人类文明的繁衍离不开水,伴随着生产力的提升,先民们不再被动顺应水流“由高向低”的自然规律,而是开始主动“驭水”,通过人为干预实现对水量的蓄积与疏导,于是,一项关键的水工技术随之诞生——能掌控启闭,兼得蓄泄的水闸。
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水闸:水利之“门”
追溯“闸”字,篆文=(门,开关)+(甲,起阻挡作用的硬板),东汉许慎的《说文解字》将其释为“开闭门也”,即以“门”表意,“甲”表音。古代中国的水闸,早期有“水门”、“斗门”(陡门)、“板”、“牐”等异名,至唐代,“水闸”的称谓才逐渐普及。
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功能各异的水闸
节制闸(拦河闸):枯水时节,落闸拦水,抬升上游水位,服务引水或通航需求;洪水来临,则提闸泄洪,精准调控下泄水量,维系河道安全。
进水闸(或称取水闸):一般建在河道、湖泊、水库的堤坝上,用来控制引水流量,以满足灌溉、供水、发电等需要。因其通常建在取水口的首部,故多称渠首闸。
分洪闸:当洪峰威力超越下游河道承受极限时,此闸开启,引导过量洪水有计划地泄入预定的湖泽洼地,保护下游安全。
排水闸:当外部(河、湖、海)水位高涨,它紧闭门户,严防倒灌;待外水回落,则及时开闸,排放区域内积水,在泥沙淤积严重的河道,它还常兼具泄沙功能。
挡潮闸:建于江河入海口附近,以拒咸(防止海水倒灌)蓄淡,并排泄洪涝水。挡潮闸具有双向挡水的特点,涨潮时关闭,退潮时视来水情况确定是否开闸泄水。
不同用途的水闸在河道上的分布
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水闸发展历史
夏商周:雏形初现
水闸的诞生,与农田水利的核心——沟洫系统密不可分。大禹率众成功导洪入海后,又致力于建设沟洫,即用于灌溉、排水的田间沟渠体系。正是在构建这些水网的过程中,为了有效控制水流的蓄积、引入、分流与排泄,具备基本调控功能的水闸雏形应运而生。
沟洫示意图
相传“台骀始为堤,伯益作闸”,伯益即大禹治水的重要助手,根据此传说,则水闸历史已超四千年。至西周,沟洫体系发展成熟,并与“井田制”相结合;《诗经》“滮池北流,浸彼稻田”的描绘,则印证了当时确已存在调控水流用于灌溉的简易设施。
春秋战国:结构与功能完善
随着铁器的普及与大型水利工程的出现,结构完整、设计明确的水闸在春秋战国时期被广泛建造与应用,成为当时水利枢纽中至关重要的组成部分。
东汉《越绝书》记载了春秋末期吴国在连通长江的“棠浦”入江口处设置“方墙”以应对潮汐(“以利朝夕水”)。经考证,“方墙”即为闸板,其核心作用为拒咸蓄淡。
约春秋中叶,楚国令尹孙叔敖主持兴建芍陂(今安徽寿县南)—— 中国古代最早的大型蓄水灌溉工程。据《水经注》载,芍陂建有“五门,吐纳川流”。这“五门”正是用于调控蓄泄水量的关键水闸。它们的设立,表明水闸技术在当时已相当成熟,并能精确控制陂塘内外的水量交换。
秦汉至南北朝:造闸技术成熟
秦汉至南北朝时期,水闸建造技术日益成熟,在河渠上的应用也越发普遍。
这一时期,木闸应用最广。其典型构造是:闸口两侧竖立木桩,通过榫卯结构嵌入底部枕木;木桩内侧横向排列多块挡水木板;闸口中间则专门设有两根凿有凹槽的木桩,用以插入闸板挡水。
木闸的优势在于木材取材方便,建造快捷,对地基要求不高,成本低廉。然而其弊端也明显:长期浸水易腐烂损坏,导致渗漏,且整体耐久性较差。
更为坚固耐用的石构水闸至迟在汉代就已出现,在三国和魏晋南北朝时期逐渐普及。石闸胜在结构稳固,抗水流冲击能力强,缺点则是工艺复杂,建筑成本较高。
闸门的启闭方式依规模而定。小型闸涵,一般直接由人工拉拽闸板操作;对于规模较大的闸涵,则需借助绞盘装置提供动力:或由人力转动绞盘,或以牛、马等畜力拉动绞盘来实现闸门的升降。
隋唐至明清:水闸系统与运河复闸
斗门网络的构建
唐代开始,许多大型灌区已发展出渠系与涵闸紧密配套的成熟体系,郑国渠的后续工程三白渠就是杰出代表。该渠不仅在引泾水的渠首设有多达六座被称为“洪门”的石制闸门,更重要的是在整个干渠、支渠、斗渠的各级分水口,皆设置有斗门(即配水闸),用以精确分水和调配水量。
据史料记载:唐前期该渠系设有“斗门四十八”(唐·梁载言《十道志》);唐后期更增至“斗门一百七十六”(《宋史·河渠志》)。
这套由众多斗门联袂构成的系统,有效协调了灌溉水量,实现了“水旱从人、调控有序”的目标。唐玄宗时期的《水部式》法令更明确规定:“泾、渭白渠及诸大渠用水灌溉之处,皆安斗门,并需累石及安木傍壁,仰使牢固”即闸体采用石砌基座、闸板为木质。这既体现了闸门数量之多,也表明其结构坚固、工艺考究。
复闸的应用
为解决地形对南北水运的阻碍,自春秋始修凿运河以来,水运工程持续发展。隋唐宋时期,形成了以洛阳为中心,西达长安、东至余杭、北抵涿郡的庞大运河网络。在这片水运主动脉上,用于调节水位便于通航的斗门和复闸(船闸)随之大量涌现,成为运河线上的重要枢纽设施。
运河上的水闸主要有两大功用:
其一为通航船闸(复闸)。其位置需经朝廷专人精密勘测,依据地势高低与水流缓急来确定船闸数量及间距。典型的设计是上下两座闸门组合运作:当关闭上闸、开启下闸时,下游水位降低,船只得以驶入两闸间的封闭闸室;接着关闭下闸、开启上闸后,闸室内水位逐渐升高至上游水平,船只最终驶入上游航道,实现水位落差间的通航。
**其二为水量调控闸。**这包括:
进水闸:设在水源注入运河的入口处,在运河水量不足时开启引水。
减水闸:当运河水位过高可能泛滥时开启泄洪。
值得注意的是,北方运河上的闸通常还兼具桥梁功能,闸门关闭时,可在其上铺设木板供人车通行。
在复闸的发展史上,宋太宗雍熙元年(984年),乔维岳于运河所创的“二斗门”,被众多学者视为中国有明确记载最早的复闸。
对比欧洲:荷兰在12世纪才出现单闸;真正的船闸则至1481年方出现于意大利,比中国的复闸最少晚了400多年。
近现代:钢筋混凝土水闸
新中国成立以来,水利建设事业迎来飞跃式发展,钢筋混凝土结构的水闸在全国江河、湖泊及水库等水域广泛兴建。它们规模不一、形式各异,独立或集群布设,在蓄水、引水、排洪(涝)、挡潮等重要功能领域持续发挥关键作用。
万里黄河第一闸——三盛公水利枢纽
从朴拙的木构闸门到坚固的石砌闸体,再到浑然一体的钢筋混凝土水闸,水闸的每一次蜕变,都承载着古人治水的智慧结晶与不息创造,都展现着一个民族的文化底蕴与科学精神。
来源: 陕西水利博物馆