Kanal (hydrografi)

Vandkanal ( latinsk  kanal - rør, rende ) er et kunstigt vandløb designet til at forkorte vandveje eller til at omdirigere vandstrømmen.

Der er to hovedanvendelser for en kanal:

Ofte kombinerer kanaler begge funktioner.

Formålet med at skabe en sejlbar kanal er at forbinde bassinerne i to reservoirer i mangel af sådanne, forkorte vejen mellem de to reservoirer, sikre garanteret sejlads, løse problemet med transporttilgængelighed for destinationer langs vandveje og skabe omkostningseffektiv transport ruter.

Generel information

Kanaler refererer til vandforsyningsstrukturer (vandledninger) - kunstige kanaler, gennem hvilke vand tilføres fra et punkt til et andet. Sammen med kanaler, rende, rørledninger, er hydrauliske tunneler vandledende strukturer. Kanaler adskiller sig fra bakker ved, at de er placeret i jorden, mens bakker er på jorden eller over jorden. I modsætning til rørledninger og hydrotekniske tunneler er kanalerne åbne i det meste af deres længde.

Typer af kanaler

Afhængigt af formålet er kanalerne opdelt i flere typer.

Siden oldtiden har meliorative kanaler spillet en vigtig rolle i landbruget , som igen er opdelt i kunstvandingskanaler (vanding) og dræningskanaler (vanding). De første af dem leverer vand til markerne og fordeler det der, så de findes oftest i Asiens og Afrikas ørkener og halvørkener samt i områder, hvor der drives intensivt landbrug, f.eks. i Californien og Middelhavet. Den anden afleder tværtimod vand fra vådområderne.

Vandforsyningskanaler leverer vand til stedet for dets forbrug, og driftsforholdene og sanitære krav tvinger ofte sådanne faciliteter til at blive lukket. Deres hovedformål er at levere vand til vandløse og tørre områder fra steder, hvor der er et konstant overskud af vand.

En anden type kanal er energi . De bringer vand fra floderne til vandkraftværkets turbiner og afleder derefter vandet, der er passeret gennem turbinerne uden for vandkraftværket .

Skibskanaler  - ferskvand og hav - der forbinder floder, søer og have, er som regel designet til alle former for vandtransport - fra små både til store tørlastskibe . Navigationskanaler er opdelt i åbne og låsbare. Den første af dem forbinder vandveje med samme vandstand, den anden - reservoirer med forskellige niveauer. Af de åbne kanaler kan de store nævnes: Suez-kanalen og Korinth , men langt de fleste af sådanne strukturer er af den anden type: deres låsesystemer gør det muligt for skibe at stige fra de lavere sektioner af kanalen til højere, og vice. versa. De mest berømte slusekanaler er Panama og Kiel . Til gengæld er ferskvandskanaler opdelt i transit (forbind flere reservoirer), vandskel (forbind bassinerne i to floder), bypass (bypass) eller udretning (omslutter strømfald eller turbulente sektioner og forkorter også vejen mellem to punkter i en bugtende kanal ) og forbinder (deres lå fra vandveje til store industricentre).

Der er også rafting -kanaler designet til at transportere træ ad vandvejen .

Der er også kanaler til kompleks brug (for eksempel Volga-Don-kanalen ) [1] .

I henhold til vandforsyningsmetoden er kanalerne opdelt i tyngdekraften, hvori vand strømmer under tyngdekraftens påvirkning og med en mekanisk stigning af vand, hvortil der bruges pumpestationer .

Historie

Kanaler i oldtiden

De første kunstvandingskanaler dukkede op i slutningen af ​​det 6. årtusinde f.Kr. e. i Mesopotamien . Omkring samme tid begyndte de tilsyneladende at bygge kunstvandingssystemer i det gamle Egypten , så der ved skiftet af ΙΙΙ og ΙΙ årtusinder blev skabt et bredt netværk af kunstvandingskanaler i begge lande, hvis pleje faldt på skuldrene af den øverste magt. Det er muligt, at verdens første sejlbare kanal dukkede op i det gamle Egypten, som forbandt Det Røde Hav med en af ​​Nilens bifloder  , en flod, der løber ud i Middelhavet ; takket være denne vej kunne skibe flytte fra et hav til et andet. Byggeriet af denne vandvej blev påbegyndt omkring 600 f.Kr. e. og fortsatte indtil 518 f.Kr. da perserne overtog landet. Med tiden blev kanalen begravet under ørkenens sand og glemt.

