История

Шлюзы

Великому Китайскому каналу на отдельных участках приходилось преодолевать водоразделы, высота которых составляла до 42,0 м над уровнем моря. Для преодоления участков, имеющих разные отметки уровней, были построены судопропускные устройства в виде наклонных плоскостей (они называются гидросливами). Такие устройства имели малые уклоны и суда перетаскивались через них волоком по рельсам за канаты, которые тянули волы. Это было возможно, потому что лодки у китайцев были почти плоскодонными и не имели килей. Конструкции гидросливов, конечно, не позволяли перетаскивать очень тяжелые суда, то есть суда большой грузоподъемности. По всей видимости, тоннаж перетаскиваемых судов не превышал 20 – 21 тонну. На гребне ската лодку сильно встряхивало, что часто вело к ее повреждениям. При этом зерно, которым была нагружена лодка, могло просыпаться и быть разграблено. Частенько такие аварии устраивались самими служащими канала.

Для борьбы с этими кражами в 984 году Цяо Вэйюэ, который был помощником министра транспорта в Хуайнани, изобрел судоходный шлюз, в котором осуществлялось попеременное выравнивание уровня воды. По описаниям, шлюз представлял собой прямолинейный участок канала длиной 76,0 м, ограниченный по торцам воротами. Берега шлюза были укреплены, а над ним устраивался навес. Ворота изготавливались из деревянных брусьев и перемещались вертикально. Напоры, преодолеваемые шлюзами, доходили до 1,5 м. В течение следующего XI столетия шлюзы были устроены по всей длине Великого канала.

Судопропускное устройство (наклонная плоскость) на Великом канале. (со старинной китайской гравюры)

Гидрослив самого старого в мире транспортного «Волшебного канала»

Древний китайский шлюз

В Европе вплоть до XIII века судоходство осуществлялось по водным путям в их естественном состоянии. Оно зависело от уровня воды в реках, времени года, наличия препятствий (порогов, перекатов). Для преодоления препятствий научились строить плотины, задерживающие воду и повышающие глубину перед плотинами. В плотинах или возле них устраивали проемы, которые закрывались во время поддержания напора затворами или воротами. Когда ворота открывали, вода из верхнего бьефа вместе с судами или плотами в виде волны попуска перемещалась вниз через мелководные участки реки. После пропуска судов ворота или затворы возвращались обратно. Такие сооружения называются полушлюзами, они впервые в Европе были применены в Германии в XIII веке на реке Альстер. Полушлюзы с затворами в виде горизонтальных брусьев (шандор) или вертикальных брусьев (спиц) использовались при напорах до 1 м и ширине судового отверстия до 12 м. Затворы в виде двустворчатых ворот с вертикальными осями вращения были построены в Германии в XIV веке – полушлюзы на реке Дельфенау, притоке Эльбы.

Судоходство с использованием волны попуска требовало большого расхода воды и отнимало много времени. Кроме того, неустановившееся движение воды через открываемые отверстия было небезопасно. Когда в Европе сообразили устраивать шлюзы точно не известно. Расположив полушлюзы на некотором расстоянии друг от друга и попеременно открывая и закрывая затворы, можно наполнять пространство между полушлюзами до уровня верхнего бьефа или опорожнять его до уровня нижнего бьефа. Термин «шлюз» произошел, по-видимому, от голландского слова sluis или латинского exclude – отделяю, удерживаю. В широком смысле термин шлюз означает устройство для ограничения по количеству и времени чего-либо текущего. Говорят о воздушных, рыбопропускных и прочих шлюзах. Процесс прохождения судна через шлюз продолжительнее, зато безопаснее, чем через полушлюз.

Применение камерных шлюзов для судоходства позволяет разбить несудоходную реку водонапорными плотинами на ряд ступенчатых участков с различными горизонтами воды и достаточными глубинами и при помощи расположенных в плотинах шлюзов переводить суда из одного участка в другой.

Первое описание камерного шлюза было сделано в 1440 году итальянцем Баптисте Альберти.

Великий ученый и художник Леонардо да Винчи (1452 – 1519 годы) в своих книгах привел несколько рисунков гидравлических механизмов. В частности, это были следующие рисунки.

Канал со шлюзами

Изобретение Леонардо «Канал со шлюзами» относится к периоду его работы в Ломбардии. По каналу, текущему под уклон, благодаря ряду шлюзов могло осуществляться судоходство. Уровень воды при заходе судна можно было контролировать открытием или закрытием ворот, спускающих или поднимающих воду таким образом1) В психологии - субъективная картина мира, включающая самого субъекта, других людей, пространственное окружение и временную последовательность событий. Это одна из форм отображения объективной реальности. В психологии понятие «Образ» используется в нескольких значениях. Существует традиция, связывающая с образом преимущественно..., что достигалась необходимая высота воды для прохождения кораблей.

Ворота для шлюза

Леонардо усовершенствовал систему открытия и закрытия шлюзовых ворот. Он изобрел маленькие шлюзовые ворота с засовом в их основании. Засов позволял впустить то количество воды, которое было необходимо для выравнивания давления по обеим сторонам главных ворот, что облегчало их открытие.

Дноуглубительный снаряд

Для очистки каналов Леонардо изобрел драгу, помещаемую между двумя лодками и снабженную четырьмя лопастями. Лопасти приводились в движение рукоятью. По замыслу, собранный со дна ил складывался на плот, укрепленный между двумя лодками. При повороте колеса трос, привязанный к берегу, наматывался на барабан, что автоматически передвигало установку. Ось вращения барабана можно было установить вертикально. Тем самым регулировалась глубина выборки грунта.

Леонардо да Винчи участвовал и в практических работах по гидротехническому строительству: он построил несколько крупных шлюзов и каналов, в том числе канал Амбуаз (Франция).

В Италии при строительстве канала между городами Миланом и Павией длиной 30 км Бертола да Новата впервые применил камерный шлюз для преодоления напора в 25 м.

С XV века строительство судоходных гидротехнических сооружений началось в Германии, Бельгии, Франции, Швеции и других странах Европы. В таблице приведены данные об этом строительстве.

В настоящее время в мире великое множество шлюзов, их конструкции весьма разнообразны. Ниже приведены данные по четырем странам.

Каналы

В древности и в эпоху Возрождения не раз предпринимались попытки строительства крупных судоходных каналов.

Так, например, Леонардо да Винчи предложил флорентийцам план искусственного канала между Флоренцией и Средиземным морем. Согласно планам Леонардо, канал изменял русло реки Арно в сторону Прато, Пистойи и Серравалля. Не достигая Пизы, река должна была вновь войти в свое обычное русло. Это создало возможность обильной ирригации региона, а также способствовало судоходству между Флоренцией и Пизой. Возможность реализовать этот проект возникла во время войны против Пизы в начале XVI века. Многие флорентийцы, включая Маккиавелли, поддерживали этот проект, надеясь таким образом отрезать вражеский город от реки Арно. Под руководством Леонардо, вернувшегося из северной Италии, работы были начаты, но они скоро прекратились как по техническим причинам, так и в силу препятствий, чинимых пизанцами.