A vízcsatorna ( latin csatorna - cső, ereszcsatorna ) egy mesterséges vízfolyás , amely a vízi útvonalak lerövidítésére vagy a víz áramlásának átirányítására szolgál.
A csatornának két fő felhasználási területe van:
A csatornák gyakran kombinálják mindkét funkciót.
A hajózható csatorna létrehozásának célja, hogy ennek hiányában két tározó medencéjét összekapcsolja, a két tározó közötti utat lerövidítse, garantált hajózást biztosítson, megoldja a vízi út menti célpontok közlekedési megközelíthetőségét, költséghatékony közlekedést biztosítson. útvonalak.
A csatornák vízellátó szerkezetekre (vízvezetékekre) utalnak - mesterséges csatornákra, amelyeken keresztül a vizet egyik pontból a másikba szállítják. A csatornák, csatornák, csővezetékek mellett a hidraulikus alagutak is vízvezető szerkezetek. A csatornák abban különböznek a tálcáktól, hogy a talajban, míg a tálcák a földön vagy a talaj felett helyezkednek el. A csővezetékektől és a hidrotechnikai alagutaktól eltérően a csatornák csatornái hosszuk nagy részében nyitottak.
A céltól függően a csatornák több típusra oszthatók.
A melioratív csatornák ősidők óta fontos szerepet játszottak a mezőgazdaságban , amelyek öntöző (öntöző) és vízelvezető (vízelvezető) csatornákra oszlanak. Közülük az elsők a szántóföldekre szállítják és ott osztják el a vizet, így leggyakrabban Ázsia és Afrika sivatagáiban és félsivatagosaiban, valamint azokon a területeken, ahol intenzív mezőgazdaságot folytatnak, például Kaliforniában , ill . a Földközi-tenger. A második éppen ellenkezőleg, elvezeti a vizet a vizes élőhelyekről.
A vízellátó csatornák látják el a vizet a fogyasztás helyére, és az üzemeltetési feltételek és az egészségügyi követelmények gyakran kényszerítik az ilyen létesítmények bezárását. Fő céljuk a víztelen és száraz vidékek vízellátása olyan helyekről, ahol állandó víztöbblet van.
A csatorna másik típusa az energia . A folyókból hozzák a vizet a vízerőmű turbináihoz, majd a turbinákon áthaladó vizet a vízerőművön kívülre terelik .
A folyókat, tavakat és tengereket összekötő hajózási csatornákat - édesvízi és tengeri - általában mindenféle vízi szállításra tervezték - a kis csónakoktól a hatalmas száraz teherhajókig . A navigációs csatornák nyitottak és zárhatóak. Az első azonos vízszintű vízi utakat köt össze, a második különböző szintű tározókat. A nyitott csatornák közül a nagyok nevezhetők: Szuezi-csatorna és Korinthosz , azonban az ilyen építmények túlnyomó többsége a második típusú: zsiliprendszerük lehetővé teszi a hajók felemelkedését a csatorna alsó szakaszairól a magasabbra, és satu fordítva. A leghíresebb zsilipcsatorna Panama és Kiel . Az édesvízi csatornákat viszont tranzitra (több tározót köti össze), vízgyűjtőre (két folyó medencéjét köti össze ) , elkerülőre (kerülőútra) vagy kiegyenesítőre (zuhatag vagy turbulens szakaszok beborítására, valamint egy kanyargó csatorna két pontja közötti utat is lerövidítik)) és összekötő (vízi utaktól nagy ipari központokig terjednek).
A fa vízi szállítására kialakított raftingcsatornák is vannak .
Vannak komplex felhasználású csatornák is (például a Volga-Don-csatorna ) [1] .
A vízellátás módja szerint a csatornákat gravitációs csatornákra osztják, amelyekbe a gravitáció hatására víz áramlik, és mechanikus vízemelkedéssel, amelyekhez szivattyúállomásokat használnak .
Az első öntözőcsatornák a Kr.e. 6. évezred végén jelentek meg. e. Mezopotámiában . _ Körülbelül ugyanebben az időben kezdték építeni az öntözőrendszereket az ókori Egyiptomban , így az ΙΙΙ és ΙΙ évezred fordulójára mindkét országban széles öntözőcsatorna-hálózat jött létre, amelynek gondozása az ókori Egyiptom vállára esett. a legfőbb hatalom. Lehetséges, hogy az ókori Egyiptomban jelent meg a világ első hajózható csatornája, amely a Vörös-tengert a Nílus egyik mellékfolyójával kötötte össze , amely folyó a Földközi-tengerbe ömlik ; ennek az útnak köszönhetően a hajók egyik tengerről a másikra mozoghattak. Ezt a vízi utat Kr.e. 600 körül kezdték építeni. e. és egészen ie 518-ig folytatódott. amikor a perzsák átvették az országot. Idővel a csatorna a sivatag homokja alá temetett és feledésbe merült.
