Vesiväylä ( latinaksi kanava - putki, kouru ) on keinotekoinen vesistö , joka on suunniteltu lyhentämään vesireittejä tai ohjaamaan veden virtausta.
Kanavalla on kaksi pääkäyttöä:
Usein kanavat yhdistävät molemmat toiminnot.
Purjehduskelpoisen kanavan luomisen tarkoituksena on yhdistää kahden säiliön altaita , jos sellaista ei ole, lyhentää näiden kahden säiliön välistä reittiä, varmistaa taattu navigointi, ratkaista vesiväylän varrella olevien kohteiden kulkuyhteyksien ongelma ja luoda kustannustehokasta liikennettä. reitit.
Kanavat viittaavat vedenjakelurakenteisiin (vesijohtoihin) - keinotekoisiin kanaviin, joiden kautta vettä syötetään pisteestä toiseen. Kanavien, huurujen, putkien ohella hydrauliset tunnelit ovat vettä johtavia rakenteita. Kanavat eroavat tarjottimista siinä, että ne sijaitsevat maassa, kun taas tarjottimet ovat maassa tai maan päällä. Toisin kuin putkistot ja vesitekniset tunnelit, kanavien kanavat ovat avoimia suurimman osan pituudestaan.
Tarkoituksen mukaan kanavat on jaettu useisiin tyyppeihin.
Muinaisista ajoista lähtien melioratiivisilla kanavilla on ollut tärkeä rooli maataloudessa , jotka puolestaan jaetaan kastelukanaviin (kastelu) ja salaojituskanaviin . Ensimmäinen niistä toimittaa vettä pelloille ja jakaa sen sinne, joten niitä esiintyy useimmiten Aasian ja Afrikan aavikoissa ja puoliaavioissa sekä alueilla, joilla harjoitetaan tehomaataloutta, esimerkiksi Kaliforniassa ja Välimeri. Toinen päinvastoin ohjaa vettä kosteikolta.
Vedensyöttökanavat toimittavat vettä sen kulutuspaikkaan, ja käyttöolosuhteet ja saniteettivaatimukset pakottavat usein tällaiset tilat sulkemaan. Niiden päätarkoituksena on toimittaa vettä vedettömille ja kuiville alueille paikoista, joissa on jatkuvasti ylimääräistä vettä.
Toinen kanavatyyppi on energia . Ne tuovat vettä joista vesivoimalaitoksen turbiineille ja ohjaavat sitten turbiinien läpi kulkeneen veden vesivoimalan ulkopuolelle .
Laivauskanavat - makean veden ja meri -, jotka yhdistävät jokia, järviä ja merta, on pääsääntöisesti suunniteltu kaikenlaisiin vesikuljetuksiin - pienistä veneistä suuriin kuivalastialuksiin . Navigointikanavat on jaettu avoimiin ja lukittaviin. Ensimmäinen niistä yhdistää vesistöjä, joilla on sama vedenkorkeus, toinen - eritasoisia säiliöitä. Avoimista kanavista voidaan nimetä suuret: Suezin kanava ja Korintti , mutta suurin osa tällaisista rakenteista on toista tyyppiä: niiden sulkujärjestelmät mahdollistavat laivojen nousemisen kanavan alemmista osista korkeampiin, ja päinvastoin. Tunnetuimmat sulkukanavat ovat Panama ja Kiel . Makean veden kanavat puolestaan jaetaan kauttakulkuun (yhdistää useita altaita), vesistöihin (yhdistää kahden joen altaat ), ohitukseen (ohikulku) tai oikaisuun (piirittää koskia tai myrskyisiä osia ja lyhentää myös polkua mutkaisen väylän kahden pisteen välillä) ja yhdistävät (ne kulkevat vesiväylistä suuriin teollisuuskeskuksiin).
Siellä on myös koskenlaskukanavia , jotka on suunniteltu puun kuljettamiseen vesiteitse .
Kanavia on myös monimutkaiseen käyttöön (esimerkiksi Volga-Don-kanava ) [1] .