I Kina i to tusinde år - fra VI århundrede. f.Kr e. indtil det 13. århundrede n. e. - Canal Grande blev bygget , der forbinder Huang He- og Yangtze -floderne .

Kanaler i middelalderen

Fra det 11. århundrede begyndte man at bygge skibskanaler i Europa: først i Lombardiet og det sydlige Frankrig , derefter i Holland , Tyskland og andre lande. Milano var forbundet med Pavia , Lübeck med Elben (det vil sige med Hamborg ) og mange andre byer, der lå i bassinerne af forskellige floder. I Milano , i 1257, blev byggeriet af Naviglio Grande- kanalen, som varede mere end 80 år, afsluttet.mere end 50 km lang, der forbinder byen med Ticino -floden . I midten af ​​det 15. århundrede blev der bygget en kanal fra Milano til Adda -floden , over 80 km lang. Talrige kanaler blev bygget i Novarese og Lomellin i det 14. århundrede[2] .

Kanaler i den tidlige moderne æra

I det 17. århundrede begyndte en omfattende konstruktion af skibskanaler i Europa, herunder slusekanaler . De indre vandveje var meget vigtige for godstransporten. I en pram, der blev bugseret langs kanalen af ​​en hest, var det muligt at transportere last på op til 50 tons, mens den maksimale vægt af nyttelasten, der blev båret af en hest i en vogn, ikke oversteg 600-700 kg. I Frankrig blev Briare-kanalen i 1604-1642 bygget , som forbandt Seinen og Loire . Mellem 1666 og 1681 blev Canal du Sud bygget , som forbandt Toulouse med byen Sète ved Middelhavskysten .

I England, den første shipping-kanal "Sankey", der forbinder St. Helens kulminer med floden Mersey , blev først bygget i 1757, men snart nødvendiggjorde udviklingsindustriens behov udviklingen af ​​et netværk af kanaler, primært til levering af stenkul. I 1761 blev Bridgewater Canal bygget , der forbinder minerne ved Worsley .med Manchester . Siden den tid begyndte den såkaldte canalomania . Den fremtrædende kanalbygger i England var James Brindley , som foreslog, at der skulle bygges kanaler uden højdeændringer, hvilket gjorde det muligt at undvære sluser. Bridgewater-kanalen bygget af ham starter fra den underjordiske minehorisont og går til Manchester og krydser floden Erwells dal langs den eneste Barton-vendende akvædukt i verden . Samtidige kaldte denne kanal for verdens ottende vidunder [3] .

1800-tallet

I Storbritannien blev Caledonian Canal bygget i 1803-1822 , i Frankrig blev Loire -sidekanalen bygget i 1822-1838, i Tyskland stod Elbe-Havel-kanalen færdig i 1865-1872 , i 1891 blev Oder-Spree-kanalen bygget..

I 1879 standardiserede Frankrig kanal- og skibsmålere med introduktionen af ​​Freycinet-måleren , hvilket førte til en type fartøj kaldet peniche . I dag er disse skibe ikke kun transport, men også en livsstil og et opholdssted for mange flodmænds familier. Peniche-målere blev "Type I" i den moderne klassifikation af europæiske indre vandveje .

Havkanaler blev også bygget - Suez-kanalen i 1859-1869, Korinth-kanalen i 1881-1893, Kiel-kanalen i 1887-1895.

Kanaler i USSR og Rusland

Rusland før revolutionen

En af de ældste kanaler i Rusland er Vyshnevolotsk-vandsystemet , hvis konstruktion begyndte i 1703 ved dekret fra Peter I. [4] Vyshnevolotsk-vandsystemet (åbnet i 1709 ), Tikhvin ( 1811 ) og Mariinsky ( 1810 ) forbinder Volga med Østersøen og danner Volga-Baltiske vandveje .

