Каналите са изкуствени водни пътища, обикновено свързващи съществуващи езера, реки или морета. Напоителните и отводнителните канали са предназначени за транспортиране на вода и исторически предшестват плавателните канали, използвани от кораби и други плавателни съдове.
Най-старите известни канали са строени в Месопотамия около 4000 пр.н.е. Големият китайски канал е най-големият канал в Античността. След 14 век с мрежа от канали се отводняват големи райони в Нидерландия. В началото на Индустриалната революция каналите са важно средство за транспорт на стоки и суровини преди развитието на железниците. През 19 век конкуренцията на железопътната мрежа, а през 20 век – и на пътищата правят каналите неудачни за масов транспорт и много от тях западат. Съвременна тенденция в някои области на Западна Европа е живописни канали от зората на индустриализацията да се обновяват и да се използват за разходки с лодки.
Видове канали
В зависимост от предназначението им каналите се делят на водносилови, напоителни, отводнителни, плавателни, за сваляне на дървен материал, рибовъдни, за спортни цели и комбинирани.Кратка българска енциклопедия, 1964 г., том 2, с. 608 Скоростта на водата в напоителните канали е по-малка от тази на силодобивните: тя се движи в границите от 0,5 m/s до 2 m/s. При по-малки скорости има опасност от затлачване и обрастване с растителност, а при по-голяма скорост – от разрушаване на стените и дъното на канала. При по-големи скорости е необходимо да се направи облицовка на канала. Облицовка се направи и при големи загуби на вода по трасето.
Поливните канали са надземни и подземни. Така например от язовир Копринка до Стара Загора е изграден главният канал на напоителната система за напояване на полетата край Стара Загора с дължина 26 km, който минава и под Средна гора в тунел с дължина 13 km. В Стара Загора поради по-малката надморска височина е изградена ВЕЦ.
Плавателните канали могат да бъдат сладководни и морски, като съединяват реки, езера и морета, и са разчетени за различни видове транспортни средства – от малки лодки до огромни транспортни, военни и пътнически кораби. Плавателните канали се разделят на открити и шлюзови. Откритите съединяват водни площи с еднакво ниво на водата, а шлюзовите съединяват водоеми с различно ниво на водата или преодоляват препятствия като например планини. От откритите канали най-известни са Суецкият и Коринтският канал, но много по-голям брой са шлюзовите канали. При тях корабите могат да се повдигат от ниските участъци към високите и обратно. Най-известните шлюзови канали са Панамският и Килският канал. От своя страна пресноводните канали се разделят на транзитни (съединяващи няколко водоема), водоразделни (свързват водоемите на две реки), обходни и съединяващи.
Гребните канали са специализирани спортни съоръжения, изграждани в близост до водни източници и използвани за състезания с различни видове спортни лодки. В България гребният канал в Пловдив с дължина 2,2 km, ширчина 120 m и дълбина 3 m е едно от най-добрите спортни съоръжения на Балканите от този вид.
Характеристики
Параметри Главна характеристика на каналите е формата и размера на напречното сечение на канала. Формата на каналите е най-разнообразна. Най-често се използва трапецовидната форма. Освен това сечението може да бъде правоъгълно, полукръгло, параболично или комбинация от различни форми.
+ Напречно сечение на каналите Трапецовидно Полигонално Правоъгълно Полукръгло
Наклонът на стените n се определя с израза
и зависи от вида на почвата, през която преминава каналът. При скалистите места наклонът е близък до нула, а при песъчливите почви може да достигне 3 – 3,5. Използването на укрепване на бреговете и дъното позволява да се направи необходимият наклон.
Основна характеристика на всеки канал или система от канали са максималните размери на корабите, които могат да преминават през него. Вътрешните канали често пъти се обслужват от кораби и лодки, които са специално построени с подходящи за тази цел размери. Пример за това са британските тесни и дълги лодки (на английски: narrowboat) с дължина до 22 m и широчина до 2,13 m. В този случай определящ фактор за максималните размери са размерите на шлюзовете. Тези размери са и определящ фактор за най-големите кораби, които могат да преминават през Панамския канал, където кораби с размери Panamax са ограничени до 294,1 m и от 32,3 m широчина. При Суецкия канал, който няма шлюзове, определящ фактор е дълбочината на газене, която е ограничена до 16 m. Много канали имат и ограничения свързани с височината за преминаване под мостове и през тунели.
Загуба на вода Загубите на вода в каналите основно са причинени от изпаряването на вода от повърхността на откритите канали и от просмукването на вода в почвата. При това загубите от изпарение са доста по-малки от загубите от просмукването в почвата, които могат да достигнат стойности, които силно да намалят ефективността на каналната система. Освен това просмукването на вода в почвата около канала може да доведе до заблатяване на местността, а при меки насипни почви – до деформация на канала и разрушаване на съоръженията. При планински условия това може да доведе до разрушения и свлачища. + Видове просмукване на вода от каналите Без подпиране в необлицован канал С подпиране в необлицован канал Без подпиране в облицован канал С подпиране в облицован канал 1 – начално ниво на подпочвените води 2 – граница на разтичане 3 – фронт на движението на зоната на омокряне 4 – поток на капките
Различават се два вида просмукване: свободно и с подпиране. При несвободното просмукване с подпиране, водата при просмукването си се подпира от подпочвените води и се ограничава от тях.
