мо­гут за­ме­нять­ся др. во­до­во­да­ми – лот­ка­ми, тру­ба­ми, тун­не­ля­ми, ак­ве­ду­ка­ми, дю­ке­ра­ми. В мес­тах пе­ре­ло­ма про­доль­но­го про­фи­ля со­сед­ние уча­ст­ки К. не­об­хо­ди­мо со­пря­гать спец. со­ору­же­ния­ми – пе­ре­хо­да­ми, пе­ре­па­да­ми, бы­ст­ро­то­ка­ми; в мес­тах раз­ветв­ле­ний К. соз­да­ют пе­ре­го­ра­жи­ваю­щие со­ору­же­ния и во­до­де­ли­те­ли. Для ре­гу­ли­ро­ва­ния ре­жи­ма К. вдоль его трас­сы уст­раи­ва­ют во­до­сбро­сы, во­до­спус­ки, шу­гос­бро­сы, а так­же ре­монт­ные за­гра­ж­де­ния.

Историческая справка

К., на­ря­ду с пло­ти­на­ми, яв­ля­ют­ся древ­ней­ши­ми гид­ро­тех­нич. со­ору­же­ния­ми. Пер­вые оро­сит. и об­вод­нит. К. поя­ви­лись в Сев. Ме­со­по­та­мии (са­мар­рская куль­ту­ра) в 6–5-м тыс. до н. э. Строи­тель­ст­во су­до­ход­ных К. так­же на­ча­лось ещё в древ­но­сти (напр., К. от Ни­ла к Крас­но­му м., су­ще­ст­во­вав­ший в 6 в. до н. э.; Ве­ли­кий ка­нал в Ки­тае). Боль­шое зна­че­ние для строи­тель­ст­ва су­до­ход­ных К. име­ло изо­бре­те­ние в 15 в. в Гол­лан­дии ка­мер­но­го шлю­за. В 16–17 вв. раз­ви­тие тор­гов­ли и ма­ну­фак­тур­но­го про­из-ва по­тре­бо­ва­ло улуч­ше­ния пу­тей со­об­ще­ния. В 17–18 вв. и 1-й пол. 19 в. вод­ные пу­ти бы­ли ос­нов­ны­ми, са­мы­ми эко­но­мич­ны­ми транс­порт­ны­ми ар­те­рия­ми. К чис­лу наи­бо­лее зна­чит. со­ору­же­ний это­го пе­рио­да от­но­сят­ся су­до­ход­ные К. во Фран­ции (Се­на – Луа­ра, Лан­ге­док­ский, Цен­траль­ный и др.), в Гер­мании (Фи­нов, Одер – Шпре, Эль­ба – Ха­фель и др.), в Анг­лии (Брид­жуо­тер, Ка­ле­дон­ский и др.). В свя­зи с ши­ро­ким раз­ви­ти­ем ми­ро­вой тор­гов­ли, а так­же в стра­те­гич. це­лях во 2-й пол. 19 в. и в 20 в. со­ору­жа­ют­ся мор­ские К., соз­да­ние ко­то­рых яви­лось зна­чит. дос­ти­же­ни­ем ми­ро­вой гид­ро­тех­ни­ки: Су­эц­кий ка­нал; Киль­ский ка­нал, или Норд-Ост­зе, в Гер­ма­нии, про­ло­жен­ный по­пе­рёк п-ова Ют­лан­дия и свя­зав­ший Бал­тий­ское и Се­вер­ное мо­ря (дли­на 98,7 км, глу­би­на 11,3 м, ши­ри­на 104 м, име­ет две па­ры го­лов­ных шлю­зов; от­крыт в 1895); Па­нам­ский ка­нал.

На тер­ри­то­рии Рос­сии строи­тель­ст­во К. ве­лось в осн. в це­лях улуч­ше­ния реч­но­го су­до­ход­ст­ва (напр., су­до­ход­ный К. на Су­хо­не, 13 в.), для гид­ро­энер­ге­тич. це­лей (под­вод во­ды к во­дя­ным мель­ницам), ино­гда для осу­ше­ния зе­мель. В нач. 17 в. бы­ли пред­при­ня­ты пер­вые по­пыт­ки про­рыть ка­нал ме­ж­ду Вол­гой и До­ном. Ин­тен­сив­ное строи­тель­ст­во К. раз­вер­ну­лось при Пет­ре I. В 18 – 1-й пол. 19 вв. бы­ли со­ору­же­ны Выш­не­во­лоц­кая, Тих­вин­ская, Се­ве­ро-Двин­ская, Ма­ри­ин­ская вод­ные сис­те­мы. За го­ды су­ще­ст­во­ва­ния СССР на его тер­ри­то­рии по­строе­ны К.: су­до­ход­ные – Бе­ло­мор­ско-Бал­тий­ский (227 км) и Вол­го-Дон­ской (101 км); су­до­ход­но-во­до­про­вод­ный им. Мо­ск­вы (128 км); во­до­про­вод­ные – Се­вер­ский До­нец – Дон­басс (129 км) и Ир­тыш – Ка­ра­ган­да (458 км); ир­ри­га­ци­он­ные – Боль­шой Фер­ган­ский (350 км), Дон­ской ма­ги­ст­раль­ный (112 км); ком­плекс­ные – Ка­ра­кум­ский (бо­лее 1000 км), Тер­ско-Кум­ский (150 км), Се­ве­ро-Крым­ский (402 км) и др. Эти ка­на­лы про­пус­ка­ют рас­хо­ды во­ды от 20–75 (во­до­про­вод­ные) до 100–500 м³/с (ир­ри­га­ци­он­ные и ком­плекс­ные); де­ри­ва­ци­он­ный ка­нал Нарв­ской ГЭС по­да­ёт рас­ход до 700 м³/с.