Kínában kétezer éve - a VI. időszámításunk előtt e. egészen a 13. századig n. e. - megépült a Grand Canal , amely összeköti a Huang He és a Jangce folyót .
Európában a 11. századtól kezdték építeni a hajózási csatornákat: először Lombardiában és Dél- Franciaországban , majd Hollandiában , Németországban és más országokban. Milánót Paviával , Lübecket az Elbával (vagyis Hamburggal ) és sok más, különböző folyók medencéjében fekvő várossal kapcsolták össze . Milánóban 1257 - ben fejezték be a Naviglio Grande csatorna több mint 80 évig tartó építését.több mint 50 km hosszú, összekötve a várost a Ticino folyóval . A 15. század közepén több mint 80 km hosszú csatorna épült Milánótól az Adda folyóig. A 14. században számos csatorna épült Novarese -ben és Lomellinben[2] .
A 17. században Európában megkezdődött a hajózási csatornák kiterjedt építése, beleértve a zsilipcsatornákat is . A belvízi utak nagyon fontosak voltak az áruszállításban. A csatorna mentén egy lóval vontatott bárkán 50 tonnáig lehetett rakományt szállítani, míg a kocsiban egy ló által szállított rakomány maximális tömege nem haladta meg a 600-700 kg-ot. Franciaországban 1604-1642 között megépült a Briare-csatorna , amely a Szajnát és a Loire -t kötötte össze . 1666 és 1681 között megépült a Canal du Sud , amely Toulouse -t a Földközi -tenger partján fekvő Sète városával kötötte össze .
Angliában az első "Sankey" szállítási csatornaA St. Helens - i szénbányákat a Mersey folyóval összekötő épület csak 1757-ben épült, de a fejlődő ipar igényei hamarosan szükségessé tették egy csatornahálózat kiépítését, elsősorban a kőszén szállítására. 1761-ben megépült a Bridgewater-csatorna , amely összeköti a worsley -i bányákat.Manchesterrel . _ Azóta kezdődött az úgynevezett kanalománia . Angliában a legkiválóbb csatornaépítő James Brindley volt , aki azt javasolta, hogy a csatornákat magassági változtatások nélkül építsék, ami lehetővé tette a zsilipek mellőzését. Az általa épített Bridgewater-csatorna a földalatti bányahorizontból indul ki, és Manchesterig tart, átkelve az Erwell folyó völgyén a világ egyetlen bartoni kanyarodó vízvezetékén . A kortársak ezt a csatornát a világ nyolcadik csodájának nevezték [3] .
Nagy -Britanniában 1803-1822-ben épült a Caledonian-csatorna , Franciaországban 1822-1838 -ban a Loire mellékcsatornája, Németországban az Elba-Havel-csatorna 1865-1872 -ben, 1891 -ben az Oder-Spree-csatorna . épült..
1879-ben Franciaország szabványosította a csatorna- és hajószelvényeket a Freycinet-szelvény bevezetésével, amely a peniche nevű hajótípushoz vezetett . Ezek a hajók ma már nem csak közlekedési eszközt jelentenek, hanem életmódot és lakóhelyet is jelentenek sok folyami ember családjának. Az európai belvízi utak modern osztályozásában a Peniche szelvények "I. típusú" lettek .
Tengeri csatornákat is építettek - a Szuezi -csatorna 1859-1869-ben, a Korinthoszi-csatorna 1881-1893-ban, a Kiel-csatorna 1887-1895-ben.
Oroszország egyik legrégebbi csatornája a Visnyevolocki vízrendszer , amelynek építése 1703-ban kezdődött I. Péter rendeletével. [4] A Visnyevolocki vízrendszer (megnyílt 1709 -ben ), Tikhvin ( 1811 ) és Mariinsky ( 1810 ) köti össze a Volgát a Balti-tengerrel , és alkotja a Volga-Balti vízi utat .
