运河

运河是指人工开凿的规模比较大的、可以使水流流过的运输通道。运河通常连接湖泊、河流和海洋，或横贯半岛、地峡而造。相传在四千年前美索不达米亚已有开运河，但具体难以考证。信史上中国的胥河是现有记载的最早的运河，开凿于公元前506年。中国的京杭大运河是世界上最长的运河，长1700公里，但今日只有少部分河段可供航运。如果按照可通航长度计算，目前世界上最长的运河是土库曼南部的卡拉库姆运河，全长1375公里，大部分河段都可航行。运河的主要用途是行驶船只运输货物。在工业革命之后，由于建造成本和运输时间的缘故，内陆运河逐渐被铁路取代。许多运河目前都只剩下观光用途，如威尼斯的运河。运河主要可以分为二种：有一种是和现有的河流平行，分担河流的水流量，在维持河谷及流域的条件下，通过建设水坝和水闸来调整水量，维持够高的缓流水位。另一种则会越过分水岭的山脊，这种方式多半会需要在海拔最高点上方有水源供应。许多的运河会兴建在在山谷及其他水路高很多的地方。城市需要很多的水源，而海拔较高的运河可以提供水源给海拔较低的缺水地区。像罗马帝国的高架渠就有类似功能。依可用水源及可用流道的不同，运河的形成有以下三种不同的方式：较小的运河可以让驳船或运河船（英语：narrowboat）通行，海船运河（英语：ship canal）可以让海上的船舶通行到不靠海的港口（例如曼彻斯特大运河），或是由一个海洋到另一个海洋（例如巴拿马运河或苏伊士运河）。运河需要一些工程结构体来调整水流：运河需要穿过分水岭时，在修筑上会更困难，也需要额外的结构体，像是高架桥及高架渠等结构体，提供水流动的路径，并维持水在渠道中。在历史上，运河不论在商业上，或是文明的发展及成长上都非常的重要。1855年时利哈伊运河（英语：Lehigh Canal）运输了超过120万吨的无烟煤。现今仍在运作的运河不多，但以前有许多运河带动了经济的成长，事实上运河也是都市化以及工业化必要的条件，因为在西方，像煤及矿石等散装原材料只有透过水路运输才符合成本。这些原物料促成了工业的发展以及新冶金学的发展，也带来17世纪到20世纪日新月异的工业化，甚至后来新的研究领域、新的产业以及经济规模，提高了工业化社会的生活水准。目前仍在使用的运河（包括海轮运河（英语：ship canal））大部分是运送散装货物（英语：bulk material handling），内陆一些较小的运河原来设计供船只或是渡轮航行，但后来有些也已经填平或是废弃，或是改为国有，水库及船闸仍然继续维护，但运作目的已改为防洪以及休闲娱乐用途。美国的运河在是1850年渐渐的被更快速、更没有地理限制、以及维护上更便宜的铁路所取代。在1880年代初期，美国一些竞争力较弱，无法和铁路竞争的运河，已渐渐的消声匿迹。接下来的几十年，石油渐渐的取代煤炭成为能源来源，煤炭出货量也出现变化。在第一次世界大战后开始使用引擎驱动的卡车，小型美国驳船运河的货物吨里程渐渐下降，当时道路网络越来越普及，货车的灵活性和陡峭的爬坡能力也越来越明显，货车不但取代了运河运输，因为其不受轨道限制的特性，也取代了许多铁路的运输。最简单的运河就是填满水的沟渠。依照运河穿过的地层不同，需要将运河的内层用粘土或混凝土等防水材料加以衬砌（英语：canal lining）。若是用粘土衬砌，则会称为是puddling。运河本身需要是平的，若邻近的田地需要灌溉，会在运河两侧的堤防再作处理，让一些水可以用来灌溉。若运河流经的地区有较大的高度变化，需要用其他技术来克服。最常见的是双船闸（pound lock），其中包括一个两端有闸门的闸室，其中的水位可以昇高或是降低，两端可以连结不同高度的水面，或是连接河流或是海洋。运河若是需要越过山丘，会在较短距离内安排有一连串的闸门（复闸）。中国的复闸是公元984年（宋太宗雍熙元年）由乔维岳修筑，欧洲则是在十五世纪开始修筑，之前是使用只有单一阀门的单门船闸（Flash locks）来调整水位的高低。不过只有水量相当充足时才能使用单门船闸。闸需要许多的水，若能使用的水有限，设计者就会采有不同的作法，例如起船台（英语：boat lift）（像是佛克尔克转轮（英语：Falkirk Wheel）），利用其中有水的活动沈箱（caisson），船可以在其中漂浮，再将活动沈箱和船移动到不同的高度，以及倾斜升船机（放在倾斜铁道上的活动沈箱）。若运河要越过河流、道路或是山谷，而又不允许使用船闸，运河可以用通航水道（英语：navigable aqueduct）来实现，在威尔士有一个著名的例子，是穿过威尔士迪河（英语：River Dee (Wales)）的庞特卡萨鲁岧水道（现在是联合国教育、科学及文化组织的世界遗产列表之一）。另一个让运河可以通过山丘的作法是兴建隧道，像是英国特伦特-默西运河（英语：Trent and Mersey Canal）的Harecastle隧道（英语：Harecastle Tunnel）就是如此，不过隧道只能用在较小型的运河。有些运河要设法让高度差降到最低，这类的运河会称为等高运河（英语：contour canal），会延着地形上的等高线兴建，高度差最小，但是较弯曲，其路程也较长。不然就要用其他的工程技术来克服高度差上的问题。运河设计也需要处理运河水源的问题。有些运河（例如苏伊士运河）没有这个问题，直接有向大海的出口。若是运河高度不是在海平面，就需要其他的技术来克服此问题，有时可以用其他河流或是水泉的水来补给水源，也可能再配合其他方式来处理季节上的河流水量变化。若没有这类的水源，可能会用水库（可能和运河分离，也可能整合到运河内）及back pumping来提供需要的水量。有时也会用矿坑中的水泵出后注入运河内。有些情形会兴建feeder canals，从远处提供水源供运河使用。若运河的一端会有大量的货物上船或是下船，会兴建渠槽（英语：canal）。渠槽的宽度一般会比运河要宽。有时渠槽会有码头及起重机来搬运货物。美索不达米亚约公元前四千年就已出现运河。在铁路发明前，居住于内陆的人们只能使用马车或其他交通公具运输货物。使用马车运输量小，运输速度缓慢，但成本高昂，货物亦可能在颠簸中毁损。举例来说，1820年时，从水牛城运一吨的谷物到纽约市需要$100，1825年底伊利运河开通后，同样货物的运输成本只要$9。在1830年前，使用马车的运输成本约为使用运河的50至70倍。运河开通后，运输成本下降，市场上的物价也跟着下降，面包、盐和煤等都比以前便宜。1830年开始，美国第一条铁路开始投入商业营运。到1850年代晚期为止，运河在美国北部和中西部仍然扮演重要地位，因为这时的铁路路线多为短程，而且不同公司有着不同轨距。但是运河建造成本高昂，路线没有弹性；当铁路开始标准化，大量生产后，内陆运河也开始走向没落。在重要海上交通线上的运河在今天仍然有不可取代的地位，如巴拿马运河（连接大西洋和太平洋）、苏伊士运河（连接地中海和红海）、基尔运河（连接波罗的海和北海）等。