船闸

✍ dations ◷ 2025-06-29 05:14:15 #船闸
船闸(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。船闸的闸室是固定在一个位置,用注入或排除水来控制闸室内的水位高度;这不同于直接运载船只升降的活动沉箱(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。船闸用来使河流更易航行,或使运河贯通水平面有落差的航线。气闸(英语:Airlock)的设计理念和船闸类似。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。秦始皇三十三年(公元前214年)凿灵渠。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)。南朝宋景平年间公元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。北宋乔维岳于雍熙年间公元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。这就是中国历史上有名的西河闸,是现代船闸的雏型。复闸的修建,是从唐代开始的。《宋史河渠志》记载,唐代宝历初年,观察使李渤曾在灵渠建立斗门,用以解决漕舟航运问题。沈括《梦溪笔谈》中记载记载了北宋仁宗天圣年间仪征运河废埭建复闸:“天圣中,监真州排岸司、右侍禁陶鉴始议为复闸节水,以省舟船过埭之劳。是时工部郎中方仲荀、文思使张纶为发运使、副,表行之,始为真州闸。岁省冗卒五百人,杂费百二十五万。运舟旧法,舟载米不过三百石。闸成,始为四百石。其后所载浸多,官船至七百石,私船受米八百余囊,囊二石。自后北神、召伯、龙舟、茱萸诸埭,相次废革,至今为利”。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。如果河流有一段用作航行的河道要通过急流、堰、水坝等障碍物,因为水位在障碍物前后有大的落差,该河道须安装船闸。在河流的大型航道改进工程中,堰、船闸会一同用上。堰会增加浅滩河道的水深,船闸则会建在堰体的缺口或人口开挖航道的下游处(以绕过堰体或者浅滩河道)。经过这样的改进工程后,该河道就成为正式的“航道”了(例如 考尔德和海伯航道(英语:Calder and Hebble Navigation))。航道最底部的船闸分隔开有潮汐和没有潮汐的航道。有时一条河为了完全不受潮汐影响,直接在河口建“海闸”(防潮闸)。愈先进的航道,愈需要更多船闸。初期的运河横跨乡下地方的小屋,要环绕不少小山丘,甚至绕道而行。当工程师愈来愈雄心壮志地想克服这种困难,船闸更变得重要。因为船闸能使运河无需绕道,只需调校水面面即可使船只航行,既省时也省建筑费。后来,建筑技术提升,建筑师更乐于使用这类附加建筑物以方便航行,例如隧道、沟渠、堤坝等;甚至更技术复杂的小船升降机、运河斜面。不过,船闸的建造依然继续以作为此等解决方法的补充,在当今航道中仍有重要地位。每一个船闸都必须三个元素:运作船闸的原理很易明了。举个例:如果一只小船向下游航行,而船闸已经注满水:备注:简单来说,这部分会描述船闸的基本类型。简化的船闸模型是在闸室的两端各有一对闸门(即闸首),简单载物架和。闸室内水位升降高度。通常为2-3米。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。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(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(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。三峡工程是中国一项多用途水利工程。船只体积受船闸限制。在部分运河因此而兴起一些标准船只体积的叫法,并以其运河命称命名。如:巴拿马型(巴拿马运河最大)、en:Seawaymax(圣劳伦斯航道最大)。

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