Кана́л (водний канал, наземний водовід; від  — труба, жолоб; ) — гідротехнічна споруда у вигляді відкритого штучного русла з безнапірним рухом водиГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения. Канал може проходити у відкритій виїмці або в насипах (в дамбах), іноді в напіввиїмці-напівнасипу. Влаштовується зазвичай у ґрунті та створюється для дренажу, іригації, водопостачання, навігації, гідрорегуляції та інших цілей.

Історичні дані

Найстарішими з відомих каналів були зрошувальні канали, побудовані в Месопотамії близько 4000 років до н. е., на територіях, де зараз знаходяться сучасний Ірак і Сирія. Індською цивілізацією на територіях сучасних Пакистану і північної частини Індії, (бл. 2600 до н. е.) були споруджені складні іригаційні системи і систем зберігання водних ресурсів, що включали водосховища, побудовані на священній горі Гірнар в 3000 роках до нашої ериRodda, J. C. (2004), The Basis of Civilization — Water Science?, International Association of Hydrological Sciences. Тоді ж, принаймні за правління фараона Пепі І (правив у приблизно у 2332—2283 роках до н. е.)Hadfield, Charles (1986), World Canals: Inland Navigation Past and Present, David and Charles, ISBN 0-7153-8555-0, почали зводити іригаційні системи і в Стародавньому Єгипті, так що до рубежу ΙΙΙ і ΙΙ тисячоліть в обох країнах була створена широка мережа зрошувальних каналів, турбота про яких лягла на плечі верховної влади. Не виключено, що в Стародавньому Єгипті з'явився і перший у світі судноплавний канал (Канал фараонів), який з'єднав Червоне море з одним з рукавів дельти Нілу, що впадає у Середземне море, завдяки цьому шляху кораблі могли подорожувати з одного моря в інше. Будівництво даної водної артерії було розпочато близько 600 року до н. е. і тривало до 518 року до н. е., поки країну не захопили перси.

У стародавньому Китаї великі канали для річкового транспорту були створені ще у період Воюючих царств (481—221 до н. е.), і найдовшим у цей період був Hong Gou (Канал Диких гусей), який, згідно з давнім істориком Сима Цянь пов'язаний із стародавніми державами Сонґ, Чжан, Чень, Цай, Цао і ВейNeedham, J (1971), Science and Civilisation in China, C.U.P. Cambridge. Згодом довшим каналом став Великий канал Китаю, що і досі є найдовшим каналом у світі. Він має 1794 кілометрів у довжину і був побудований для забезпечення переміщення Імператора Яна між Пекіном і Ханчжоу. Проєкт було розпочато у 605 р. і було завершено у 609, хоча велика частина проведеної роботи з приєднання старіших каналів до основної частини каналу відомі принаймні з 486 р. до н. е. Навіть у найвужчому місці у зоні міст канал зрідка буває вужчим за 30 метрів.

Грецькі інженери були першими, хто використав шлюзи, за допомогою яких вони регулювали витрату води в Стародавньому Суецькому каналі ще у 3 столітті до н. е.Moore, Frank Gardner (1950): «Three Canal Projects, Roman and Byzantine», American Journal of Archaeology, Vol. 54, No. 2, pp. 97–111 (99–101)

Першим штучним каналом у Європі вважається Фосса Кароліна (Карлсграбен), що споруджувався наприкінці 8-го століття під особистим контролем Карла І Великого. Затіяне в 793 р. будівництво каналу між річками Швабський Рецат (притока Майна, що впадає в Рейн) і Альтмюль (ліва притока Дунаю), яким з'єдналися би Рейн і Дунай, Північне і Чорне моря, залишилося незавершеним. У середні віки, водний транспорт був дешевшим і швидшим, ніж сухопутний. Через низьку якість доріг великі вантажопотоки переносились на водний транспорт. Вдалішим проєктом був такий канал, як Навільо ҐрандеCalvert, Roger (1963), Inland Waterways of Europe, George Allen and Unwin в Ломбардії побудований між 1127 і 1257 роками. Він сполучив річку Тічино поблизу Торнавенто (23 км на південь від Сесто-Календе) до док-станції Дарсена (Darsena), в Мілані. Перепад висот становить 34 м на 49,9 км довжини каналу. Ширина каналу коливається від 22 м до 50 м, знизившись до 15 м у Мілані. Витрата води в каналі становить 63 м³ / с.