USSR

I USSR blev et forenet dybvandsflodnetværk i den europæiske del af landet skabt gennem intensiv konstruktion af vandkraftanlæg, vandkraftdæmninger, reservoirer og kanaler. I løbet af den første og anden førkrigs femårsplan steg den selvkørende flåde 2,2 gange, og den ikke-selvkørende flåde steg 2,7 gange; havne blev skabt i flodbyerne, 50% af lastning og losning blev mekaniseret, mængden af ​​flodtransport steg med mere end 3 gange. [fire]

Efter afslutningen af ​​den store patriotiske krig , i 1946, blev "loven om femårsplanen for genoprettelse og udvikling af den nationale økonomi i USSR" ( Fjerde femårsplan for USSR ) vedtaget, og derefter en antal særlige dekreter, der stimulerer konstruktion og modernisering af hydrauliske strukturer i USSR.

I overensstemmelse med ejendommelighederne ved den planlagte økonomi i USSR blev opførelsen af ​​hydrauliske strukturer implementeret inden for rammerne af et omfattende program, der tager hensyn til interesserne for alle sektorer af den nationale økonomi: vandkraft, kunstvanding og vandforsyning, vandtransport og vandforsyning.

Som en del af implementeringen af ​​den såkaldte Stalin-plan for transformation af naturen blev der vedtaget en række særlige resolutioner for at stimulere konstruktion og modernisering af hydrauliske strukturer. Disse omfatter:

  • Dekret fra Ministerrådet i USSR af 1950 "Om overgangen til et nyt kunstvandingssystem for bedre at udnytte kunstvandede arealer og forbedre mekaniseringen af ​​landbrugsarbejdet" [5] .
  • Dekret fra Ministerrådet i USSR af 21. august 1950 "Om opførelsen af ​​Kuibyshev vandkraftværket ved Volga-floden" [6] .
  • Dekret fra Ministerrådet i USSR af 31. august 1950 "Om opførelsen af ​​Stalingrad vandkraftværk ved floden. Volga, om kunstvanding og vanding af de kaspiske områder" [7] .
  • Dekret fra Ministerrådet for USSR af 12. september 1950 "Om opførelsen af ​​den vigtigste turkmenske kanal Amu-Darya - Krasnovodsk, om kunstvanding og vanding af landene i de sydlige regioner af den kaspiske slette i det vestlige Turkmenistan, nederste del af Amu-Darya og den vestlige del af Kara-Kum-ørkenen" [8] .
  • Dekret fra USSR's Ministerråd af 20. september 1950 "Om opførelsen af ​​Kakhovka vandkraftværket ved Dnepr, den sydukrainske kanal, den nordlige Krim-kanal og kunstvanding af landene i de sydlige regioner i Ukraine og de nordlige områder af Krim" [9] .

I perioden fra 1940 til 1965 blev der bygget mange hovedkanaler med en samlet længde på mere end 2000 km, blandt hvilke de største er:

I 1967-1972 blev Saratov-vandings- og vandingskanalen (126 km) også bygget.

Kanalkarakteristika

Hovedegenskaberne ved en sejlbar kanal er dens dimensioner, som primært bestemmes af dimensionerne af slusekamrene, højden af ​​broer og tunneler og dybden af ​​kanalen. Kanalens dimensioner begrænser fartøjernes dimensioner og deres maksimale bæreevne. Fartøjsdimensioner, på grund af kanalrestriktioner, bliver standarden for konstruktion af nye skibe: panamax , suezmax , Freycinet dimension og andre.

Også ud fra kanalens gennemstrømningssynspunkt er formen og størrelsen af ​​dens åbne sektion, det vil sige strømmens tværsnit, vigtige. De bestemmer, hvor mange skibe der kan passere på samme tid i kanalen. Kanalernes form kan varieres. Trapezformede og polygonale kanaler bruges ofte. Sektionen kan også være rektangulær, halvcirkelformet, parabolsk, skitseret af en mere kompleks kurve eller sammensat.

