什么是船闸?

[拼音]：chuanzha

[外文]：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。

中国早在秦始皇二十八年（公元前219），为克服沟通湘江和漓江之间的水位落差，凿灵渠，设置陡门（即闸门，又称斗门），用以调整陡门前后的水位落差，使船舶能在有水位差的航道上通行。这种陡门构成单门船闸，简称单闸，又称半船闸。宋朝雍熙元年(984)在西河（今江苏省淮安至淮阴之间的运河）建造两个陡门，间距50步（约76m），陡门上设有供灌、泄水用的小门，这就是中国历史上有名的西河闸，是现代船闸的雏形（见复闸）。在欧洲，单闸约在12世纪首次出现于荷兰。1373年荷兰在梅尔韦德运河上的弗雷斯韦克建成西方第一座船闸。1481年意大利开始建造船闸。到20世纪，美国、苏联和西欧各国，随着河流开发和水运的发展，船闸的数量日益增多，建造技术也不断进步。目前世界上最大的内河船闸是建在美国俄亥俄河上的船闸，标准尺寸为长366m、宽33.5m、槛上水深4.5m，可通过2.4万t的大型顶推船队。最大的海船闸长 500m、宽65.4m、槛上水深超过15m，可通过30万t级船舶。中国湖南潇水双牌船闸（两级式），其提升高度为43m，于1963年建成，是当时中国提升高度最大的多级船闸。中国葛洲坝水利枢纽的一、二号船闸，各长280m、宽34m、槛上最小水深分别为5.5m和5m，是20世纪80年代中国最大的内河船闸。

现有通航建筑物中，绝大多数采用船闸，为各国通航建筑物的主要设施。近年来随着水运事业的发展，一些航运发达国家一方面要求缩短船舶过闸时间，改善航道条件;另一方面船舶、船队大型化，要求不解队一次过闸。因此，已建成的一些低水头的小型船闸已不适应发展的需要，而需逐步改建或新建高水头的大型船闸。如美国俄亥俄河上1929年前建成的46座船闸，平均水头不到2.6m，1954年后逐步改建成19座较高水头的船闸，闸室加大，平均水头增至9m，渠化水深亦由原来的2.7m增至3.65m。此外，水运发达国家为了充分发挥河道潜力，尽量减少梯级数量，以缩短通过整个河道的时间。如美国田纳西河，渠化段全长1050km，落差155m，建成9个梯级，每级平均水头 17m。美国西北部的哥伦比亚河和斯内克河建成7座水头在27m以上的单级高水头船闸，是世界上高水头船闸最集中的一条河流。随着天然河流高水头枢纽的综合开发利用，高坝通航问题越来越突出，因此提高通航建筑物的水头，扩大船闸的闸室平面尺度，是今后发展的主要目标。此外在潮差较大地区，为了利用高潮位增加港池水深和减少港池回淤量，有时修建闭口式港池，在其口门处设置海船闸，如英国的伦敦港、利物浦港和德国的杜伊斯堡港的海船闸等。中国天津的海河口也修建了海船闸。

（1）按所处的地理位置分类，可分为内河船闸和海船闸。内河船闸，建于天然河流、湖泊和人工运河上。海船闸建于海港闭口式港池口门处，或海运河及入海河流的河口处。与内河船闸相比，海船闸的平面尺度和槛上水深均较大，一般都承受双向水头作用，上、下闸首的区分不明显。

（2）按船闸轴线方向的闸室数目分类，可分为单级船闸和多级船闸（图1），以单级船闸应用最为广泛。世界上水头最大的单级船闸为苏联额尔齐斯河上的乌斯季卡缅诺戈尔斯克船闸，水头高42m。级数最多的多级船闸为苏联卡马河上的卡马船闸，共6级。

（3）按船闸线路数目分类，可分为单线船闸、双线船闸和多线船闸。一个枢纽布置几线船闸，主要由过闸的货运量大小来决定。各线船闸可随枢纽一次建成，也可随运量的增加分期增建。目前线数最多的船闸是建于莱茵河上荷兰境内的福尔克里克 4线船闸。中国葛洲坝水利枢纽是3线船闸。

（4）按使用特点分类，可分为厢式船闸、广厢式船闸、省水船闸和闸梯。闸首口门宽等于闸室宽度者，称为厢式船闸；小于闸室宽度者称为广厢式船闸。在闸室的一侧或两侧设置贮水池，以暂时贮存闸室泄水时排出的部分水量，闸室灌水时又将其灌入闸室，从而节省船舶过闸用水量的船闸，称为省水船闸。省水船闸一般建于水源不足的地区，曾为联邦德国所采用，其他国家建造较少。为了节省过闸用水量，也可在上下闸首之间的闸室中增设一道中间闸首，以便将闸室分为前后两个部分，可适应船队和单船进出闸的不同长度需要，称为具有中间闸首的船闸。如果船闸水头很高，地形又相当平缓时，也可将多级船闸分散布置在若干位置邻近的地方，彼此间用一段渠道相连接，上行和下行船舶可在渠道中交错，这种布置形式称为闸梯(图2)，或称为具有中间渠段的多级船闸。与多级船闸相比，闸梯无论在结构上、工程技术上及过闸用水量等方面都具有多级船闸类似的特点，而船舶通过闸梯各级船闸的程序，又类似于单级船闸，因而其通过能力较大。但闸梯比多级船闸需要多建几个闸首和中间渠道，工程费用较大。此外，闸梯布置的线路较长，管理较分散，所需管理人员及运转费用较多，而且中间渠段的水流现象比较复杂，航行条件有时不够好。

