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水門とその管理人の小屋
グランド・ユニオン運河のアリスバーリ小支線 イングランド、 ハートフォードシャーのマーズワース |
ドイツ、
ハイデルベルクの
ネッカー川の水門 |
以下の文書は次のページの翻訳です。
Lock (water transport) - Wikipedia
ここでの水門 (ロック, Lock) は後世には閘門 (パウンド・ロック, pound lock) と同じ意味となります。 第一章で閘門のことをパウンド水門 (pound lock) と呼び、それ以前のゲートが一つしかないものを噴出水門 (フラッシュ・ロック, flush Lock) と呼んでいます。つまり、元々 1 個のゲートからなるロックが 2 個のゲートを持つロックに進化し、 この 2 個のゲートを持つものがパウンド・ロック (閘門) なのです。 そこで、英語のロック (Lock) は水門のことを広く捉えた言葉と考え、ロック (lock) を「水門」と翻訳しました。
Lock をカナ表記で「ロック」とすることもできますが、ロック (Lock) には鍵の意味があり、 もともと「水流を閉じる」意味から水門をロックと呼んでいると思われ、この点からも Lock を水門と訳すことにしました。
もう一点 (パウンド) 水門を閘門と訳さなかった理由があります。 それは、日本語の本に出てくる閘門の印象では、ゲートが常に鋼で、しかもギロチンゲート (垂直に上下するゲート) になっています。 (ゲートを鋼で製造すると水密になりにくく、鋼で製造する場合にも、ゲートの合わせ目には木を使用することが多い。この方が水密になる。) 偏見を避けるために「水門」を Lock の訳語として採用しました。 また、翻訳小説で登場する水門もすべてこの意味で使用していると思われます。 つまり、(欧米では) 一番ありふれたものを、ありふれた言葉で表示しないと感覚的に妙になるためです。 なお、日本語で水門と呼ぶものは「ゲート」と訳しています。
仏語ではロックのことを Écluse と呼びますが、仏和辞典ではこの日本語訳を「水門」としています。
水門は川や運河の水位の違う箇所で船を昇降させる装置である。 水門のこの特徴となる性質は、 固定した隔室にあり、この中で水位を変化させることができる。 一方、ケーソン水門、ボートリフトあるいは インクラインでは、 隔室 (通常ケーソンと呼ばれる) それ自身が上下する。
水門の使用目的は川をより容易に航行させたり、 水平ではない陸地で運河をある程度直線状にすることにある。
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水門とその管理人の小屋
グランド・ユニオン運河のアリスバーリ小支線 イングランド、 ハートフォードシャーのマーズワース |
ドイツ、
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ネッカー川の水門 |
パウンド水門は水門の 1 形式で、今日では運河や河川にもっぱら使用される。 パウンド水門には閉鎖区域 (パウンド) と、この両端にゲートがあり、 これによりパウンドの水位が調節される。 これと対比して、初期のデザインで 1 個のゲートしかないものは噴出水門と呼ばれる。
パウンド水門は中世中国の 宋 (960 年 - 1279 年) で使用され、 984 年に政府官僚で技術者である Qiao Weiyo が開発した。 パウンド水門は、より初期の 「2 重斜面」(double slipway) に取って代わった。 後者がトラブルを引き起こしていたのである。 中国の博識家である 沈括 (Shen Kuo, 1031 年 - 1095 年) によって、彼の本 「夢溪筆談」 (Dream Pool Essay, 1088 年出版) で言及され、 中国の歴史書である 宋史 (Song Shi, 1345 年に編纂) に 完全に記述されている：
水位は水門ごとに 4 フィート (1.2 m) から 5 フィート (1.5 m) 違い、 大運河の場合には、水位はこのようにして 138 フィート (42 m) 上昇する。
中世ヨーロッパでは、パウンド水門は 1373 年に始めてオランダの フレースウェイク (Vreeswijk) で建設され、 大きな貯水池 (basin) で多くの船を 1 度に処理した。 しかし真のパウンド水門 (すなわち小さな貯水池で 1 度に 1 隻の船) が登場するのは 1396 年のことで、 ブルッヘ (Bruges) の近くの ダンメ (Damme) で建設された。 ヨーロッパでパウンド水門の有名な土木技師は イタリアの ベルトラ・ダ・ノバテ (Bertola da Novate, 1410 年頃 - 1475 年頃) である。 彼は 18 基ものパウンド水門を 1452 年から 1458 年に ナヴィリオ・ディ・ベレグアルド (Naviglio di Bereguardo) で建設した。 ナヴィリオ・ディ・ベレグアルドとは フランチェスコ・スフォルツァ (Francesco Sforza) がスポンサーとなった ミラノ運河の一部である。
河川の区間を航行可能とするには、急流、ダム、ミル (mill, 水車工場) の堰のような障壁を迂回するために 水門が必要とされる。なぜなら障壁の前後で水位が変化するからである。
大規模な河川航行の改善には堰と水門が共に使用される。 堰は浅い区間の深さを増大する。 必要とされる水門を建造する場所は、 堰の切れ目もしくは 堰を迂回する人工的な掘割の下流の末端で、 しかも恐らくは堰の下流の浅くなっている部分である。 このように改善された河川は水路 (waterway) ないしは河川水路 (river navigation) と呼ばれる。(カルダー・ヘッブル水路 ( Calder and Hebble Navigation) の実例を参照せよ。)
時には川は潮の影響を全く受けないようにすることができる。 これには河口に直接、海の水門 (sea lock) を建設すればよい。
もっと先進的な河川水路では、水門がもっと必要とされる。
完全に人工的な初期の運河では、十分に平坦な田園地方を横断する際に、 小さな丘や窪地は単に迂回 (detour) ないしは地形に沿って (contour) 通した。 技術者が克服できると考える地形ではもっと野心的となり、 水門は水位の変化に対応するために基本的なこととなった。 迂回すれば、建設コストと所要時間のどちらにも非経済的なものであった。 後年には更に、建造技術が改善し、 技術者たちは障害物を直接切り抜けたり、通り越したりすることをもっと好むことになり、 長いトンネルや、切り通し、水道橋や堤防を建設したり、 あるいはもっと技術的な道具を建設するようになった。このような道具にはインクラインや ボートリフトがある。 しかしながら、水門はこれらの解決方法を補完するために建設され続け、 最も現代的な運河においてさえ、基本的な部分となっている。
すべてのパウンド水門は 3 つの要素がある：
水門の操作の原理は単純である。例えば、下っているボートが水門が満水であることがわかれば
もしも水門が空 (から) であれば、隔室に水が満ちるまで 5 分から 10 分待つ必要がある。 上流に向かうボートの場合には手順が逆となる： ボートが空 (から) の水門に入り、バルブを開けて隔室に水を満たす。 水は上流から隔室に流れ込む。 全体の操作は通常 10 分から 20 分必要で、水門の大きさに依存したり、 水門の水位が元々ボートの水位に一致しているかどうかに依存したりする。
水門に近づいているボート乗りは別のボートが近づいてくるのを見れば通常は喜ぶ。 というのは、ボートはたった今水門を出たばかりで、水門が都合のよい状態になっているからである。 これにより 5 分か 10 分時間を節約できる。 しかしながら、これは階段水門の場合には事実ではない。 ここでは、集団で通り抜ける方がより速い。
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上流に上るボートの場合
