船閘
船閘（英語：navigation lock），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（英語：lock chamber）、闸首（英語：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。
船閘的闸室是固定在一個位置，用注入或排除水來控制闸室内的水位高度；这不同于直接運載船隻升降的活動沉箱（caisson lock），垂直升船机（英語：boat lift）、倾斜升船机（英語：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。气闸的設計理念和船閘類似。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
船闸的发展历史，可以粗略分为没有闸门的堰坝（增加了航道长度）、单闸（斗门、陡门、冲船闸）、复闸（厢闸、塘闸）三大阶段。河中单闸一般相距较远（数百米甚至数公里），开闸过船时两闸之间的河段较多的蓄水就会大量流失。而带闸室的复闸所损失的水量，则主要是距离百米以内的两个闸门之间的闸室中的水量，对于缺乏水资源和地形落差较集中的河段，复闸较之单闸有其显著优越性。此外，若只设一座单闸，上下游水位差全都集中在此一处，开闸时水流湍急，对船只安全不利。而复闸通过两座闸门（一个闸室）调节闸室内水位上下，可以达到船只平顺过闸。若是三门两闸室，还可将原来的上下游较大的水位差分解为两级落差，船只通过也就变得更加平稳了。
船闸的前身称作堰埭（埭dài，意为防水的土坝），它是横拦运河的坝（左右两岸的丁字坝互相交错）。航船穿越山岗，山岗与平地间落差较大，需要经由一级或多级堰埭分段过渡。每座堰埭上下游坝坡都是缓坡，便于拖动船只上下；各堰高程自上而下逐步降低，遂将整个落差分成若干梯级；堰埭之间集蓄坡水，保证航深。船过堰埭时 重载航船一般要卸载，空船靠人力或水牛拖拽过坝，过坝之后再装载货物继续航程。大船则需要借助绞盘等简单机械，类似今天的斜面升船机，至今在一些地区仍可见到。为减少船底和堰埭表面的摩擦，一般在堰面上敷以就近捞取的湖泥和水草。这种过坝方式一般称作“盘坝”或“转搬”。由堰埭构建的运河在春秋末年已见记载，如胥溪运河。
秦始皇三十三年(公元前214年)凿灵渠，为中国第一条实质意义上的越岭运河。灵渠的南渠平均比降几近1‰，水流速度较快，也减少了航深，给航行带来了困难，因此需要设船闸调剂。灵渠上的船闸当地称作“陡”，也叫“陡门”或“斗门”，，构成了“单门船闸”（又称“半船闸”，英語：flash lock），用以节蓄运河水流。由于陡门在灵渠中的关健作用，灵渠也被称作陡渠。陡门始建年代已不可考。最早的文献记录是唐代咸通九年（868年）鱼孟威的《灵渠记》，追记宝历元年（825年）观察使李渤初到灵渠时所见，已是“年代浸远，陡防尽坏，江流且溃，渠道遂浅”，于是开始兴工修缮，“遂铧其堤已扼旁流，陡其门已级直注”。《宋史·河渠志》对此也有记载。可见陡门的设置早在距唐代“年代浸远”的前代业已存在。宋代记载渐丰，宋人范成大、周去非在淳熙年间曾同时在静江府（今广西桂林）为官，范为知府，周为县尉，有机会相携视察灵渠，在他们的著作中对于灵渠及其上的陡门都有基本一致的记录。淳熙五年（1178年）周去非描述灵渠：“渠内置斗门三十有六，每舟入一斗门，则复闸之，俟水积而舟以渐进，故能循崖而上，建瓴而下，以通南北之舟楫。”其中的“闸之”（范成大记作“闸斗”）道出了宋代灵渠陡门肯定带有可以人力操作的闸门板。至于承担“闸之”任务的闸门板，是平板闸门，是叠梁闸门，抑或类似清代的陡杠式，就不得而知了。宋代曾有陡门36座，现在的陡门遗存尚有14座，都是清代改建。陡门两岸的门墙为浆砌条石结构，一般高1.5~2.0米，宽5.5~6.0米，形状多为半圆形或弧线形，各陡之间距离与地形高程变化相适应，近的约60米，远的达2000米。灵渠南北渠宽度大多在10~15米，是陡门宽度的1倍到2倍。
