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  • 船闸

    船闸,是用以保证船舶顺利通过航道上集中水位落差的厢形水工建筑物。船闸是应用最广的一种通航建筑物,多建筑在河流和运河上。为克服较大的潮差,也建筑在入海的河口和海港港池口门处。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 船闸 英文名: ship lock
    又称: 厢船闸

    目录

    简介/船闸 编辑

    船闸 ship lock


    利用向两端有闸门控制的航道内灌、泄水,以升降水位,使船舶能克服航道上的集中水位落差的厢形通航建筑物。

    又称“厢船闸”。由闸室、闸首、闸门、引航道及相应设备组成。船只上行时,先将闸室泄水,待室内水位与下游水位齐平,开启下游闸门,让船只进入闸室,随即关闭下游闸门,向闸室灌水,待闸室水面与上游水位相齐平时,打开上游闸门,船只驶出闸室,进入上游航道。下行时则相反。

    详解/船闸 编辑

    发展简况

    船闸船闸
    中国是建造船闸最早的国家。秦始皇三十三年(公元前214年)凿灵渠,设置陡门,又称斗门(今名闸门),用以调整斗门前后的水位差,使船舶能在有水位落差的航道上通行。这种陡门构成单门船闸,简称单闸,又称半船闸。南朝宋景平年间(公元423——424年),在扬子津(今江苏省扬州市扬子桥)河段上建造了两座陡门,顺序启闭这两座陡门,控制两陡门间河段的水位,船舶就能克服水位落差上驶或下行。宋朝雍熙年间(公元984——987年)在西河(今江苏省淮安至淮阴间的运河)建造两个陡门,间距50步(约合76米),陡门上设有输水设备,这就是中国历史上有名的西河闸,是现代船闸的雏型。在欧洲,单闸在12世纪首次出现于荷兰。1481年意大利开始建造船闸。20世纪后,在美国、苏联和西欧各国,由于河流的开发和航运的发展,船闸的数量逐渐增多,技术上也不断改进。目前最大的内河船闸长360米,宽34.5米,槛上水深5米,可通过2万吨级的顶推船队。世界上最大的船闸——三峡船闸,三峡船闸修建于三峡大坝左侧的山体中。船闸总长6442米。其中上游引航道2113米,下游引航道2708米,船闸主体段1621米。船闸主体段闸首和闸室分南北两线,都是在山体岩石中开挖出来的。每线船闸主体段由6个闸首和5个闸室组成,每个闸室长280米、宽34米,闸室坎上最小水深5米。三峡船闸可通过万吨级船队,设计单向年通过能力5000万吨。在6月16日试通航的三峡工程双线5级船闸,是目前世界上规模最大的船闸。

    结构

    船闸由闸首、闸室、输水系统、闸门、阀门、引航道等部分以及相应的设备组成。

    闸首

    闸首闸首
    将闸室同上下游航道隔开的挡水建筑物,分上闸首和下闸首。闸首上设有工作闸门、检修闸门、输水系统、闸门和阀门的启闭设备等。闸首通常采用整体式钢筋混凝土结构,边墩和底板刚性连接在一起。

    船闸

    由船闸的上、下闸首和两侧的闸墙围成的空间。闸墙上设有系船柱、浮式系船环等,供船舶在闸室内停泊时系缆用。过闸船舶在闸室中随着闸室内水面升降而升降。闸室一般采用圬工或钢筋混凝土结构。闸墙和闸底板有刚性连接在一起的整体式结构和不连接在一起的分离式结构两种。

    输水系统

    供闸室灌水和泄水的设施。输水系统的灌泄水时间应尽量短,并满足过闸船舶停泊平稳的要求。船闸的灌泄水时间一般为10——15分钟。过闸船舶的停泊平稳情况,通常以闸室灌泄水过程中水流对过闸船舶的作用力,即过闸船舶的系船缆绳所受拉力的大小为衡量指标,其容许值一般为船舶排水量(以吨计)的1/600——1/2000。输水系统的基本形式有两种:①集中输水系统。闸室灌水、泄水分别通过设在上、下闸首内的输水廊道在闸首处集中进行,又称头部输水系统;②分散输水系统。闸室灌水、泄水由输水廊道通过沿着闸室长度分布于闸室底板或闸墙内的出水口进行。输水廊道上设有输水阀门。水头(船闸上下游的最大水位落差)在15米以内的船闸,一般采用集中输水系统;水头较大时多用分散输水系统。