1-2 ボートが水門に入る 3 下流のゲートが閉じる 4-5 上流からの水で 水門が満たされる 6 上流のゲートが開く 7 ボートが水門から出る |
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下流に下るボートの場合
8-9 ボートが水門に入る 10 上流のゲートが閉じる 11-12 水が排出されて 水門が空になる 13 下流のゲートが開く 14 ボートが水門から出る |
単純のために、この節では基本的な水門の型式を述べる。 基本的な水門では隔室の両端にゲートがあり、 単純な「歯板と歯車の仕組み」により、 ボートの陸上隊がパドルを手作業で持ち上げるものである。 この形式の水門は世界中に見ることができるが、 ここでの用語は英国の運河のものである。 この後の節では一般的な用語の変種を説明する。
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1-3 ボートが水門に入る
4 下流の水門を閉じ、下流のパドルを閉鎖し、上流のパドルを開く。水門に水が満ちる。 水門が水で充満し、ボートが上昇する。 |
落差とは水門における水位の差のことである。 イングランドで最も深い 2 つの水門は ケネット・エイボン (Kennet and Avon) 運河の 「 バース・ディープ・ロック (バースの深い水門、Bath deep lock) と ロッチデール (Rochdale) 運河のツール・レーン (Tuel Lane) 水門である。 これらの水門はほとんど 20 フィート (6.1 m) ほどの落差がある。 どちらの水門も、2 つの水門が合体したもので、 道路交差の変更に対応するために合体したのである。 イングランドで、建設された時から深い水門は トレント・マージー (Trent and Mersey) 運河のエトルリア・トップ (Etruria Top) 水門と オクスフォード運河のサマートン・ディープ・ロック (サマートンの深い水門、Somerton Deep Lock) である。 どちらもおよそ 14 フィート (4.3 m) の落差がある。 情報源によりどちらが深いかに関しては違っているが、 いずれにせよエトルリアの水門は長年にわたる地盤沈下に対応して深くなっている。 (イングランドで) 最も典型的な落差は 7-12 フィート (2.1-3.7 メートル) である。 (もっとも、もっと浅いものにも遭遇する。) 比較をすれば、ポルトガルの ドウロ川 (Douro river) のカラパテロ (Carrapatelo) と ヴァレイラ (Valeira) の水門は 279 フィート (85 m) の長さで、幅が 39 フィート (12 m) あり、落差はそれぞれ 115 フィート (35 m) と 108 フィート (33 m) である。 アイルランドのシャノン水路 (Shannon navigation) の リメリック (Limerik) の近くのアードナクラッシャ (Ardnacrusha) の 2 つの水門は落差が 100 フィート (30 m) である。 上部の隔室は落差が 60 フィート (18 m) で下部の隔室とトンネルでつながっている。 下部の隔室は下降中には見えないが、水がほとんどなくなると見えるようになる。
ディープ・ロックに進入 |
バース・ディープ・ロック |
ディープ・ロックのナロウ・ボート |
下流側ゲート |
水門の中のナロウボート |
パウンドは 2 つの水門の間の水平な区間のことである (リーチ (reach) とも呼ばれる)。 アメリカの運河ではレベル (level) と呼ばれる。
隔室は水門の主だった特徴である。 これは (石製、レンガ製、鋼製あるいはコンクリート製の) 水密な閉鎖区域で、 ゲートによって、前後のパウンドから隔離できる。 隔室はデザイン時に想定した最も大きな船と同じ大きさ (に操船用の余地を加えたサイズ) に等しいが、 時にはもっと大きくて水門を 1 度に多くの船で利用できるようになっている。 隔室は水位が上部のパウンドと同じ時に「満水」(full) と呼び、 下部のパウンドと同じ時に「空 (から)」(empty) と呼ぶ。 (もしも水門に全然水がなければ -- たとえば保守作業の時には -- この時にも「空 (から)」であると言うが、 「排水した」(drained) とか「水を無くした」(de-watered) と言う方が混乱が少ない。)
シル (cill) とは、上流ゲートより下から隔室に少し突き出ている狭い水平な棚である。 ボートの後部をシルに引っかけないようにする必要があり、 これが水門を下る時の主な危険である。 シルの先端の位置は通常水門の側壁に白線で記されている。 シルの角は丸みを帯びていて、両端の方が突き出ている。 水門によっては、 9 インチ (23 cm) の厚みのオークの板が シルの堅い部分を守っている。 オクスフォード運河では、これはバビー (Babbie) と呼ばれ、 グランド・ユニオン運河ではシル・バンパー (cill Bumper) と称している。
ゲートは水密な扉で、隔室を上部及び下部のパウンドから隔離する。 隔室の両端には 1 枚の扉か、半分のゲートの組が装備され、 これは オークないしは ニレ (最近のものは時には鋼) でできている。 最も普通の配置はマイター・ゲート (miter gate) と呼ばれ、 レオナルド・ダ・ヴィンチ (Leonardo da Vinci) によって 1400 年代に発明されている。 これは閉じると、2 枚の扉が山形 (chevron) に接し、上流に向く。 わずかな水位の違いでも、閉じた 2 枚の扉をしっかりと互いに押し付ける。 隔室が満水でなければ上流のゲートは開くことがなく、 隔室が完全に空 (から) でなければ下流のゲートは開くことがない。 (従って、通常の操作では、隔室の両方のゲートを同時に開けることはできない。) 下流のゲートは上流のゲートより背が高い。 なぜなら上流のゲートは上流のパウンドを遮断するだけでよく、 下流のゲートは全隔室を遮断する必要があるからである。 上流のゲートの高さは運河の深さに、バランス・ビームや巻き上げ機などの高さを加えたものとなり、 下流のゲートは上流ゲートの高さに水門の落差を加えたものとなる。
バランス・ビームはゲートから曳舟道に突き出た長いアーム (腕木) である。 重いゲートを開け閉めするための「てこ」を提供するのみならず、 ビームは (浮力を除いた) ゲートの重さを軸受けの部分で均衡をとるようにしてあり、 ゲートを自由に動かせるようにしている。
パドルは時にはスラッカー (slacker)、クラフ (clough) とか (アメリカ英語では) ウイケット (wicket) と呼ばれ、これは単純なバルブで、水門を満水にしたり空 (から) にする。
パドル自身はスライドする木製の板 (最近ではプラスチック製の板) で、 持ち上げれば水が上流のパウンドから隔室に進入するか、 隔室から下流のパウンドに流れ出す。 ゲート・パドルはゲートの下部の穴を単に覆っているだけである。 もう少し精巧なグラウンド・パドルは地下のカルバート (culvert、排水渠) を閉鎖している。 8 個までのパドル (隔室の両端のゲートに 2 個のゲート・パドルと 2 個のグラウンド・パドル) があることもあるが、しばしばこれよりは少ない。 1970 年代以来長期間、ブリティッシュ・ウォーターウェイズの方針では、 もしもグラウンド・パドルが存在していれば、 上流ゲートでは、ゲート・パドルを交換しないことであった。 これは安全性からの理由であった。 上流に向かう船が不注意によって、ゲート・パドルから排出される水で水浸しになることがあったからである。 しかしながら、ゲート・パドルがなければ、水門の操作が遅く、この理由から渋滞が起きた。 1990 年代の後半から、望ましい方法は ゲート・パドルを交換、あるいは再装備して、この上に整流装置 (baffle) を設置し、 浸水の危険を最小限にすることとなった。
