Trước khi có xe hơi, xe lửa và máy bay thì thuyền bè di chuyển trên sông nước là phương tiện chuyên chở hàng hóa hữu hiệu nhất. Do đó có nhiều kỹ thuật đã được phát triển để giúp thuyền bè di chuyển dễ dàng.
Âu thuyền trên kênh (canal lock) là một hệ thống trên những kênh nước dùng để giúp cho thuyền bè có thể đi từ sông hay biển này qua một sông hay biển khác với những mực nước khác nhau. Từ xưa tới nay đã có nhiều kênh đào và âu thuyền trên sông. Bên Trung Quốc đã có những âu thuyền từ ngàn năm trước. Trong bài này tôi xin nói về lịch sử kênh đào và kỹ thuật của âu thuyền.
Các kênh đào nổi tiếng
– Kênh đào Suez: Từ mấy ngàn năm trước các vua Ai Cập đã cố xây một kênh nối sông Nile hay Biển Địa Trung Hải với Biển Hồng Hải nhưng không thành công vì lúc đó kỹ thuật chưa được phát triển. Ngay như vua Napoleon cũng đã muốn có một kênh như vậy nhưng các kỹ sư của Napoleon đã tính sai. Họ cho rằng mặt nước biển hai bên chênh lệch nhiều nên cần phải làm âu thuyền và như vậy quá tốn kém. Do đó Napoleon quyết định không xây kênh.
Kênh đào Suez dài 163 km (101 dặm) nối liền Biển Địa Trung Hải và Biển Hồng Hải. Kênh Suez được khởi công vào Tháng Tư, 1859, và hoàn thành vào Tháng Mười Một, 1869. Kênh Suez là một trong những đường thủy quan trọng trên thế giới. Nếu không có kênh Suez thì tàu bè muốn đi từ Âu Châu qua Á Châu phải đi vòng qua Phi Châu, đường dài hơn 6,000 cây số (xem hình minh họa ở đầu bài).
Kênh Suez lúc đầu thuộc quyền sở hữu của một công ty của Pháp do ông Ferdinand de Lesseps sáng lập. Ông Lesseps là người đứng đầu việc xây dựng kênh Suez.
Đến năm 1956, Tổng Thống Nasser của Ai Cập quốc hữu hóa kênh Suez. Hành động này gây ra một cuộc khủng hoảng thế giới gọi là Cuộc Khủng Hoảng Kênh Suez 1956-1957.
Hiện nay kênh Suez được cơ quan Suez Canal Authority quản trị. Theo Hiệp Ước Constantinople (Convention of Constantinople) thì kênh Suez là trung lập, mọi thuyền bè quốc tế đều có quyền qua kênh, trong thời bình cũng như thời chiến.
Một điều đáng chú ý là kênh Suez không có âu thuyền. Nước trong kênh chảy tự nhiên giữa Biển Địa Trung Hải và Biển Hồng Hải.
– Kênh Panama: Từ thế kỷ thứ 16, người Tây Ban Nha đã nghĩ tới việc xây một đường thủy đi tắt từ Đại Tây Dương qua Thái Bình Dương. Vì nếu không có đường tắt thì thuyền bè muốn đi từ Đại Tây Dương qua Thái Bình Dương phải đi vòng xuống Nam Mỹ, qua mũi Cape Horn rồi đi ngược lên. Không những xa hơn rất nhiều (xem hình minh họa ở đầu bài) mà còn nguy hiểm vì Cape Horn nổi tiếng là vùng biển luôn luôn có sóng to gió lớn.
Người Pháp khởi xướng đào kênh Panama vào năm 1881, nhưng phải bỏ dở vì có nhiều trở ngại về vấn đề kỹ thuật cũng như về nhân sự. Hoa Kỳ tiếp tục công trình vào năm 1904 và hoàn thành kênh Panama vào năm 1914.
Kênh đào Panama dài 77 cây số (48 dặm) ở nước Panama, Trung Mỹ, nối liền Đại Tây Dương và Thái Bình Dương. Để khỏi phải đào một kênh dài 77 cây số các kỹ sư đã nghĩ ra cách xây đập để tạo nên một hồ nhân tạo ở khoảng giữa. Hồ đó tên là Gatun.