    闸门和阀门


    人字闸门人字闸门
    包括工作闸门和输水阀门。工作闸门 是设在上、下闸首上的活动挡水设备。在闸首前后水位齐平时启闭,运转较为频繁,要求操作灵活,启闭迅速。常用的门型有人字闸门、平板升降闸门、横拉闸门、扇形闸门(又称三角闸门)等,以人字闸门应用最广。输水阀门设在输水廊道上,用来控制灌泄水时的流量。它是在水压力作用下开启的,要求结构简单,启闭力小,操纵方便。常用的门型有平板提升阀门、蝴蝶阀门和反向弧形阀门。在现代船闸上多设有防撞装置,以加快船舶的进闸速度,防止船舶碰撞闸门。


    引航道


    连接船闸和主航道的一段过渡性航道,分上游引航道和下游引航道,其平面形状和宽度、水深要能使船舶安全迅速地进出闸室。引航道进出口处水流流向与流速要能满足船舶安全进入和驶出的要求,并防止泥沙由于回流的作用而淤积在引航道上。对于大型船闸,这两者通常要进行模型试验来研究确定。引航道内一般设有导航建筑物和靠船建筑物。导航建筑物多为不透水的导航墙,紧靠闸首布置,用以保证船舶安全进出闸室。靠船建筑物供等待过闸的船舶停靠用。

    船舶过闸程序


    船舶过闸上行时,通过输水系统的调节,使闸室水面与下游水位齐平,打开下闸门,船舶由下游引航道驶入闸室,随即关闭下闸门,由输水系统从上游向闸室灌水,待闸室中的水面上升到与上游水位齐平时,开启上闸门,船舶即由闸室驶出。船舶下驶时的过闸程序则相反。

    船闸一般由设在闸首边墩上的中心控制室集中管理。通过电气闭塞装置远距离操纵闸门和阀门启闭。在有的船闸上,还将指挥船舶航行的信号装置同闸门、阀门的操纵设备联系在一起,以实现过闸程序的自动化。

    分类


    船闸船闸
    船闸按照所处位置可分为海船闸、河船闸和运河船闸。船闸根据沿船闸轴线方向的闸室数目可分为单级船闸、双级船闸和多级船闸(又称单室船闸、双室船闸和多室船闸),以单级船闸使用最广。水头最大的单级船闸是苏联额尔齐斯河上水头为42米的乌斯季卡缅诺戈尔斯克船闸。级数最多的多级船闸是苏联卡马河上的六级船闸。船闸根据同一枢纽中布置的船闸数目可分为单线船闸、双线船闸和多线船闸。通常情况下一个枢纽一般只布置一个船闸,即单线船闸。过闸运量较大时,可布置双线船闸或多线船闸,通常待运量增加后再陆续增建。目前线数最多的船闸是莱茵河上荷兰境内的福耳克腊克四线船闸。

    除普通船闸外,还有一种省水船闸。省水船闸是在船闸闸室的一侧或两侧建有贮水池,暂时贮存闸室泄水时泄出的部分水量,待闸室需要灌水时,再将贮存的水灌入闸室,以节省过闸用水量。省水船闸一般建造在水源不足的地区,目前建造较少,主要为联邦德国所采用。

    用途/船闸 编辑

    在水位集中跌落的情况下(例如,建造闸、坝处),用以保证通航的水利工程建筑物。利用河水灌溉农田,或者利用水力推动水力发电机进行工作时需要在河流上修建拦河坝,用以提高水位。这样,河水被大坝隔断,上下游的水位差较大,航船无法通过。于是人们就利用连通器的原理,在运输频繁的江河上,在大坝的旁边修建了船闸。主要由闸室及上下游闸首所组成,闸室的两端设置闸门,用以与上下游隔开。当船下行时,先将闸室充水,待室内水位与上游相平时,将上游闸门开启,让船只进入闸室。随即关闭上游的闸门,闸室放水,待其降至与下游水位相平时,将下游闸门开启,船只即可出闸。上行时与上述过程相反。船闸须设有专门充水、放水系统及操纵闸门的设备。根据地形以及水位差的大小,船闸可做成单级或多级的。

