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运河

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威尼斯运河

运河(英语:canal)是指人工开凿的规模较大、可以行进行一定程度的水上运输水道。运河通常连接其它天然水体,比如湖泊河流海洋,可以横贯半岛地峡而造。

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。

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。[1]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1794公里,但今日只有少部分河段可供航运。运河的主要用途是行船运输货物。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。

分类

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罗马尼亚多瑙-黑海运河

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

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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

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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

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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,其中的水位可以升高或是降低,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[2][3],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 (威尔士)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)[4]

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。

历史

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美索不达米亚约公元前四千年就已出现运河[5]。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

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中华人民共和国第一条运河——江汉运河
澳门威尼斯人度假村大运河购物中心

地名

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参考资料

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  1. ^ Hadfield 1986,第16.页
  2. ^ Hadfield 1986,第22.页
  3. ^ 中國古代水利. 灿烂的中国文明. 中国文化研究院. [2017-11-04]. (原始内容存档于2020-08-17). 
  4. ^ Aqueduct crowned 'world wonder'. BBC News Online. 2009-06-27. 
  5. ^ Hadfield, Charles, World Canals: Inland Navigation Past and Present, David and Charles: 16, 1986, ISBN 0-7153-8555-0 

参考书目

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  • 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 

参见

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