巻き上げ装置とは、パドルを引き上げ (開放) たり、引き下げ (閉鎖) したりするための装置である。 典型的には、巻き上げ装置の箱 (ハウジング, housing) からは、 断面が角型の差し込み口 (stab) が飛び出している。 これは、歯車の軸で、パドルの上部に棒付けされている歯板 (rack) とかみ合っている。 ボートの陸上隊はウィンドラス (巻き上げ棒、windlass) を 差し込み口に装着してから 12 回ほど回転する。 これにより、歯車が回転し、パドルが持ち上がる。 歯止めは歯板にかみ合っており、 巻き上げ中に不注意からパドルが落下しないようにし、 またウィンドラスを取り外した時に、パドルを持ち上げたままにする。 これにより、操作している人は別のパドルを開けることができる。
今日では、ボートが水門から離れる時に、パドルを開けたままにすることは 無礼で水の浪費をしていると思われるが、 商用利用の時代には普通の習慣であった。 パドルを下げるには歯止めをはずし、パドルをウィンドラスで巻き戻さなければならない。 歯止めを外してパドルを落としてしまうと、装置が損傷する。 -- パドル・ギアは典型的には鋳鉄でできており、 高い所から落とすと壊れるか、ひびが入る。 蛮行 (vandalism) によって水の浪費が問題となる場所では (例えば バーミンガム運河水路網 (Birmingham Canal Navigations) では) 通常、パドル装置には蛮行予防の鍵 (現在では「水保護装置」と名前を変えている) が装着されていた。 これにより、ボート乗りはパドルを持ち上げる前に鍵を使用する必要がある。 鍵は公的には「水保護キー」(water conservation key) と呼ばれるが、 ボート乗りはその形から「T キー」と呼んだり、「手錠キー」と呼んだりしている。 これは、元々のキーが リーズ・リバプール運河 (Leeds and Liverpool Canal) で使用され、 これが手錠に似ていたからである。 またキーはこの運河の名前を取って「リーズ・リバプール・キー」と呼んだり、 単にアンチ・バンダル・キー (Anti-Vandal Keys) とも呼ばれる。
200 年前のパドル装置 Wiener Neustädter、 オーストリア |
水保護装置 バーミンガム運河水路網 (Birmingham Canal Navigations) |
1980 年代にブリティッシュ・ウォーターウェイズはパドル操作用に 油圧装置を導入し始めた。 とりわけ、下流ゲートのパドルは操作するのが重い。 直径が 1 インチ程の金属製のシリンダーがバランス・ビームに搭載され、 これに小さな油圧ポンプを収容した。 軸が前面から突き出ており、 通常のようにウィンドラスで操作でき、 エネルギーが、小さなパイプによって実際のパドルに伝達される。 システムは広範囲に設置され、 幾つかの運河では当たり前のものとなった。 深刻な 2 つの欠陥が判明した。 伝統的な歯車よりは、設置・維持に、もっと高価で、 もっと頻繁に故障した。とりわけ無法な破壊者 (バンダル、vandal) がパイプの切断法を知ってからこうなった。 もっと悪いことに、これには安全面での欠陥があった。 パドルを一旦持ち上げてしまうと、緊急事態の時にパドルを落とすことができず、 巻き戻す必要があり、これには随分時間が必要であった。 このような要因から、1990 年代の後半に方針が撤回された。 しかし、油圧パドルは至る所に残っており、 ゲートを取りかえるまでに取り除かれることはなく、これには 20 年かかる。
ウィンドラス (lock handle とも iron とも単に key とも呼ぶ) は取り外し可能なクランクのことで、水門のパドルを開けるためにある。 (ウィンドラスは巻き上げ装置それ自身のことを指しているわけではない。)
最も単純なウィンドラスは、断面が円である鉄の棒から製造する。 鉄の棒の長さは直径が 1 インチ、長さが 2 フィートで、 これを L 字型に曲げ、その脚 (あし、leg) の長さが少し違うようにする。 短いほうの脚をハンドルと呼び、長い方の脚をアームと呼ぶ。 アームの先端には、四角い (時には先細となる) ソケットを溶接する。 このソケットは水門の巻き上げ装置から突き出ている軸 (spindle) に 丁度適合しないといけない。
チェサピーク・オハイオ運河では水門の管理人は夜間にはすべての水門からウィンドラスを 撤去することが要求されている。これは不正な使用を防止するためである。
水門を反転するとは、満水であった水門を空にしたり、空であった水門を満水にすることである (「水門に入り、水門を反転するのに 5 分しかかからなかった」)。 誰かが満水にしたり、空にする場合にもこのような表現をする (「別方向から来たボートが水門を反転し、我々にとって都合のよい状態になった」)。またこの逆の場合もある (「水門は我々に都合のよい状態であった。しかし別方向から来たボートが我々が到着する前に水門を反転した」)。
「水門停留」は下流に航行する「はしけ」が通常使用する水門への入り方である。 「はしけ」を水門の中で水が停滞している場所に向ける。 水門が空になり、水が減るにつれ、「はしけ」ないしはボートは水が停滞している場所から、 水門のゲートの方向に吸い寄せられる。 このため、はしけやボートをゲートの口に航行するのに必要な労力は随分と軽減される。
馬や牛が牽引する運河では、ボートを水門で停止するために係留杭を使用する。 時速数マイルで移動する 200 トンのボートは水門を破壊する。 これを防止するには、船が水門に入った時に係留杭のまわりにロープを巻きつける。 ロープを引けば、杭とロープの摩擦により、ボートの速度が低下する。
1873 年の 6 月に チェサピーク・オハイオ運河で起きた事故には、ボート「ヘンリー・C・フラッグ」(Henry C. Flagg) と 酔った船長が関わっていた。 ボートはすでに浸水し始めていた; 船員は、部分的にポンプで排水してから、 水門 74 に進入し、他のボートの前に割り込んだ。 係留に失敗し下流側のゲートに衝突し、これを破壊した。 水門から水が大量に流出したため、上流側の水門は瞬時に閉じ、これも壊れてしまい、 滝のような水がボートに降りかかり、ボートが沈没した。 これにより、運河の航行が 48 時間停止し、水門のゲートが交換され、 ボートが水門から除去された。
水門の形式や、それに使用される用語には変種が存在している。
ボレーヌ水門を通過動画からわかることは、この水門はとても深く、下流側のゲートを全部開くことが現実的でなく、 ゲートの一番下の部分のみを開閉していることがわかります。
大まかにいえば、連続水門は単に水門が十分に近接しているため、 1 つのグループとみなせるものである。 多くの理由から、連続水門は、 同数の水門が広範囲にわたって点在するよりは望ましいものである： 船員は 1 度岸に上陸して乗船するだけで、何度も繰り返す必要がない； 移行中は作業を集中することができ、航行を何度も中断する必要がない； 水門の管理人が 1 人いれば、連続水門を素早く通過する手助けとなる； 水が不足するような場合には水を最上位の水門にリサイクルできる。 連続水門の必要性は純粋に地形によって来まる。 しかし、意図的に連続水門を構成することが可能である。 これには掘割や 盛土により、高度差を「延期する」ようにすればよい。 実例：ディバイジズ (Devizes) のカーン・ヒル多層水門。
連続水門は階段水門と同じ意味ではない (以下を参照)。 一連の水門が階段水門であるためには、連続する水門の隔壁がゲートを共有する必要がある (つまり、別々の上流側ゲートと下流側ゲートの間にパウンドがない)。 大半の連続水門は階段水門ではない。 これは、隔室の各々が分離した水門で (つまり固有の上流側ゲートと下流側ゲートを持っているので)、 水門間には (いくら短かろうと) 航行可能なパウンドがあり、 水門は常套的な方法で操作される。
しかしながら、連続水門に階段水門が含まれている場合も、あるいは連続水門が 完全に階段水門である場合もある。 グランド・ユニオン運河 (レスター支線) のワットフォード (Watford) 連続水門は、 4 つの隔室からなる階段水門と、3 つの分離した水門から構成され、 フォックストン (Foxton) の連続水門は、隣り合う 5 個の隔室からなる階段水門である。