从元代开始，京杭大运河上已出现成系列的单闸，用以克服坡降较大的地形带来的航运困难。其中至元三十年（1293年）郭守敬主持的北京积水潭至通州全长约30公里的通惠河水程由30米降至10米左右，当年共布置单门船闸24座，闸门间距一般由500米到2500米不等。相邻闸门相继启团“互为提阏，以过舟止水”。元朝时，系列船闸也出现在京杭大运河的会通河段，用于跨越山东地垒。《元史·河渠志》载，当年会通河上共有船闸26座。
复闸的修建，不晚于南朝刘宋。《宋书·谢灵运传》记载，谢灵运在义熙十二年（416年）十一月途经扬州时就曾见到“越二门而起涨”。景平中（423-424年）有人路过扬州水门，“落江而殒”。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。唐代开元二十五年（737年）修订的法律文书《水部式》中，也有“扬州扬子津斗门二所”，以及斗门管理人员配置和物料供应等具体记载。之后不久，诗人李白途经扬州，在《題瓜洲新河饯族叔舍人贲》诗中，对斗门也有形象描述：“齐公凿新河，万古流不绝。丰功利生人，天地同朽灭。两桥对双阁，芳树有行列。爱此如甘棠，谁云敢攀折。吴关倚此固，天险自兹设。海水落斗门，潮平见沙汭。……”其中赞颂齐瀚在开元二十六年（738年）开伊娄河，两桥之下应有两座斗门。二斗门似乎都在伊娄河上，斗门之上有通行桥或有启闭闸门板作用，桥头有阁屋，可见船闸已很规整，绝非简易而为。船闸的功用是“海水落斗门，潮平见沙汭”，当是蓄积潮水，以利行舟。唐代贞元四年（788年），梁肃《通愛敬陂水门记》记述淮南节度使杜亚维修向运河供水的爱敬陂（又称陈公塘）水门时提到，开元以前扬州和镇江之间的江段，长江主流偏于河床北部，“海潮内于邗沟，过茱萸湾北，至邵伯堰”。海潮顶托邗沟至90里外的邵伯。后此长江主流摆向南边，扬州城内河水缺少江潮顶托，航运受阻，城市环境恶化。杜亚整修后有了方圆百里的爱敬陂水源补给，情况大有改善。可见扬子二斗门直接为运河蓄纳潮水。中国有明确记载的最早复闸为北宋乔维岳于太平兴国九年（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。这就是中国历史上有名的西河闸，是现代船闸的雏型。《宋史·乔维岳传》记载：
又建安北至淮澨，总五堰，运舟所至，十经上下，其重载者皆卸粮而过，舟时坏失粮，纲卒缘此为奸，潜有侵盗。维岳始命创二斗门于西河第三堰，二门相距逾五十步，覆以厦屋，设县门积水，俟潮平乃泄之。建横桥岸上，筑士累石，以牢其址。自是弊尽革，而运舟往来无滞矣。
这段文献记载了运河为保证航深，由建设节制水流的“堰埭”到建设复式船闸的原因，以及最初复式船闸的主体结构。《宋會要》等史籍关于这处船闸的记载都大体相同。当年淮扬运河高于两端的淮河和长江。该闸位于淮扬运河北面的入淮口，两门之间的闸室长“逾五十步”，约80米，等待运河水位与淮河潮位相近时开闸，以使船只平稳通过。于是省去船只盘坝的辛苦和物资的损失。其工作原理大致是，当船只由淮河入运河，首先开启临淮闸门，船只进入闸室。随即关闭临淮闸门，并由储水设施向闸室注水，提升闸室内水位，待其与运河水位相平时，再开第二道闸门，船只驶人运河，完成过闸过程。这与现代船闸工作原理一般无二。熙宁五年（1072年）日本和尚成寻来华朝观佛教圣地天台山和五台山时，曾乘船由江南运河和淮南运河北上。当他由运河入淮时曾有过闸经历，但他在楚州经过的已经不是近百年前的一座复闸，而是两座。第一座是在楚州（今淮安市），成寻所乘船先是九月十七日在闸头等候淮河涨潮，“戌时，依潮生，开水闸。先入船百余只……船在门内（即闸室中）宿”。到第二天（十八日）“戌时，开水闸，出船”。顺利通过第一座复闸。接着又向西北经“过六十里，至楚州淮阴县新开驻船”。至第三天（十九日），继续航行，“过六十里，申三点至闸头，石梁镇内也。戌时，开闸，出船。至淮河口宿”，此时已进入第二座复闸的闸室，并于第四天（二十日）“寅时，出船。入淮河”。