.jpg/1280px-Iroquois_Lock_(2005).jpg)
Шлюз — устройство, предназначенное для подъема и спуска лодок , кораблей и других плавсредств между водоемами разного уровня на водных путях рек и каналов . Отличительной особенностью шлюза является неподвижная камера, в которой можно изменять уровень воды; тогда как в кессонном шлюзе , лодочном подъемнике или на наклонной плоскости канала поднимается и опускается сама камера (обычно тогда называемая кессоном ) . [1]
Шлюзы используются для облегчения судоходства по реке или для того, чтобы канал мог пересекать неровную землю. [2] Позже в каналах использовалось все больше шлюзов большего размера, чтобы обеспечить более прямой маршрут.
Фунтовый шлюз сегодня чаще всего используется на каналах и реках . [3] Фунтовый шлюз имеет камеру с воротами на обоих концах, которые контролируют уровень воды в фунте. Напротив, более ранняя конструкция с одним затвором была известна как флэш-замок . [4]
Фунтовые замки впервые были использованы в Китае во времена династии Сун (960–1279 гг. н.э.), впервые их применил политик Сун и военно-морской инженер Цяо Вэйюэ в 984 году. [5] Они заменили более ранние двойные стапели , которые вызывали проблемы и упоминаются в Китайский эрудит Шэнь Го (1031–1095) в своей книге «Очерки бассейна снов» (опубликовано в 1088 году) [6] и полностью описан в китайском историческом тексте Сун Ши (составлено в 1345 году): [7]
Расстояние между двумя шлюзами было чуть более 50 шагов, и все пространство было покрыто большой крышей, похожей на сарай. Ворота были «висячими воротами»; когда они закрывались, вода накапливалась, как прилив, пока не достигался необходимый уровень, а затем, когда пришло время, ей разрешили вылиться.
Уровень воды мог отличаться на 4 или 5 футов (1,2 или 1,5 м) у каждого шлюза, а в Большом канале уровень таким образом поднимался на 138 футов (42 м). [7]
В средневековой Европе своего рода фунт-замок был построен в 1373 году во Врисвейке , Нидерланды. [8] Этот фунт-шлюз обслуживал одновременно множество кораблей в большом бассейне . Тем не менее, первый настоящий фунтовый шлюз был построен в 1396 году в Дамме недалеко от Брюгге , Бельгия. [8] Итальянец Бертола да Новате (ок. 1410–1475) построил 18-фунтовые шлюзы на Навильо-ди-Берегуардо (часть системы миланских каналов , спонсируемую Франческо Сфорца ) между 1452 и 1458 годами. [9]
Все фунтовые замки имеют три элемента:
Принцип работы замка прост. Например, если лодка, идущая вниз по течению, обнаруживает, что шлюз уже полон воды:
Если бы шлюз был пуст, лодке пришлось бы ждать от 5 до 10 минут, пока шлюз наполнится. Для лодки, идущей против течения, процесс обратный; лодка входит в пустой шлюз, а затем камера наполняется путем открытия клапана, позволяющего воде поступать в камеру с верхнего уровня. Вся операция обычно занимает от 10 до 20 минут, в зависимости от размера шлюза и того, была ли вода в шлюзе изначально на уровне лодки. [10]
Лодочники, приближающиеся к шлюзу, обычно рады встретить другую лодку, приближающуюся к ним, потому что эта лодка только что вышла из шлюза на их уровне и, следовательно, установит шлюз в их пользу, что сэкономит от 5 до 10 минут. Однако это не относится к лестничным шлюзам, где лодки быстрее проходят в составе колонны, а также используется меньше воды. [12]
Подъём – это изменение уровня воды в шлюзе. Двумя самыми глубокими шлюзами в системе английских каналов являются глубокий шлюз Бата [13] [14] на канале Кеннет и Эйвон и шлюз Туэл-Лейн на канале Рочдейл , оба из которых имеют высоту почти 20 футов (6,1 м). Оба шлюза представляют собой объединение двух отдельных шлюзов, которые были объединены при восстановлении каналов с учетом изменений в пересечениях дорог. Для сравнения, шлюзы Каррапатело и Валейра на реке Дору в Португалии, имеющие длину 279 футов (85 м) и ширину 39 футов (12 м), имеют максимальную высоту подъема 115 и 108 футов (35 и 33 м) соответственно. [15] Два шлюза Арднакруша возле Лимерика на судоходстве Шеннон в Ирландии имеют высоту 100 футов (30 м). Верхняя камера возвышается на 60 футов (18 м) и соединена с нижней камерой туннелем, который при спуске не становится видимым до тех пор, пока камера не станет почти пустой. [16]
Фунт — это ровный участок воды между двумя шлюзами (также известный как плес ) . [17]