上り勾配が非常にきつい時には、階段水門が使用される。 階段水門には 2 種類あり、「実際上の階段水門」と「見かけ上の階段水門」がある。
「実際上の階段水門」は「連続水門」を圧縮したものと考えることができ、 中間のパウンドが消え、ある隔室の上流側ゲートがその上の隔室の下流側ゲートとなっているときである。 しかしながら、「階段水門」と「連続水門」を区別せずに使用するのは間違いである： 中間のパウンドがないため、階段水門の操作は連続水門の操作と随分違っているからである。 階段水門を単一の水門で中間レベルがあるものと考える方が有益である。 最上部のゲートは通常の上流側ゲートであるが、中間のゲートはどれも最下部のゲートと同じ高さである。 中間のパウンドがないせいで、 隔室を満水にするには 1 つ上の隔室を空にする必要があり、 隔室を空にするには 1 つ下の隔室を満水にする必要がある。 そのためボートが上昇するには、全ての隔室が満水でなければならない (但し最下部の隔室は別である)。 あるいはボートが下降するには、全ての隔室が空でなければならない (但し最上部の隔室は別である)。 このような「階段水門」を 2 組用意し、一方を上昇用に使用し、もう一方を下降用に使用すれば、 困難を回避でき、ひいてはより多くの交通を可能とし、待ち時間を減少できる。
「見かけ上の階段水門」では、隔室はゲートを共有する。 しかし水は直接、隔室から次の隔室に移動せずに、横の池を経由する。 これにより、移動を開始する前に階段水門が満水か空かを確認する必要がない。
イングランドで有名な「実際上の階段水門」はビングリー 5 層水門と グリンドリー・ブルックである。 2 層の階段水門はもっと一般的である：ドリフフィールド水路 (Driffield Navigation) のスネークホーム水門 (Snakeholme Lock) と ストランチオン・ヒル水門は階段水門に変更されたもので、 これは低水位により高潮以外の時に最底部のシル (cill) 以上に水位が全く上がらなくなったためである。 -- 新しく付け加えた最底部の隔室の水位が上昇し、元々の隔室のシル以上になった。 中国で最近完成した 三峡ダムには、大型船のための 2 重の 5 層の階段水門と 3000 トンまでの船舶用の船舶リフトがある。 「見かけ上の階段水門」の実例には グランド・ユニオン運河のレスター線 (Leicester Branch) の フォクストン多層水門 (Foxton Locks) と ワットフォード多層水門 (Watford Locks) がある。
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| ドリフフィールドの位置 | ホールダネス (古い行政区) |
階段水門の操作は連続水門よりももっと難しい。 経験のないボート乗りは階段水門の操作が難しいと気がつく。 (決断ができなくなって単純にマヒしてしまうことを除き) 最も懸念される点は 下の隔室が処理できるよりも多くの水を流すこと (こうなると曳舟道を氾濫させたり、運河の中に波を作ってしまう)、 あるいは中間の隔室を完全に空にすることである (しかしこれは階段水門が緊急時にドライ・ドックとして使用できることを示している)。 このような事故を避けるには、下降を開始する前にすべての隔室を空にするか、 上昇を開始する前にすべての隔室を満水にすればよい、 但し最初の隔室は話が別である。
どちらの形式の階段水門を使用する場合にも (一層の水門もしくは連続水門と比較して) きわだつ違いはボートを通過させるための最も良い手順である。 一層の水門 (あるいは複数のボートが通過する余地がある連続水門) では ボートは理想的には交互に進行方向を変え、 階段水門ではボートは直前のボートの後を追って同じ方向に進むことである。 グリンドリー・ブルック、 フォクストン、 ワットフォードやブラッチ (Bratch) の ような階段水門は管理者によって管理されており、 少なくとも主な航行シーズンには管理者は通常、出来る限り隔室の数と同数のボート を上げ下げする。
連続水門と同様に幅の広い運河では一隻よりも多くの船が同じ層にいることが可能である。 しかし水を浪費せずに、これを取り扱うには専門的技術が必要である。 イングランドの運河では二層以上の階段水門では通常、管理人がいる： ビングリーの管理人は (5 層と 3 層の階段運河のどちらの世話もして) 20 年以上もそこで働き、曳き手がなくなるような事故を防ぎ、 ボートをできる限り速く、そして効率的に移動できるようにしている。 このような専門的技術から奇跡的なボートの踊りを見ることになる： 逆方向に航行するボートが中間の層ですれ違ったり、 ピークの時には同じ方向に航行する船ですべての隔室が満室になっていたりする。
水門は同じ水路で平行して建設することが可能である。 この場合には二重水門、ペア水門とか双子水門と呼ぶ。 パナマ運河は二重水門が 3 セットある。 二重にすると通行が速くなり、混雑時の待ちを避け、 ボートが都合のよい水門を見つける可能性を増やしてくれる。 節水の問題もある： ボートには色々の大きさがあり、小さなボートは大きな隔室を空にする必要がないし、 どちらの水門も残りの水門の節水池として使用が可能である。 この最後の使用例の場合には通常は「双子水門」と呼ぶ。 この言葉は隔室の操作を同期させて、隔室を空にした時の水をもう一つの隔室を満たす補助にする可能性を示唆している。 この機能はイングランドの運河では長いこと使用されていない。 但し使用されなくなったパドル装置を時々見ることはある。 例えばオクスフォード運河のヒルモートン (Hillmorton) で見られる。
かって有名であったニューヨーク州のロックポート (Lockport) の階段運河にも二重水門があった。 5 基の双子水門によって、 高さ60 フィート (18 m) のナイアガラ急斜面を、 ボートが東に上り、西に下ることが可能となっていた。 これは 19 世紀における注目に値する技術上の偉業である。 今日ではロックポートには 2 つの大きな鋼製の水門があり、 古い双子の階段水門の半分は越流水路 (spillway) の役目しかしていないが、 今でも見ることができる (但し水門のゲートは取り外されている)。
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| ナイアガラ急斜面を横断する元々の北側の 5 層の階段水門。現在はゲートがなく越流水路 (spillway) の役目。 左側には 7.5×12 m の現代的な水門があり、これは 元々の南側の 5 層の階段水門を置き換えたもの | 1840 年頃のエリー運河の地図 |
これらの用語は (色々な場所で、あるいは色々な人により) 2 層の階段水門のことを意味することもあるし (例えばチェスターフィールド運河 (Chesterfield Canal) の ターナーウッド (Turnerwood) 二重水門：この運河にはソープ・ロー三重水門 (Thorpe Low Treble Lock) がある)、 単に 2 つの水門からなる連続水門のこともある (例えば、カルダー・ヘッブル水路 (Calder and Hebble Navigation) のソーンヒル二重水門 (Thornhill Double Lock) がある)。 また二重水門 (あるいはそれほど使用されないが 双子水門) は、イングランドの運河で新米がしばしば 幅の広い (4 フィートの) 水門のことを指す言葉である。 恐らくは、ナロウ水門の二倍の幅で、二隻のナロウ・ボートが同じ方向に並んで進むことができるからであろう。 正確には幅の広い水門 (ブロード・ロック、broad lock) と言うべきである。
停止水門とは 2 つの (競合する) 運河のジャンクション (接続点) で、 水が相互に行きかうのを防止するための水門のことで、落差は非常に小さい。
イングランドの水路網の競合時代には、 古参の運河会社は隣接する新参の運河との接続をしばしば拒絶した。 この状況からバーミンガムのウスター・バーが建設され、 積み荷は数フィートしか離れていない競合する運河のボートからボートに積み換えられた。
