船閘

船閘

用以保證船舶順利通過航道上集中水位落差的廂形水工建築物。船閘是套用最廣的一種通航建築物,多建築在河流和運河上。為克服較大的潮差,也建築在入海的河口和海港港池口門處。

  • 中文名稱
    船閘
  • 外文名稱
    ship lock
  • 類    別
    通航建築物
  • 又    稱
    "廂船閘"

簡介

船閘 ship lock

利用向兩端有閘門控製的航道內灌、泄水,以升降水位,使船舶能克服航道上的集中水位落差的廂形通航建築物

又稱"廂船閘"。由閘室、閘首、閘門、引航道及相應設備組成。船隻上行時,先將閘室泄水,待室內水位與下遊水位齊平,開啓下遊閘門,讓船隻進入閘室,隨即關閉下遊閘門,向閘室灌水,待閘室水面與上遊水位相齊平時,開啟上遊閘門,船隻駛出閘室,進入上遊航道。下行時則相反。

詳解

發展簡況

中國是建造船閘最早的國家。秦始皇三十三年(公元前214年)鑿靈渠,設定陡門,又稱鬥門(今名閘門),用以調整鬥門前後的水位差,使船舶能在有水位落差的航道上通行。這種陡門構成單門船閘,簡稱單閘,又稱半船閘。南朝宋景平年間(公元423~424年),在揚子津(今江蘇省揚州市揚子橋)河段上建造了兩座陡門,順序啓閉這兩座陡門,控製兩陡門間河段的水位,船舶就能克服水位落差上駛或下行。宋朝雍熙年間(公元984~987年)在西河(今江蘇省淮安至淮陰間的運河)建造兩個陡門,間距50步(約合76米),陡門上設有輸水設備,這就是中國歷史上有名的西河閘,是現代船閘的雛型。在歐洲,單閘在12世紀首次出現于荷蘭。1481年義大利開始建造船閘。20世紀後,在美國、蘇聯和西歐各國,由于河流的開發和航運的發展,船閘的數量逐漸增多,技術上也不斷改進。目前最大的內河船閘長360米,寬34.5米,檻上水深5米,可通過2萬噸級的頂推船隊。世界上最大的船閘--三峽船閘,三峽船閘修建于三峽大壩左側的山體中。船閘總長6442米。其中上遊引航道2113米,下遊引航道2708米,船閘主體段1621米。船閘主體段閘首和閘室分南北兩線,都是在山體岩石中開挖出來的。每線船閘主體段由6個閘首和5個閘室組成,每個閘室長280米、寬34米,閘室坎上最小水深5米。三峽船閘可通過萬噸級船隊,設計單向年通過能力5000萬噸。在6月16日試通航的三峽工程雙線5級船閘,是目前世界上規模最大的船閘。

船閘船閘

結構

船閘由閘首、閘室、輸水系統、閘門、閥門、引航道等部分以及相應的設備組成。

閘首

將閘室同上下遊航道隔開的擋水建築物,分上閘首和下閘首。閘首上設有工作閘門、檢修閘門、輸水系統、閘門和閥門的啓閉設備等。閘首通常採用整體式鋼筋混凝土結構,邊墩和底板剛性連線在一起。

閘首閘首

船閘

由船閘的上、下閘首和兩側的閘牆圍成的空間。閘牆上設有系船柱、浮式系船環等,供船舶在閘室內停泊時系纜用。過閘船舶在閘室中隨著閘室內水面升降而升降。閘室一般採用圬工或鋼筋混凝土結構。閘牆和閘底板有剛性連線在一起的整體式結構和不連線在一起的分離式結構兩種。

輸水系統

供閘室灌水和泄水的設施。輸水系統的灌泄水時間應盡量短,並滿足過閘船舶停泊平穩的要求。船閘的灌泄水時間一般為10~15分鍾。過閘船舶的停泊平穩情況,通常以閘室灌泄水過程中水流對過閘船舶的作用力,即過閘船舶的系船纜繩所受拉力的大小為衡量指標,其容許值一般為船舶排水量(以噸計)的1/600~1/2000。輸水系統的基本形式有兩種:①集中輸水系統。閘室灌水、泄水分別通過設在上、下閘首內的輸水廊道在閘首處集中進行,又稱頭部輸水系統;②分散輸水系統。閘室灌水、泄水由輸水廊道通過沿著閘室長度分布于閘室底板或閘牆內的出水口進行。輸水廊道上設有輸水閥門。水頭(船閘上下遊的最大水位落差)在15米以內的船閘,一般採用集中輸水系統;水頭較大時多用分散輸水系統。