船闸主要由闸首、闸室、 输水系统、 闸门、阀门、引航道及相应的设备组成（图3）。

将闸室与上、下游引航道隔开的挡水建筑物。位于上游一端的称上闸首，位于下游一端的称下闸首。在多级船闸中，将上下相邻两个闸室隔开的闸首称为中闸首。闸首上设置工作闸门、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。在高水头船闸中，为了减小下游闸门的高度，在闸门上部的闸首墙侧增建一道横向胸墙来挡水，而过闸船舶是从胸墙下进出闸室的。这种船闸称井式船闸。

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、扶梯等设备，供船舶在闸室内停泊时系缆用。过闸船舶在闸室内随着水面涨落而升降。闸室多采用圬工或钢筋混凝土结构。闸室结构形式有闸墙和闸底板刚性连接的整体式结构和不连接在一起的分离式结构。

供闸室灌水和泄水的设备。输水系统的灌、泄水时间应尽量缩短，但必须满足过闸船舶在闸室内平稳的要求。船闸的灌、泄水时间一般为6～15min。过闸船舶在闸室内的平稳条件，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。输水系统可分为布置在闸首内的头部输水系统和由纵向涵洞沿闸室全长分布于闸室底板或闸墙内，并经过许多支涵洞向闸室输水的分散式输水系统。头部输水系统适用于船闸的上、下游最大水位落差在15m以内的船闸。分散式输水系统适用于高水头或灌、泄水时间要求很短的船闸上。

包括工作闸门、检修闸门和工作阀门及检修阀门。高水头船闸有时还设置事故闸门。工作闸门是设在上、下闸首上可启闭的挡水设备，一般在闸首前、后水位齐平时启闭，由于运转频繁，要求 *** 纵灵活，启闭迅速。检修闸门为船闸检修时或运行过程中发生故障时使用的闸门，以代替工作闸门临时挡水，以便抽干闸室内的水体，进行修理。检修闸门通常安装在上、下闸首上。由于使用时间短，可以几座尺度相同的船闸共用一套检修闸门。工作闸门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)和浮坞门等，以人字闸门应用最广。横拉闸门和扇形闸门等适用于上、下游交替出现水位差或水头不大的情况。检修闸门一般采用叠梁式闸门。输水阀门设在输水廊道上，用来控制灌、泄水时进出水流量的变化，要求在有水压力作用下进行启闭、结构简单可靠、止水性能好、启闭力小、 *** 纵方便、 在局部开启时阀门本身的振动较小。输水阀门分设工作阀门和检修阀门，常用的门型有平板提升式阀门、反向弧形阀门和蝴蝶阀门等。在现代大型船闸的上、下游闸门前多设有防撞装置，以加快船舶进闸速度，防止船舶碰撞闸门。（见闸门、阀门）

连接船闸闸首和主航道的一段过渡性直线航道。与上闸首相接的引航道称为上游引航道，与下闸首相接的称为下游引航道。其平面轮廓和尺度应保证通航期内过闸船舶(队)能畅通无阻，安全行驶。上下游引航道口门区的流速、流态，应满足船舶(队)正常航行的要求。通常以平行于航线的水面纵向流速和垂直于航线的横向流速和回流流速必须小于最大流速限值作为衡量指标。同时要防止泥沙由于回流、异重流等的作用而淤积在引航道中。必要时要考虑清淤措施。对于大型船闸，上述要求通常通过模型试验来研究确定工程措施。引航道内一般设置导航建筑物和靠船建筑物。导航建筑物设于导航段上，多为不透水的导航墙，紧靠闸首布置，以便船舶安全方便地进出闸室。靠船建筑物供等待过闸的船舶停靠用，设置于停泊段。对于大型船闸多采用连续式挡土或不挡土的重力式或轻型挡墙结构。对于中、小型船闸，在引航道水深不大的情况下，多做成不连续的墩式结构。

船舶上行过闸时，通过输水系统向下游泄水使闸室水面与下游水位齐平，打开下游闸门，船舶驶入闸室，关闭下游闸门，通过输水系统从上游向闸室灌水，待闸室水面上升到与上游水位齐平时，开启上游闸门，船舶驶出闸室，进入上游引航道。船舶下行时，过闸程序则相反。

船闸的通过能力主要决定于船闸的平面尺寸、通航水深和船舶的过闸时间。单级船闸每次过闸时间一般为30～60min，提升高度较大的所需时间较长。

船舶过闸一般由设在闸首上的中心控制室集中控制，远距离 *** 纵闸门和阀门的启闭。有时还将指挥船舶进出船闸的航行信号系统和 *** 纵闸门、阀门启闭的设备联系在一起，实行船舶过闸程序的自动化。

船闸在水利枢纽中的布置形式有两种：

（1）布置在河床的一侧，多见于河流较宽的低水头水利枢纽中，以便于少占用土地和减少开挖工程量；

（2）布置在新开挖的引河上，多见于河面较窄的水利枢纽中。根据船闸与坝轴线的相互位置，又可分为船闸突出坝下游和突出坝上游两种布置形式。突出于坝上游的布置形式一般投资较大，仅在有铁路或公路跨过船闸时才采用。

船闸和引航道应布置在同一直线上，以便于船舶通行。为了使船舶进出安全，引航道的进、出口应远离枢纽的泄水建筑物，避免过闸船舶发生被水流引向坝孔或电站厂房的危险。引航道中心线与河道主流流向的夹角宜小，使船舶免受过大横向水流的作用。此外，还需充分掌握河床或海岸演变规律，使船闸进口处位于河床或海岸稳定、有足够水深且不淤积或淤积量小的地方，以确保船舶的通航水深和减少维护费用。

参考书目

华东水利学院、重庆交通学院编:《渠化工程学》，人民交通出版社，北京，1981。