古参の会社が接続することを有利と考えるか、 あるいは新参の会社が、議会法に強制接続の条項を何とかして挿入することができて、 ジャンクションができるとする。この場合には、 古参の会社は水の供給を守ろうとした (あるいは促進しようとした)。 通常、古参の会社は、ジャンクションでは、新参の会社の運河が古参の会社の運河よりは水位が高くなることを要求した。 新参の運河から古参の運河への落差は数インチでしかないが、 水位の違いから水門が必要となり、これは停止水門 (stop lock) と呼ばれた。 名前の由来は新参の運河から古参の運河へ水が継続的に流出することを停止したからである。 水門は新参の会社の管理下に置かれ、ゲートは当然上流の方向 -- 新参の運河の方向に向いていた。 これは新参の運河の水の供給を守るためであったが、 ボートが通過するたびに、(水門が供給する) 水が古参の会社に「寄付される」ことになった。 水の供給が過剰な場合には、余剰の水が低い運河に継続的に流れ込むことになる。
色々な条件から、新参の運河の水位が高いことは保障されているわけではなく、 古参の会社の方も (水門のゲートを古い運河の方向に向けて) 停止水門を建設し、 新参の運河の水位が低い場合にゲートを閉じた。 この結果、一対の水門ができることになった： その一つの実例がキッズグローブ (Kidsgrove) の近くのホール・グリーン (Hall Green) にあり、 マックルズフィールド運河 の南端が、それ以前からある トレント・マージー運河 のホール・グリーン支線に接続している。
ストラトフォード・アポン・エイヴォン運河 とウスター・バーミンガム運河 の間の キングス・ノートン・ジャンクション の近くにある 4 つのゲートからなる 水門が 1914 年に一対のギロチン・ゲートで置き換えられた。 この水門により、どちらの運河の水門が高くても水の流れを停止した。 このような水門は (運河の) 国有化後は永久に開放された。
多くの停止水門は 1948 年の国有化後に取り除かれるか、1 つの水門に転換された。 ホール・グリーン (Hall Green) の停止水門は残っているが、1 つの水門になった： 余分な水門は トレント・マージー運河の貯水池の水位を低くすることにより取り除かれた。 これは ヘアキャッスル (野兎城, Harecastle) 運河トンネルの換気 -- 水面より上の空間 -- を改善するためであった。 これにより、トレント・マージー運河はマックルズフィールド運河 よりも、常に水位が低くなった。 ホール・グリーン支線は現在はマックルズフィールド運河の延長とみなされ、 マックルズフィールド運河はトレント・マージー運河と ハーディングス・ウッド・ジャンクションで接続している。 この場所はヘアキャスル・トンネルの北側の入り口のそばである。
新しい運河は、それが接続される運河よりは水位が高いとは限らないことに注意する。 例えば、オーサーリー・ジャンクションには非常に浅い水門がある。 これは、1835 年のバーミンガム・リバプール運河 (現在はシュロップシャー・ユニオン運河) が 1772 年に建造された スタッフォードシャー・ウスターシャー運河 に合流する箇所である。 ニコルソン (Nicholson) のガイドブックには、 新しい運河に沿って南進するボート乗りは、水門で高度を上げ、 そのあとでより古いスタッフォードシャー・ウスターシャー運河に出て、北か南に曲がる、 と書いてある。従って、 水門を通過するたびに、 シュロップシャー・ユニオン運河は水門の水を獲得することになる。 しかしながら、獲得する水の量は極めて少ない。これは水位の差が極めて小さいためである。 そのため時には上流、下流の水門を同時に開けることが可能である。
幾つかの実例では水門は円形に作られ、 隔室からの出口が 2 つ以上あり、 どちらも異なる水位で動作する。 このため水門は水位を変更する方法としても、ジャンクションとしても機能する。 水門の配置が円形であるため、 その中でボートを回転し、適当な出口に並ぶことができる。
このような円形の水門で最も良く知られたものは、 フランスの ミディ運河の アグド円形水門である。 これは運河の幹線水門の役目と、 エロー川への出入り口の役目がある。
第二のフランスの円形水門には、現在では使用されていない ロレン水門 (Écluse des Lorraines) がある。これは ロワール川並行運河 (Canal latéral à la Loire) と アリエ川 (River Allier) を結んでいた。
ドロップ水門は運河の短い区間の水位を一時的に下げ、 低い橋のような障害物の下をボートが通過できるようにするものである。 運河の復元にドロップ水門が使用されることがある。 これは運河が閉鎖された後で建造された構造物を取り除いたり、 上方に持ち上げたりすることが現実的でないか、極端に非経済的である場合である。 (無論、運河のコースを変えることが可能でないとする。)
ドロップ運河には 2 つの伝統的な水門とこれにつながる水溜め用のパウンドから構成されているものと、 1 つの長い隔室で、隔室に水溜めの機能を組み込んだものがある。 但し、用語が適当であるのは第 2 のほうである。 (ドロップ水門の) 前後のパウンドは同じ水位なので、 水門を空にするには、水溜めから (ずっと下流の運河に) 排水するか (そのまま外に) 放水する、 あるいは (浪費せずに) 水をポンプで運河に汲み上げる必要がある。 とりわけ、隔室が 2 つの場合には、バイパス用のカルバート (culvert、排水渠) が必要で、 邪魔なパウンドを避けて水を移動し、下流の水門に水を供給しなければならない。 隔室が 1 個であれば、使用していない時には水門を水で満たして、ゲートを開けたままにすればよい。
ドロップ水門の考えは色々な場合に提案されたが、 世界で実際に建造された唯一つの実例はスコットランドの フォース・クライド運河のダルミュア (Dalmuir) である。 水門は 1 つの隔室から成るものである。運河の復元時期にこれが組み込まれたのは、 交通の頻繁な道路の旋回橋を固定式の橋で置き換えて、 運河の復元が、激しい道路交通を頻繁に阻害することがないようにするためであった。 これはポンプで水を汲み上げることができるが、 多大の電力を使用するため、水の供給が十分にある時には、水門から水を (外に) 放水する。 水門の操作を示す一連の写真を ここで見ることができる。
洪水水門は川の氾濫により、接続された水路が氾濫することを防止する水門である。 典型的には、運河が川から離れる箇所に設置されている。 通常の川の水位では水門のゲートを開けたままにしておき、 運河の水位は川の水位と共に上下する。
しかしながら、川の水位が運河の安全な水位を超えた場合に、 ゲートを閉鎖して (余分の水門が構成され)、川の水位が下がるのを待つ。 これは本当の水門なので、ボートは運河から川に出ることが可能で (もっともこれは賢明ではないが)、 あるいは (もっと意味のあることであるが) 川の氾濫にとらわれたボートが運河に避難することができる。
運河が単純に同じ川の 2 区間を結んでいる航行用の掘割であれば、 洪水水門は掘割の上流の端にある (下流の端には常套的な水門がある)。
洪水水門は、洪水ゲート (以下を参照) としてのみ使用していると、 元の機能を発揮できなくなっていることがよくあり、このときは改装しなおす必要がある。 外側のゲートのみ閉鎖していれば (水路が本当の意味で商用のものでなく、 資金的必要性から氾濫した川にあえて出ることがなければ)、 内部のゲートはそのうちに、維持することが困難となる。 この良い実例がカルダー・ヘッブル水路にあり、ボート・ガイドには「洪水水門」と書いているが、 明らかに洪水防止にしか使用できなく、洪水した川からボートが出入りできない。。
洪水ゲートあるいはストップ・ゲートとは 洪水水門の安価版である。 ゲートが 1 つあるのみで、川が運河の水位より高い時は、ゲートを閉鎖し、 航行を停止する。 これは、フランスの内陸水路ではごく普通のものである。 洪水ゲートは、長い運河を分割するのにも使用される。 これは堤が決壊した場合に、周囲を守るためで、 無論周囲の水位が運河の水位よりも低い場合である。 これは長い堤防の末端や水道橋でよく見かける。 これらの水門は見過ごしやすい。 それはバランス・ビームがなく、通常の水門の水位よりはわずかに背が高いだけだからである。