Подоконник , также называемый подоконником , представляет собой узкий горизонтальный выступ, выступающий на короткое время в камеру из-под верхних ворот. Основная опасность при спуске по шлюзу заключается в том, что задняя часть лодки «зависает» на крючке, а положение переднего края крючка обычно отмечается на стороне замка белой линией. Край подоконника обычно изогнутый, меньше выступающий в центре, чем по краям. В некоторых замках есть кусок дуба толщиной около 9 дюймов (23 см), который защищает твердую часть порога замка. На Оксфордском канале его называют «бэбби»; на канале Гранд-Юнион его называют бампером. Некоторые органы управления каналом, в первую очередь в США и Канаде, называют выступ подоконником под углом (подоконник под углом в Канаде). [18]
Ворота — это водонепроницаемые двери, которые отделяют камеру от верхнего и нижнего фунтов. Каждый конец камеры оборудован воротами или парой полуворот, традиционно сделанных из дуба или вяза , но теперь обычно сделанных из стали ). Наиболее распространенное устройство, обычно называемое митровыми воротами , было изобретено Леонардо да Винчи примерно в конце 15 века. [19]
На старом канале Эри существовала опасность травмирования при управлении веслами: вода, достигая определенного положения, толкала весла с силой, которая могла вырвать брашпиль (или ручку) из рук, или если кто-то был стоя в неположенном месте, можно было сбить человека с канала, что привело к травмам и утоплению. [20]
На канале Чесапик и Огайо смотрители шлюзов были обязаны снимать лебедки со всех затворов шлюзов в ночное время, чтобы предотвратить несанкционированное использование. [21]
Вздутие возникло в результате внезапного открытия лопастных клапанов в шлюзовых воротах или при опорожнении шлюза. [22] Чтобы помочь лодкам, идущим вниз по течению, выйти из шлюза, слесарь иногда открывал лопасти, создавая волну, которая помогала «вымыть» лодку из шлюза. Лодочник может попросить дать обратную волну, то есть несколько раз открыть и закрыть лопасти, чтобы создать волны и помочь ему выбраться из берега, где он застрял. [23] Если лодки садились на мель (из-за перегрузки), они иногда просили проходящие мимо команды сообщить шлюзу, расположенному выше по течению, чтобы они дали им дополнительную сильную зыбь, которая заключалась в открытии всех лопастей на воротах шлюза, создавая волну, которая затрагивала весь фунт. ниже. [24]
На канале Эри некоторым загруженным лодкам требовалась волна, чтобы выйти из шлюза. Особенно деревянные лодки, имеющие тяжелый верх, кренились набок и застревали в шлюзе, и чтобы их вытащить, требовалась волна. Некоторые смотрители шлюзов давали денег любому, кто помог им в дороге, а некоторые просили денег за деньги. [22]
Руководству канала Эри не понравилось раздувание по двум причинам. Во-первых, он использовал слишком много воды, из-за чего уровень воды опускался на фунт выше, что иногда приводило к тому, что лодки садились на мель. Кроме того, из-за этого поднялся уровень воды на участке ниже, из-за чего некоторые лодки ударились о мосты или застряли. [22]
На каналах, запряженных лошадьми и мулами, использовались стопорные столбы, чтобы замедлить или остановить лодку в шлюзе. 200-тонная лодка, движущаяся со скоростью несколько миль в час, могла разрушить ворота шлюза. Чтобы этого не произошло, при входе лодки в шлюз вокруг стопорной стойки наматывали веревку. Натяжение веревки замедляло лодку из-за трения веревки о столб. [25] Веревка 2+Диаметр 1 ⁄ дюйма ( 6,4 см) и длина около 60 футов (18 метров) обычно использовался на канале Эри, чтобы остановить лодку в шлюзе. [26]
Один инцидент, произошедший в июне 1873 года на канале Чесапик и Огайо, касался лодки « Генри К. Флэгг» и ее пьяного капитана. Лодка уже протекала; Экипаж, частично откачав воду, вошел в шлюз 74, двигаясь впереди другой лодки. Поскольку им не удалось остановить лодку, она врезалась в нижние ворота и выбила их. Выброс воды из шлюза заставил ворота, расположенные выше по течению, захлопнуться, сломав и их, а лодку обрушил каскад воды, затопив ее. Это приостановило навигацию по каналу на 48 часов до тех пор, пока не будут заменены шлюзовые ворота и снято судно со шлюза. [27]
