КАНАЛЫ
Каналы представляют собой искусственные открытые русла правильной формы, предназначенные для транспортирования воды. Их возводят в выемке, насыпи, полувыемке-полунасыпи, с искусственным креплением русла или без него. В сложных топографических и неблагоприятных геологических условиях используют каналы-лотки.
Каналы подразделяются по различным признакам: по хозяйственному назначению, оросительные (ирригационные), к которым относятся магистральные, отводящие (ветви), внутрисистемные, внутрихозяйственные; осушительные (собиратели, дрены, коллекторы, водоприемники); обводнительные, водопроводные (для водоснабжения); судоходные; энергетические; лесосплавные; рыбоводные; комплексного назначения;
по форме поперечного сечения: трапецеидальные, прямоугольные, полигональные, параболические, полукруглые, ложбинообразные (в отличие от полигональных они не имеют горизонтального участка на самых низких отметках дна); по условиям использования: постоянные (основные и второстепенные) и временные; по капитальности: постоянные каналы в странах СНГ подразделяются на четыре класса; по характеру уклона дна: с прямым, обратным и нулевым уклоном; для большинства каналов характерен прямой уклон; с нулевым уклоном выполняют судоходные каналы на водораздельных участках или каналы машинного водоподъема; по состоянию потока: со спокойным, бурным и сверхбурным режимом потока; характер потока имеет большое значение при разработке автоматизации водораспределения и выборе типов конструкций и сооружений водораспределения; по технологическим условиям работы (эксплуатации): с непрерывным и прерывистым процессом работы; оросительные магистральные, в ряде случаев межхозяйственные каналы можно отнести к каналам с непрерывным процессом, а внутрихозяйственные - с прерывным.
Геологические условия трассы каналов - определяющие при выборе формы поперечного сечения канала и типа его покрытия (облицовки). Каналы, проходящие в скальных и полускальных породах, допускают большие скорости потока, их поперечное сечение может быть прямоугольным или с крутыми откосами. Каналы в нескальных грунтах требуют устройства пологих откосов, при отсутствии облицовки на большей площади поперечного сечения с целью предохранения дна и откосов от размыва - мероприятий, уменьшающих фильтрацию (при сильно водопроницаемых грунтах) и зарастание. Поэтому все более широкое распространение получают каналы с искусственной облицовкой (бетонной или железобетонной).
Каналы рассчитывают в основном на равномерное и неравномер-ное движение потока. Учет неустановившегося движения потока проводят при решении задач управления технологическими процессами на каналах (водораспределение, аварийная обстановка, транспорт наносов и др.), а также при подборе креплений.
Особенности трассирования каналов. Выбор трассы каналов зависит от топографических, инженерно-геологических и эксплуатационных условий, а также от назначения.
Оросительные каналы трассируют так, чтобы обеспечивалось необходимое командование над орошаемой территорией, с учетом экономических показателей, пропускной способности, скорости движения потока, устойчивости и других факторов.
Осушительные каналы и водоприемники, служащие для сбора и транспортирования воды с осушаемой территории, прокладывают по наинизшим отметкам местности, чтобы водоприемники работали без подпора. При этом необходимо учитывать возможность автоматизации управления их работой, а также то, что на системах двойного регулирования они могут быть одновременно оросительными.
Водопроводные и обводнительные каналы трассируют также исходя из условий их работы, то есть с максимально допустимыми уклонами и устройством вдоль каналов питьевого водоснабжения охранных санитарных зон.
Энергетические каналы трассируют с учетом выполняемых функций: подводящие каналы (к зданиям ГЭС), а также каналы комплексного назначения (для энергетики и орошения) с возможно минимальными уклонами, что позволяет увеличить как напор ГЭС, так и подкомандную площадь для орошения. Они по гидравлическому режиму делятся на саморегулирующиеся и несаморегулирующиеся. При трассировании первых принимают во внимание повышение уровня воды в подводящем канале при отключении турбин ГЭС.