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双方向洪水ゲート
ベルギーのスコーテン・デッセル運河 (Schoten-Dessel, Belgium) |
洪水ゲートもしくはストップ・ゲート(米語)
チェサピーク・オハイオ運河、洪水が起き そうな時に水門に板が挿入され、ポトマック川 の水が運河に入らないようにする。 板を設置するためのウインチ小屋 (上部) |
水門が潮の影響を受ける場合 (すなわち、水門の片側の水位が潮によって変化する場合)、 あるいは運河が水位変化のある川と接続する場合には、 潮や川に面した側 (下流側) が通常の「上流側」の水位よりも高くなることがある。 上流に向いた扉では機能を失い、単に開いてしまう。 水が水門を逆方向に流れるのを防ぐためには、逆方向を向いたゲートが少なくとも 1 つ必要である。 もしも、この状況でもボートの使用が望ましいのであれば、潮や川の方向に向くゲートを完全に設置することである。 通常の方法では隔室の両端に反対向きのゲートを設置することになる (この代替手段は、 1 対の停止水門を配置することで、これには 2 つの別の水門を反対向けに設置すればよい -- しかし隔室が余分に必要となる)。 一方の極限状態を除いては航行の必要性がない、もしくは不可能な時には (例えば、潮位が高くも低くもない場合には航行でき、潮位が低い場合には隔室が空になることを防ぐのみであれば) 1 つの両方向ゲートのみで十分である。
海水門 (うみすいもん, sea lock) は、運河や川を直接に大河の河口 (estuary) や海洋とつなぐものである。 海水門はすべて潮の影響を受ける。
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潮汐水門の隔室の 1 方の端の双方向ゲート
フールネ, ニーウポールト・ダインケルク運河 Veurne, canal Nieuwpoort-Duinkerke |
海水門
コーンウォール州、ビュード運河 |
制御水門も参照のこと。
潮汐水門とは一般的に潮汐が起きる水面とそうでない水面をつなぐ水門のことである。 これには、川において潮の影響を受ける部分とそうでない区間の間に設置された水門、 潮の影響を受ける川と運河の間に設置された水門、そして海水門がある。 しかしながら、この用語が指し示している水門は、操作手順が潮の状態によって影響を受ける水門のことである。 これには次のものがある。
取水水門は、 給水運河や川からの水の取り込みを調節するものである。 場合によっては、取水水門はボートが川のよどみに上昇するための水門の 機能 (リフト水門) もある。 下の実例を見てください。 取水水門は元々はジョージ・ワシントンの リトル・フォールズ回避運河 (小さな滝を避ける運河, Little Falls Skirting Canal) で ポトマック会社の運河の一部でした。 後になってチェサピーク・オハイオ運河の給水運河に目的を変更したものです。
世界で最大の水門は ベレンドレヒト水門 (Berendrecht Lock) で、 ベルギーのアントワープ港への入口となっている。 水門は長さが 500m, 幅が 68m, 落差が 13.5m で、4 つのスライド式の ゲートがある。 水門の大きさは、水門がデザインされている水位の違いを考慮せずに 比較することはできない。 例えば、ローヌ河のボレーヌ水門 (Bollène lock) は 23m の落差があり、 カザフスタン (Kazakhstan) の エルティシ川 (Irtysh River) の オスケメン (Oskemen) 水門は 42m の落差がある。 水門において考察する必要があるのは、水の全体積で、長さと幅と落差をかけた値である。 実際の仕事量との関連で、必要とされる全水量の体積を減らすためには階段水門が使用される。 実際の仕事量は船舶の重さと、これが持ち上げられた高さに関連する。 船舶を降下する場合には、 消費された水のポテンシャル・エネルギーの消費を考える必要がある。 水門の代替物にはボートリフトがある。 この形式の施設 (例えば、アンダートン・ボートリフトや ベルギーのストレピ=テュー・ボートリフト (Strée-Thieu boat lift)) の主要な動力源は水の消費には依存することがなく、 モーターの動力に依存し、水の消費を最小限に抑えるようにデザインされている。
ミシシッピー川の 29 個の水門は典型的には長さが 180m である。 一方、タグボートと「はしけ」の編成は 370m になることもあり、15 隻もの「はしけ」と 1 隻のタグボート から構成されることもある。 このような場合には、「はしけ」が水門を通過する場合に、 動力のない「はしけ」を水門から出すために、水門のバルブを部分的に開放して、 流れを作ることがある。 水門から出た場所で連結され、他のはしけやタグ・ボートが通り抜けるのを待つ。 水門を通過するのに 1 時間半もかかることがある。
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ベレンドレヒト水門 (右) とザンドヴリード水門 (左)
スヘルデ川 (手前) からアントワープ港 (上) の入口 | ミシシッピ川の水門のはしけ |
2004 年の 11 月に幾つかあるハイラム M. チッテンデン水門 (Hiram M. Chittenden Locks) (地元では バラード水門 (Ballard Locks) と呼ばれ、近辺のシアトルの地名を指している) の 1 つが 保守のために空になった。この様子は以下の写真に見ることができる。 これにより、水門がどのように動作するのか、邪魔な水がない状態で底を見る機会が与えられた。 参考のためにいえば、 左端の写真は水門の動作中のもので、 タグボートと (砂と砂利を搭載した) はしけが、水門の開くのを待っている。 写真の左下の角には、壁面に切り抜きがあり、 これはゲートが開いた時にゲートを収納するためにある。
水門には 3 つのゲートがあり、 水門の両端に 1 個ずつと中間に 1 個ある。 中間のゲートは水門の全長が不必要で半分の長さのみが必要である場合に使用され、水が節約される。
第 2 の写真で、水門の底を歩いている人がかろうじて見えるが、 これにより水門の巨大さがわかる。 どの下流ゲートの写真にも、水門の底部の両側に開口部の列が見られる。 この開口部と重力により、水門から水が出入りする。 水門を満水にしたり、空にしたりする時間はおよそ 15 分である。
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ハイラム M. チッテンデン
水門、タグボートとハシケ が満水の水門にいる |
水門が保守のため空
水門の下流側 |
水門が保守のため空
中央のゲート |
水門が保守のため空
上流側のゲート |
古代においては、川による輸送は普通であった。 しかし川では時々水が浅くなり、小さなボートしか航行できなくなる。 古代の人はダムを作って水位を上げれば、より大きなボートも航行できることに気が付いた。 ダムの後方の水は深くなり、(水が) ダムを越えて堰となる。 これで大きな船も航行できることになる。 このダムの建設は川沿いで繰り返され、深い水の階段ができることになる。
噴出水門を参照のこと。
ダムと堰の進展によりボートを水の階段の間でどのように通過させるのかという問題が発生した。 初期の、そして荒削りの方法は噴出水門であった。 噴出水門は基本的にはダムの開口部で、これをすばやく開閉した。 イングランドのテムズ川では、これは (rimer と呼ばれる) 垂直な杭に板を押し付けて、 隙間を閉じて閉鎖した。
隙間が開いた時に、奔流が起き、川下に向かう船を押し流すか、 川上に向かう船の場合であれば、流れに逆らって人力もしくはウィンチで曳き上げた。 ボートが通過すれば、開口部は素早く再び閉鎖された。 ゲートは噴出する水を川下に流すことによって、 浅瀬に座礁している船を開放することにも使用された。 これが名前の由来である。