В целях экономии, особенно там, где хороший камень был непомерно дорогим или его было трудно достать, шлюзы делались составными, т. е. их строили из щебня или камня низкого качества, обшивая внутренние стенки шлюза деревом, чтобы не истирать лодки. Это было сделано, например, на канале Чесапик и Огайо со шлюзами возле туннеля По-Пау . [28] а также канал Ченанго [29]
На крупных современных каналах, особенно на очень больших, таких как судоходные , ворота и лопасти слишком велики, чтобы ими можно было управлять вручную, и приводятся в действие гидравлическим или электрическим оборудованием. На Каледонском канале шлюзовые ворота приводились в действие кабестанами с приводом от человека : один из них был соединен цепями для открытия ворот, а другой — для их закрытия. К 1968 году они были заменены гидравлической силой, действующей через стальные цилиндры. [30]
Строительство шлюзов (или плотин и дамб) на реках затрудняет проход рыбы. Некоторые рыбы, такие как миноги, форель и лосось, отправляются на нерест вверх по течению. Чтобы противодействовать этому, часто принимаются такие меры, как рыбная лестница . Судоходные шлюзы также могут использоваться в качестве рыбоходов, обеспечивая расширенный доступ к разнообразной биоте. [31]
Шлюзы могут быть построены рядом на одном водном пути. Это по-разному называют удвоением , спариванием или побратимством . Панамский канал имеет три комплекта двойных шлюзов. Удвоение дает преимущество в скорости, позволяет избежать задержек в часы пик и увеличивает вероятность того, что лодка найдет блокировку, установленную в ее пользу. Над этим проектом работала бельгийская компания SBE Engineering. Возможна и экономия воды: шлюзы могут быть разного размера, так что маленькой лодке не нужно опорожнять большой шлюз; или каждый шлюз может действовать как боковой пруд (водосберегающий бассейн) для другого. В этом последнем случае обычно используется слово «двойник»: здесь указывается на возможность экономии воды за счет синхронизации работы камер так, чтобы часть воды из опорожняемой камеры помогала заполнить другую. Это сооружение уже давно выведено из английских каналов, хотя иногда можно увидеть вышедшие из употребления гребные снасти, как, например, в Хиллмортоне на Оксфордском канале . В других местах они все еще используются; пара сдвоенных шлюзов была открыта в 2014 году на канале Дортмунд-Эмс недалеко от Мюнстера , Германия. [32]
Некогда знаменитая лестница в Локпорте, штат Нью-Йорк , также представляла собой двойной набор замков. Пять сдвоенных шлюзов позволяли лодкам, идущим на восток и запад, подниматься или спускаться по Ниагарскому откосу высотой 60 футов (18 м) , что является значительным инженерным достижением девятнадцатого века. Хотя сегодня в Локпорте есть два больших стальных замка, половина старой двойной лестницы действует как аварийный водосброс, и ее все еще можно увидеть, а оригинальные ворота шлюза были восстановлены в начале 2016 года .
Когда изменяющиеся условия означали, что более высокий уровень воды в новом канале не может быть гарантирован, тогда старая компания также строила запорный шлюз (под своим собственным контролем, с воротами, направленными в сторону ее собственного канала), который можно было закрыть, когда новый канал был низким. В результате образовалась последовательная пара шлюзов с воротами, направленными в противоположные стороны: один из примеров был в Холле-Грин возле Кидсгроув , где южная конечная остановка канала Маклсфилд соединялась с ответвлением Холл-Грин более раннего канала Трент и Мерси . Замок с четырьмя воротами возле перекрестка Кингс-Нортон, между каналом Стратфорд-на-Эйвоне и каналами Вустер и Бирмингем , был заменен в 1914 году парой гильотинных шлюзовых ворот, которые останавливали поток воды независимо от того, какой канал находился выше. Эти ворота были постоянно открыты с момента национализации. [34]
Самым известным примером такого круглого шлюза является круглый шлюз Агд на Южном канале во Франции. Он служит шлюзом на главной линии канала и обеспечивает доступ к реке Эро . [35]
Второй французский круглый шлюз можно найти в виде ныне вышедшего из употребления Écluse des Lorraines, соединяющего боковой канал Луары с рекой Алье . [36]