    各国船闸特点/船闸 编辑

    中国是建造船闸最早的国家。秦始皇三十三年(前214)所兴建的灵渠上陡门就是利用单闸首上的闸门以调整门前后的水位差,达到船舶克服水位差实现通航。宋代雍熙年间在西河(今江苏淮安至淮阴间的运河)建造了设有输水设备的陡门,是现代船闸的雏形。荷兰于12世纪建造了单门闸,14世纪意大利开始建造船闸。进入20世纪,在美国、德国、前苏联和中国等国家都建有大量现代化船闸。内河船闸尺度已达闸室长度360米、闸室宽34.5米、门槛水深5米。中国最大的船闸是三峡船闸,闸室长6400米、宽38.5米、门槛水深114米。

    建造特点/船闸 编辑

    船闸是由设有闸门和阀门的闸首、放置船舶的闸室、导引船舶入闸室的上游及下游引航道、为闸室灌水与泄水的输水系统,以及闸门与阀门的启闭机械和控制系统组成。船舶自下游引航道向上游行驶过闸的程序是利用输水系统使室水位与下游引航道中的水位齐平,打开下闸首闸门,船舶驶入闸室,关闭下闸首闸门,向闸室灌水至水位与上游引航道水位齐平,打开上闸首闸门,船舶驶入上游引航道。船舶自上游引航道驶向下游引航道时,其程序相反操作。

    船闸按其在轴线上的布置数量可分为单级船闸、双级船闸和多级船闸;按并行的轴线数可分为单线船闸、双线船闸和多线船闸。船闸级数决定于水头(上、下游水位差)大小。前苏联在额尔齐斯河上兴建的乌斯季卡缅诺戈尔斯克船闸单级船闸水头达42米。船闸每级水头大小决定于船闸输水系统水力学等条件,以及布置上的要求。级数最多的船闸为俄罗斯的卡马河卡马枢纽中的双线6级船闸。船闸线数取决于客货运量大小及货种多少。

    沈括作品/船闸 编辑

    原文


    淮南①漕渠②,筑埭③以畜水,不知始于何时,旧传召伯埭④谢公⑤所为。按李翱⑥《来南录》,唐时犹是流水,不应谢公时已作此埭。天圣⑦中,监真州排岸司⑧右侍禁陶鉴始议为复闸节水,以省舟船过埭之劳。是时工部⑨郎中⑩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,始为四百石船。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。余元丰中过真州,江亭后粪壤中见一卧石,乃胡武平为《水闸记》,略叙其事,而不甚详具。

