船闸

**船閘**（英語：navigation lock），使船舶通過航道中有集中水位落差河段的一種通航建築物。船閘由閘室（英語：lock chamber）、閘首（英語：lock head）、輸水系統、引航道等組成。在閘首上設有工作閘門、檢修閘門、船閘閥門、啟閉機械及信號、通訊等設備。引航道內設有導航建築物和靠船建築物等。

船閘的閘室是固定在一個位置，用注入或排除水來控制閘室內的水位高度；這不同於直接運載船隻升降的活動沉箱（caisson lock），垂直升船機（英語：boat lift）、傾斜升船機（英語：canal inclined plane）。如三峽大壩垂直升船機就是在一個 3 萬多噸的大水箱內承載船舶，整個水箱被垂直升降。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。氣閘的設計理念和船閘類似。按照船閘的縱向排列的閘室數目可分為單級船閘和多級船閘。按照船閘的橫向平行排列的閘室數目可分為單線船閘、雙線船閘和多線船閘。

## 歷史

秦始皇三十三年 (公元前 214 年) 鑿靈渠。公元前 219 年，靈渠上設置陡門，構成了「單門船閘」（又稱「半船閘」，英語：flash lock）。南朝宋景平年間公元 423 年，在揚子津（今揚州市揚子橋）附近河段上建造了兩座斗門，順序啟閉兩座斗門，船舶就能克服集中水位落差而上下行。北宋喬維岳於雍熙年間公元 984 年在西河（今淮安與淮陰間）上修建了西河閘，設有上下兩個閘門，閘室長 76 米，閘門上有輸水裝置。這就是中國歷史上有名的西河閘，是現代船閘的雛型。

復閘的修建，是從唐代開始的。《宋史河渠志》記載，唐代寶曆初年，觀察使李渤曾在靈渠建立斗門，用以解決漕舟航運問題。沈括《夢溪筆談》中記載記載了北宋仁宗天聖年間儀徵運河廢埭建**復閘**：

> 「天聖中，監真州排岸司、右侍禁陶鑒始議為復閘節水，以省舟船過埭之勞。是時工部郎中方仲荀、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。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」。
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在歐洲，1375 年在荷蘭出現了半船閘。1481 年在義大利出現了船閘。

## 應用分類

### 海船閘

### 河船閘

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後有大的落差，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。堰會增加淺灘河道的水深，船閘則會建在堰體的缺口**或**人口開挖航道的下游處（以繞過堰體或者淺灘河道）。經過這樣的改進工程後，該河道就成為正式的「航道」了（例如 考爾德和海伯航道）。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響，直接在河口建「海閘」（防潮閘）。

愈先進的航道，愈需要更多船閘。

* 為繞過迂迴曲折河道的較長的人工開挖航道，在其上游入口處通常會加裝防洪閘。
* 人工開挖河道越長，河道開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。

### 運河船閘

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

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」如還看到另一隻船「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。）

## 詳細資料和術語

這部分會描述船閘的基本類型。簡化的船閘模型是在閘室的兩端各有一對閘門（即閘首），簡單載物架和。

### Rise

閘室內水位升降高度。通常為 2-3 米。

### 水平河段（pound/level）

船閘之間的水平的河段。長度可以是 0 到幾十公里。對於運河來說，其水位落差集中在了船閘，因此除了船閘的運河河段幾乎都是水平的。水平河段一般用於調蓄水，以保證運河船閘的用水。可分為

* 高處蓄水（summit pound）：在運河高程最高處的蓄水，可保證各級船閘的耗水；
* 低處蓄水（sump pound）：在運河高程最低處的蓄水，需要排泄到其它河流、水體中
* 旁側蓄水（side pound）：在運河船閘旁側的蓄水，用於保障船閘用水後相鄰河段的水位不會有大的波動。典型的如英國布里斯托附近的 Caen Hill 船閘。

### 閘室

如果閘室的水位與上遊河段相同，則稱閘室是滿的；如果閘室的水位與下遊河段相同，則稱閘室是空的。

### 底檻（Cill）

底檻是船閘的上閘首處的閘門下方的地基部分。底檻與其上的閘門一起構成了閘室在上游一側的水密壁。通常，與底檻上的閘門相比，底檻朝閘室突出一段。因此，在閘室排空時，閘室內的傳播要小心不要有部分船艄位於底檻上方，以免閘室水位下降時船艄擱淺在底檻上。為此，在閘室靠近閘首的側壁頂部都要鮮明的標出底檻向閘室突出的範圍，提醒船舶不要占用此一範圍停船。

底檻的朝向閘室一側一般用橡木或其它材料包覆作為護壁，以免船舶進出時撞壞底檻。

### 閘門

在閘首，要安裝閘門用來擋水、密封閘室的兩端。近代，船閘的閘門通常是橡木、榆木製品，但現代多用鋼製。船閘的閘門一般為「人字閘門」（metre gate），朝向上遊方向開閉。當人字閘門關閉時，兩扇門葉在閘室的中心線合龍，形成一個朝向上遊方向凸出的「V」字形。其優點一是當閘門兩側水位不同（只可能是上游一側水位高於下游一側），那麼在水壓作用下人字閘門不能打開。僅當門兩側水位相同，才能開啟人字閘門。另一個優點是兩側水位不同時，在水壓作用下人字閘門會被越壓越緊，有利於水密。

閘室的上閘首的閘門較矮，一般只需滿足運河的通航水深。而下閘首的閘門較高，是閘室上下游的水位落差再加上運河的通航水深，相當於整個閘室的高度。上閘首的底檻要允許足夠噸位的船隻通航。

#### 平衡樑

平衡梁（balance beam）是用於人力開啟船閘閘門時的省力槓桿。同時也抵消了閘門的部分重量，使得閘門在水中可以更輕快的開啟。

#### 閘門水閥

閘門水閥（paddle，slacker, clough, wicket ），是安裝在閘首，用於從上遊方向向下遊方向放水的閥門。打開上閘首水閥，可以向閘室充水；打開下閘首水閥，可以從閘室向下游排水。

#### 升降機構

升降機構（winding gear 或 paddle gear）用於控制閘門水閥的開閉。閘門水閥的上端與一個齒條（rack）相連。在地面上該齒條與一個齒輪（pinion）相扣。使用軲轆（windlass）轉動這個齒輪，可以把齒條上下移動，帶動閘門水閥提起或落下。在地面上可以用一個制動杆（pawl ）卡住齒條，使得閘門水閥的狀態不變。

## 特殊情況

### Lock flights

### 梯形船閘

## 中國船閘

### 綜合系統：三峽工程

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

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：巴拿馬型（巴拿馬運河最大）、聖勞倫斯型（聖勞倫斯航道最大）。

## 參考