船閘

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
英格蘭的運河閘。
荷蘭 Grave 市的運河堰和閘混合體。

船閘(navigation lock),使船舶通过航道中有集中水位落差河段的一种通航建筑物。船闸由闸室(lock chamber)、闸首(lock head)、输水系统、引航道等组成。在闸首上设有工作闸门、检修闸门、船闸阀门、启闭机械及信号、通讯等设备。引航道内设有导航建筑物和靠船建筑物等。

船閘的闸室是固定在一個位置,用注入或排除水來控制闸室内的水位高度;这不同于直接運載船隻升降的活動沉箱(caisson lock),垂直升船机(boat lift)、倾斜升船机(canal inclined plane)。如三峡大坝垂直升船机就是在一个3万多吨的大水箱内承载船舶,整个水箱被垂直升降。

船閘用來使河流更易航行,或使運河貫通水平面有落差的航線。气闸英语Airlock的設計理念和船閘類似。

按照船闸的纵向排列的闸室数目可分为单级船闸和多级船闸。按照船闸的横向平行排列的闸室数目可分为单线船闸、双线船闸和多线船闸。

历史[编辑]

公元前219年,灵渠上设置陡门,构成了“单门船闸”(又称“半船闸”flash lock)。公元423年,在扬子津(今扬州市扬子桥)附近河段上建造了两座斗门,顺序启闭两座斗门,船舶就能克服集中水位落差而上下行。北宋乔维岳于公元984年在西河(今淮安与淮阴间)上修建了西河闸,设有上下两个闸门,闸室长76米,闸门上有输水装置。

在欧洲,1375年在荷兰出现了半船闸。1481年在意大利出现了船闸。

應用分类[编辑]

海船闸[编辑]

河船闸[编辑]

如果河流有一段用作航行的河道要通過急流、堰、水壩等障礙物,因為水位在障礙物前后有大的落差,該河道須安裝船閘。

在河流的大型航道改進工程中,堰、船閘會一同用上。堰會增加浅滩河道的水深,船閘則會建在堰体的缺口人口开挖航道的下游处(以繞過堰体或者浅滩河道)。經過這樣的改進工程後,該河道就成為正式的「航道」了(例如 考尔德和海伯航道英语Calder and Hebble Navigation)。航道最底部的船閘分隔開有潮汐和沒有潮汐的航道。有時一條河為了完全不受潮汐影响,直接在河口建「海閘」(防潮闸)。

愈先進的航道,愈需要更多船閘。

  • 为繞過迂迴曲折河道的较长的人工开挖航道,在其上游入口处通常會加裝防洪閘。
  • 人工开挖河道越長,河道开始端至結尾間的水位落差越大。所以需要更多附加的船閘。這種河道的作用就像運河一樣了。

運河船闸[编辑]

初期的運河橫跨鄉下地方的小屋,要環繞不少小山丘,甚至繞道而行。當工程師愈來愈雄心壯志地想克服這種困難,船閘更變得重要。因為船閘能使運河無需繞道,只需調校水面面即可使船隻航行,既省時也省建築費。後來,建築技術提升,建築師更樂於使用這類附加建築物以方便航行,例如隧道、溝渠、堤壩等;甚至更技術複雜的小船升降機運河斜面。不過,船閘的建造依然繼續以作為此等解決方法的補充,在當今航道中仍有重要地位。


基本建造和操作[编辑]

每一個船閘都必須三個元素:

  • 一個連接運河上下端的防水空間。體積要至少足夠裝一隻大船。防水空間的所在位置要固定,但其水平面可以變化。
  • 一道在防水空間後端的水閘(通常是一對尖的「半個水閘」組成)。水閘開啟時船隻可進出。
  • 一組用來清空或注滿防水空間的船閘齒輪。這通常是簡單的活門(傳統上應是用人手以捲繞齒捧和小齒輪機械裝置舉起一個平坦嵌板),使水能排入或排出防水空間。大型船閘或會用上泵。

運作船閘的原理很易明瞭。舉個例:如果一隻小船向下遊航行,而船閘已經注滿水:

  1. 入口閘開啟,小船駛入。
  2. 入口閘關閉。
  3. 開啟一道活門以從防水空間排出水,使小船的位置下降。
  4. 出口閘開啟,小船離開。

備註:

  • 如果船閘是空的,小船要先等待船閘注滿水,為時約 5 - 10 分鐘。
  • 如果小船要向上游駛,整個程序要調轉來做。
  • 整個過程大概為時 10 - 20 分鐘,取決於船閘的體積、是否和小船能配合。
  • 接近船閘的船隻「甲」如還到另一隻船「乙」從對面駛過來,通常會很高興。因為「乙」剛剛才駛離船閘,船閘仍停留在「甲」要駛入船閘的水平面,所以「甲」無需等待船閘重新定位。這大約節省 5 - 10 分鐘。(這不適用於樓梯式船閘。樓梯式船閘的操作比較快如果同時有兩隻船或以上一起使用。)
運河船閘的操作程序:
1-3. 小船駛入空的船閘;
4.  底部船閘關閉,底部 paddle 關閉,頂部 paddle 開啟,船閘開始注水;
5.  船閘在注水中,正在提升小船到較高的水平面。

詳細資料和術語[编辑]