    注释

    ①淮南:宋代设有淮南东路和淮南西路,即今江苏、安徽的长江以北、淮河以南地区。

    ②漕渠:可作漕运用的渠道。一说这里指邗沟,即江苏淮安至仪征的一段古运河。

    ③埭(dài):坝。

    ④召(shào)伯埭:在今江苏扬州邵伯镇。

    ⑤谢公:即谢安,东晋时任宰相。

    ⑥李翱:人名,字习之,唐时进士,曾任国子博士、史馆修撰等职。

    ⑦天圣:宋仁宗赵祯年号(1023—1032年)。

    ⑧排岸司:掌管河渠水利的官员。

    ⑨工部:封建时代中央官制六部之一,掌管营造工程。

    ⑩郎中:汉代以后,中央六部都设司,各司长官称郎中。

    文思使:掌管文思院的官员。宋代置文思院,掌管手工艺制造。

    冗卒:多余的士卒。

    石(dàn):古代计量单位,一百二十斤为一石。

    浸:渐渐。

    囊:袋。

    囊二石:每袋装两石。

    相次废革:先后废弃不用了。

    粪壤:这里指污泥。粪:秽土,污泥。

    胡武平:即胡宿,字武平,曾任扬子尉、知湖州、枢密副使、太子少师等。

    译文


    淮南的漕运水道,采用修筑水坝来蓄水的办法,也不知是从什么时候开始的,传说召伯埭是东晋时谢安所修筑的。但是查阅李翱《来南录》的有关记载可知,唐朝时召伯埭那儿还是畅通的河流,因此不可能在谢安时就修筑起了这座水坝。宋仁宗天圣年间,监管真州的排岸司右侍禁陶鉴才开始提议修建复闸来调节水位落差,以解决船只通过水坝的困难。当时工部郎中方仲荀和文思使张纶担任正、副发运使,上表请求朝廷推广这种做法,于是才修建了真州复闸。每年可节省五百名差役、一百二十五万杂费。按照老的船运方法,每条船装米不超过三百石。复闸修成后,一开始可以装载四百石。后来装载量逐步增加,官船可以达到七百石;私家船只可以装到八百多袋,每袋重二石。从此以后,北神、召伯、龙舟、茱萸等水坝都相继废除旧制改用新法,水运的便利作用直到今天还在发挥。我曾于元丰年间路过真州,在江亭后面的污泥中发现了一块倒地的石碑,那上面刻的是胡武平所撰的真州《水闸记》,很简略地记述了建闸的事情,不过不够详细具体。

    出处


    《梦溪笔谈》包括《笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》三部分。《笔谈》二十六卷,分为十七门,依次为“故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、机智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议”。《补笔谈》三卷,包括上述内容中十一门。《续笔谈》一卷,不分门。全书共六百零九条(不同版本稍有出入),内容涉及天文、数学、物理、化学、生物、地质、地理、气象、医药、农学、工程技术、文学、史事、音乐和美术等。在这些条目中,属于人文科学例如人类学、考古学、语言学、音乐等方面的,约占全部条目的18%;属于自然科学方面的,约占总数的36%,其余的则为人事资料、军事、法律及杂闻轶事等约占全书的46%。[2]就性质而言,《梦溪笔谈》属于笔记类。从内容上说,它以多于三分之一的篇幅记述并阐发自然科学知识,这在笔记类著述中是少见的。 [2]《梦溪笔谈》详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果,反映了我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。

    作者


    沈括像沈括像
    沈括(公元1031——1095年),字存中,号梦溪丈人,北宋杭州钱塘县(今浙江杭州)人,汉族。1岁时南迁


    至福建的武夷山、建阳一带,后隐居于福建的尤溪一带。公元1063年(仁宗嘉祐八年)进士。神宗时参与王安石变法运动。公元1072年(熙宁五年)提举司天监,次年赴两浙考察水利、差役。公元1075年(熙宁八年)出使辽国,驳斥辽的争地要求。次年任翰林学士,权三司使,整顿陕西盐政。后知延州(今陕西延安),加强对西夏的防御。1082年(元丰五年)以宋军于永乐城之战中为西夏所败,连累被贬。晚年在镇江梦溪园撰写了《梦溪笔谈》。

    作者成就


    《船闸》选自《沈括·梦溪笔谈·官政二》[4]沈括北宋科学家、改革家。晚年以平生见闻,在镇江梦溪园撰写了笔记体巨著《梦溪笔谈》。一位非常博学多才、成就显著的科学家,我国历史上最卓越的科学家之一。精通天文、数学、物理学、化学、地质学,气象学、地理学、农学和医学;他还是卓越的工程师、出色的外交家。

    沈括的科学成就是多方面的。他精研天文,所提倡的新历法,与今天的阳历相似。在物理学方面,他记录了指南针原理及多种制作法;发现地磁偏角的存在,比欧洲早了四百多年;又曾阐述凹面镜成像的原理;还对共振等规律加以研究。在数学方面,他创立「隙积术」(二阶等差级数的求和法)、「会圆术」(已知圆的直径和弓形的高,求弓形的弦和弧长的方法)。在地质学方面,他对冲积平原形成、水的侵蚀作用等,都有研究,并首先提出石油的命名。医学方面,对于有效的药方,多有记录,并有多部医学著作。此外,他对当时科学发展和生产技术的情况,如毕毕升发明活字印刷术、金属冶炼的方法等,皆详为记录。

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