Екологични проблеми Екологични проблеми има при всички транспортни съоръжения поради нарушаване на традиционни пътища на миграция, както и създаване на нови транспортни пътища за мигриране на различни нехарактерни животински видове. През 1999 г. в Каспийско море през каналната система на Русия се заселват гребенестите . Тяхното размножаване води до съкращаване на числеността на цацата на 60 %, което от своя страна води до намаляването на популацията на есетровите риби и каспийския тюлен. Общо в резултат на корабния транспорт в Каспийско море са проникнали около 60 чужди растителни и животински вида, което е довело до значителни изменения на екосистемата..
Големи проекти за преобразуване на природата, като изграждането на напоителни канали с отклоняването на по-голямата част от потока на реките като например Сърдаря и Амударя могат да доведат до екологични катастрофи, като пресъхването на Аралско море.
Каналите в миналото В Древността
Най-старите известни напоителни канали са изградени в Месопотамия около 4000 г. пр.н.е. По времето на Индската цивилизация в днешните Пакистан и Северна Индия в периода около 2600 г. пр.н.е. са изградени забележителни напоителни канали и водохранилища. Сведенията за първите канали са от около 2300 г. пр.н.е. при управлението на Мерира Пиопи I. Тогава е изграден страничен канал на Нил, който да заобиколи един от бързеите на реката близо до Асуан.
В Древен Китай плаването по междуречни канали започва в периода 481 – 221 г. пр.н.е., като най-дългият известен канал от онова време е Хонг Гоу (известен като Каналът на дивата гъска). Той е описан от древнокитайския историк Сима Циен и според него е свързвал древните китайски държави Сонг, Джан, Чен, Кай, Цао и Вей. Далеч по-дълъг е каналът, наречен Велик китайски канал, който и днес продължава да е най-дългият канал в света. Той е дълъг 1794 km и е изграден от император Ян като транспортна връзка между Пекин и Ханджоу. Строежът му започва през 605 г. и завършва през 609 г., като за прокарването му са използвани и стари напоителни канали, съществували още преди стотици години, като най-старият от тях датира от 486 г. пр.н.е. В най-тесните си участъци, преминаващи през населени места, каналът е широк не по-малко от 30 m.
Древногръцките инженери първи използват шлюзове при строежа на канали, които да регулират водното течение. Първите опити за прилагането им са от древния египетски канал между река Нил и Червено море.Moore, Frank Gardner (1950): „Three Canal Projects, Roman and Byzantine“, American Journal of Archaeology, Vol. 54, No. 2, pp. 97 – 111 (99 – 101)Froriep, Siegfried (1986): „Ein Wasserweg in Bithynien. Bemühungen der Römer, Byzantiner und Osmanen“, Antike Welt, 2nd Special Edition, pp. 39 – 50 (46)Schörner, Hadwiga (2000): „Künstliche Schiffahrtskanäle in der Antike. Der sogenannte antike Suez-Kanal“, Skyllis, Vol. 3, No. 1, pp. 28 – 43 (33 – 35)
През Средновековието
През средните векове водният транспорт се превръща в евтин и бърз начин за извършване на търговия. Причината за това е, че след краха на Римската империя пътищата са неподдържани и в твърде лошо състояние, а посредством водния транспорт превозваните товари могат да бъдат и в по-големи количества. Първият изкуствен канал в християнска Европа е Fossa Carolina, построен в края на 8 век под личното ръководство на Карл Велики. По-трайно и икономически по-ефективно се оказало изграждането на италианския канал Naviglio Grande, построен между 1127 и 1257 г. По-късно канали са изградени и в Нидерландия и Фландрия с цел отводняване на полдерите и подобряване на търговията.
Строежът на канали преживява нов подем през 12 век поради бурното развитие на търговията. Речното корабоплаване се подобрява рязко с въвеждането на една от най-простите системи за регулиране на нивото на водата, наречена „flash lock“ (шлюз с единична преграда). Поради факта, че така се затруднявала работата на мелничарската промишленост, се наложило да се коригират механизмите на пропускане на водата и била въведена нова система с двойна преграда и междинен водоем, наречена („pound lock“). Първата известна е от 10 век в Китай, а в Европа е въведена през 1373 г. във Vreeswijk, Нидерландия. Друго важно развитие настъпва с откриването на съединяващи се под ъгъл шлюзове, преграждащи течението. За първи път такива са изградени в Италия в Бертола да Новате през 16 век. Следващото нововъведение били шлюзовете тип гилотина.
Първият известен канал, който съединява речни долини, разделени с хълмове, е Великият китайски канал. В Европа първият подобен тип канал е изграден в Германия през 1398 г. Първият канал, който използва системата „pound lock“, съединява река Лоара с река Сена и е изграден през 1683 г., последван от Канал дьо Миди, свързващ Атлантически океан със Средиземно море. За да функционира правилно, са изградени 8 шлюза, 157-метров тунел и три големи акведукта.
Строежът на канали напредва с постоянен темп в Германия през 17-и и 18 век, като се свързват трите големи реки Елба, Одер и Везер. Във Великобритания вероятно първият построен канал е в Ексетър, открит през 1563 г. Най-старият канал, построен за промишлени цели в Северна Америка, е „Mother Brook“ в Дедам, Масачузетс. Той е изграден през 1639 г. с цел осигуряването на вода за задвижването на мелници. В Русия Волго-Балтийския канал е част от националната система от канали в страната. Пуснат е в експлоатация през 1718 г. и свързва Балтийско море с Каспийско, посредством връзката между реките Нева и Волга.
Индустриална революция
Каналите стават още по-важни с развитието на промишлеността. Най-големият стимул за изграждане на каналната система идва с Индустриалната революция и необходимостта от осигуряването на евтин транспорт на големи количества суровини и произведени стоки.