Безнапорные водопроводные каналы

Открытые каналы. Открытые водопроводные каналы по своему устройству и методам расчета весьма близки к каналам оросительных систем.

Трассу канала выбирают на основании данных топографических и геологических изысканий. Канал должен иметь по возможности равномерный уклон на всей длине. Величина уклона, непосредственно связанная со скоростью движения воды в канале, лимитируется целым рядом условий. Слишком малые уклоны и, следовательно, малые скорости приводят (при заданном расходе) к увеличению площади поперечного сечения канала и тем самым к увеличению его строительной стоимости. Кроме того, при малых скоростях может происходить заиление и зарастание канала. Слишком большие уклоны могут вызвать возрастание скоростей до пределов, опасных в отношении размыва канала.

Верхние пределы расчетной скорости движения воды в канале зависят от характера грунтов, в которых проходит канал, наличия и характера креплений или одежды стенок и дна канала. В каналах без облицовки раечетная скорость обычно близка к 0,6—0,7 м/с. В облицованных каналах скорость значительно выше и составляет 1,5—2 м/с и более.

Поперечное сечение канала чаще всего имеет трапецеидальную форму; лишь иногда в (скальных грунтах) ему придают форму прямоугольника. Коэффициент откосов (отношение заложения к высоте) канала трапецеидального сечения зависит от характера грунта, а также от наличия и способа крепления откосов. Обычно коэффициент откосов принимают в пределах от 1,5 до 3.

Чтобы выдержать заданный продольный уклон канала, его приходится прокладывать на отдельных участках в зависимости от рельефа местности в выемке, на нулевых отметках (с частичным обвалованием) или даже в насыпи.

Строить канал без облицовки его стенок и дна можно только в плотных слабопроницаемых грунтах, где потери воды на фильтрацию относительно невелики.

Облицовка каналов устраивается в целях снижения фильтрационных потерь, предохранения их от размыва и оползания откосов, снижения шероховатости поверхности их стенок, а также предотвращения зарастания канала водной растительностью. В отдельных случаях облицовка может служить для защиты канала от поступления в него загрязненных почвенных вод.

В водопроводных каналах применяют следующие виды облицовок: гравийные отсыпки; мощение; битумное покрытие; глинистые экраны; бетонные и железобетонные покрытия.

Два первых типа одежды служат в основном для защиты откосов каналов от размыва и обрушения, остальные — для борьбы с фильтрацией.

На III.65, а показан поперечный профиль канала Северский Донец — Донбасс на участке с облицовкой железобетонными плитами, а на III.65, б — на участке с креплением стенок щебнем.

Для снижения стоимости строительства водопроводных открытых каналов их обычно устраивают в одну линию.

При строительстве канала и для обеспечения его нормальной эксплуатации на нем требуется устройство ряда сооружений.

Пересечение каналом пониженных мест трассы, оврагов, рек, а также дорог осуществляется при помощи дюкеров, представляющих собой напорные гравитационные водоводы из железобетонных или металлических труб. Их обычно укладывают в две параллельные линии (это увеличивает надежность работы). В отношении характера работы и методов гидравлического расчета эти дюкеры аналогичны дюкерам, широко применяемым в системах канализации. В оголовках дюкеров устанавливают приспособления для выключения отдельных линий дюкеров при ремонте и прочистке, а в верхней камере устанавливают соро-удерживающую решетку.

 В отдельных случаях переход канала через реки и овраги осуществляется в виде мостов — акведуков.

На канале через некоторые расстояния устанавливают перегораживающие сооружения, позволяющие не только выключать отдельные участки его на ремонт (и даже полностью закрывать канал), но и регулировать уровень воды в нем по мере необходимости (например, обеспечивать подпор в условиях зимнего режима).

Выше каждого перегораживающего сооружения должен быть устроен автоматически действующий водосброс для предохранения вышележащих участков канала от переполнения.

В местах резкого изменения отметок местности по трассе канала устраивают перепады или быстротоки.

Весьма часто (например, при пересечении каналом водораздела) рельеф местности вызывает необходимость устройства канала в несколько ступеней с местными подъемами воды насосами. Такой характер имеет, например, продольный профиль канала Северский Донец — Донбасс (III.66).

Насосные станции на каналах значительно отличаются от обычных водопроводных насосных станций. В ряде случаев эти станции должны поднимать весьма большое количество воды на относительно малую высоту («перевальные» станции). В них широко используются осевые центробежные насосы. На III.67 показан схематически продольный разрез такой «перевальной» станции, построенной на канале Днепр — Кривой Рог. Станция рассчитана на подъем воды в количестве около 35 м3/с на высоту до 4,5 м.

Как  уже  было  сказано,  водопроводные  каналы,  особенно   длинные, прокладывают обычно в одну линию в целях снижения их строительной стоимости. В этих условиях бесперебойное снабжение водой объекта может быть обеспечено лишь при наличии в конце канала резервных емкостей объемом, достаточным для удовлетворения потребностей объекта на время, необходимое для ремонта или ликвидации аварии на канале. В качестве такой емкости все чаще используются водохранилища, образуемые плотинами на реках и ручьях, пересекаемых каналом. Во многих каналах значительная часть их общей длины приходится на водохранилища. Устройство водохранилищ на канале позволяет в ряде случаев намного уменьшить объем работ по строительству самого канала. Водохранилища используются не только как резервные емкости, но одновременно и как осадочные бассейны, эадерживающие взвешенные вещества,  которые содержатся  в подаваемой воде.

Закрытые каналы. Закрытые безнапорные каналы используются для подачи чистой природной или уже очищенной воды.

По конструктивному оформлению и условиям гидравлической работы водопроводные закрытые каналы весьма близки к коллекторам канализации.  

Раньше закрытые каналы почти всегда строили из кирпича; в настоящее время их выполняют в основном из бетона или железобетона. Железобетонные каналы бетонируются на месте или монтируются из сборных элементов.

Форма поперечного сечения закрытых безнапорных каналов весьма разнообразна (III.68); наиболее часто применяются каналы овоидальной, лотковой и круглой формы. В зарубежной практике весьма распространена подковообразная форма поперечного сечения закрытых каналов. Форма сечения должна обеспечивать хорошие гидравлические характеристики канала и хорошее его сопротивление давлению грунта на участках, где он проходит в земле.

Расчетная степень наполнения каналов (отношение глубины потока воды к высоте канала) принимается обычно в пределах от 0,75 до 0,9. Так как каналы рассматриваемого типа не рассчитываются на напорный режим работы (т. е. на разрывающие усилия от внутреннего давления воды), то установленная степень наполнения должна гарантировать невозможность образования в канале подпора.

На безнапорных закрытых каналах (так же как и на открытых) для перехода оврагов, рек и долин устраивают дюкеры (участки напорных самотечных линий) и в отдельных случаях мосты — акведуки. Кроме того, эти каналы также оборудуются перегораживающими сооружениями и сооружениями для сброса воды в целях предохранения канала от переполнения. При пересечении безнапорными закрытыми каналами возвышенностей широко используются туннели.