Для обеспечения работы канала необходимо его питание водой, которое расходуется на полезное потребление и на потери. Полный расход воды, необходимый для работы двухсклонного канала, находится как сумма полезных расходов и потерь
, м3/с, (11.15)
где: Qшл – расход воды на шлюзование, определяемый для однокамерного шлюза по выражению:
, м3/с, (11.16)
где: по и mд – количество судов, соответственно, одностороннего и двухстороннего шлюзований;
Vсл – объем сливной призмы за одно шлюзование.
, м3, (L – полная длина камеры).
Из выражения (11.16) следует, что расход воды на шлюзование зависит от объема сливной призмы и порядка движения судов. Для уменьшения расхода выгодно больше судов пропускать при двухстороннем движении: в этом случае одна сливная призма расходуется на два шлюзования.
Расход воды на фильтрацию через уплотнения напорных сооружений определяют по зависимости
, м3/с, (11.17)
где: q – удельный расход фильтрации на 1 п.м. уплотнений при напоре Н=1 м, принимаемый в зависимости от состояния уплотнений в пределах от 0,15 до 5 л/с;
р – периметр уплотнений, м.
Рис. 11.5. Схема к определению потерь на фильтрацию
через уплотнения нижней головы шлюза:
1 – рабочие двустворчатые ворота; 2 – обходные галереи опорожнения
Наибольшие потери через уплотнения на судоходном шлюзе имеют место через нижнюю голову при уровне верхнего бьефа, где установлены двустворчатые ворота и затворы водопроводных галерей (рис. 11.5). Периметр уплотнений в этой схеме определяется равным
, м3/с
Расходы воды на шлюзование (Qшл) и на фильтрацию через уплотнения ворот и затворов нижней головы шлюза (Qупл) для двухскатного канала удваиваются.
Потери воды на испарение с поверхности канала (Qи), зависящие от площади зеркала, температуры воздуха, скорости ветра, влажности и других факторов, определяют по формуле
, м3/с, (11.18)
где: q – среднесуточная толщина слоя испарения, м;
W =Вз · Lk – площадь зеркала канала (Lk – длина канала и Вз – ширина по зеркалу).
Потери воды на фильтрацию в грунт (Qф) зависят от положения уровня воды в канале по отношению к уровню грунтовых вод. Если канал расположен в выемке при высоком уровне грунтовых вод по отношению к уровню воды в канале, то в этом случае фильтрация происходит из грунта в канал. Если грунтовые воды ниже уровня воды в канале (при глубоком залегании водоупора), то имеет место фильтрация воды из канала в грунт, которая существенно зависит от водопроницаемости грунтов, слагающих ложа каналов. В этом случае потери на фильтрацию для канала трапецеидального сечения определяются по приближенной зависимости
, м3/с, (11.19)
где: кф – коэффициент фильтрации, зависящий от рода грунта, м/с;
А – коэффициент, принимаемый в зависимости от отношений 
и величины заложения откоса от 2 до 5.
Потери воды на фильтрацию могут составлять в год 5-10% объема воды водораздельного бьефа при малой водопроницаемости грунтов и 20-40%– при значительной водопроницаемости.
Для уменьшения потерь воды из канала из-за фильтрации в грунт осуществляют следующие мероприятия:
- уплотнение грунта ложа канала при строительстве с целью уменьшения пористости и коэффициента фильтрации;
- использование различных смесей, способных самоуплотняться. В качестве таких смесей применяют, например, гидротон – смесь из глины, песка, жидкого стекла и соды, и др. смеси;
- устройство противофильтрационных покрытий из материалов с малыми коэффициентами фильтрации: глина, бетон, асфальт, торф, полиэтилен и др.
Наиболее широкое применение получили противофильтрационные экраны из глины (рис. 11.6), как простые по устройству и экономичные. Форма поперечного сечения экрана приближенно повторяет форму поперечного сечения канала, имеет необходимые размеры и защищается от разрушения слоем гравелистого или песчаного грунта (пригрузка) толщиной 1,0-1,5 м. Снижение потерь на фильтрацию при устройстве экранов из глины составляет 70-85%. Для экранов из асфальта, например, эти потери составляют 80-85%, для бетона – 80-95%, но она отличаются от глинистых экранов более высокой стоимостью.
Рис. 11.6. Схема глиняного противофильтрационного экрана:
1 – экран; 2 – пригрузка; 3 – запас на капиллярный подъем воды;
4 – запас на промерзание.
Вода судоходных каналов используется не только на транспортные цели, но и на другие полезные нужды: водоснабжение, орошение, обводнение, энергетика и т.п. (Qп). Их объемы и расходы определяются специальными водохозяйственными расчетами.
Общий объем воды, требуемый для работы канал, определяется равным:
, м3, (11.20)
где: Т – рассматриваемый период времени (сутки, месяц, навигация, год).
Сооружения на каналах
