Шлюз — устройство, принцип на работа и значение за водния транспорт

Шлюзът е част от системата на плавателните пътища, която осигурява достатъчно дълбок воден "канал" за плавателни съдове. Шлюзът контролира дълбочината на басейна, например в система от шлюзове и язовири по целия воден път. Той позволява плавателни съдове да преодоляват разлики в нивото на водата без нужда от пренасяне на товара или корабите.

Шлюзът е място, където лодките, пътуващи нагоре или надолу по река или канал, могат да бъдат преместени на следващото по-високо или по-ниско ниво. Шлюзовете се изграждат на места, където нивото на водата в реката или канала внезапно се променя. Това може да се дължи на наличието на водопад, на изграден язовир или на някакво друго препятствие. Шлюзът е като голяма камера с врати във всеки край. Те имат шлюзови механизми, които изпразват или пълнят камерата с вода. Шлюзовете помагат на реката да бъде по-лесно плавателна (по-лесно за лодките да се движат нагоре и надолу) или да се построят канали през местности, които не са равни.

Устройство на шлюза

Камера — основното пространство, в което влиза плавателният съд. Размерът на камерата определя максималните габарити на преминаващите кораби.
Врати — разположени в двата края на камерата; най-често са двукрили (митре врати), но има и секторни, плъзгащи и други конструкции.
Пълнещи и изпразващи устройства — кули, тръби или канали (кулизи, клапани), чрез които водата постъпва в камерата или се отвежда от нея за промяна на нивото.
Крилни и контролни съоръжения — въжета, котви/булинги за закрепване на корабите, платформи и пътища за обслужване, механизми за управление на вратите и клапаните.
Оградни и защитни съоръжения — възли за управление на трафика, сигнали, бариери и учебни табели за екипажа.

Принцип на работа

За движение нагоре (към по-високо ниво): корабът влиза в камерата при долното ниво, вратите зад него се затварят, след което камерата се напълва с вода от горния резервоар до нивото му. Когато нивата се изравнят, отворът на горните врати се отваря и корабът продължава.
За движение надолу (към по-ниско ниво): корабът влиза при горното ниво, горните врати се затварят, камерата се изпразва чрез клапани и канали до нивото на долния резервоар. След изравняване долните врати се отварят и корабът излиза.
Операцията изисква контрол на дебита, за да се избегнат силни течения и да се осигури безопасно захващане на съда в камерата.

Видове шлюзове

Пондов шлюз (pound lock) — най-разпространеният тип, с отделна камера и врати в двата края.
Каскадни или стъпаловидни шлюзове — няколко камери една след друга за преодоляване на големи разлики в нивото.
Сегментни и секторни врати — използват се при големи ширини или за подобряване на хидродинамиката.
Шлюз-лифт (корабен лифт) — механично повдигащо устройство, което буквално вдига кораба между нива; използва се за големи разлики и за спестяване на вода.
Приливни шлюзове — използват се при устия и пристанища, за да се регулира влизането при сменящи се приливни нива.

Значение за водния транспорт

Шлюзовете свързват различни речни и канални участъци и позволяват непрекъснато движение на товари и пътници по вътрешните водни пътища.
Те увеличават безопасността и предвидимостта на маршрута, намалявайки зависимостта от природни спадове или приливи.
С помощта на шлюзове могат да се изграждат дълги търговски коридори (примерно Панамският канал) и големи водни инфраструктури като шлюзове и кейове за индустриален транспорт.

Екологични и експлоатационни въпроси

Шлюзовете могат да пречат на миграцията на риби и на естественото движение на седименти; за компенсиране се изграждат рибни стълби и други екологични съоръжения.
Едно от предизвикателствата е загубата на вода при всяко преминаване — особено важно в зони с ограничен ресурс. При големи системи се прилагат резервоари и връщане на вода.
Поддръжката е критична: почистване на купели и тръби, ремонт на уплътнения и врати, контрол на корозията и системите за управление.
Съвременните шлюзове често са автоматизирани и управлявани дистанционно, което повишава капацитета и безопасността.

Кратка историческа бележка и примери

Идеята за контролирано повдигане и спускане на вода и съдове се развива от древността. Прототипи на затворени камери има в древни цивилизации, а първите добре документирани пондови шлюзове се появяват в Азия и по-късно в Европа. В наши дни известни примери за големи шлюзови системи са тези на Панамския канал, шлюзовете по река Сейнт Лорънс и модерните канали с каскади от камери.