SzovjetunióA Szovjetunióban az ország európai részének egységes mélyvízi folyamhálózata jött létre a vízerőművek, vízerőművek gátak, tározók és csatornák intenzív építésével. A háború előtti első és második ötéves terv során az önjáró folyami flotta 2,2-szeresére, a nem önjáró flotta 2,7-szeresére nőtt; a folyóparti városokban kikötők jöttek létre, a be- és kirakodási műveletek 50%-a gépesített, a folyami szállítás volumene több mint 3-szorosára nőtt. [négy]
A Nagy Honvédő Háború befejezése után , 1946-ban elfogadták a "Szovjetunió nemzetgazdaságának helyreállításának és fejlesztésének ötéves tervéről szóló törvényt" (a Szovjetunió negyedik ötéves terve ), majd a Szovjetunió hidraulikus építményeinek építését és korszerűsítését ösztönző különleges rendeletek száma.
A Szovjetunió tervgazdaságának sajátosságainak megfelelően a hidraulikus építmények építése egy átfogó program keretében valósult meg, amely figyelembe veszi a nemzetgazdaság valamennyi ágazatának érdekeit: vízenergia, öntözés és öntözés, vízi szállítás, ill. vízellátás.
A természet átalakítására vonatkozó úgynevezett Sztálin-terv végrehajtásának részeként számos külön határozatot fogadtak el a vízi építmények építésének és korszerűsítésének ösztönzése érdekében. Ezek tartalmazzák:
Az 1940-től 1965-ig tartó időszakban számos főcsatorna épült, amelyek teljes hossza meghaladja a 2000 km-t, amelyek közül a legnagyobbak:
1967-1972-ben megépült a szaratov-i öntöző- és öntözőcsatorna is (126 km).
A hajózható csatorna fő jellemzői a méretei, amelyeket elsősorban a zsilipkamrák méretei, a hidak és alagutak magassága, valamint a csatorna mélysége határoz meg. A csatorna méretei korlátozzák a hajók méreteit és maximális teherbírását. A hajóméretek a csatornakorlátozások miatt az új hajók építésének szabványává válnak: panamax , suezmax , Freycinet dimenzió és mások.
Szintén a csatorna áteresztőképessége szempontjából fontos a nyitott szakaszának alakja és mérete, vagyis az áramlás keresztmetszete. Meghatározzák, hogy hány hajó haladhat át egyszerre a csatornán. A csatornák alakja variálható. Gyakran használnak trapéz alakú és sokszögű csatornákat. Ezenkívül a szakasz lehet téglalap, félkör alakú, parabola alakú, összetettebb görbével vagy összetettebb körvonallal körvonalazva.
Trapéz alakú | sokszögű | Négyszögletes | félkör alakú |
---|---|---|---|
Fontos csatornaparaméter az m „lejtő lejtő”, amely a csatornafalak dőlését jellemzi, és egyenlő:
ami a talajtól függ, amelyben a csatorna áthalad. Ha sziklás talajoknál a lejtő megközelíti a nullát, akkor például iszapos homoknál elérheti a 3-3,5-öt. A lejtők megerősítése lehetővé teszi a kívánt érték fektetésének hozzárendelését.
A természetes csatornákkal ellentétben lehetőség van a csatornaszakasznak a hidraulikusan legelőnyösebb szakasz megadására (vagyis a megfelelő csatornaszélesség kiválasztására az alsó és az áramlási mélység mentén). Egy ilyen szakasznál a csatorna adott érdességéhez a maximális áteresztőképesség minimális keresztmetszeti terület mellett biztosított. A legáltalánosabb lejtők tartományában azonban kiderül, hogy az ilyen csatornák nagy mélységgel és kis szélességgel rendelkeznek az alján, ami gyakran nem praktikus az eszköz technológiája és a munka költsége szempontjából. Ezen túlmenően nő a mosási áramlási sebesség. Ezért a csatornák szélessége a fenék mentén megnő a hidraulikusan legelőnyösebbhez képest.