閘門和閥門

包括工作閘門和輸水閥門。工作閘門 是設在上、下閘首上的活動擋水設備。在閘首前後水位齊平時啓閉,運轉較為頻繁,要求操作靈活,啓閉迅速。常用的門型有人字閘門、平板升降閘門、橫拉閘門、扇形閘門(又稱三角閘門)等,以人字閘門套用最廣。輸水閥門設在輸水廊道上,用來控製灌泄水時的流量。它是在水壓力作用下開啓的,要求結構簡單,啓閉力小,操縱方便。常用的門型有平板提升閥門、蝴蝶閥門和反向弧形閥門。在現代船閘上多設有防撞裝置,以加快船舶的進閘速度,防止船舶碰撞閘門。

人字閘門人字閘門

引航道

連線船閘和主航道的一段過渡性航道,分上遊引航道和下遊引航道,其平面形狀和寬度、水深要能使船舶安全迅速地進出閘室。引航道進出口處水流流向與流速要能滿足船舶安全進入和駛出的要求,並防止泥沙由于回流的作用而淤積在引航道上。對于大型船閘,這兩者通常要進行模型試驗來研究確定。引航道內一般設有導航建築物和靠船建築物。導航建築物多為不透水的導航牆,緊靠閘首布置,用以保證船舶安全進出閘室。靠船建築物供等待過閘的船舶停靠用。

船舶過閘程式

船舶過閘上行時,通過輸水系統的調節,使閘室水面與下遊水位齊平,開啟下閘門,船舶由下遊引航道駛入閘室,隨即關閉下閘門,由輸水系統從上遊向閘室灌水,待閘室中的水面上升到與上遊水位齊平時,開啓上閘門,船舶即由閘室駛出。船舶下駛時的過閘程式則相反。

船閘一般由設在閘首邊墩上的中心控製室集中管理。通過電氣閉塞裝置遠距離操縱閘門和閥門啓閉。在有的船閘上,還將指揮船舶航行的信號裝置同閘門、閥門的操縱設備聯系在一起,以實現過閘程式的自動化。

分類

船閘按照所處位置可分為海船閘、河船閘和運河船閘。船閘根據沿船閘軸線方向的閘室數目可分為單級船閘、雙級船閘和多級船閘(又稱單室船閘、雙室船閘和多室船閘),以單級船閘使用最廣。水頭最大的單級船閘是蘇聯額爾齊斯河上水頭為42米的烏斯季卡緬諾戈爾斯克船閘。級數最多的多級船閘是蘇聯卡馬河上的六級船閘。船閘根據同一樞紐中布置的船閘數目可分為單線船閘、雙線船閘和多線船閘。通常情況下一個樞紐一般隻布置一個船閘,即單線船閘。過閘運量較大時,可布置雙線船閘或多線船閘,通常待運量增加後再陸續增建。目前線數最多的船閘是萊茵河上荷蘭境內的福耳克臘克四線船閘。

除普通船閘外,還有一種省水船閘。省水船閘是在船閘閘室的一側或兩側建有貯水池,暫時貯存閘室泄水時泄出的部分水量,待閘室需要灌水時,再將貯存的水灌入閘室,以節省過閘用水量。省水船閘一般建造在水源不足的地區,目前建造較少,主要為聯邦德國所採用。

用途

在水位集中跌落的情況下(例如,建造閘、壩處),用以保證通航的水利工程建築物。利用河水灌溉農田,或者利用水力推動水力發電機進行工作時需要在河流上修建攔河壩,用以提高水位。這樣,河水被大壩隔斷,上下遊的水位差較大,航船無法通過。于是人們就利用連通器的原理,在運輸頻繁的江河上,在大壩的旁邊修建了船閘。主要由閘室及上下遊閘首所組成,閘室的兩端設定閘門,用以與上下遊隔開。當船下行時,先將閘室充水,待室內水位與上遊相平時,將上遊閘門開啓,讓船隻進入閘室。隨即關閉上遊的閘門,閘室放水,待其降至與下遊水位相平時,將下遊閘門開啓,船隻即可出閘。上行時與上述過程相反。船閘須設有專門充水、放水系統及操縱閘門的設備。根據地形以及水位差的大小,船閘可做成單級或多級的。