Kanaltværsnit
Trapezformet polygonal Rektangulær halvcirkelformet

En vigtig kanalparameter er "hældningshældningen" m, som karakteriserer kanalvæggenes hældning og er lig med:

hvilket afhænger af jorden, hvori kanalen passerer. Hvis hældningen for stenet jord nærmer sig nul, så kan den for eksempel for siltet sand nå 3-3,5. Forstærkning af skråninger giver dig mulighed for at tildele lægningen af ​​den nødvendige værdi.

I modsætning til naturlige kanaler er det muligt at give kanalsektionen den mest hydraulisk fordelagtige sektion (det vil sige at vælge den passende kanalbredde langs bunden og strømningsdybden). Med en sådan sektion for en given ruhed af kanalen sikres den maksimale gennemstrømning med et minimalt tværsnitsareal. Men for rækken af ​​de mest almindelige skråninger viser det sig, at sådanne kanaler har en stor dybde og en lille bredde langs bunden, hvilket ofte er upraktisk med hensyn til enhedsteknologi og arbejdsomkostninger. Ud over dette er der en stigning i skureflowhastigheden. Derfor øges bredden af ​​kanalerne langs bunden i forhold til de mest hydraulisk fordelagtige.

Kanalberegning

Generelt er små kanaler beregnet under forudsætning af ensartet vandbevægelse. For at bestemme hastigheden og flowhastigheden bruges Shezy-formlerne :

hvor:

 — gennemsnitlig strømningshastighed, m/s;  — gennemsnitligt vandforbrug, m³;  - friktionsmodstandskoefficient langs længden (Shezi-koefficient), m 0,5 / s, som er en integreret karakteristik af modstandskræfterne;  — hydraulisk radius , m;  - hydraulisk hældning , som med ensartet strømning med en fri overflade er lig med hældningen af ​​den frie overflade;  - boligareal, m².

Vandføringen i kanalen bestemmes af vandforvaltningsberegninger. Problemet er reduceret til at bestemme kanaltværsnittet og dets dimensioner for et relativt snævert område af mulig strømningshastighed. Snæverheden af ​​hastighedsområdet er dikteret af, at kanalen på den ene side ikke skal udvaskes, og på den anden side ikke skal tilsøles. Beregningen af ​​de begrænsende hastigheder for tilslamning og erosion er en vanskelig opgave og løses med tilnærmede metoder. For de fleste materialer er skurehastigheder bestemt og angivet i de relevante tabeller afhængigt af strømningsdybden.

Regnskab for kanalprocesser

Mange store kanaler er i det væsentlige kunstige floder. Ofte har de ikke bundforstærkning og skråninger, hvilket forårsager forløbet af kanalprocesser, der er karakteristiske for almindelige floder. Dette bliver mest tydeligt ved anvendelse af naturlige vandløb i kanalbyggeri. Den store længde af kanaler, høj vandstrøm, påvirkningen af ​​afstrømning fra det tilstødende bassin - alt dette gør beregningen af ​​kanaler til en vanskelig hydroteknisk opgave.

Tab af vand fra kanaler

Vandtab fra kanaler skyldes både dets fordampning fra overfladen af ​​åbne kanaler og af dets filtrering gennem kanalens vægge og bund. Samtidig er fordampningstab i de fleste tilfælde meget små, mens filtreringstab kan nå meget store værdier, hvilket reducerer kanalens økonomiske effektivitet væsentligt. Ud over dette kan vanding af den nærliggende jord føre til sumpning af området, med aftagende jord - til kanaldeformationer og ødelæggelse af strukturer, i bjergrige forhold - til farlige kollaps og mudderstrømme.

Typer af vandfiltrering fra kanaler
Uden bagvand i en uforet kanal Med bagvand i en uforet kanal Uden bagvand i en foret kanal Med bagvand i en foret kanal
1 - indledende grundvandsniveau
2 - spredningsgrænse
3 - vandingszonebevægelse front
4 - drypstrøm

Der er to trin af filtrering: fri og med modtryk. Ved ikke-fri filtrering med bagvand kommer filtreringsstrømmen fra kanalen i kontakt med jordstrømmen og understøttes af denne.

