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运河(英語:canal)是指人工开凿的规模较大、可以行船进行一定程度的水上运输的水道。運河通常連接其它天然水体,比如湖泊、河流和海洋,可以橫貫半島、地峽而造。
运河主要可以分為二種:有一種是和現有的河流平行,分擔河流的水流量,在維持河谷及流域的條件下,通過建設水壩和水閘來調整水量,維持夠高的緩流水位;另一種則會越過分水岭的山脊,這種方式多半會需要在海拔最高點上方有水源供應。許多的運河會興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,而海拔較高的運河可以提供水源給海拔較低的缺水地區。像羅馬帝國的高架渠就有類似功能。
相傳在西元前四千年美索不達米亞已有開運河,但具體難以考證。西元前兩千多年前,古埃及第十二王朝法老辛努塞爾特三世下令開鑿新河道,東西向連接尼羅河與紅海,為古苏伊士运河,是有明確記載的最古運河。[1]中國的胥河為中國傳統史書記載中最早的运河,开凿于公元前506年。中國的京杭大运河是世界上最長的運河,長1794公里,但今日只有少部份河段可供航運。運河的主要用途是行船運輸貨物。在工業革命之後,由於建造成本和運輸時間的緣故,內陸運河逐漸被鐵路取代。許多運河目前都只剩下觀光用途,如威尼斯的運河。
依可用水源及可用流道的不同,運河的形成有以下三種不同的方式:
較小的运河可以讓駁船或运河船通行,海船运河可以讓海上的船舶通行到不靠海的港口(例如曼彻斯特大运河),或是由一個海洋到另一個海洋(例如巴拿馬運河或苏伊士运河)。
運河需要一些工程結構體來調整水流:
運河需要穿過分水嶺時,在修築上會更困難,也需要額外的結構體,像是高架橋及高架渠等結構體,提供水流動的路徑,並維持水在渠道中。
在歷史上,運河不論在商業上,或是文明的發展及成長上都非常的重要。1855年時利哈伊运河運輸了超過120萬噸的無煙煤。現今仍在運作的運河不多,但以前有許多運河帶動了經濟的成長,事實上運河也是都市化以及工業化必要的條件,因為在西方,像煤及礦石等散裝原材料只有透過水路運輸才符合成本。這些原物料促成了工業的發展以及新冶金學的發展,也帶來17世紀到20世紀日新月異的工業化,甚至後來新的研究領域、新的產業以及經濟規模,提高了工業化社會的生活水準。
目前仍在使用的運河(包括海輪運河)大部份是運送散装货物,內陸一些較小的運河原來設計供船隻或是渡輪航行,但後來有些也已經填平或是廢棄,或是改為國有,水庫及船閘仍然繼續維護,但運作目的已改為防洪以及休閒娛樂用途。美國的運河在是1850年漸漸的被更快速、更沒有地理限制、以及維護上更便宜的鐵路所取代。
在1880年代初期,美國一些競爭力較弱,無法和鐵路競爭的運河,已漸漸的消聲匿跡。接下來的幾十年,石油漸漸的取代煤炭成為能源來源,煤炭出貨量也出現變化。在第一次世界大戰後開始使用引擎驅動的卡車,小型美國駁船運河的貨物噸里程漸漸下降,當時道路網絡越來越普及,貨車的靈活性和陡峭的爬坡能力也越來越明顯,貨車不但取代了運河運輸,因為其不受軌道限制的特性,也取代了許多鐵路的運輸。
最簡單的運河就是填滿水的溝渠。依照運河穿過的地层不同,需要將運河的內層用粘土或混凝土等防水材料加以衬砌。若是用粘土衬砌,則會稱為是puddling。
運河本身需要是平的,若鄰近的田地需要灌溉,會在運河兩側的堤防再作處理,讓一些水可以用來灌溉。若運河流經的地區有較大的高度變化,需要用其他技術來克服。最常見的是雙船閘(pound lock),其中包括一個兩端有閘門的閘室,其中的水位可以昇高或是降低,兩端可以連結不同高度的水面,或是連接河流或是海洋。運河若是需要越過山丘,會在較短距離內安排有一連串的閘門(復閘)。
中國的復閘是西元984年(宋太宗雍熙元年)由喬維岳修築[2][3],歐洲則是在十五世紀開始修築,之前是使用只有單一閥門的單門船閘(Flash locks)來調整水位的高低。不過只有水量相當充足時才能使用單門船閘。
閘需要許多的水,若能使用的水有限,設計者就會採有不同的作法,例如起船台(像是佛克爾克轉輪),利用其中有水的活動沈箱(caisson),船可以在其中漂浮,再將活動沈箱和船移動到不同的高度,以及倾斜升船机(放在傾斜鐵道上的活動沈箱)。
若运河要越過河流、道路或是山谷,而又不允許使用船閘,运河可以用通航水道來實現,在威爾斯有一個著名的例子,是穿過威爾斯迪河 (威爾斯)的龐特卡薩魯岧水道(現在是联合国教育、科学及文化组织的世界遗产列表之一)[4]。
另一個讓運河可以通過山丘的作法是興建隧道,像是英國特伦特-默西运河的Harecastle隧道就是如此,不過隧道只能用在較小型的運河。
有些運河要設法讓高度差降到最低,這類的運河會稱為等高運河,會延著地形上的等高線興建,高度差最小,但是較彎曲,其路程也較長。不然就要用其他的工程技術來克服高度差上的問題。
運河設計也需要處理運河水源的問題。有些運河(例如蘇伊士運河)沒有這個問題,直接有向大海的出口。若是運河高度不是在海平面,就需要其他的技術來克服此問題,有時可以用其他河流或是水泉的水來補給水源,也可能再配合其他方式來處理季節上的河流水量變化。若沒有這類的水源,可能會用水庫(可能和運河分離,也可能整合到運河內)及back pumping來提供需要的水量。有時也會用礦坑中的水泵出後注入運河內。有些情形會興建feeder canals,從遠處提供水源供運河使用。
若運河的一端會有大量的貨物上船或是下船,會興建渠槽。渠槽的寬度一般會比運河要寬。有時渠槽會有碼頭及起重機來搬運貨物。
美索不達米亞約西元前四千年就已出現運河[5]。在鐵路發明前,居住於內陸的人們只能使用馬車或其他交通公具運輸貨物。使用馬車運輸量小,運輸速度緩慢,但成本高昂,貨物亦可能在顛簸中毀損。舉例來說,1820年時,從水牛城運一噸的穀物到紐約市需要$100,1825年底伊利運河開通後,同樣貨物的運輸成本只要$9。在1830年前,使用馬車的運輸成本約為使用運河的50至70倍。運河開通後,運輸成本下降,市場上的物價也跟著下降,麵包、鹽和煤等都比以前便宜。
1830年開始,美國第一條鐵路開始投入商業營運。到1850年代晚期為止,運河在美國北部和中西部仍然扮演重要地位,因為這時的鐵路路線多為短程,而且不同公司有著不同軌距。但是運河建造成本高昂,路線沒有彈性;當鐵路開始標準化,大量生產後,內陸運河也開始走向沒落。
在重要海上交通線上的運河在今天仍然有不可取代的地位,如巴拿馬運河(連接大西洋和太平洋)、蘇伊士運河(連接地中海和紅海)、基爾運河(連接波羅的海和北海)等。