Vedensyöttömenetelmän mukaan kanavat jaetaan painovoiman vaikutuksesta oleviin kanaviin, joihin vesi virtaa painovoiman vaikutuksesta, ja veden mekaanisella nousulla, joihin käytetään pumppausasemia .
Ensimmäiset kastelukanavat ilmestyivät 6. vuosituhannen lopulla eKr. e. Mesopotamiassa . _ Ilmeisesti samaan aikaan he alkoivat rakentaa kastelujärjestelmiä muinaisessa Egyptissä , niin että ΙΙΙ ja ΙΙ vuosituhansien vaihteeseen mennessä molempiin maihin luotiin laaja kastelukanavien verkosto, jonka hoito lankesi ylin voima. On mahdollista, että maailman ensimmäinen purjehduskelpoinen kanava ilmestyi muinaisessa Egyptissä, joka yhdisti Punaisen meren yhteen Niilin sivujoista, Välimereen virtaavasta joesta . tämän polun ansiosta laivat saattoivat liikkua mereltä toiselle. Tämän vesiväylän rakentaminen aloitettiin noin 600 eKr. e. ja jatkui vuoteen 518 eKr. kun persialaiset valtasivat maan. Ajan myötä kanava haudattiin aavikon hiekkaan ja unohdettiin.
Kiinassa kaksituhatta vuotta - VI vuosisadalta. eKr e. 1300-luvulle asti n. e. - Grand Canal rakennettiin yhdistämään Huang He - ja Jangtse - joet .
Euroopan laivakanavia alettiin rakentaa 1000-luvulta lähtien: ensin Lombardiassa ja Etelä- Ranskassa , sitten Alankomaissa , Saksassa ja muissa maissa. Milano oli yhteydessä Paviaan , Lyypekki Elbeen (eli Hampuriin ) ja moniin muihin eri jokien valuma-altaissa sijaitseviin kaupunkeihin. Milanossa vuonna 1257 valmistui yli 80 vuotta kestänyt Naviglio Grande -kanavan rakentaminen.yli 50 km pitkä ja yhdistää kaupungin Ticino -jokeen . 1400-luvun puolivälissä rakennettiin Milanosta Adda -joelle yli 80 km pitkä kanava. Novarese ja Lomellin rakennettiin lukuisia kanavia 1300-luvulla[2] .
1600-luvulla Euroopassa alettiin rakentaa laajasti laivakanavia, mukaan lukien sulkukanavia . Sisävesiväylillä oli suuri merkitys tavaraliikenteen kannalta. Yhden hevosen kanavaa pitkin hinaamassa proomussa oli mahdollista kuljettaa jopa 50 tonnia painavaa lastia, kun taas yhden hevosen vaunussa kuljettaman hyötykuorman enimmäispaino ei ylittänyt 600-700 kg. Ranskassa rakennettiin vuosina 1604-1642 Briaren kanava , joka yhdisti Seinen ja Loiren . Vuosina 1666-1681 rakennettiin Canal du Sud , joka yhdisti Toulousen Välimeren rannikolla sijaitsevaan Sèten kaupunkiin .
Englannissa ensimmäinen kuljetuskanava "Sankey", joka yhdistää St. Helensin hiilikaivokset Mersey -jokeen , rakennettiin vasta vuonna 1757, mutta pian kehittyvän teollisuuden tarpeet vaativat kanavaverkoston kehittämistä ensisijaisesti kivihiilen toimittamista varten. Vuonna 1761 rakennettiin Bridgewaterin kanava , joka yhdisti Worsleyn kaivokset .Manchesterin kanssa . Siitä lähtien alkoi niin kutsuttu kanalomania . Englannin merkittävin kanavarakentaja oli James Brindley , joka ehdotti, että kanavat rakennettaisiin ilman korkeusmuutoksia, mikä mahdollisti lukoista luopumisen. Hänen rakentama Bridgewater Canal alkaa maanalaisesta kaivoshorisontista ja kulkee Manchesteriin ylittäen Erwell -joen laakson maailman ainoaa Bartonin kääntyvää akveduktia pitkin . Aikalaiset kutsuivat tätä kanavaa maailman kahdeksanneksi ihmeeksi [3] .
