广西灵渠到长江三峡，船舶如何爬上山？|升船机|广西灵渠|新通道|船舶|船闸|长江三峡|闸室

位于广西梧州的长洲水利枢纽三线、四线船闸。两座船闸均为3000吨级船闸，年设计单向通过能力达9600万吨。图片来源 | 视觉中国

自古以来，人类为了改善水路运输条件，开凿运河以利舟楫往来。然而，在河道上形成的水位集中落差，成为通航的首要障碍。为解决这一问题，通航建筑物应运而生，最为常见的是船闸与升船机。

船闸简史

船闸是应用最广泛的通航建筑物，不仅建于天然河流或运河上，也常设于入海河口及海港港池口门处，用于克服较大潮差对通航的影响。船闸的演变，大致经历了从单闸到复闸，再到梯级船闸的过程。

世界上最早的船闸可追溯至公元前270年，由埃及法老托勒密二世在连通尼罗河与红海的运河上修建。古希腊历史学家狄奥多罗斯·西库路斯曾记载：“他在最适宜的地点建造了一处精巧独特的船闸。只要愿意，便可随时打开闸门让船只通过，之后再迅速关闭。事实证明，这项发明取得了巨大成功。”

在我国，船闸的雏形可上溯至秦代在灵渠上修建的“陡门”，亦称“斗门”。唐代大规模修浚灵渠时，陡门被广泛采用。这是一种用于节制运河通航水量的设施，功能与现代船闸闸门相似，但启闭方式有所不同。灵渠陡门的启闭不使用叠梁闸（即在河岸两侧石砌或木构闸槽中插入可活动的木闸板，用绳索系于两端，以便放下或提起闸板，两侧岸上设置绞关辅助操作），而是采用一套轻便的“塞陡”工具。其原理为：陡门关闭后，蓄水以抬高上游水位；待行船时，用力将拦水设施上端敲出槽口，在水压冲击下，整套设施顺势倒向下游，陡门洞开，船舶即可借势通过。这一方法启闭便捷、维修简便，直至灵渠全线停航仍在使用。

我国最早的船闸见于唐开元十九年（731），为单闸，称“扬子津设二斗门”。开元二十六年（738），润州刺史齐澣在瓜洲开凿伊娄河二十五里，于通江口建伊娄埭，并在埭旁增设斗门。这种斗门为简易通航闸门，开闸后水位差形成的急流使上行船舶极为艰难，下行则难以控制，稍有不慎便有船毁人亡之虞。至宋代，水运事业蓬勃发展，单闸已难以适应运输需求，遂在此基础上创制了复闸，这也是世界上最早的复闸。北宋雍熙元年（984），淮南转运使乔维岳主持修建西河闸，两闸之间的闸室长约 76 米，采用可升降的平板悬门。当闸室水位与上下游水位齐平时，分别启闭上下闸门，使船舶平稳通过。此后，这种船闸迅速在全国推广。

为兼顾节水和通航，北宋时期还发明了“澳闸”，并率先应用于真州闸。澳闸在复闸附近修建蓄水池，分为积水澳和归水澳。积水澳位置较高，用于蓄水补充闸室；归水澳位置较低，用于回收闸室排放的水，再经提升循环使用。这种设施的功能已与现代省水船闸相似。

在地势高差较大的河道上，需建梯级船闸以克服水位差。我国北宋熙宁五年（1072）首次出现此类船闸，其雏形同样可溯至灵渠。灵渠部分较短河段，曾设有三四个陡门，彼此相距150至200米，形成了多级船闸的早期形态。13世纪末，京杭运河通惠河段设梯级船闸20座，会通河段设31座。欧洲最早的多级船闸建于1642年，位于法国布里亚尔运河上。早期规模最大的梯级船闸分别位于法国米迪运河的贝济耶附近和加拿大里多运河的渥太华附近，均为八级船闸。

南宋嘉定十一年（1218）京口澳闸系统示意图。历史上京口闸位于江苏镇江，是唐代至清代重要的漕运枢纽，具有“漕运咽喉、交通枢纽”的战略地位。制图 | 王旭辉

在船闸演化过程中，闸门技术的进步尤为关键，特别是人字闸门的问世。因承压能力限制，木制单闸的宽度难以扩大。人字闸门的两扇门叶在关闭后呈一定角度，使得建造更宽的闸门成为可能。其雏形可追溯至15世纪，最早见于达·芬奇的手稿，并可能首先应用于意大利和荷兰的运河。至今，人字闸门仍是全球应用最广泛的闸门形式，如三峡工程双线五级船闸便采用了24扇人字闸门。

早期的船闸均为木结构，尺寸小、水头低。至19世纪，随着圬工结构和钢结构的应用，船闸尺寸和水头逐渐增大，并发展了多种头部输水方式。20世纪以来，得益于钢筋混凝土、钢铁、机械、电气工业及水工模型试验的发展，船闸迅速向大型化、高水头方向演进。目前，世界上连续级数最多（五级）、总水头最高、技术最复杂的内河船闸，当属中国三峡工程双线五级船闸，总长6442米，总水头113米，可通航万吨级船队。

