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运河本文重定向自 運河

运河是指人工开凿的规模比较大的、可以使水流流过的运输通道。运河通常连接湖泊河流海洋,或横贯半岛地峡而造。相传在公元前四千年美索不达米亚已有开运河,但具体难以考证。公元前两千多年前,古埃及第十二王朝法老辛努塞尔特三世下令开凿新河道,东西向连接尼罗河与红海,为古苏伊士运河,是有明确记载的最古运河。中国的胥河为中国传统史书记载中最早的运河,开凿于公元前506年。中国的京杭大运河是世界上最长的运河,长1700公里,但今日只有少部分河段可供航运。如果按照可通航长度计算,目前世界上最长的运河是土库曼南部的卡拉库姆运河,全长1375公里,大部分河段都可航行。运河的主要用途是行驶船只运输货物。在工业革命之后,由于建造成本和运输时间的缘故,内陆运河逐渐被铁路取代。许多运河目前都只剩下观光用途,如威尼斯的运河。运河主要可以分为二种:有一种是和现有的河流平行,分担河流的水流量,在维持河谷流域的条件下,通过建设水坝和水闸来调整水量,维持够高的缓流水位。另一种则会越过分水岭山脊,这种方式多半会需要在海拔最高点上方有水源供应。许多的运河会兴建在在山谷及其他水路高很多的地方。城市需要很多的水源,而海拔较高的运河可以提供水源给海拔较低的缺水地区。像罗马帝国高架渠就有类似功能。

分类

依可用水源及可用流道的不同,运河的形成有以下三种不同的方式:

  • 可以在没有水源的地方兴建运河,可能是用人工挖掘河道.也可能是用石头、混凝土等建筑材料使运河两侧加高。运河的水源需由其他河流或水库等外部来源提供,像法国的米迪运河布里亚尔运河都属于这类运河。
  • 河流可以透过渠化的方式,使河道更容易预测及调整。河流工程可以利用疏浚、筑坝或修改河道的方式,控制河流的水流量,使河道的交通可以更加安全,这类的运河包括法国的埃纳河。可能会需要河岸区恢复英语Riparian zone restoration
  • 若河流很难用渠化的方式调整,可以在和河道平行处开辟另一个水道,称为侧向渠道英语lateral canal。河流可以提供渠道水源,而在河流水量过多时,过多的水可以从侧向渠道流出。例如切萨皮克和俄亥俄运河就是这类的运河。

较小的运河可以让驳船运河船英语narrowboat通行,海船运河英语ship canal可以让海上的船舶通行到不靠海的港口(例如曼彻斯特大运河),或是由一个海洋到另一个海洋(例如巴拿马运河苏伊士运河)。

运河中使用的设备及结构体

巴拿马运河的加顿闸

运河需要一些工程结构体来调整水流:

  • 利用水库来提升运河的水位,使船舶可以在其中航行。
  • 在有急流或是瀑布的区段,制造较长、较平缓的流道。
  • 船闸方便在地形有落差的区域调整运河水位,并且使船舶或是驳船可以往上游或是下游行进。

运河需要穿过分水岭时,在修筑上会更困难,也需要额外的结构体,像是高架桥高架渠等结构体,提供水流动的路径,并维持水在渠道中。

重要性

河大堤的截面图 1. 设计高水位(HWL) 2. 低水道 3. 防洪水道 4. 临水坡 5. 河岸戗堤 6. 堤顶 7. 背水坡 8. 背水戗堤 9. 护堤 10. 陡坡护岸 11. 堤外地 12. 堤体 13. 堤内地 14. 河川区域

在历史上,运河不论在商业上,或是文明的发展及成长上都非常的重要。1855年时利哈伊运河英语Lehigh Canal运输了超过120万吨的无烟煤。现今仍在运作的运河不多,但以前有许多运河带动了经济的成长,事实上运河也是都市化以及工业化必要的条件,因为在西方,像煤及矿石等散装原材料只有透过水路运输才符合成本。这些原物料促成了工业的发展以及新冶金学的发展,也带来17世纪到20世纪日新月异的工业化,甚至后来新的研究领域、新的产业以及经济规模,提高了工业化社会的生活水准。

目前仍在使用的运河(包括海轮运河英语ship canal)大部分是运送散装货物英语bulk material handling,内陆一些较小的运河原来设计供船只或是渡轮航行,但后来有些也已经填平或是废弃,或是改为国有,水库及船闸仍然继续维护,但运作目的已改为防洪以及休闲娱乐用途。美国的运河在是1850年渐渐的被更快速、更没有地理限制、以及维护上更便宜的铁路所取代。

在1880年代初期,美国一些竞争力较弱,无法和铁路竞争的运河,已渐渐的消声匿迹。接下来的几十年,石油渐渐的取代煤炭成为能源来源,煤炭出货量也出现变化。在第一次世界大战后开始使用引擎驱动的卡车,小型美国驳船运河的货物吨里程渐渐下降,当时道路网络越来越普及,货车的灵活性和陡峭的爬坡能力也越来越明显,货车不但取代了运河运输,因为其不受轨道限制的特性,也取代了许多铁路的运输。