各國船閘特點

中國是建造船閘最早的國家。秦始皇三十三年(前214)所興建的靈渠上陡門就是利用單閘首上的閘門以調整門前後的水位差,達到船舶克服水位差實現通航。宋代雍熙年間在西河(今江蘇淮安至淮陰間的運河)建造了設有輸水設備的陡門,是現代船閘的雛形。荷蘭于12世紀建造了單門閘,14世紀義大利開始建造船閘。進入20世紀,在美國、德國、前蘇聯和中國等國家都建有大量現代化船閘。內河船閘尺度已達閘室長度360米、閘室寬34.5米、門檻水深5米。中國最大的船閘是三峽船閘,閘室長6400米、寬38.5米、門檻水深114米。

建造特點

船閘是由設有閘門和閥門的閘首、放置船舶的閘室、導引船舶入閘室的上遊及下遊引航道、為閘室灌水與泄水的輸水系統,以及閘門與閥門的啓閉機械和控製系統組成。船舶自下遊引航道向上遊行駛過閘的程式是利用輸水系統使室水位與下遊引航道中的水位齊平,開啟下閘首閘門,船舶駛入閘室,關閉下閘首閘門,向閘室灌水至水位與上遊引航道水位齊平,開啟上閘首閘門,船舶駛入上遊引航道。船舶自上遊引航道駛向下遊引航道時,其程式相反操作。

船閘按其在軸線上的布置數量可分為單級船閘、雙級船閘和多級船閘;按並行的軸線數可分為單線船閘、雙線船閘和多線船閘。船閘級數決定于水頭(上、下遊水位差)大小。前蘇聯在額爾齊斯河上興建的烏斯季卡緬諾戈爾斯克船閘單級船閘水頭達42米。船閘每級水頭大小決定于船閘輸水系統水力學等條件,以及布置上的要求。級數最多的船閘為俄羅斯的卡馬河卡馬樞紐中的雙線6級船閘。船閘線數取決于客貨運量大小及貨種多少。

船閘

沈括作品

原文

淮南①漕渠②,築埭③以畜水,不知始于何時,舊傳召伯埭④謝公⑤所為。按李翱⑥《來南錄》,唐時猶是流水,不應謝公時已作此埭。天聖⑦中,監真州排岸司⑧右侍禁陶鑒始議為復閘節水,以省舟船過埭之勞。是時工部⑨郎中⑩方仲荀、文思使張綸為發運使、副,表行之,始為真州閘。歲省冗卒五百人、雜費百二十五萬。運舟舊法,舟載米不過三百石。閘成,始為四百石船。其後所載浸多,官船至七百石;私船受米八百餘囊,囊二石。自後,北神、召伯、龍舟、茱萸諸埭,相次廢革,至今為利。餘元豐中過真州,江亭後糞壤中見一臥石,乃胡武平為《水閘記》,略敘其事,而不甚詳具。