Általában a kis csatornákat egyenletes vízmozgást feltételezve számítják ki. A sebesség és az áramlási sebesség meghatározásához a Shezy-képleteket használjuk :
ahol:
— átlagos áramlási sebesség, m/s; — átlagos vízfogyasztás, m³; - súrlódási ellenállási együttható a hossz mentén (Shezi-együttható), m 0,5 / s, amely az ellenállási erők szerves jellemzője; — hidraulikus sugár , m; - hidraulikus lejtő , amely egyenletes áramlás mellett szabad felülettel egyenlő a szabad felület lejtésével; - lakórész alapterülete, m².A csatorna vízhozamát vízgazdálkodási számítások határozzák meg. A probléma a csatorna keresztmetszetének és méreteinek meghatározására korlátozódik a lehetséges áramlási sebesség viszonylag szűk tartományához. A sebességtartomány szűkségét az határozza meg, hogy a csatorna egyrészt nem mosható ki, másrészt nem iszapolható fel. Az iszaposodás és erózió határsebességének kiszámítása nehéz feladat, és közelítő módszerekkel megoldható. A legtöbb anyag esetében a súrolási sebességeket meghatározzák, és az áramlás mélységétől függően a megfelelő táblázatokban adják meg.
Sok nagy csatorna lényegében mesterséges folyó. Gyakran nem rendelkeznek fenékerősítéssel és lejtéssel, ami a közönséges folyókra jellemző mederfolyamatok lefolyását okozza. Ez leginkább a természetes vízfolyások csatornaépítés során való felhasználásánál válik nyilvánvalóvá. A csatornák nagy hossza, nagy vízhozam, a szomszédos medencéből való lefolyás hatása – mindez megnehezíti a csatornák számítását hidrotechnikai feladattal.
A csatornákból származó vízveszteséget egyrészt a nyílt csatornák felszínéről való elpárolgása, másrészt a csatorna falán és alján történő szűrés okozza. Ugyanakkor a párolgási veszteségek a legtöbb esetben nagyon kicsik, míg a szűrési veszteségek nagyon nagy értékeket is elérhetnek, ami jelentősen csökkenti a csatorna gazdasági hatékonyságát. Ezen túlmenően a közeli talaj öntözése a terület elmocsarasodásához, a megsüllyedő talajoknál - deformációk, építmények tönkremeneteléhez, hegyvidéki körülmények között - veszélyes beomláshoz, sárfolyáshoz vezethet.
Holtvíz nélkül béleletlen csatornában | Holtággal, béleletlen csatornában | Holtvíz nélkül bélelt csatornában | Holtággal bélelt csatornában |
---|---|---|---|
1 - kezdeti talajvíz szint 2 - szórási határ 3 - öntözési zóna mozgása front 4 - csepegtető áramlás |
A szűrésnek két szakasza van: szabad és ellennyomásos. A holtágú nem szabad szűrésnél a csatornából kilépő szűrőáram érintkezik a talajárammal, és az megtámasztja.
A szűrés megoldható mind a fenék és a csatorna kibélelésével, mind a csatornatalaj vízáteresztő képességének csökkentésével, ami mechanikai tömörítéssel, eltömődéssel érhető el - a talaj pórusainak apró szemcsékkel való feltöltésével, például homokos talajoknál, agyagos és iszapos talajokkal való eltömődésük használható. A vízáteresztő képesség csökkentésének speciális módja a speciális anyagok hozzáadásával a csatorna talajához. Ez magában foglalhatja a talaj mesterséges szikesedését, mesterséges gleyezést, olajozást stb., azonban ezek a módszerek a vízáramlás szennyezéséhez vezetnek.
A csatornák építése szinte mindig további szerkezetek telepítését igényli, amelyek több kategóriába sorolhatók:
A különálló csatornaszakaszok vízellátó műtárgyakkal helyettesíthetők mind gazdasági, mind műszaki okokból. Ilyen szerkezetek közé tartoznak a csatornák, csövek, alagutak, vízvezetékek , szifonok , sárfolyások stb.
Azokban az esetekben, amikor a talajviszonyok nem teszik lehetővé megbízható csatornameder kialakítását, vagy a csatornaútszakasz áthaladó terep túl bonyolult (nagyon egyenetlen domborzat, hegyoldalak, stb.), akkor célszerű csatornákat használni. A tálcák szintén mesterséges csatornák, de a föld felszínén helyezkednek el, vagy a talaj felett vannak elrendezve támasztékokon. A tálcák készülhetnek fából, vasbetonból, fémből és egyéb anyagokból. A víz mozgása a tálcákban szabadon folyik. Néha a tálcákat felülről valamilyen bevonat védi, ami lényegében közelebb hozza őket a csövekhez. A tálca keresztmetszete általában kisebb, mint a csatorna, ezzel összefüggésben nagyobb lejtést kapnak. A csatorna kapacitását a csatornába vezető széles küszöbű gátként való értelmezés alapján számítják ki.