Пізніше були побудовані канали в Голландії і Фландрії для осушення польдерів і забезпечення водного транспортування вантажів.

Класифікація каналів за призначенням

За призначенням розрізняють канали: енергетичні (дериваційні), судноплавні, зрошувальні (іригаційні), обводнювальні, водопровідні, осушувальні, лісосплавні, рибоводні, комплексного призначення.

Енергетичні (дериваційні) канали Енергетичні (дериваційні) канали підводять воду з річки, водосховища, озера до гідроелектростанції або відводять від неї відпрацьовану воду. Енергетичні канали характеризуються порівняно невеликою довжиною (зазвичай не перевищує 5—10 км), великою пропускною спроможністю, застосуванням облицювань ложа.

Найбільші розміри (довжина 24,5 км, пропускна здатність 1500 м3/c) має підвідний канал до ГЕС Боарнуа на річці Святого Лаврентія в Канаді, найбільшу пропускну спроможність (1860 м3/c) — канал при ГЕС у Монтелімар (Франція).

Судноплавні канали Судноплавні канали (штучні водні шляхи) поділяються на відкриті та шлюзовані. Перші з них сполучають водні шляхи з однаковим рівнем води, другі — водойми з різними рівнями. З відкритих каналів можна назвати великі Суецький і Коринфський, проте переважна більшість подібних споруд — це споруди другого типу: їх шлюзові системи дозволяють суднам підніматися з низьких ділянок каналу на вищі, і навпаки. Найзнаменитіші шлюзовані канали — Панамський і Кільський.

Судноплавні канали за основними функціями бувають: Сполучні канали між судноплавними річками і морями (Суецький, побудований у 1869, Панамський (1914) канали та ін.); Обхідні (обвідні) канали, що проходять в обхід важкопрохідних ділянок великих відкритих водойм, наприклад, озер і морів (канали Онезький, Приладозький, Береговий Мексиканський та ін.), чи в обхід ділянок річок з порогами. Випрямні канали — для зменшення звивистості річки та скорочення довжини водного шляху. Підхідні канали — судноплавні підходи з моря, озера або річки до населених пунктів, внутрішніх портів, промислових підприємств, сільськогосподарських районів (Морський канал у Санкт-Петербурзі, Манчестерський канал та ін.).

Обхідні, випрямні і підхідні канали будують зазвичай відкритими (нешлюзованими). Майже всі сполучні канали — шлюзовані, через значну, різницю рівнів у річках (морях), що сполучаються, а також через необхідність зменшення обсягів земляних робіт при проведенні каналів через вододіли. Вода в шлюзовані канали подається самопливом (самопливні канали) або напомповується насосними станціями (машинні канали).

Судноплавні канали характеризуються значною протяжністю (наприклад, довжина берегового каналу в США від Нью-Йорка до півострова Флорида близько 1,8 тис. км, Біломорсько-Балтійського каналу — 227 км, Дніпровсько-Бузького каналу — 196 км, Суецького каналу — 171 км, Панамського каналу — 81,6 км) та великими розмірами поперечного перерізу (ширина по дзеркалу Суецького каналу 120—150 м, глибина 12—13 м).

Канали істотно поліпшили зв'язок між океанами, і з моменту їхнього відкриття відпала необхідність плисти довкола материків, щоб потрапити із Атлантики до Тихого океану чи із Середземномор'я до Індійського океану.

Іригаційні (зрошувальні) канали Іригаційні канали переносять воду для зрошення з річок, озер чи свердловин, й влаштовані таким чином, щоб заданий рівень води підтримувався на всій довжині каналу. Іригаційні канали зазвичай утворюються системою каналів: магістральних; розподільних; власне зрошувальних (зрошувачів); водоскидних. У зрошувальні канали вода надходить самопливом або подається насосами. У великих іригаційних системах довжина магістральних каналів нерідко досягає декількох сотень кілометрів (Каракумський канал, 1-а черга, до м. Ашхабада, — понад 800 км, Північно-Кримський канал — понад 400 км, Великий Ферганський канал — близько 300 км). Витрата води в магістральній частині таких каналів становить до 250—500 м3/с.