Isossa - Britanniassa Caledonian kanava rakennettiin 1803-1822 , Ranskassa Loiren sivukanava rakennettiin 1822-1838 , Saksassa Elbe-Havelin kanava valmistui 1865-1872 , vuonna 1891 Oder-Spree-kanava rakennettu..
Vuonna 1879 Ranska standardoi kanava- ja laivamitat ottamalla käyttöön Freycinet-mittarin , joka johti peniche -nimisen alustyyppiin . Nykyään nämä alukset eivät ole vain kulkuvälineitä, vaan myös elämäntapa ja asuinpaikka monien jokimiesten perheille. Peniche-mittareista tuli "tyyppi I" Euroopan sisävesiväylien nykyaikaisessa luokituksessa .
Myös merikanavia rakennettiin - Suezin kanava 1859-1869, Korintin kanava 1881-1893, Kielin kanava 1887-1895.
Yksi Venäjän vanhimmista kanavista on Vyshnevolotskin vesijärjestelmä , jonka rakentaminen aloitettiin vuonna 1703 Pietari I :n asetuksella. [4] Vyshnevolotskin vesijärjestelmä (avattiin vuonna 1709 ), Tikhvin ( 1811 ) ja Mariinski ( 1810 ) yhdistävät Volgan Itämereen ja muodostavat Volgan ja Baltian välisen vesiväylän .
NeuvostoliittoNeuvostoliitossa luotiin maan Euroopan osan yhtenäinen syvänmeren jokiverkosto rakentamalla intensiivisesti vesivoimalaitoksia, vesivoimaloiden patoja, tekoaltaita ja kanavia . Ensimmäisen ja toisen sotaa edeltävän viisivuotissuunnitelman aikana omalla käyttövoimalla kulkeva jokilaivasto kasvoi 2,2-kertaiseksi ja ei-omakäyttöinen laivasto 2,7-kertaiseksi ; jokivarren kaupunkeihin perustettiin satamia, 50 % lastaus- ja purkutoimista koneistettiin, jokikuljetusten määrä kasvoi yli 3 kertaa. [neljä]
Suuren isänmaallisen sodan päätyttyä vuonna 1946 hyväksyttiin "Laki Neuvostoliiton kansantalouden palauttamisen ja kehittämisen viisivuotissuunnitelmasta" (Neuvostoliiton neljäs viisivuotissuunnitelma ), ja sitten useita erityisiä säädöksiä, jotka edistävät hydraulisten rakenteiden rakentamista ja modernisointia Neuvostoliitossa.
Neuvostoliiton suunnitelmatalouden erityispiirteiden mukaisesti hydraulisten rakenteiden rakentaminen toteutettiin kattavan ohjelman puitteissa, jossa otetaan huomioon kansantalouden kaikkien alojen edut: vesivoima, kastelu ja kastelu, vesiliikenne ja vesihuolto.
Osana niin sanotun Stalinin luonnonmuuttamista koskevan suunnitelman toteuttamista hyväksyttiin joukko erityisiä päätöslauselmia, joilla edistettiin hydraulisten rakenteiden rakentamista ja modernisointia. Nämä sisältävät:
Vuosina 1940-1965 rakennettiin monia pääkanavia, joiden kokonaispituus oli yli 2000 km, joista suurimmat ovat:
Vuosina 1967-1972 rakennettiin myös Saratovin kastelu- ja kastelukanava (126 km).
Purjehduskelpoisen kanavan pääominaisuudet ovat sen mitat, jotka määräytyvät ensisijaisesti sulkukammioiden mittojen, siltojen ja tunnelien korkeuden sekä väylän syvyyden perusteella. Kanavan mitat rajoittavat alusten mittoja ja niiden maksimikantavuutta. Alusten mitat ovat kanavarajoitusten vuoksi tulossa standardiksi uusien alusten rakentamisessa: panamax , suezmax , Freycinet-mitta ja muut.