升船机简史

尽管船闸应用更广，但升船机的出现实则更早。在科学技术尚未昌明的古代，人们面对水位落差时，将船舶沿斜面拖运是最直观的解决方式，最早的升船机也正是斜面升船机。

这种斜面升船机的雏形可追溯至公元前600年的古希腊，科林斯国王庇里安多斯在连接伯罗奔尼撒半岛与希腊大陆的科林斯地峡间修建了一条长约6公里的船舶滑道，使科林斯海军无需绕行伯罗奔尼撒半岛即可横穿地峡，此为升船机的原始形式。我国最早的斜面升船机可溯至三国东吴赤乌八年（245）时，陈勋开凿句容中道时修建的“埭”。埭是一种横拦渠道的土坝，用于在纵坡过陡处将河道分成若干梯级，防止水流走泄，调节比降，抬高水位以利通航。埭由草土筑成，上下游两侧筑成斜面延伸入水，每日浇水保持滑润，以防损伤船底。船舶过埭时，由人力或畜力拖曳至埭顶，再滑放至下一河段，逐级通过。

千百年来，斜面升船机技术在世界各地缓慢发展，为舟楫交通带来便利，减轻了运输负担。直至工业革命前，升船机主要依靠省力滑轮、配重块，辅以水力、人力或畜力驱动。这一时期，建造技术尚不发达，设备简易，过船规模有限，多见于小型运河。

与船闸相似，升船机技术的发展与规模的扩大，亦与工业革命密切相关。18世纪60年代，工业革命在英国兴起。1788年，英国开特里建造的斜面干运升船机被公认为最早的机械化升船机。18世纪末至19世纪初，各国发明家开始构想并试验垂直升降的升船机——垂直升船机。18至19世纪，各种形式的升船机相继出现，平衡系统逐渐普及，以减小提升功率。不过，这一时期升船机的提升高度多在15米以下，船舶吨位一般在100吨以下，规模尚小。

相较于船闸，升船机最大的优势在于能够适应较大水头。船舶通过速度快、效率高，耗水极少，运转费用较低，因而备受发明家青睐。其基本原理是：船舶驶入注水的承船厢，浮于水中，随承船厢一同升降。由于船舶入厢时会排出与其重量相等的水量，因此承船厢系统总重量保持恒定。

升船机的提升方式多样，运动原理各异。斜面升船机是最古老的形式，即在两个不同高程水位之间修建斜面，铺设轨道，通过车厢运送船舶。垂直升船机则沿垂直方向升降，根据平衡方式主要分为均衡重式、浮筒式和水压式。均衡重式通过滑轮和钢丝绳连接承船厢与平衡重，形成一上一下的平衡系统。浮筒式在浮筒井内设置浮筒，浮筒顶部与承船厢底部相连，利用浮力平衡承船厢重量。水压式则通过水压机活塞支撑承船厢。

进入现代，随着工业与制造技术的飞速发展，汽轮机、发电机、电动机、液压技术等广泛应用，世界各国河流航道上的升船机日益增多，型式多样，如桥架式、浮筒式、平衡重式、水液压式等。20世纪以来，为适应船舶大型化趋势，各国相继新建或改建多座大中型升船机。1934年，德国建成的尼德芬诺垂直升船机成为这一领域的标志性工程，将升船机技术推向新阶段。此后，升船机的提升吨位显著增大，提升高度增加，类型不断丰富，多采用钢丝绳悬吊、全平衡垂直提升式。

三峡升船机的承船厢可载3000吨级船舶，最大爬升吨位达1.55万吨，最大爬升吨位达1.55万吨，最大爬升高度113米，是世界上规模最大、技术难度最高、提升重量最大、提升高度最高的升船机工程。摄影 | 汤伟

自20世纪90年代起，中国升船机建设进入快速发展期，高水头电站的通航建筑物多选用升船机方案。其中，最具代表性的当属三峡升船机，其承船厢可载 3000吨级船舶，最大爬升吨位达1.55万吨，最大爬升高度113米，是世界上规模最大、技术难度最高、提升重量最大、提升高度最高的升船机工程。与之相应，三峡升船机的齿条、螺母柱规模与制造难度亦居世界之最。此外，它还拥有世界上规模最大的闸首设备、体积最大的承船厢以及最为复杂的计算机监控系统。

回顾船闸与升船机的演进历程，每项技术的突破都凝聚着人类跨越障碍、联通水域的执着智慧。这两类通航建筑物各有所长、相辅相成，共同构成了现代水运网络的关键节点。展望未来，随着智能控制、新型材料等技术的深度应用，通航建筑物必将朝着更高效、更绿色的方向发展，继续承载人类文明交流与经济发展的使命，在江河之上书写一条永不中断的“水上通途”。

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