このシステムは古代中国等、世界中で使用された。 しかし、この方法は危険であり、奔流により多くの船が沈没した。 このシステムでは、必然的にパウンドの水位を低下させることになり、 製粉業者には人気がなかった。彼らはミル (mill, 水車工場) を駆動するために (高い) 水位に依存していたからである。 これにより常に戦いになった。法的な戦いも、また物理的な戦いもボート乗りと製粉業者の間で繰り広げられることになり、 水が少なくなれば航行用途には川を閉鎖することになった。 主にこの紛争により、 中世中国でパウンド水門 (pound lock) が採用されることになった。 この方法では、航行によりほとんど水を消費しなかったせいである。
もう少し洗練された装置は水止め (staunch) あるいはウォーター・ゲート (water gate) である。 これは 1 枚のゲート (あるいは半分のゲートの組) で、 川の水位が低い時には閉鎖し (そして水圧により閉鎖状態にし)、上流の浅瀬で船を浮かせることができる。 しかし、ボートが (ゲートを) 越えるには (補助的手段 -- これは現代の導水路 (sluice) に近づいて行く -- によって) 上流の水を排水する必要がある。 従って障害物がミル (mill, 水車工場) の堰の場合には使用できない。
水止め (staunch) の自然な拡張は、上流に 1 枚のゲート (あるいは半分のゲートの組) を 設置すれば、中間にパウンドが形成され、これがボートの通過時に空 (から) にしなければならない全てとなる。 この形式の水門はパウンド水門と呼ばれ、 帝国期の中国でも中世ヨーロッパでも知られていたことで、 間接的な証拠から恐らくローマでも知られていた。 英国では用語が違っていることに注意して下さい。 英国でパウンドと呼ばれるのは水門の間の区間のことです。
「両側が芝の水門」とは水門の初期の形式で、土の堤防により、水門の隔室を形成するものである。 これにより、草などの植物が育つことになる。 これは今や当たり前となって広く使用されているレンガや石造りあるいはコンクリート製の水門とは違っているのである。 この初期の水門のデザインは 1700 年代初頭に河川水路 (river navigation) でもっとも頻繁に利用された。 これは運河の到来以前のことである。
「両側が芝の水門」の両側は傾斜しており、満水の時に水門は非常に広くなる。 この結果、この形式の水門は、レンガや石造りの水門で 垂直の壁があるものよりは多くの水が必要となる。 そのため、英国の運河や水路では、「両側が芝の水門」はレンガや石で作りなおされ、 よい実例がほとんど残っていない。 ケネット・エイボン運河 (Kennet and Avon Canal) のガーストン水門 (Garston Lock) やモンキー・マーシュ水門 (Monkey Marsh Lock) がそのような実例となっている。
水門によって引き起こされる問題は、水門が満水と空の周期を経るごとに、 水門 1 杯分の水 (1 万から 100 万リットル) が下流のパウンドに放出されることである。 もっと単純にいえば、 1 つの水門に 1 隻のボートしか入れないような運河では、 ボートが山頂のパウンドから、一番低いパウンドに航行するときには、 ボートはその途上で固有の水門 1 杯分の水と同行しているのである。 逆方向に行くボートの場合も水門 1 杯分の水を山頂のパウンドから、 最も低いパウンドに移送しているのである。 運河が枯渇することを防ぐためには、 何らかの方法を使用して、下流に排水される水と同じ比率で、 運河の頂上で水を常に補給しないといけないのである。 無論、これは河川航行の問題というよりは、 分水嶺を越える人口運河の問題である。
運河の立案をする時には、 デザイナーが建設を試みることは、山頂レベルの大きな貯水池、 あるいは遠方の水源からの人工的な水路、 あるいは (これ自身が貯水池となるように) できる限り長い水路、 あるいは 途中でできる限り多くの泉や川を引き込む水路 (あるいはこのようなもの全て) である。
自然な供給が、水の消費量に見合うほど山頂レベルの補給が十分ではない時 (あるいは予期せざるを得ない干ばつを考慮に入れれば)、 デザイナーは水を下から山頂にポンプで汲み上げることを考えるかも しれない。 そのような改善はあとで設置されるかもしれない。 これは計画が貧弱であることが明らかになった場合や、 予期せざる交通の増加や、雨が降らなかった場合である。 小さな規模では、限定された場所でポンプを使用することもある (ケネット・エイボン運河では、幾つかの水門で継続的に水がリサイクルされている)。
水門で使用する水を削減する一つの方法は、 1 つないしは複数の貯水池を作り、 貯水池の水位を上流のパウンドと下流のパウンドの中間にする。 このような貯水池では、 ボートが下降する時に水門から排出される水を貯蔵し、 次にボートが上昇するときに水を放出する。 これにより、ボートが下降するときの「満水と空の周期」で 失われる水の半分を節約することができる。 現在、このような貯水池は節水池 (water saving basin) と呼ばれる。
節水池の図 (下降) |
節水池の図 (上昇) |
例えば、ヒンデンブルグ水門 (ドイツの ハノーファー (Hannover), 1919 年 - 1928 年建設) には 長さが 225m の 2 つの水門の隔室があり、 どちらの水門も 1 サイクルで、42,000m3 の 水を使用することになるが、10 個の節水池の使用により、 10,500m3 の水が使用されるのみである。 もっと最近の実例では ライン・マイン・ドナウ運河 (Rhine-Main-Danube Canal) があり、 ここでは全部で 16 個の水門と 13 個の節水池がある。
節水池はパナマ運河の容量を増大する提案に組み込まれている。 しかしこの計画には異論がある。 というのは節水池で塩水と淡水を混ぜると ガトゥン湖 (Gatun Lake) の水が塩水を含むことになるが、 ガトゥン湖は飲料水の供給源で、しかも野生生物保護区 (wildlife reserve) だからである。
英語では、このような貯水池はサイド・ポンド (side pond) と呼ばれる。 ドロイトウィッチ運河 (Droitwich Canal) は 2011 年に再開したが、 ハンベリー (hanbury) には 3 つの水門からなる連続水門があり、 そのいずれにも動作可能なサイド・ポンドがある。 サイド・ポンドは グランド・ユニオン運河、 コヴェントリー運河等にも設置 されている。 これらは現在では使用されておらず、ある場合には埋め戻されている。 この理由は、ブリティッシュ・ウォーターウェイズ (British Waterways) が、 使用法を間違いやすく周辺を氾濫させる危険があると考えたためである。 連続水門で中間のパウンドが短いものは、パウンドが横に拡張されているものがある。 これは事実上貯水池となり、パウンドから水がなくなること (例えば、下流の水門が上流の水門よりも水が漏れやすい場合) を防止している。 このように拡張された中間のパウンドは時々、サイド・ポンドと混同される。
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使用されていないサイド・ポンド
アザーストーン (Atherstone) イングランドのコヴェントリー運河 |
中間のパウンドが横に拡張されているもの
カーン・ヒル多層水門の地図 |
最初に言及した「静的な方法」(色々な地形に沿う方法、掘削する方法、張り渡す方法) 以外にも、 多くの巧妙な「動的な方法」があり、これらは大半がボートリフトや インクラインの変種である。 これらは設置や操作が高価であるが、 通過するのが速く、水をあまり消費しない。