Myös kanavan läpimenokyvyn kannalta sen avoimen osan muoto ja koko, eli virtauksen poikkileikkaus, ovat tärkeitä. Ne määrittävät kuinka monta alusta voi kulkea kanavalla samanaikaisesti. Kanavien muotoa voidaan vaihdella. Usein käytetään puolisuunnikkaan ja monikulmion muotoisia kanavia. Leikkaus voi myös olla suorakaiteen muotoinen, puoliympyrän muotoinen, parabolinen, monimutkaisemmalla käyrällä tai yhdistelmällä rajattu.
Puolisuunnikkaan muotoinen | monikulmio | Suorakulmainen | puoliympyrän muotoinen |
---|---|---|---|
Tärkeä kanavaparametri on "kaltevuus" m, joka kuvaa kanavan seinien kaltevuutta ja on yhtä suuri:
joka riippuu maaperästä, jossa kanava kulkee. Jos kivisessä maaperässä kaltevuus lähestyy nollaa, niin esimerkiksi lietehiekoilla se voi olla 3-3,5. Vahvistamalla rinteitä voit määrittää tarvittavan arvon asettamisen.
Luonnollisista kanavista poiketen kanavaosalle on mahdollista antaa hydraulisesti edullisin osa (eli valita sopiva kanavan leveys pohjaa pitkin ja virtaussyvyys). Tällaisella poikkileikkauksella kanavan tietylle karkeudelle varmistetaan suurin läpimenokyky pienellä poikkileikkausalalla. Yleisimpien rinteiden osalta käy kuitenkin ilmi, että tällaisilla kanavilla on suuri syvyys ja pieni leveys pohjaa pitkin, mikä on usein epäkäytännöllistä laitetekniikan ja työkustannusten kannalta. Tämän lisäksi hankausvirtausnopeus kasvaa. Siksi kanavien leveys pohjaa pitkin kasvaa verrattuna hydraulisesti edullisimpaan.
Yleensä pienet kanavat lasketaan olettaen tasaista veden liikettä. Nopeuden ja virtausnopeuden määrittämiseen käytetään Shezy-kaavoja :
missä:
— keskimääräinen virtausnopeus, m/s; — keskimääräinen vedenkulutus, m³; - kitkavastuskerroin pituudella (Shezi-kerroin), m 0,5 / s, joka on vastusvoimien kiinteä ominaisuus; — hydraulinen säde , m; - hydraulinen kaltevuus , joka tasaisella virtauksella vapaalla pinnalla on yhtä suuri kuin vapaan pinnan kaltevuus; - asuinosan pinta-ala, m².Veden virtaus kanavassa määritetään vesihuollon laskelmilla. Ongelma rajoittuu kanavan poikkileikkauksen ja sen mittojen määrittämiseen suhteellisen kapealla mahdollisen virtausnopeuden alueella. Nopeusalueen kapeus määräytyy siitä syystä, että kanavaa ei toisaalta saa huuhdella pois, toisaalta se ei saa liettyä. Liettymisen ja eroosion rajanopeuksien laskeminen on vaikea tehtävä ja se ratkaistaan likimääräisin menetelmin. Useimmille materiaaleille hankausnopeudet määritetään ja on annettu asianmukaisissa taulukoissa virtauksen syvyyden mukaan.
Monet suuret kanavat ovat pohjimmiltaan keinotekoisia jokia. Usein niissä ei ole pohjan vahvistumista ja rinteitä, mikä aiheuttaa tavallisille joille ominaisten uurreprosessien kulkua. Tämä tulee selvimmin esiin käytettäessä luonnollisia vesistöjä kanavan rakentamisessa. Kanavien suuri pituus, suuri veden virtaus, viereisen altaan valumisen vaikutus - kaikki tämä tekee kanavien laskemisesta vaikean hydroteknisen tehtävän.