Обводнювальні канали Обводнювальні канали подають воду для сільськогосподарських потреб (головним чином тваринництва) у безводні і посушливі райони; збільшують потоки місцевих невеликих річок, покращують їх санітарний стан (наприклад, у містах). Оскільки при обводненні на посушливих землях зазвичай утворюються дрібні (оазисного характеру) зрошувані ділянки, обводнювальні канали часто є одночасно і зрошувальними (див., наприклад, зрошувально-обводнювальний канал Іртиш — Караганда протяжністю близько 460 км і пропускною спроможністю в головній частині 75 м3/с).

Водопровідні канали Водопровідні канали служать для подачі води від джерела водопостачання до місця її використання — промислового району, міста, селища тощо До великих водопровідних каналів відноситься канал Сіверський Донець — Донбас, збудований у 1958 році (у 1979 році реконструйований і розширений) для забезпечення промисловості Донецької області. Це канал має довжину близько 130 км та витрату води у головній частині 25—43 м3/с. Умови експлуатації і санітарні вимоги інколи викликають необхідність робити водопровідні канали закритими (наприклад, водопровідний канал довжиною близько 30 км подає воду з Учинського водосховища до Москви).

Канали, по яких вода подводилася до водяних млинів, у деяких місцевостях називалися млинівками.

Осушувальні канали Осушувальні канали призначаються для збору води на заболоченій території і відведення її у водоприймач (річку, озеро, море). Вони складаються з відкритих магістральних каналів різних порядків, що прокладаються найнижчими місцях осушуваної площі, а при осушенні дренажем — відкритих або закритих колекторів, що впадають у магістральний канал і рідше — у водоприймач. Стінки і дно каналів укріплюють плитами з пористого бетону, дерном, хмизом, що покращує їх роботу і збільшує довговічність.

Лісосплавні канали

Лісосплавні канали служать для сплаву лісу молевим або плотовим способами від місць заготівлі до лісосплавних річки чи лісопильного заводу з метою транспортування деревини в обхід гідротехнічних споруд.

Рибоводні канали Рибоводні канали споруджують для: подачі води на нерестовища; для пропуску риб в обхід гідротехнічних споруд: сполучення з річкою окремих ізольованих водойм, у яких розводиться риба, і т. д.

Конструктивні особливості каналів

Форма та розміри перетину каналу У гідравлічному відношенні найвигіднішою є напівкругла форма каналу, але через труднощі виконання і збереження в реальних умовах криволінійних обрисів напівкруглу і параболічну форми використовують рідше.

Прямокутний перетин використовується при проведенні каналів у скельних виїмках, а в м'яких ґрунтах — в особливих випадках (на території населених пунктів, на косогорах і т. д.) шляхом зведення підпірних стінок. У поперечному перерізі канали мають переважно прямокутну, трикутну і трапецоїдну форми. Напівкругла форма зазвичай застосовується при зведенні великих іригаційних і судноплавних каналів. При необхідності трасування каналу на косогорах у кожному конкретному випадку приймаються відповідні конструктивні рішення, що забезпечують нормальну роботу споруди.

Розміри перетину каналу визначаються гідравлічним розрахунком по заданій витраті води і допустимим для даного ґрунту швидкостях течії; судноплавні і лісосплавні канали, крім того, за габаритами суден і плотів, що повинні пропускатись.

Швидкості потоку у каналі При великій глибині виїмок, а також у складних геологічних умовах стійкість укосів перевіряється розрахунком. Для каналів у насипах ухил укосів встановлюється аналогічно, як і для земляних гребель. Максимальні швидкості течії води в каналі встановлюють з таким розрахунком, щоб забезпечити стійкість до розмивання дна і укосів каналу, мінімальні — з умови недопущення замулювання ложа каналу звислими у потоці і рухомими по дну наносами, а також, не допускання його заростання рослинністю.

Гранично малі швидкості течії, при яких не повинно бути заростання ложа каналу рослинністю, — 0,5…0,6 м/с. У судноплавних каналах швидкості течії води за умовами економічності тяги суден зазвичай не перевищують 0,8 м/с; граничною швидкістю для судноплавства вважається 1,8…2,0 м/с.