Filtrering kan håndteres både ved at beklæde bunden og kanalen, og ved at reducere vandgennemtrængeligheden af ​​kanaljorden, hvilket kan opnås ved mekanisk komprimering og tilstopning  - udfyldning af jordens porer med små partikler, for eksempel til sandjord, deres tilstopning med ler og siltjord kan bruges. En særlig måde at reducere vandgennemtrængeligheden på er metoden til at tilføje specielle materialer til kanaljorden. Dette kan omfatte kunstig tilsaltning af jorden, kunstig gylning, oliering osv., men sådanne metoder fører til forurening af vandstrømmen.

Kanalstrukturer

Konstruktion af kanaler kræver næsten altid installation af yderligere strukturer, som kan opdeles i flere kategorier:

  • VVS-faciliteter;
  • forbindende strukturer;
  • strukturer, der regulerer kanalens generelle regime.

Vandværk

Separate sektioner af kanaler kan erstattes af vandforsyningsstrukturer af både økonomiske og tekniske årsager. Sådanne strukturer omfatter rende, rør, tunneler, akvædukter , sifoner , mudderstrømme osv.

I tilfælde, hvor jordforholdene ikke tillader at arrangere en pålidelig kanalseng eller terrænet, hvor kanalruteafsnittet passerer, er for komplekst (meget ujævnt terræn, bjergskråninger osv.), er det tilrådeligt at bruge rende. Bakker er også kunstige kanaler, men de er placeret på jordens overflade eller arrangeret over jorden på understøtninger. Bakker kan være lavet af træ, armeret beton, metal og andre materialer. Vandets bevægelse i bakkerne er fritflydende. Nogle gange er bakkerne beskyttet ovenfra af en form for belægning, som bringer dem tættere på rørene. Bakkens tværsnitsareal er normalt mindre end kanalen, i forbindelse med dette får de en større hældning. Rammens kapacitet er beregnet ud fra dens fortolkning som et overløb med en bred tærskel ind i kanalen.

Akvædukter er arrangeret på de steder, hvor kanalen krydser enhver forhindring: floder, kløfter, veje osv. En akvædukt adskilles fra en bakke på understøtninger ved en kapitalstruktur. I denne henseende er akvædukter tættere på broer, mens kanalen kan tjene som en overbygning.

Rørledninger gør det muligt at passere vandet i kanalen under enhver forhindring og bruges også under ugunstige klimatiske forhold i det område, hvor kanalen passerer. Rørledninger kan placeres både under jorden og være af åben type med mulighed for direkte adgang. Bevægelsesmåden for vand i rørledninger er normalt tryk.

Hvis det er nødvendigt at passere et vandløb under kanalen, bygges en sifon . Dens udformning og beregninger ligner rør, der bruges ved krydsning af vandløb med volde af veje og jernbaner.

Forbinde strukturer

Med en stor hældning af terrænet kan vandhastigheden i kanalen nå uacceptable værdier. I denne henseende er det nødvendigt at arrangere sektioner af kanaler med en højdeforskel. For at forbinde sådanne sektioner bruges grænsefladestrukturer, som generelt omfatter højhastighedsstrømme og fald.

I fald bevæger en del af stien sig langs strukturen, og en del af stien falder. I trinvise dråber slukkes energien fra faldende vand af specielle enheder. I udkragningsdråber danner faldende vand en tragt på faldstedet, som gradvist når en dybde, hvor faldenergien slukkes helt og erosionen stopper. Cantilever-dråber kræver færre opsætningsomkostninger på grund af selvregulering, men deres beregning er mindre nøjagtig og kræver en justering for en udefineret fase, indtil tragtstørrelsen når de ønskede værdier.

Hurtige strømme er bakker med store hældninger, hvori vandet bevæger sig med en hastighed, der er større end den kritiske. Hastigheden må dog ikke overstige den tilladte for bundens og væggenes materiale. For at reducere hastigheden er det muligt at bruge øget ruhed af bakken i form af forskellige afsatser, trin og tærskler. For enden af ​​den hurtige strøm er der arrangeret vandskærende brønde for at dæmpe strømningshastigheden.