インクラインを構成するのは (はしけを固定するための) クレードル (かご、cradle) やケーソン (はしけを浮かせるために満水にした箱) であり、 これらは 1 つの水路から別の水路に鉄道で上下する。 箱を満水にすると、アルキメデスの原理から、ケーソンの重さは一定で、 ケーソンが運ぶボートの大きさに関係しない (水だけでも同じである)。 これにより、固定した重り、あるいは第二のケーソンによって簡単に均衡を取ることが できる。動力は蒸気でも水圧でもよく、 あるいは上端のケーソンに上部の水路の水を加えて均衡を狂わせても良い。
現在英国には稼働中のインクラインはないが、 有名であったものの残滓をレスターシャ―のフォクストンで見ることができ、 これは グランド・ユニオン運河のレスター線に属している。 このインクラインによりブロード・ボート (船腹の広いボート) が、連続する 10 個の狭い水門を バイパスできた。しかし、支線の反対側の端の改良に失敗したことと、 運用コストの高さから長く続かなかった。 これを復元する計画があり、資金が少し獲得されている。
マリン鉄道は坂のレールの上でボートを上下する点に関してはインクラインと同じである。 しかしながら、船は乾燥した状態で (クレードルにのせて) 運び、 水を満たしたケーソンで運ぶわけではない。 原理は保守のために船舶を水から引き上げる時に使用される パテント・スリップに基づいている。
実際の操作ではボートを運搬用の枠組みに導く。この枠組みは最初に水の中に下げておく。 ボートをクレードルに固定する。 固定するには船体の下から綱を水圧で持ち上げる方法が多い。 その後で、ケーブルにより丘に引っ張り上げる。 斜面の頂上で、クレードルを上の水路の中に沈め、ボートを開放する。 (輸送中に) ボートは浮いているわけではないので、 アルキメデスの原理は適用されない。 従って装置によって、上下するときの重さは一定ではない。 これにより (固定した重りや第二のボートにより) 均衡を取ることが困難である。
ある場所では、マリン鉄道は 普通の連続水門が計画されていた場所で一時的に設置された。 この様な場所で、とりわけ カナダ、オンタリオ州のトレント・セヴァーン水路の ビッグ・シュート・マリン鉄道 (Big Chute Marine Railway) が知られている。 この場合やこれ以外の場合にも、水門は建設されることがなく、 鉄道がそのままずっと使用された。
フォルカーク・ホイールは 世界で最初の回転するボートリフトで フォース・クライド運河の復元の目玉である。 壮大なホイールは 21 世紀の解決方法で、 以前運河をつなぐのに使用された連続水門にとってかわった。 連続水門は 1930 年に埋め戻されていたのである。 フォルカーク・ホイールは新水門のコンテストで勝利したデザインである。 観光客は、ホイールでボートの遊覧をすることができ、 30m の高さを数分で昇り、 元々の連続水門を使用した時よりも随分速くなっている。
ビクトリア時代の アンダートン・ボートリフト (Victorian Anderton Boat Lift) は世界で最初の垂直なボートリフトである。 トレント・マージー運河とチェシャー州の ウィーバー川を結んでいたが、最近復元された。 世界で最も高いボートリフトはベルギーの ストレピ=テュー・ボートリフト (Strépy-Thieu boat lift)) で、 1,350 トンのボートを 73.15 秒で昇降する。
もう一つの有名な変種はピーターバラ・リフト水門で、これはカナダのオンタリオ州のピーターバラ市の トレント運河のボートリフトで、トレント・セヴァーン水路の水門 21 となっている。 二重リフト (dual lift) は水圧ボートリフトとしては世界で最も高く、19.8m 昇降する。 これは一般の水門が通常は 2m しか昇降しなかった時には注目に値する実績であった。 リフトのどちらも 1,300 トンの容量がある。 ケーソンは長さが 42.7m で幅が 10 m で深さが 2.1m であり 垂直昇降距離は 20m である。トレント・セヴァーン運河にはカークフィールド (Kirkfield) にも類似のボートリフトがある。ベイシンのサイズは同じであるが、昇降距離が小さい。
1800 年頃に、イングランドのサマセット石炭運河 (Somerset Coal Canal) で ロバート・ウェルドン (Robert Weldon) はケーソン水門の使用を提唱した。 この水中のリフトでは、隔室の長さは 80フィートで、60 フィートの深さがあり、 完全に密閉された木の箱を含み、この木の箱は十分に大きく、はしけを収容できた。 この木の箱は 60 フィート (18 m) の深さの水のプールを昇降した。 避けることのできない水漏れを除き、 水は隔室から出ることはなく、水門を使用しても水が消費されることはなかった。 ボートは箱に進入し、後ろの扉を密閉し、箱自身が水の中を昇降した。 箱が隔室の底部に到達すると、ほとんど水面下 60 フィート (18m) となり、3 気圧となる。 この水門が製造され、摂政皇太子 (後の ジョージ 4 世) に実演した。しかし、これには色々な技術的問題があり、石炭運河では 実際に使用されることはなかった。
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ボートがケーソンに進入
ケーソンは水槽に水没 |
水密なケーソンが降下 | 下層のドアが開き、ボートが出る |
恐らくはウェルドンのケーソン水門に触発されたと思われるが、 ウィリアム・コングリーブ (William Congreve) は 1813 年に 「圧縮空気による二重バランス水門」 の特許を手に入れた。 これでは隣接する 2 つの水門のそれぞれが、 均衡した圧縮空気ケーソン (pneumatic caisson) を 内蔵し、ケーソンの上下移動はケーソンからケーソンに圧縮空気を移動することで実現した。 1817 年頃に リージェンツ・カナル・カンパニー (Regents Canal Company) は 現在の北ロンドンのカムデン水門 (Camden Lock) の位置にこの形式の水門を設置した。 再び、動機は水の供給の問題からであった。 企業はコングリーブのデザインに色々な補正を施したが、 結果は不十分で、まもなく普通の水門に置き換えられた。
この水門のデザインにおける新しい考えは、まだどこの水路にも設置されていない。 提案は鉄筋コンクリー製の長いチューブで、 大きさは昇降させるボートを収容できる程度にし、 上の水面と下の水面の間に傾けて設置する。 チューブの底部には頑丈で水密な扉を設置し、 一番上には普通の水門のゲートが 1 つあり、 チューブの奥の壁からボートの長さだけ離して設置する。 水位変化の実現方法は、上部のパウンドから水を注入すること、あるいは排水による。 船は誘導用の「うき」と共に水面に浮かべ、 誘導用の「うき」はチューブの形に適合するように作る。「うき」は船を壁から離しておくものである。 節水のために、メイン・チューブから水を出し入れする際に、サイド・ポンドも組み込む。 通常の連続水門や階段水門よりは随分時間が短縮されると想定されている。 ケーソン水門と類似しているが、ボートを潜水室で運ぶ必要がないという点では異なっている。
「対角水門助言グループ」 (Diagonal Lock Advisory Group) は この新しいデザインの水門の設置場所の候補地を英国内で指定している。 指定場所は新規の水路ないしは復元水路である。 考察されている計画にはケンダル (Kendal) に至るランカスター運河 (Lancaster Canal) の復元や、 ベドフォード (Bedford) と ミルトン・キーンズ (Milton Keynes) の間の グランド・ユニオン運河の新しい支線が含まれている。
中国の長江の三峡ダムには 1 万トンの船用の大きな船舶用の水門 (長さ 300m で幅が 35m) からなる 2 つの階段水門がある。 これに加えてボートリフト (大きなエレベーター) を設置する予定で、 3000 トンの船を一度に持ち上げることができるものである。 水門とボートリフトを合わせると、113m の昇降が可能となる。
水門により、水路を航行できる船の最大の大きさが決まり、 幾つかの重要な運河は標準的な船の大きさを表す名前となっている。 これには Panamax、 Seawaymax 等がある。