Судоходные и лесосплавные каналы прокладывают с учетом интересов различных отраслей народного хозяйства, то есть чаще всего это каналы комплексного назначения. На резких поворотах трассы в плане предусматривают криволинейные вставки с оптимальным радиусом закругления, учитывающим длины судна, каравана, плота.
Потери воды из каналов и методы борьбы с ними. Потери воды происходят из-за фильтрации по смоченному периметру канала, испарения с водной поверхности, утечек через сооружения, а такуе из-за неизбежных и непроизводительных потерь при водораспределении (особенно в неавтоматизированных системах). Большая часть потерь воды приходится на фильтрацию и испарение - фактор неуправляемый остальные потери не так велики и относительно легко устраняются. По данным исследований многих стран (СНГ, Индия, США, Пакистан, Египет и др.), потери в необлицованных каналах в среднем составляют не менее 50 %, то есть на орошение затрачивается не более половины забираемой из источников воды, а остальная ее часть идет на пополнение грунтовых вод.
Основные методы борьбы с потерями из каналов: искусственная облицовка периметра каналов, механическое уплотнение дна и откосов, рыхление и заглаживание (затирание) их, экранирование дна и откосов маловодопроницаемыми грунтами с заглублением экранируемых зон под откос и дно, кольматирование каналов. Наиболее эффективны облицовка и экранирование. Для каналов зоны жаркого климата тип облицовки выбирают с учетом свойств грунтов, слагающих его русло, особенно таких, как набухание глинистых грунтов при водонасыщении, образование трещин при их высыхании (в период выключения канала) под действием высокой температуры, наличия карстовых образований по трассе и др.
Каналы с облицовкой широко распространены в США, Пакистане, СНГ, Иордании, Доминиканской Республике и других странах. Применяют следующие виды облицовок: каменные, бетонные, железобетонные, асфальтовые, асфальтобетонные, глинобетонные, из полимерных материалов (рис. 5.1).
Облицовки из камня на растворе выполняют в районах, где имеется в достаточном количестве камень необходимого качества, а также избыток рабочей силы при отсутствии средств механизации укладки. Камень крупностью 0,15...0,35м укладывают в виде мостовой на цементном растворе по слою щебня или гравия (толщиной 0,10...0.15 м). Поверхность кладки покрывают слоем выравнивающей цементной штукатурки толщиной 2...3 см, а на границе с облицовкой дна устраивают упоры из бутовой кладки.
Бетонные и железобетонные облицовки широко распространены благодаря эффективному уменьшению фильтрационных потерь и гидравлических потерь энергии вследствие малой шероховатости. К ним относятся следующие облицовки: бетонные толщиной 0,06...0,2 м по дренирующей подготовке слоем 0,1...0,3м; железобетонные монолитные толщиной 0,05...0,10 м с арматурой (0,2...0,4 %) - хорошо работают в деформирующихся, малоустойчивых грунтах (лёссовых, пучинистых и др.); сборные из бетонных или железобетонных плит, уложенных на слой гравийной подготовки, толщиной 0,1 ...0,2 м (расстояние между швами от 2 до 9 м для различных условий).
Асфальтовые и асфальтобетонные облицовки представляют собой соответственно асфальтовый растпор, уложенный слоем 2,0...2,5 см на гравийную подготовку, и смесь асфальтовяжущего вещества, песка, щебня или гравия в соотношении 1:1:2, уложенную слоем 4...6 (до 8) см. Они водонепроницаемы, солеустойчивы, эластичны, химически инертны, морозоустойчивы, их можно укладывать в любое время года с высокими темпами без швов. Стоимость этих облицовок на 30...40 % ниже стоимости бетона. Заложение откосов каналов 1:1,5. Откос перед укладкой покрытия обрабатывают гербицидами для борьбы с прорастанием.
Облицовки из полимерных материалов - это синтетические пленки, укладываемые на обработанные гербицидами выровненные и уплотненные откосы и дно (коэффициент заложения откосов m > 2,5) с защитным покрытием из грунта или бетона. Пленочное покрытие эффективно работает в течение 25...30 лет и более.
