船闸

英格兰的运河闸。
荷兰 Grave 市的运河堰和闸混合体。
加拿大安大略湖的船闸。
船闸（navigation lock），是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。

**历史**
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。

**应用分类**

**海船闸**

**河船闸**
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 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。- 为绕过迂回曲折河道的较长的人工开挖航道，在其上游入口处通常会加装防洪闸。- 人工开挖河道越长，河道开始端至结尾间的水位落差越大。所以需要更多附加的船闸。这种河道的作用就像运河一样了。

**运河船闸**
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。

**基本建造和操作**
每一个船闸都必须三个元素：
*一个连接运河上下端的防水空间。体积要至少足够装一只大船。防水空间的所在位置要固定，但其水平面可以变化。
*一道在防水空间后端的水闸（通常是一对尖的「半个水闸」组成）。水闸开启时船只可进出。
*一组用来清空或注满防水空间的船闸齿轮。这通常是简单的活门（传统上应是用人手以卷绕齿捧和小齿轮机械装置举起一个平坦嵌板），使水能排入或排出防水空间。大型船闸或会用上泵。
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：
#入口闸开启，小船驶入。
#入口闸关闭。
#开启一道活门以从防水空间排出水，使小船的位置下降。
#出口闸开启，小船离开。

**备注**
如果船闸是空的，小船要先等待船闸注满水，为时约 5 - 10 分钟。
*如果小船要向上游驶，整个程序要调转来做。
*整个过程大概为时 10 - 20 分钟，取决于船闸的体积、是否和小船能配合。
*接近船闸的船只「甲」如还看到另一只船「乙」从对面驶过来，通常会很高兴。因为「乙」刚刚才驶离船闸，船闸仍停留在「甲」要驶入船闸的水平面，所以「甲」无需等待船闸重新定位。这大约节省 5 - 10 分钟。（这不适用于楼梯式船闸。楼梯式船闸的操作比较快，如果同时有两只船或以上一起使用。）
运河船闸的操作程序：1-3.　小船驶入空的船闸；4.　　底部船闸关闭，底部 paddle 关闭，顶部 paddle 开启，船闸开始注水；5.　　船闸在注水中，正在提升小船到较高的水平面。

**详细资料和术语**
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。

**Rise**
闸室内水位升降高度。通常为2-3米。

**水平河段（pound/level）**
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**
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）**
在法国巴黎圣但尼运河的 Cill 暴露于 Pont de Flandre 船闸上
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。

**闸门**
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），那幺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**
平衡梁和升降机构，可见齿条已经被制动杆卡住定位
在奥地利中已有200年历史的升降机构。
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**
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**
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。

**特殊情况**

**Lock flights**
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**梯形船闸**
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**中国船闸**

**综合系统：三峡工程**
三峡工程是中国一项多用途水利工程。

**以「船闸可接受的船只体积」而命名的专有名词**
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）、圣劳伦斯型（圣劳伦斯航道最大）。