十九日至二十日经过的第二座复闸是乔维岳原建的西河闸。第一座复闸和第二座复闸相距120里，这和楼钥在乾道五年（1169年）出使金国所经行的楚州至淮阴60里和准阴至洪泽的60里，共计120里的水程记载相符。查尔斯·辛格主编的《技术史》第2卷将乔维岳创造于984年的这种塘闸评价为“一种在技术上至关重要的设施”。而在《中华科学文明史》中将乔维岳的贡献称作：“这就是世界历史上第一个塘闸……很明显欧洲人不能取代中国人在发明塘闸方面的先驱地位。”译文中的塘闸即复闸。所谓塘，是指两闸门之间的闸室。淮扬运河南端临近长江口处也有一座复闸，名日瓜洲闸。扬州在唐宋时代建有堰埭或水闸以便通航。熙宁五年（1072年）日本僧人成寻由长江入运河扬州界，过流州（或为龙舟之音误）镇有船闸，该船借助江潮申时入水闸，又经行二里至瓜洲堰，再由左右各11头牛牵拉过堰，进入扬子镇。在长江的这一河段，瓜洲上游还有另一座运河通长江的真州闸，建成于天圣四年（1026年），由侍卫陶鉴主持兴修。胡宿曾任扬子尉，著有《真州水闸记》详记其事，“先是水漕之所经，颇厌牛埭之弗便”，尤其在秋冬季节，长江水位降低，船只进入淮扬运河更加困难。陶鉴上任后修筑二门复闸，水运大为便利。“既其北偏，别为内闸，凿河开奥，制水立防。”奥即澳，是蓄水的水塘，由它向闸室供水，实现在闸室内调节水位高低，以与上下游水位平顺衔接。沈括《梦溪笔谈》中也记载北宋仁宗天圣年间仪征运河废“堰埭”建真州闸复闸：
淮南漕渠，筑埭以畜水，不知始于何时。旧传召伯埭谢公所为，按李翱《来南录》，唐时犹是流水，不应谢公时已作此埭。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。予元丰中过真州，江亭后粪壤中见一卧石，乃胡武平为《木闸记》，略叙其事，而不甚详具。
《仪征县志》上记载了胡武平的《通江木闸记》碑文：
乾兴中，侍禁陶侯鉴，寅奉辟命，掌临岸局……经始二闸之谋……时，制置发运使、工部方公仲旬，文思使张公纶，咸以硕望，注于上心……时，太守都官曾公乾度，前倅职方王公汝能，咸秉心勤瘁，协志赞勷……
……扼其别浦，建为外闸，砻美石以甃其下，筑强堤以御其冲。横木周施，双柱特起，深如睡骊之窟，壮若登龙之津。引方舰而往来，随平潮而上下。巨防既备，盘涡内盈，珠岸浸而不枯，犀舟引而无滞。用力寖少，见功益多。即其北偏，别为内闸。凿河开奥，制水立防。……木门呀开，羽楫飞渡，不由旧地……
自天圣纪号三年之冬，庀徒皆作，越明年孟夏，僝工大毕。
即，通江木闸建设领导者有五人，他们是，监真州排岸司右侍禁陶鉴、工部郎中发运使方仲荀、文思使发运副使张纶、真州知州曾乾度、真州通判王汝能。工程于天圣三年（1025）冬季开工，第二年（1026）孟夏（四月份）竣工。并对真州复闸的闸室、上下游闸门、调整闸室的水位、船舶在上、下游水位之间作垂直的升降等要素记载得非常清楚，这就奠定了真州复闸在世界航运史上的重要地位。
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。在采用复闸之后的一个世纪，意大利著名画家达·芬奇设计了可旋转的“人”字形闸门，以代替垂直启闭的闸门，启闭动力相应减小，船只通行也更为平稳。据说达·芬奇在1503年又为佛罗伦萨设计了一条越岭运河，并考虑了山顶上的水源补给问题。他的超前设计100多年后，方在米兰运河上付诸实施。
應用分类
交通船闸运行一般分为套闸运行和通闸运行两种方式。套闸运行是在水位差大的时候，先开一个闸门让船进来，然后关上闸门，通过阀门调节水位后，开另外一个闸门让船出去。通闸运行是在水位差小于30厘米时，两个闸门全部打开，船舶可以直接过闸。
海船闸
河船闸
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后有大的落差，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。堰會增加浅滩河道的水深，船閘則會建在堰体的缺口或人口开挖航道的下游处（以繞過堰体或者浅滩河道）。經過這樣的改進工程後，該河道就成為正式的「航道」了（例如 考尔德和海伯航道）。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响，直接在河口建「海閘」（防潮闸）。