Pumpestationer bruges også til at forbinde kanalsektioner i forskellige højder.

Strukturer, der regulerer kanalens generelle regime

Sådanne strukturer omfatter sluseregulatorer og vanddelere , nødspærringer , overløbs- og afløbsveje , sjapudledninger .

Låseregulatoren er en dæmning udstyret med porte . Dens funktioner omfatter regulering af vandstrømmen i selve kanalen såvel som i grene fra den. Nødbarrierer er tærskler udstyret med skodder. Om nødvendigt kan de bruges til at isolere individuelle sektioner af kanalen.

Kanaler i kunst

Brugen af ​​kanaler siden oldtiden har ført til deres brede refleksion i kunsten. Kunstnere fangede ofte kanalerne i tegninger, malerier, spillefilm.

Kanallister

Se også

Noter

  1. ↑ Kanal // Kasakhstan. National Encyclopedia . - Almaty: Kazakh encyclopedias , 2005. - T. III. — ISBN 9965-9746-4-0 .  (CC BY SA 3.0)
  2. ↑ V.V. Samarkin, Historical geography of Western Europe in the Middle Ages, M .: Higher School, 1976 . Hentet 2. december 2020. Arkiveret fra originalen 3. april 2022.
  3. ↑ Shukhardin S.V., Laman N.K., Fedorov A.S. 'Teknologi i dens historiske udvikling' - Moskva: 'Nauka', 1979 - s.416 . Hentet 2. december 2020. Arkiveret fra originalen 5. juli 2020.
  4. ↑ 1 2 OVERKOMME RUMMET (historiske essays om kommunikationsruter i Rusland) Andrey Kokurin Arkiveksemplar dateret 15. juni 2012 på Wayback Machine
  5. ↑ Om overgangen til et nyt kunstvandingssystem for bedre at udnytte kunstvandede arealer og forbedre mekaniseringen af ​​landbrugsarbejdet (utilgængeligt link) . Hentet 14. november 2011. Arkiveret fra originalen 16. april 2011. 
  6. ↑ Om opførelsen af ​​Kuibyshev-vandkraftværket ved Volga-floden (utilgængelig forbindelse) . Hentet 14. november 2011. Arkiveret fra originalen 6. maj 2012. 
  7. ↑ Om opførelsen af ​​Stalingrad vandkraftværk ved floden. Volga, om kunstvanding og vanding af de kaspiske regioner (utilgængeligt link) . Hentet 14. november 2011. Arkiveret fra originalen 6. maj 2012. 
  8. ↑ Om konstruktionen af ​​den vigtigste turkmenske kanal Amu Darya - Krasnovodsk, om kunstvanding og vanding af landene i de sydlige regioner af den kaspiske slette i det vestlige Turkmenistan, den nedre del af Amu Darya og den vestlige del af Kara-Kum ørken (utilgængeligt link) . Hentet 14. november 2011. Arkiveret fra originalen 6. maj 2012. 
  9. ↑ Om opførelsen af ​​Kakhovka-vandkraftværket ved Dnepr, den sydukrainske kanal, den nordlige Krim-kanal og kunstvanding af landene i de sydlige regioner af Ukraine og de nordlige regioner af Krim (utilgængelig forbindelse) . Hentet 14. november 2011. Arkiveret fra originalen 6. november 2011. 

Litteratur

  • Grishin M. M. "Hydrauliske strukturer" - Lærebog, del 2, 1979.
  • Karpov I. M. Channels / I. M. Karpov, V. V. Fandeev; udg. E. A. Zamarina. - M .: Stat. forlag lit. om byggeri og arkitektur, 1951. - 87 s.: ill.
  • Sadovsky G. L. Navigations hydrauliske strukturer i USSR. — M.: Transport, 1970. — 265 s.: ill.
  • Kanal, kunstigt vandløb // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
  • Havkanaler // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
  • Kanal  // Great Russian Encyclopedia  : [i 35 bind]  / kap. udg. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
 International sølov
Maritime
rum

Reguleringsområder _