Важным направлением водохозяйственной деятельности является строительство и эксплуатация крупных гидротехнических систем, позволяющих перераспределять речной сток из регионов, имеющих избыток водных ресурсов, в районы с их дефицитом. В настоящее время в России действует 34 системы подобного рода с суммарной протяженностью около 3 тыс. км. Ими перераспределяется около 15 км3 воды в год.
Для улучшения водообеспечения безводных сельскохозяйственных районов широко используются групповые водоводы. Их протяженность составляет от нескольких десятков до нескольких сотен километров.
Наиболее крупными каналами для перераспределения речного стока являются: на реке Кубани - Большой Ставропольский, пропускная способность которого 180 м3/с, и Кубанский оросительный (210 м3/с); на реке Дон - Донской (250 м3/с); на Волге - канал им. Москвы (125 м3/с).
ПЛОТИНА, массивная перемычка, возводимая для удержания водного потока, основное гидротехническое сооружение при использовании и регулировании водных ресурсов. Уже в доисторические времена в Египте, Месопотамии и других районах обитания человека строились простейшие плотины в виде насыпей из земли и камней. На протяжении многих веков устройство плотин определялось соображениями, почерпнутыми только из практического опыта, и лишь в 1853 французский инженер Де Сазилли теоретически обосновал их конструктивные принципы.
Водосливные плотины возводятся, чтобы повысить уровень воды в реке или отвести водоток, что обычно необходимо при строительстве электростанций, для обеспечения судоходства или орошения земель. Глухими плотинами (без пропуска воды) перегораживают водоток и создают водохранилища, предназначенные для обеспечения городов водой или электроэнергией либо для ирригационных целей и т.п. У многих плотин этого типа верхняя часть устраивается так, что при необходимости может служить водосбросом. Плотина противодействует напору воды либо собственным весом (гравитационные плотины), либо своей конструкцией, силовые элементы которой обеспечивают устойчивость всего сооружения (арочные, контрфорсные плотины). Гравитационные плотины делают в виде каменной кладки, бетонных заграждений, земляного или скального (щебневого) заполнителя; другие плотины строят из бетона, железобетона, стальных конструкций или лесоматериалов.
Важным направлением водохозяйственной деятельности является строительство и эксплуатация крупных гидротехнических систем, позволяющих перераспределять речной сток из регионов, имеющих избыток водных ресурсов, в районы с их дефицитом. В настоящее время в России действует 34 системы подобного рода с суммарной протяженностью около 3 тыс. км. Ими перераспределяется около 15 км3 воды в год.
Для улучшения водообеспечения безводных сельскохозяйственных районов широко используются групповые водоводы. Их протяженность составляет от нескольких десятков до нескольких сотен километров.
Наиболее крупными каналами для перераспределения речного стока являются: на реке Кубани - Большой Ставропольский, пропускная способность которого 180 м3/с, и Кубанский оросительный (210 м3/с); на реке Дон - Донской (250 м3/с); на Волге - канал им. Москвы (125 м3/с).
Такие каналы бывают двух типов: первые представляют собой кратчайший путь для кораблей между двумя океанами или иными водными бассейнами, вторые позволяют океанским судам подходить к портам, расположенным вдали от морских побережий.
К важнейшим глубоководным каналам относятся Панамский (между Атлантическим и Тихим океанами), Суэцкий (между Средиземным и Красным морями) и Кильский (между Балтийским и Северным морями). Если бы не было этих каналов, то грузы приходилось бы перевозить кружным морским путем либо с перевалкой на наземный транспорт, что требует больших затрат времени, труда и средств.
Некоторые судоходные каналы строились не только в целях развития торговых путей, но и для быстрой переброски из одного бассейна в другой военных кораблей, вследствие чего эти каналы приобрели стратегическое значение.
Большинство глубоководных каналов строилось в 19 и начале 20 в., и лишь редкие из них способны пропускать самые крупные современные суда. Шлюзы каналов узки или коротки для таких судов, или при полной загрузке судов большого водоизмещения, сами каналы недостаточно глубоки.
Суэцкий канал длиной 161 км был открыт для судоходства в 1869, Кильский (98,7 км) - в 1895, Панамский (81,6 км) - в 1914, Беломорско-Балтийский (227 км) - в 1933.
Большинство судоходных каналов мира составляют каналы, по которым могут проходить лишь суда с малой осадкой. Мелководными каналами обычно соединяются реки и озера, а их сеть образует систему водных путей внутри региона. Особенно важна транспортировка по этим путям для стран Европы - России, Польши, Германии, Франции, Нидерландов и Бельгии.
Некоторые каналы прокладывали параллельно рекам и озерам. Каналы такого типа называются обходными или обводными. Например, в Нидерландах существует Юлиана-канал, проложенный вдоль русла реки Маас между городами Маастрихт и Маасбрахт, в России - Старо- и Новоладожский каналы вдоль южного берега Ладожского озера.