注解

①淮南:宋代設有淮南東路和淮南西路,即今江蘇、安徽的長江以北、淮河以南地區。

②漕渠:可作漕運用的渠道。一說這裏指邗溝,即江蘇淮安至儀征的一段古運河。

③埭(dài):壩。

④召(shào)伯埭:在今江蘇揚州邵伯鎮。

⑤謝公:即謝安,東晉時任宰相。

⑥李翱:人名,字習之,唐時進士,曾任國子博士、史館修撰等職。

⑦天聖:宋仁宗趙禎年號(1023-1032年)。

⑧排岸司:掌管河渠水利的官員。

⑨工部:封建時代中央官製六部之一,掌管營造工程。

⑩郎中:漢代以後,中央六部都設司,各司長官稱郎中。

文思使:掌管文思院的官員。宋代置文思院,掌管手工藝製造。

冗卒:多餘的士卒。

石(dàn):古代計量單位,一百二十斤為一石。

浸:漸漸。

囊:袋。

囊二石:每袋裝兩石。

相次廢革:先後廢棄不用了。

糞壤:這裏指污泥。糞:穢土,污泥。

胡武平:即胡宿,字武平,曾任揚子尉、知湖州、樞密副使、太子少師等。

譯文

淮南的漕運水道,採用修築水壩來蓄水的辦法,也不知是從什麽時候開始的,傳說召伯埭是東晉時謝安所修築的。但是查閱李翱《來南錄》的有關記載可知,唐朝時召伯埭那兒還是暢通的河流,因此不可能在謝安時就修築起了這座水壩。宋仁宗天聖年間,監管真州的排岸司右侍禁陶鑒才開始提議修建復閘來調節水位落差,以解決船隻通過水壩的困難。當時工部郎中方仲荀和文思使張綸擔任正、副發運使,上表請求朝廷推廣這種做法,于是才修建了真州復閘。每年可節省五百名差役、一百二十五萬雜費。按照老的船運方法,每條船裝米不超過三百石。復閘修成後,一開始可以裝載四百石。後來裝載量逐步增加,官船可以達到七百石;私家船隻可以裝到八百多袋,每袋重二石。從此以後,北神、召伯、龍舟、茱萸等水壩都相繼廢除舊製改用新法,水運的便利作用直到今天還在發揮。我曾于元豐年間路過真州,在江亭後面的污泥中發現了一塊倒地的石碑,那上面刻的是胡武平所撰的真州《水閘記》,很簡略地記述了建閘的事情,不過不夠詳細具體。

出處

夢溪筆談》包括《筆談》、《補筆談》、《續筆談》三部分。《筆談》二十六卷,分為十七門,依次為"故事、辯證、樂律、象數、人事、官政、機智、藝文、書畫、技藝、器用、神奇、異事、謬誤、譏謔、雜志、葯議"。《補筆談》三卷,包括上述內容中十一門。《續筆談》一卷,不分門。全書共六百零九條(不同版本稍有出入),內容涉及天文、數學、物理、化學、生物、地質、地理、氣象、醫葯、農學、工程技術、文學、史事、音樂和美術等。在這些條目中,屬于人文科學例如人類學、考古學、語言學、音樂等方面的,約佔全部條目的18%;屬于自然科學方面的,約佔總數的36%,其餘的則為人事資料、軍事、法律及雜聞軼事等約佔全書的46%。

就性質而言,《夢溪筆談》屬于筆記類。從內容上說,它以多于三分之一的篇幅記述並闡發自然科學知識,這在筆記類著述中是少見的。

《夢溪筆談》詳細記載了勞動人民在科學技術方面的卓越貢獻和他自己的研究成果,反映了我國古代特別是北宋時期自然科學達到的輝煌成就。

作者

沈括(公元1031~1095年),字存中,號夢溪丈人,北宋杭州錢塘縣(今浙江杭州)人,漢族。1歲時南遷至福建的武夷山、建陽一帶,後隱居于福建的尤溪一帶。公元1063年(仁宗嘉佑八年)進士。神宗時參與王安石變法運動。公元1072年(熙寧五年)提舉司天監,次年赴兩浙考察水利、差役。公元1075年(熙寧八年)出使遼國,駁斥遼的爭地要求。次年任翰林學士,權三司使,整飭陝西鹽政。後知延州(今陝西延安),加強對西夏的防御。1082年(元豐五年)以宋軍于永樂城之戰中為西夏所敗,連累被貶。晚年在鎮江夢溪園撰寫了《夢溪筆談》。

沈括像沈括像

作者成就

《船閘》選自《沈括·夢溪筆談·官政二》

沈括北宋科學家、改革家。晚年以平生見聞,在鎮江夢溪園撰寫了筆記體巨著《夢溪筆談》。一位非常博學多才、成就顯著的科學家,我國歷史上最卓越的科學家之一。精通天文、數學、物理學、化學、地質學,氣象學、地理學、農學和醫學;他還是卓越的工程師、出色的外交家

沈括的科學成就是多方面的。他精研天文,所提倡的新歷法,與今天的陽歷相似。在物理學方面,他記錄了指南針原理及多種製作法;發現地磁偏角的存在,比歐洲早了四百多年;又曾闡述凹面鏡成像的原理;還對共振等規律加以研究。在數學方面,他創立「隙積術」(二階等差級數的求和法)、「會圓術」(已知圓的直徑弓形的高,求弓形的弦和弧長的方法)。在地質學方面,他對沖積平原形成、水的侵蝕作用等,都有研究,並首先提出石油的命名。醫學方面,對于有效的葯方,多有記錄,並有多部醫學著作。此外,他對當時科學發展和生產技術的情況,如畢升發明活字印刷術金屬冶煉的方法等,皆詳為記錄。

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