簡單來說,這部分會描述船閘的基本類型。简化的船閘模型是在闸室的兩端各有一對闸门(即闸首),簡單載物架和。

Rise[编辑]

闸室内水位升降高度。通常为2-3米。

水平河段(pound/level)[编辑]

船闸之间的水平的河段。长度可以是0到几十公里。对于运河来说,其水位落差集中在了船闸,因此除了船闸的运河河段几乎都是水平的。水平河段一般用于调蓄水,以保证运河船闸的用水。可分为

  • 高处蓄水(summit pound):在运河高程最高处的蓄水,可保证各级船闸的耗水;
  • 低处蓄水(sump pound):在运河高程最低处的蓄水,需要排泄到其它河流、水体中
  • 旁侧蓄水(side pound):在运河船闸旁侧的蓄水,用于保障船闸用水后相邻河段的水位不会有大的波动。典型的如英国布里斯托尔附近的Caen Hill船闸
    Caen Hill 运河河段的每个船闸都配有旁侧蓄水

闸室[编辑]

如果闸室的水位与上游河段相同,则称闸室是满的;如果闸室的水位与下游河段相同,则称闸室是空的。

底槛(Cill)[编辑]

法國巴黎Canal Saint-Denis的 Cill 暴露於 Pont de Flandre 船閘上

底槛是船闸的上闸首处的闸门下方的地基部分。底槛与其上的闸门一起构成了闸室在上游一侧的水密壁。通常,与底槛上的闸门相比,底槛朝闸室突出一段。因此,在闸室排空时,闸室内的传播要小心不要有部分船艄位于底槛上方,以免闸室水位下降时船艄搁浅在底槛上。为此,在闸室靠近闸首的侧壁顶部都要鲜明的标出底槛向闸室突出的范围,提醒船舶不要占用此一范围停船。

底槛的朝向闸室一侧一般用橡木或其它材料包覆作为护壁,以免船舶进出时撞坏底槛。

閘门[编辑]

在闸首,要安装闸门用来挡水、密封闸室的两端。近代,船闸的闸门通常是橡木、榆木制品,但现代多用钢制。船闸的闸门一般为“人字闸门”(metre gate),朝向上游方向开闭。当人字闸门关闭时,两扇门叶在闸室的中心线合龙,形成一个朝向上游方向凸出的“V”字形。其优点一是当闸门两侧水位不同(只可能是上游一侧水位高于下游一侧),那么在水压作用下人字闸门不能打开。仅当门两侧水位相同,才能开启人字闸门。另一个优点是两侧水位不同时,在水压作用下人字闸门会被越压越紧,有利于水密。

闸室的上闸首的闸门较矮,一般只需满足运河的通航水深。而下闸首的闸门较高,是闸室上下游的水位落差再加上运河的通航水深,相当于整个闸室的高度。上闸首的底槛要允许足够吨位的船只通航。

平衡樑[编辑]

闸首展示平衡梁升降机构,可见齿条已经被制动杆卡住定位
奧地利de:Wiener Neustädter Kanal中已有200年歷史的升降机构。

平衡梁(balance beam)是用于人力开启船闸闸门时的省力杠杆。同时也抵消了闸门的部分重量,使得闸门在水中可以更轻快的开启。

闸门水阀[编辑]

闸门水阀(paddle,slacker, clough, wicket ),是安装在闸首,用于从上游方向向下游方向放水的阀门。打开上闸首水阀,可以向闸室充水;打开下闸首水阀,可以从闸室向下游排水。

升降机构[编辑]

升降机构(winding gear或paddle gear)用于控制闸门水阀的开闭。闸门水阀的上端与一个齿条(rack)相连。在地面上该齿条与一个齿轮(pinion)相扣。使用轱辘(windlass)转动这个齿轮,可以把齿条上下移动,带动闸门水阀提起或落下。在地面上可以用一个制动杆(pawl )卡住齿条,使得闸门水阀的状态不变。

絞盤[编辑]

"Turning" a lock[编辑]

變化[编辑]

特殊情況[编辑]

Lock flights[编辑]

Caen Hill Locks.jpg

梯形船閘[编辑]

Bingley Five Rise Locks 1.JPG

雙重船閘[编辑]

Stop locks[编辑]

Drop locks[编辑]

防洪船閘[编辑]

防洪水閘[编辑]

双向船閘[编辑]

河口船閘[编辑]

潮汐船閘[编辑]

特大型船閘[编辑]

Hiram M. Chittenden 船閘[编辑]

歷史和發展[编辑]

水壩和堰[编辑]

Flash locks[编辑]

Staunch[编辑]

Pound lock[编辑]

水的運用[编辑]

設計[编辑]

抽、吸[编辑]

節約用水的水池[编辑]

取代品[编辑]

運河斜面[编辑]

海上鐵路[编辑]

小船升降機[编辑]

Somerset and Camden[编辑]

Falkirk[编辑]

Anderton 和 Strépy-Thieu[编辑]

綜合系統:三峽工程[编辑]

三峽工程是中國一項多用途水利工程。

以「船閘可接受的船隻體積」而命名的專有名詞[编辑]

船隻體積受船閘限制。在部分運河因此而興起一些標準船隻體積的叫法,並以其運河命稱命名。如:巴拿马型巴拿馬運河最大)、en:Seawaymax(聖勞倫斯航道最大)。

參考[编辑]