Откидной шлюз может состоять из двух обычных шлюзовых камер, ведущих к отстойнику, или одной длинной камеры, включающей отстойник, хотя этот термин правильно применим только ко второму случаю. Поскольку фунты на обоих концах конструкции находятся на одинаковой высоте, опорожнить шлюз можно только либо позволив воде стечь из отстойника в нижний поток или канализацию, либо (менее расточительно) перекачивая воду обратно вверх. канал. В частности, для двухкамерного типа потребуется обводная водопропускная труба, чтобы позволить воде двигаться по прерванному пруду и, таким образом, обеспечивать шлюзы дальше по каналу. В случае с однокамерным типом этого можно добиться, оставляя шлюз полным и оставляя ворота открытыми, когда они не используются. [37]
Хотя эта концепция предлагалась в ряде случаев, единственный в мире пример действительно построенного шлюза находится в Далмюре на канале Форт и Клайд в Шотландии. [38] Этот шлюз однокамерного типа был установлен во время восстановления канала, чтобы обеспечить замену поворотного моста (на оживленной дороге А) фиксированным мостом и, таким образом, ответить на критику в отношении восстановления канала. канал будет вызывать частые перебои в интенсивном дорожном движении. Его можно опорожнить откачкой, но, поскольку для этого требуется много электроэнергии, при достаточном запасе воды используется метод осушения шлюза до ближайшего источника огня . [39]
В 2016 году шлюз Килдрехт в порту Антверпена в Бельгии унаследовал титул крупнейшего в мире шлюза от шлюза Берендрехт в том же порту и до сих пор имеет титул самого большого объема. В 2022 году морской шлюз Эймейден , обслуживающий порт Амстердама, стал самым большим по размерам шлюзом в мире. Замок имеет длину 500 м (1600 футов), ширину 70 м (230 футов) и имеет раздвижные шлюзовые ворота, создающие полезную глубину 18 м (59 футов). Размеры шлюзов невозможно сравнивать без учета разницы в уровне воды, на которую они рассчитаны. Например, шлюз Боллен на реке Рона имеет падение не менее 23 м (75 футов), шлюзы Леерштеттен, Экерсмюлен и Хильпольтштайн на канале Рейн-Майн-Дунай имеют падение 24,67 м (80,9 футов), каждый а Оскеменский шлюз на реке Иртыш в Казахстане имеет перепад 42 м (138 футов). [40] [41] [42]
Естественным продолжением шлюза , или стойки, было обеспечение верхних ворот (или пары ворот), образующих промежуточный «фунт», который был всем, что нужно было опорожнить, когда лодка проходила через него. Этот тип замка, названный фунтозамком, был известен в Императорском Китае и древней Европе [43] и использовался греческими инженерами в Канале Фараонов при Птолемее II (284–246 гг. до н.э.), когда инженеры решали задачу преодоления разница высот из-за шлюзов каналов . [44] [45] [46] [47]
Фунтовые замки впервые были использованы в средневековом Китае во времена династии Сун (960–1279 гг. Н. Э.). В «Сунши, или История династии Сун», том 307, биография 66, записано, как Цяо Вэйюэ, высокопоставленный налоговый администратор, был разочарован частыми потерями, понесенными, когда его зерновые баржи терпели крушение на Западной реке недалеко от Хуайаня в провинции Цзянсу . . Он обнаружил, что солдаты на одном двойном эллинге сговорились с бандитами разрушить тяжелые имперские баржи, чтобы украсть рассыпанное зерно. В 984 году Цяо установил пару шлюзовых ворот на расстоянии двухсот пятидесяти футов друг от друга, вся конструкция была покрыта крышей, как здание. Расположив двое прочных ворот так близко друг к другу, Цяо создал короткий участок канала, по сути, фунт-шлюз, заполняемый из канала наверху путем поднятия отдельных деревянных балок в верхних воротах и опорожняемый в канал внизу, опуская балки наверху. верхние ворота и поднимающиеся в нижние. [7]
Замок со стороны дерна - это ранняя форма конструкции шлюза канала, в которой для формирования шлюзовой камеры используются земляные насыпи, впоследствии привлекающие траву и другую растительность, вместо ныне более знакомых и распространенных конструкций стен шлюза из кирпича, камня или бетона. Эта ранняя конструкция шлюза чаще всего использовалась при речном судоходстве в начале 18 века, до появления каналов в Великобритании. Стенки газонного шлюза наклонные, поэтому в заполненном состоянии шлюз довольно широкий. Следовательно, для работы этого типа замка требуется больше воды, чем замкам с вертикальными кирпичными или каменными стенами. На британских каналах и водных путях большинство шлюзов с торфяными стенками впоследствии были перестроены из кирпича или камня, поэтому сохранились лишь несколько хороших примеров, например, в шлюзе Гарстон и шлюзе Манки-Марш на каналах Кеннет и Эйвон . [48]