Практически съвети за преминаване през шлюз

Следвайте сигналите и указанията на операторите.
Закопчайте кораба с въжета на определените места и се уверете, че е обезопасен преди запълване или изпразване на камерата.
Дръжте разстояние и следвайте скоростта — силните течения при отваряне/затваряне на клапани могат да застрашат малките плавателни съдове.

Шлюзът е ключово инженерно решение за адаптиране на водния транспорт към нееднакви релефи и контролирани водни условия. Справянето с екологичните и техническите предизвикателства прави поддръжката, модернизацията и правилната експлоатация на шлюзовете важна част от управлението на водните пътища.

Как работи заключването

Ако лодка, която се движи по течението (в същата посока, в която тече водата), пристигне в шлюза, се случва следното:

Лодката изчаква, докато шлюзът се напълни с вода. Ако от шлюза току-що е излязла лодка, която се движи в обратната посока, нивото на водата ще е точно и шлюзовете ще са отворени. Това ще спести време.
Входните врати (ако са затворени) се отварят и лодката влиза.
Входните порти са затворени.
Отваря се клапан и водата изтича от камерата, така че лодката се спуска надолу.
Когато водата достигне нивото на следващия участък от реката, изходните врати се отварят и лодката отплава.

При лодка, която се движи срещу течението (в посока, обратна на водния поток), се случва обратното:

Лодката изчаква, докато нивото на водата се понижи. Ако от шлюза току-що е излязла лодка, която се движи в обратната посока, нивото на водата ще е точно и шлюзовете ще са отворени.
Входните врати (ако са затворени) се отварят и лодката влиза.
Входните порти са затворени.
Отваря се клапан и в камерата се влива вода, така че лодката се издига нагоре.
Когато водата достигне нивото на следващия участък от реката, изходните врати се отварят и лодката отплава.

Целият процес на преминаване през шлюза може да отнеме около 15-20 минути, в зависимост от това дали лодката трябва да изчака. Някои шлюзове могат да поемат няколко лодки едновременно и на първата, която влезе, може да се наложи да изчака, докато пристигнат други лодки.

Възпроизвеждане на медии Компютърна анимация, показваща кораб, който преминава през шлюз.

Експлоатация на шлюз на канал1-3 . Лодката влиза в "празен" шлюз4 . Долните врати са затворени, долните гребла са затворени, горните гребла са отворени, шлюзът започва да се пълни5 . Шлюзът се пълни с вода, което издига лодката на по-високо ниво

Въпроси и отговори

В: Какво представлява шлюзът в системата от плавателни пътища?

О: Шлюзът е част от системата на плавателните пътища, която прави водния канал достатъчно дълбок, за да може да се използва от плавателни съдове.

В: Какво е предназначението на шлюза в системата от плавателни пътища?

О: Целта на шлюза е да контролира дълбочината на басейна и да придвижва лодките, които пътуват нагоре или надолу по реката или канала, до следващото по-високо или по-ниско ниво.

В: Защо се строят шлюзове по водните пътища?

О: Шлюзовете се изграждат във водни пътища, където нивото на водата внезапно се променя поради водопад, язовир, язовирна стена или друго препятствие.

В: Каква е структурата на шлюза?

О: Шлюзът е като голяма камера с врати във всеки край и шлюзови механизми, които изпразват или пълнят камерата с вода.

В: Как шлюзовете улесняват движението на лодките нагоре и надолу по реката?

О: Шлюзовете спомагат за по-лесното плаване по реката, тъй като контролират нивото на водата в реката, като я правят по-дълбока в определени участъци и позволяват на лодките да се движат нагоре-надолу през шлюзовете.

Въпрос: Каква е ползата от изграждането на шлюзове в неравни райони?

О: Шлюзовете могат да се строят в райони с различен терен, за да се улесни изграждането на канали през държави, които не са равни.

В: Какво прави системата от шлюзове и язовири?

О: Системата от шлюзове и язовири се използва за контролиране на водния поток и дълбочината на басейна в даден воден път и за придвижване на лодки нагоре или надолу през шлюзовете.