A vízvezetékek azokon a helyeken vannak elrendezve, ahol a csatorna keresztezi az akadályokat: folyók, szakadékok, utak stb. A vízvezetéket a tartókon lévő tálcától a tőkeszerkezet különbözteti meg. Ebben a tekintetben a vízvezetékek közelebb vannak a hidakhoz, míg a csatorna felépítményként szolgálhat.
A csővezetékek lehetővé teszik a csatorna vizének bármilyen akadályon való áthaladását, és kedvezőtlen éghajlati viszonyok között is használják a csatorna áthaladási területén. A csővezetékek egyaránt elhelyezhetők a föld alatt és lehetnek nyitott típusúak, közvetlen hozzáféréssel. A víz mozgásának módja a csővezetékekben általában nyomás.
Ha a csatorna alatt vízfolyást kell átvezetni, szifont építenek . Kialakítása és számításai hasonlóak a vízfolyásokon utak és vasutak töltéseivel való kereszteződéshez használt csövekhez.
Vasbeton tálca (Buckley, Washington, USA)
A közép-német csatorna vízvezetéke
Szivattyútelep Németországban. 1880
Két csatorna, Manchester és Bridgewater metszéspontja , valamint a világ egyetlen lengő vízvezetékes hídja (balra)
Anderton hajólift , Anglia. 15 m szintkülönbséggel köti össze a Weaver folyót és a Trent-Mercy csatornát
Falkirk Wheel – a világ első forgó hajóliftje , Skócia. Összeköti a Fort Clyde és a Union csatornákat
Zárrendszer a Kennet-Avon csatornán
Pontcysillte vízvezeték sétányal a Llangollen-csatornán, Walesben
Lépett leesés egy csatornán Londonban
A terep nagy lejtése esetén a víz sebessége a csatornában elfogadhatatlan értékeket érhet el. Ebben a tekintetben a csatornaszakaszokat magasságkülönbséggel kell elhelyezni. Az ilyen szakaszok összekapcsolásához interfészstruktúrákat használnak, amelyek általában nagy sebességű áramokat és cseppeket tartalmaznak.
Cseppekben az út egy része a szerkezet mentén mozog, az út egy része pedig esik. Lépcsőzetes cseppekben a lehulló víz energiáját speciális eszközök oltják ki. A konzolos cseppekben a zuhanó víz tölcsért képez az esés helyén, amely fokozatosan eléri azt a mélységet, amelynél az esési energia teljesen kialszik és az erózió leáll. A konzolos cseppek az önszabályozás miatt kevesebb beállítási költséget igényelnek, de számításuk kevésbé pontos, és egy meghatározatlan fázisra kell ráhagyni, amíg a tölcsér mérete el nem éri a kívánt értékeket.
A gyors áramlatok nagy lejtésű tálcák, amelyekben a víz a kritikusnál nagyobb sebességgel mozog. A sebesség azonban nem haladhatja meg a fenék és a falak anyagára megengedettet. A sebesség csökkentése érdekében lehetőség van a tálca fokozott érdességére különféle párkányok, lépcsők és küszöbök formájában. A gyors áramlás végén vízvágó kutak vannak elrendezve az áramlás csillapítására.
A szivattyúállomásokat különböző magasságú csatornaszakaszok összekapcsolására is használják.
Ilyen szerkezetek közé tartoznak a zsilip-szabályzók és vízelválasztók , vészhelyzeti korlátok, kiömlők és kiömlők , latyakürítések .
A zár-szabályozó egy gát , amely kapukkal van felszerelve . Feladatai közé tartozik a vízáramlás szabályozása magában a csatornában, valamint az abból származó ágakban. A vészkorlátok redőnnyel felszerelt küszöbök. Szükség esetén felhasználhatók a csatorna egyes szakaszainak elkülönítésére.
A csatornák ősidők óta való használata széles körű tükröződésükhöz vezetett a művészetben. A művészek gyakran rajzokban, festményekben, játékfilmekben ragadták meg a csatornákat.
Jean Pierre Francois Lamorinière . "A csatornánál". XIX század.
Johann Hendrik Weissenbruch . "Navigációs csatorna Rijswijknél". 1868
Geisbrecht Leitens . "Téli táj". 1620-1640.
James Duncan. "Lashin" csatorna . 1850.
Nemzetközi tengerjog | |
---|---|
Tengeri terek | |
Szabályozási területek |