愈先進的航道，愈需要更多船閘。
- 为繞過迂迴曲折河道的较长的人工开挖航道，在其上游入口处通常會加裝防洪閘。
- 人工开挖河道越長，河道开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。
運河船闸
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。
套闸
在平原圩区的河渠上，在短距离内设置两个节制闸，俗称套闸，分级挡水，可起简易船闸的作用，既可解决圩内交通运输，又可起到防洪排涝和控制水位的作用。沿海地区的套闸，洪水时开闸泄洪，涨潮时关闸防止海水倒灌；低水（或落潮）时，关闸蓄水灌溉，故套闸多按双向受压设计，其功能类似分洪闸。
套闸与船闸的区别，前者有河道节制闸的功能，后者纯为航运服务。在中国，称为套闸的一般属于水利系统，而称为“船闸”的一般属于交通的内河航道系统。[1]
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：
- 入口閘開啟，小船駛入。
- 入口閘關閉。
- 開啟一道活門以從防水空間排出水，使小船的位置下降。
- 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。简化的船閘模型是在闸室的兩端各有一對闸门（即闸首），簡單載物架和。
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）
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。
閘门
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），那么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。
平衡樑
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。
特殊情況
Lock flights
梯形船閘
中国称“多级船闸”，如：三峡水利枢纽双线五级船闸。
中国船闸
| 船闸名称 | 所在河流 | 闸室数量 | 闸室长度(米) | 闸室宽度(米) | 闸室门槛水深(米) | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 长洲水利枢纽三线四线船闸 | 珠江 | 2 | 340 | 34 | 5.8 | |
| 贵港航运枢纽二线船闸 | 珠江 | 1 | 280 | 34 | 5.8 | |
| 西津航运枢纽二线船闸 | 珠江 | 1 | 280 | 34 | 5.8 | |
| 桂平航运枢纽二线船闸 | 珠江 | 1 | 280 | 34 | 5.6 | |
| 葛洲坝水利枢纽一号船闸 | 长江 | 1 | 280 | 34 | 5.5 | |
| 葛洲坝水利枢纽二号船闸 | 长江 | 1 | 280 | 34 | 5 | |
| 三峡水利枢纽双线五级船闸 | 长江 | 10 | 280 | 34 | 5 | 允许的最大吃水只有4.3米 |
| 长沙综合枢纽双线船闸 | 湘江 | 2 | 280 | 34 | 4.5 | |
| 王甫洲枢纽船闸 | 汉江 | 120 | 12 | 2.5 |
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：巴拿马型（巴拿馬運河最大）、聖勞倫斯型（聖勞倫斯航道最大）。
參考
- ^ 黄捷：“周山河套闸货运量分析”，《科技信息》，2010年第11期，第417-418页。