Kanavien vesihäviöitä aiheuttaa sekä sen haihtuminen avoimien kanavien pinnalta että sen suodattuminen kanavan seinien ja pohjan läpi. Samaan aikaan haihdutushäviöt ovat useimmissa tapauksissa hyvin pieniä, kun taas suodatushäviöt voivat saavuttaa erittäin suuria arvoja, mikä heikentää merkittävästi kanavan taloudellista tehokkuutta. Tämän lisäksi läheisen maaperän kastelu voi johtaa alueen suostumiseen, vajoavilla maaperällä - kanavoimaan muodonmuutoksia ja rakenteiden tuhoutumista, vuoristoisissa olosuhteissa - vaarallisiin sortumaihin ja mutavirtauksiin.
Ilman paluuta vuoraamattomassa kanavassa | Takavesi vuoraamattomassa kanavassa | Ilman paluuta vuoratussa kanavassa | Takaisinvedellä vuoratussa kanavassa |
---|---|---|---|
1 - pohjaveden alkutaso 2 - leviämisraja 3 - kastelualueen liike edessä 4 - tippavirtaus |
Suodatuksessa on kaksi vaihetta: vapaa ja vastapaineella. Ei-vapaassa suodatusvedellä kanavasta tuleva suodatusvirtaus tulee kosketuksiin maavirran kanssa ja sitä tukee.
Suodatus voidaan hoitaa sekä vuoraamalla pohja ja kanava, että vähentämällä kanavamaan vedenläpäisevyyttä, mikä voidaan saavuttaa mekaanisella tiivistämisellä ja tukkeutumalla - täyttämällä maahuokoset pienillä hiukkasilla esim. hiekkamaille, voidaan käyttää niiden tukkeutumista savella ja siltomailla. Erityinen tapa vähentää vedenläpäisevyyttä on tapa lisätä erikoismateriaaleja kanavan maaperään. Tämä voi sisältää maaperän keinotekoista suolaamista, keinotekoista gleytystä, öljyämistä jne., mutta tällaiset menetelmät johtavat vesivirran saastumiseen.
Kanavien rakentaminen vaatii melkein aina lisärakenteiden asentamisen, jotka voidaan jakaa useisiin luokkiin:
Erilliset kanavaosat voidaan korvata vesihuoltorakenteilla sekä taloudellisista että teknisistä syistä. Tällaisia rakenteita ovat savuputket, putket, tunnelit, akveduktit , sifonit , mutavirrat jne.
Tapauksissa, joissa maaperän olosuhteet eivät mahdollista luotettavan kanavapohjan järjestämistä tai maasto, jossa kanavan reittiosuus kulkee, on liian monimutkainen (erittäin karu maasto, vuoren rinteet jne.), on suositeltavaa käyttää huutoa. Tarjottimet ovat myös keinotekoisia kanavia, mutta ne sijaitsevat maan pinnalla tai on järjestetty tukien päälle maan päälle. Tarjottimet voidaan valmistaa puusta, teräsbetonista, metallista ja muista materiaaleista. Veden liike tarjottimissa on vapaasti virtaavaa. Joskus alustat on suojattu ylhäältä jollain pinnoitteella, joka tuo ne olennaisesti lähemmäksi putkia. Tarjottimen poikkipinta-ala on yleensä pienempi kuin kanava, minkä yhteydessä niille annetaan suurempi kaltevuus. Savun kapasiteetti on laskettu sen tulkinnasta kanavaan johtavaksi padoksi, jolla on leveä kynnys.
Akveduktit on järjestetty paikkoihin, joissa väylä ylittää minkä tahansa esteen: joet, rotkot, tiet jne. Akvedukti erottuu kannattimilla olevasta tarjottimesta pääomarakenteella. Tässä suhteessa akveduktit ovat lähempänä siltoja, kun taas savukanava voi toimia päällysrakenteena.
Putkilinjat mahdollistavat kanavan veden kulkemisen minkä tahansa esteen läpi, ja niitä käytetään myös epäsuotuisissa ilmasto-olosuhteissa alueella, jossa kanava kulkee. Putket voivat sijaita sekä maan alla että olla avoimia, joihin on suora pääsy. Veden liiketapa putkistoissa on yleensä paine.