Như vậy chỉ phải đào kênh ở hai bên hồ. Vì hồ Gatun cao hơn mặt nước biển tới 26 thước, nên mỗi bên có ba âu thuyền. Một bên để nâng thuyền từ mặt nước biển lên tới mặt hồ và bên kia để hạ thuyền từ mặt hồ xuống mặt nước biển.
Kênh Panama đã được phát triển thêm để tàu bè lớn có thể qua lại được. Hệ thống âu thuyền thứ ba của kênh Panama được khánh thành vào năm 2016 sau gần 10 năm xây cất và với phí tổn $5 tỷ.
– Đại Vận Hà (Grand Canal): Đại Vận Hà là một hệ thống kênh rạch bên Trung Quốc, được UNESCO công nhận là một di sản thế giới. Đại Vận Hà là một hệ thống đường thủy miền Đông Bắc và Đông của Trung Quốc, chạy dài từ Bắc Kinh xuống tới Hàng Châu.
Đại Vận Hà có từ thế kỷ thứ 5 Trước Công Nguyên và được liên tiếp phát triển thêm. Vào đời Tùy (thế kỷ thứ 7) Đại Vận Hà đã là huyết mạch của nước Trung Hoa, chuyên chở ngũ cốc và các nguyên liệu đi khắp nơi.
Vào thế kỷ thứ 13 Đại Vận Hà đã dài hơn 2,000 cây số, nối liền lưu vực của năm sông lớn. Đại Vận Hà đã giữ một vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế của Trung Quốc. Hiện nay Đại Vận Hà vẫn còn được dùng.
Phía Bắc của sông Dương Tử kênh đào Đại Vận Hà có chiều đi lên hơn 40 mét, nên người Trung Hoa đã xây một hệ thống âu thuyền để giúp thuyền bè đi lại được. Theo sử Trung Quốc thì âu thuyền đầu tiên được hoàn thành vào năm 983.
Kỹ thuật âu thuyền
Âu thuyền trên kênh là một khoang trên kênh, hai đầu có hai cửa có thể đóng kín để nước không ra vào được và có thể bơm nước vào hay ra để hạ thấp hay nâng cao mực nước trong âu thuyền.
Mọi âu thuyền đều vận hành theo những định luật vật lý. Một vật thể nổi trên mặt nước, nếu nước dâng lên thì vật thể đó cũng theo đó mà lên cao. Nếu mực nước xuống thấp thì vật thể đó cũng theo đó mà xuống.
Để cho tiện việc diễn tả nguyên tắc âu thuyền tôi gọi dòng sông có mực nước cao là thượng nguồn và dòng sông có mực nước thấp là hạ nguồn.
– Đi lên: Khi đi từ hạ nguồn lên thượng nguồn thì mực nước trong khoang được giữ cùng mực nước với hạ nguồn. Cửa khoang âu thuyền phía hạ nguồn được mở ra và thuyền đi vào khoang âu (bước 1 và 2 theo hình minh họa dưới đây (nguồn: https://en.wikipedia.org).
Cửa khoang âu phía hạ nguồn được đóng lại (bước thứ 3).
Cho nước từ phía thượng nguồn tràn vào khoang âu cho tới khi mực nước trong khoang âu bằng với mặt nước thượng nguồn. Như vậy thuyền đã được nâng lên cùng với mặt nước thượng nguồn (bước thứ 4 và 5).
Cửa khoang âu phía bên thượng nguồn được mở ra (bước thứ 6).
Thuyền đi ra khỏi khoang âu và vào dòng thượng nguồn (bước thứ 7).
– Đi xuống: Mực nước trong khoang âu được giữ cùng với mực nước thượng nguồn. Cửa khoang âu phía thượng nguồn được mở ra và thuyền đi vào khoang âu (bước 8 và 9).
Cửa khoang âu phía thượng nguồn được đóng lại (bước 10).
Nước trong khoang âu được cho thoát ra xuống dưới hạ nguồn cho đến khi mực nước trong khoang âu bằng với mặt nước hạ nguồn (bước 11 và 12).
Cửa khoang âu phía bên hạ nguồn được mở ra (bước 13).
Thuyền đi ra khỏi khoang âu và vào dòng hạ nguồn (bước thứ 14).
—————-
Nguồn tài liệu: www.historyworld.net, http://whc.unesco.org, www.worldshipping.org, https://en.wikipedia.org