На английских каналах эти водоёмы называют «боковыми прудами». Дройтвичский канал , вновь открытый в 2011 году, имеет три шлюза в Хэнбери, каждый из которых имеет действующие боковые пруды. [49]
На данный момент в Великобритании нет действующих наклонных самолетов для водных путей, но остатки знаменитого самолета можно увидеть в Фокстоне в Лестершире на Лестерском рукаве канала Гранд-Юнион . Самолет позволял лодкам с широкой шириной обходить десять узких шлюзов, но неспособность внести улучшения на другом конце рукава и высокие эксплуатационные расходы привели к его преждевременному закрытию. [50] Есть планы восстановить его, и было получено некоторое финансирование. [51]
Около 1800 года Роберт Уэлдон [52] предложил использовать кессонные шлюзы для угольного канала Сомерсет в Англии. В этом подводном лифте камера имела длину 80 футов (24,4 м) и глубину 60 футов (18,3 м) и содержала полностью закрытый деревянный ящик, достаточно большой, чтобы вместить баржу. Этот ящик перемещался вверх и вниз в бассейне с водой глубиной 60 футов (18,3 м). Если не считать неизбежных утечек, вода никогда не покидала камеру, а использование шлюза не приводило к потерям воды. Вместо этого лодка входила в ящик и закрывалась за ней дверью, а сам ящик перемещался вверх или вниз по воде. Когда ящик находился на дне камеры, он находился под водой почти 60 футов (18,3 м) - в общей сложности под давлением три атм (304 кПа ; 44,1 фунта на квадратный дюйм). Один из этих «шлюзов» был построен и продемонстрирован принцу-регенту (позже Георгу IV ), но у него были различные инженерные проблемы, и конструкция не была использована на Угольном канале. [53] [54]
Вероятно, вдохновленный кессонным замком Уэлдона, Уильям Конгрив в 1813 году запатентовал «гидропневматический двойной балансировочный замок», в котором два соседних шлюза, содержащих пневматические кессоны, могли подниматься и опускаться в противовес за счет движения сжатого воздуха от одного кессона к другому. Примерно в 1817 году компания Риджентс-Канал построила один из этих шлюзов на месте современного шлюза Камден на севере Лондона. Здесь мотивацией опять же стали проблемы с водоснабжением. Компания настаивала на различных модификациях конструкции Конгрива; Полученная установка оказалась неудовлетворительной и вскоре была заменена обычными замками. [55] [56]
Внешне замок вала похож на кессонный замок. Шахтовые шлюзы представляют собой глубокую шахту с обычными верхними затворами. К нижним воротам можно добраться через короткий туннель. Ворота закрывают только подходной туннель, поэтому им не нужно достигать полной высоты шлюза. Известные примеры были построены в Сен-Дени (Париж, Франция), Хорине (недалеко от Мельника, Чехия) и Андертене (Ганновер, Германия). [57] Замок вала в Миндене 52 ° 18'23 "N 8 ° 55'11" E / 52,30639 ° N 8,91972 ° E / 52,30639; 8.91972 имеет высоту падения 12,7 метра (42 фута) и имеет восемь резервуаров, попарно соединенных со шлюзовой камерой. [58] По мере опорожнения шлюза вода поочередно подается в каждую камеру, а для заполнения вода выпускается из камер, что позволяет экономить отходы при полном заполнении шлюза водой. Более ранняя попытка шлюзования шахты была предпринята в Тролльхеттане в Швеции, на линии нынешнего канала Гёта. Падение составило бы 16 метров (52 фута), что было поразительно для 1749 года. Однако подходной туннель оказался непригодным для использования во время наводнения, и в 1768 году шлюзовой шлюз был заменен двухэтажной лестницей .
Это похоже на замок вала, но вал построен под наклоном. Лодки пришвартованы к плавучим кнехтам, которые направляют их вдоль шахты по мере ее наполнения или опорожнения. «Консультативная группа Diagonal Lock» определила несколько мест в Великобритании, где можно установить новую конструкцию: либо на новых водных путях, либо на восстанавливаемых каналах. [60] Рассматриваемые проекты включают восстановление Ланкастерского канала в Кендале и предлагаемую новую ветку канала Гранд-Юнион между Бедфордом и Милтон-Кинсом .
...участок канала между двумя шлюзами, имеющий равномерный уровень