Обводные каналы обычно строились в обход несудоходных участков рек. Однако возможности современной техники позволяют так управлять режимом рек, что они становятся подобны каналам. На реках возводятся плотины с многокамерными судоходными шлюзами, что превращает эти реки в судоходные каналы. В США именно так преобразованы река Огайо и верховье реки Миссисипи, в России - среднее и нижнее течение р. Москвы, которая стала частью водного пути до Оки и Волги.
Наиболее интересным по принципам работы и эксплуатационным особенностям гидротехническим узлом судоходного канала является шлюз - водонепроницаемая камера, в которой судно поднимается или опускается до тех пор, пока уровень воды в шлюзе не сравняется с уровнем того участка канала, куда направляется судно. Канал может состоять из нескольких участков с различными уровнями воды в них, и на каждом перепаде устраивают один или несколько шлюзов. Лишь немногие экономически важные каналы соединяют реки или иные водоемы с одинаковым уровнем воды в них, и рельеф их местности таков, что уровень воды на всем протяжении этих каналов одинаков, поэтому там не нужны шлюзы. Таковы Суэцкий и Кильский каналы.
Уровень воды в шлюзе изменяют, прогоняя ее насосами по водопроводным галереям в днище или стенках шлюза, либо она поступает через них самотеком. Когда судно направляется из верхнего бьефа в нижний, вода в шлюзе поднимается до уровня в верхнем бьефе, чтобы судно могло войти в шлюз. В каждом торце шлюзовой камеры расположен водонепроницаемый гидротехнический затвор, обычно представляющий собой ворота из двух створок, которые, поворачиваясь, смыкаются под тупым углом, смотрящим в сторону верхнего бьефа. Верхние ворота открываются, судно входит в шлюз, и ворота за ним плотно закрываются, опять образуя водонепроницаемый затвор. Затем вода из шлюза отводится до уровня в нижнем бьефе, после чего нижние ворота открываются и судно выходит из шлюза. Когда судно движется вверх, все происходит в обратном порядке. Обычно вода для повышения уровня в шлюзе поступает через водопроводные галереи из верхнего бьефа, а для понижения уровня в шлюзе - сливается через аналогичные галереи в нижний бьеф.
Когда были изобретены шлюзы - точно не известно, но, вероятно, это произошло в 14 или 15 в. В 1481 два монаха-доминиканца из Витербо (Италия) предложили схему шлюзовой камеры с затворами, а Леонардо да Винчи (1452-1519) спроектировал 6 шлюзов, создав систему каналов Милана. До этого (и долгое время после этого) на многих каналах суда поднимались или опускались по наклонной плоскости на канатах; однако таким способом можно было перетаскивать лишь небольшие суда. Историческая роль шлюзов обусловлена именно тем, что с их помощью можно проводить крупные суда по каналам с перепадом уровня воды.
Шлюзы - необходимые сооружения в современных каналах, но они доставляют много хлопот обслуживающему персоналу и раздражают тех, кто вынужден проходить через них. Они не только удорожают строительство и эксплуатацию, но и замедляют движение судов. На большинстве судоходных каналов (даже мелководных) обычно шлюзуют по одному судну. Поэтому перед шлюзом, как правило, выстраивается длинная очередь судов, хотя на некоторых каналах шлюзы расположены цугом и этим сокращается время ожидания прохода через них. Откосы и ложе каналов обычно укрепляют для предотвращения разрушения и уплотняют во избежание фильтрации воды.
В некоторых озерах, особенно в мелководных или подверженных воздействию сильных ветров, вообще отсутствует заметная стратификация воды. Это означает, что водные массы более или менее постоянно перемешиваются под действием ветра и довольно однородны по всем параметрам. Однако для большинства глубоких озер и тех, которые находятся в ветровой тени, характерна отчетливая стратификация водной толщи по физическим свойствам, в результате которого менее плотные воды располагаются над более плотными. Такая стратификация существенно отражается на химическом составе и биологии озер.
При взаимодействии солнечной энергии с водой последняя приобретает уникальное свойство: ее плотность достигает максимальной величины (1,0) при температуре ок. 4° С, постепенно уменьшаясь как при повышении, так и при понижении температуры. В озерах солнечный свет используется растениями для фотосинтеза, а животными - чтобы видеть под водой. Свет влияет также на вертикальные миграции некоторых организмов, но главный результат воздействия солнечной энергии - нагревание воды. Приток энергии от Солнца значителен. Приход солнечной энергии в течение одного летнего дня может достигать 500 кал на 1 см2 поверхности озера. Часть этой энергии отражается от зеркала озера, часть рассеивается водной поверхностью в пространство, а часть поглощается водой и превращается в тепловую энергию. Эта тепловая энергия частично излучается вновь в атмосферу или затрачивается на испарение.