特色

英国威尔特郡肯奈特和雅芳运河英语Kennet and Avon Canal中,卡昂山水闸英语Caen Hill Locks的16个水闸
运河船航行在庞特卡萨鲁岧水道上,这是英国最长也最高的水道
从空中观看希腊的科林斯运河

最简单的运河就是填满水的沟渠。依照运河穿过的地层不同,需要将运河的内层用粘土或混凝土等防水材料加以衬砌英语canal lining。若是用粘土衬砌,则会称为是puddling。

运河本身需要是平的,若邻近的田地需要灌溉,会在运河两侧的堤防再作处理,让一些水可以用来灌溉。若运河流经的地区有较大的高度变化,需要用其他技术来克服。最常见的是双船闸(pound lock),其中包括一个两端有闸门的闸室,其中的水位可以昇高或是降低,两端可以连结不同高度的水面,或是连接河流或是海洋。运河若是需要越过山丘,会在较短距离内安排有一连串的闸门(复闸)。

中国的复闸是公元984年(宋太宗雍熙元年)由乔维岳修筑,欧洲则是在十五世纪开始修筑,之前是使用只有单一阀门的单门船闸(Flash locks)来调整水位的高低。不过只有水量相当充足时才能使用单门船闸。

闸需要许多的水,若能使用的水有限,设计者就会采有不同的作法,例如起船台英语boat lift(像是佛克尔克转轮英语Falkirk Wheel),利用其中有水的活动沈箱(caisson),船可以在其中漂浮,再将活动沈箱和船移动到不同的高度,以及倾斜升船机(放在倾斜铁道上的活动沈箱)。

若运河要越过河流、道路或是山谷,而又不允许使用船闸,运河可以用通航水道英语navigable aqueduct来实现,在威尔士有一个著名的例子,是穿过威尔士迪河英语River Dee (Wales)庞特卡萨鲁岧水道(现在是联合国教育、科学及文化组织世界遗产列表之一)。

另一个让运河可以通过山丘的作法是兴建隧道,像是英国特伦特-默西运河英语Trent and Mersey CanalHarecastle隧道英语Harecastle Tunnel就是如此,不过隧道只能用在较小型的运河。

有些运河要设法让高度差降到最低,这类的运河会称为等高运河英语contour canal,会延着地形上的等高线兴建,高度差最小,但是较弯曲,其路程也较长。不然就要用其他的工程技术来克服高度差上的问题。

运河设计也需要处理运河水源的问题。有些运河(例如苏伊士运河)没有这个问题,直接有向大海的出口。若是运河高度不是在海平面,就需要其他的技术来克服此问题,有时可以用其他河流或是水泉的水来补给水源,也可能再配合其他方式来处理季节上的河流水量变化。若没有这类的水源,可能会用水库(可能和运河分离,也可能整合到运河内)及back pumping来提供需要的水量。有时也会用矿坑中的水泵出后注入运河内。有些情形会兴建feeder canals,从远处提供水源供运河使用。

若运河的一端会有大量的货物上船或是下船,会兴建渠槽英语canal。渠槽的宽度一般会比运河要宽。有时渠槽会有码头起重机来搬运货物。

Canale attraverso un villaggio.jpg
Ponte e Canale, Cina.jpg

历史

美索不达米亚约公元前四千年就已出现运河。在铁路发明前,居住于内陆的人们只能使用马车或其他交通公具运输货物。使用马车运输量小,运输速度缓慢,但成本高昂,货物亦可能在颠簸中毁损。举例来说,1820年时,从水牛城运一吨的谷物到纽约市需要$100,1825年底伊利运河开通后,同样货物的运输成本只要$9。在1830年前,使用马车的运输成本约为使用运河的50至70倍。运河开通后,运输成本下降,市场上的物价也跟着下降,面包、盐和煤等都比以前便宜。

1830年开始,美国第一条铁路开始投入商业营运。到1850年代晚期为止,运河在美国北部和中西部仍然扮演重要地位,因为这时的铁路路线多为短程,而且不同公司有着不同轨距。但是运河建造成本高昂,路线没有弹性;当铁路开始标准化,大量生产后,内陆运河也开始走向没落。

在重要海上交通线上的运河在今天仍然有不可取代的地位,如巴拿马运河(连接大西洋太平洋)、苏伊士运河(连接地中海红海)、基尔运河(连接波罗的海北海)等。

各地运河

Canal de la Peyrade, Sète, Hérault 01.jpg
中华人民共和国第一条运河——江汉运河

地名

参考书目

  • Burton, Anthony, The Great Days of the Canals, Twickenham: Tiger Books, 1995 [1989], ISBN 1-85501-695-8
  • Calvert, Roger, Inland Waterways of Europe, George Allen and Unwin, 1963
  • Edwards-May, David, European Waterways - map and concise directory, 3rd edition, Euromapping, 2008
  • Hadfield, Charles, World Canals: Inland Navigation Past and Present, David and Charles, 1986, ISBN 0-7153-8555-0
  • Needham, J, Science and Civilisation in China, C.U.P. Cambridge, 1971
  • Rodda, J. C., The Basis of Civilization - Water Science?, International Association of Hydrological Sciences, 2004

相关条目


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