Jos kanavan alta on ohitettava jokin vesistö, rakennetaan sifonia . Sen suunnittelu ja laskelmat ovat samanlaisia kuin putkia, joita käytetään ylitettäessä vesistöjä teiden ja rautateiden penkereiden kanssa.
Teräsbetonitarjotin (Buckley, Washington, USA)
Keski-Saksan kanavan akvedukti
Pumppuasema Saksassa. 1880
Kahden kanavan, Manchesterin ja Bridgewaterin , risteys ja maailman ainoa kääntövesisilta (vasemmalla)
Anderton venehissi , Englanti. Yhdistää Weaver-joen ja Trent-Mercy-kanavan 15 metrin korkeudella
Falkirk Wheel - maailman ensimmäinen pyörivä venehissi , Skotlanti. Yhdistää Fort Clyden ja Unionin kanavat
Kennet-Avon-kanavan lukitusjärjestelmä
Pontcysillten akvedukti kävelytie Llangollen-kanavalla, Wales
Astui putoamaan kanavalle Lontoossa
Maaston suurella rinteellä veden nopeus kanavassa voi saavuttaa kohtuuttomia arvoja. Tältä osin on tarpeen järjestää kanavien osia, joiden korkeusero on erilainen. Tällaisten osien yhdistämiseen käytetään rajapintarakenteita, jotka sisältävät yleensä nopeita virtoja ja pudotuksia.
Pudotuksessa osa polusta liikkuu rakennetta pitkin ja osa polusta putoaa. Porrastetuissa pisaroissa putoavan veden energia sammutetaan erityisillä laitteilla. Ulokepisaroissa putoava vesi muodostaa putoamispaikalle suppilon, joka vähitellen saavuttaa syvyyteen, jossa putoamisenergia sammuu kokonaan ja eroosio pysähtyy. Ulokepisarat vaativat itsesäätelyn ansiosta vähemmän asennuskustannuksia, mutta niiden laskenta on vähemmän tarkkaa ja vaatii varauksen määrittelemättömälle vaiheelle, kunnes suppilon koko saavuttaa halutut arvot.
Nopeat virtaukset ovat suurilla rinteillä varustettuja altaita, joissa vesi liikkuu kriittistä suuremmalla nopeudella. Nopeus ei kuitenkaan saa ylittää pohjan ja seinien materiaalille sallittua. Nopeuden vähentämiseksi on mahdollista käyttää tarjottimen lisääntynyttä karheutta erilaisten reunusten, askelmien ja kynnysten muodossa. Nopean virran lopussa on järjestetty vesileikkauskaivoja vaimentamaan virtausnopeutta.
Pumppausasemia käytetään myös erikorkuisten kanavaosien liittämiseen.
Tällaisia rakenteita ovat muun muassa sulkuventtiilit ja vedenjakajat , hätäesteet , vuodot ja valumat , sohjopoistot .
Lukon säädin on porteilla varustettu pato . Sen toimintoihin kuuluu veden virtauksen säätely itse kanavassa sekä sen haaroissa. Hätäesteet ovat kaihtimilla varustettuja kynnyksiä. Tarvittaessa niitä voidaan käyttää kanavan yksittäisten osien eristämiseen.
Kanavien käyttö muinaisista ajoista lähtien on johtanut niiden laajaan heijastumiseen taiteessa. Taiteilijat vangisivat usein kanavat piirustuksiin, maalauksiin, elokuviin.
Jean Pierre Francois Lamorinière . "kanavalla". XIX vuosisadalla.
Johann Hendrik Weissenbruch . "Navigointikanava Rijswijkissä". 1868
Geisbrecht Leitens . "Talvimaisema". 1620-1640.
James Duncan. Kanava "Lashin" . 1850.
Kansainvälinen merioikeus | |
---|---|
Meritilat _ |
|
Sääntelyalueet _ |