蘇伊士運河沒有船閘,是海平面水道,基爾運河與巴拿馬運河,都有船閘,據說是因為運河兩端海平面有一定的高度差,這勢必造成運河有一定的流速,對行船不利,因此才修船閘。那巴拿馬運河修建船閘到底是因為什么呢?
巴拿馬運河(英語:Panama Canal,西班牙語:Canal de Panamá)位于中美洲的巴拿馬,橫穿巴拿馬地峽,總長82公里,大致呈西北-東南走向,寬的地方達304米,最窄的地方也有152米。該運河連接太平洋和大西洋,是重要的航運要道。在太平洋一側有兩座船閘,在大西洋一側有一座船閘。在大西洋一側的船閘有三層,高達21米,每扇有745噸重,但平衡相當好,只要30千瓦功率的電機即可驅動開合。船室長305米,寬33.5米,船只在船閘中被提升26米,進入人工筑壩攔截查格里河形成的嘎頓湖,通過運河再經過一座單層船閘降到海拔16.5米,進入米拉弗洛湖,最后經過一座雙層船閘降到海平面高度進入太平洋。每座船閘都是成對的,所以可以雙行,船只在船閘中由軌道牽引機牽引行動。嘎頓湖中有幾個小島,是野生動物保護區(qū)。1881年,法國人開始建造巴拿馬運河,但很快由于工程技術問題和勞工的高死亡率而停工。美國于1904年接手這一工程,并于1914年8月15日建成。作為人類有史以來最大的工程項目之一,巴拿馬運河極大地縮短了船只來往于大西洋和太平洋之間的時間,使船只能夠避開遙遠而危險的合恩角附近的麥哲倫海峽和德雷克海峽。1914年8月5日,巴拿馬運河正式開通。在運河的建造過程中,哥倫比亞、法國和美國先后控制了運河周邊的區(qū)域。美國之后一直控制著運河和其周邊的巴拿馬運河區(qū),直到1977年簽署《巴拿馬運河條約》為止,美國才著手將控制權移交給巴拿馬。在一段美國和巴拿馬共同管理時期之后,1999年,運河被完全移交給巴拿馬政府,并由其所屬的巴拿馬運河管理局管理至今。每年通過巴拿馬運河的船只數量從1914年的約1, 000艘,增長到了2008年的14, 702艘,總重約為3.337億裝載噸。直到2012年,至少815, 000艘船只曾通過過巴拿馬運河。2006年10月22日,巴拿馬就巴拿馬運河擴建舉行全民公投,超過78%的投票者支持擴建,擴建計劃獲得通過。計劃在運河的兩端各修建一個三級提升的船閘和配套設施,船閘的寬度擴大到55米,長度到427米。2007年巴拿馬政府開挖新航道,因為新運河比起舊運河(又稱觀花水閘)要寬,因此才稱為擴寬工程,但其實是一條新運河,并非原運河直接擴寬。2016年6月26日,歷時十年擴建后的巴拿馬運河啟用。
首先,巴拿馬運河兩側的太平洋和大西洋并沒有很高的高度差,太平洋一側僅比大西洋一側高20-50厘米(維基百科采用的是24厘米,東京大學教授山形俊男的測算是50厘米)。網上有說高度差達到5-6米,是訛傳。由此推導出的因為兩者落差過大不能修平面式運河,自然也是誤傳。其次,巴拿馬運河之所以要使用船閘,且船閘落差達到26米并不是為了調節(jié)兩洋的高度差,而是因為運河會經過加通湖。這個湖比海平面高了26米,所以要用船閘把水位高度先升上來,再降下去。
那么,如果不經過加通湖,直接修建和蘇伊士運河一樣的海平面水道行不行?答案當然也是可以的,但在100多年前運河修建時有三個問題。一、工程量會加倍。巴拿馬運河始建于1881年,首任負責人法國人斐迪南·德·雷賽布正是蘇伊士運河的主持建造者。雷賽布原本的計劃就是按蘇伊士運河的經驗,建造與海平面等高的運河。但由于開鑿庫雷布拉山的技術問題、查格雷斯河雨季水位暴漲問題以及熱帶雨林導致的勞工高死亡率,運河建造一直進展緩慢,并于1889年中斷。美國于1904年接手這一工程,發(fā)現在當時的技術條件下,如果不利用加通湖這個現成的水道,不僅造價會大大增加,而且可能造成更多的勞工傷亡。二、不同于降水量較少的蘇伊士地峽,巴拿馬地峽處在雨量豐沛的中美洲,如果人工水道不與自然水道相連,即便能順利建成,雨季時運河內必然會形成洪水,而運河的河道又相當狹窄,會給過往船只帶來安全隱患。三、物資運送方便。如果運河可以和加通湖、查格雷斯河連通,在基礎設施尤其是道路設施遠不如今天完善的百年前,也方便通過水運將物資運送到運河修建的沿岸。
最后,為什么兩洋在中美洲兩側會出現高度差?其實,全球各地海平面都有高度差,即便排除波浪和潮汐,也不在一個平面。這一方面是因為地殼不均勻,如果某一區(qū)域地殼較厚,引力就會相對較大,吸引的海水也就會多。全球海洋表面有三個較大的隆起區(qū)域,一個在澳大利亞東北部海區(qū),隆起高度76米;第二個區(qū)域在北大西洋,高度68米;第三個在非洲東南部,高度48米。另外,地球上還有三個較大的凹陷區(qū)域,一個在印度洋上,凹陷深度112米;第二個在加勒比海,深度64米;第三個在加利福尼亞以西,深度56米;另一方面,由于信風、地轉偏向力、海水鹽分的影響帶來的洋流或者小范圍海水流動,也會導致不同區(qū)域海平面高度不同。譬如大西洋和地中海,由于地中海氣候較大西洋炎熱蒸發(fā)量大,地中海的鹽分高于大西洋。而鹽分越高,海水密度就越大。因此地中海的水壓大于大西洋,而且深度越深,兩者的壓力差越大。有了壓力差,海水便會產生運動。這樣地中海底部的海水便經由直布羅陀海峽進入大西洋底部,從而使大西洋海水被抬高。因此我們站在直布羅陀或者休達眺望兩者交接處,會發(fā)現表層海水由于高度帶來的重力作用是從大西洋流向地中海的。而巴拿馬兩側的太平洋和大西洋恰好與此相似。鹽分方面,太平洋一側因為降水較多,鹽分要低于大西洋。高度方面,太平洋一側是赤道逆流將海水帶向沿岸,而大西洋一側則是南赤道層流將海水從沿岸帶向墨西哥灣,這一進一出,海水自然一多一少。因此,在兩洋有輕微高度差的情況下如果直接打通巴拿馬地峽,可能會產生大西洋和地中海相似的情況——表層海水由太平洋流入大西洋,但底層海水由大西洋流向太平洋。同時,因為直接溝通的是兩大洋,海水流速會快于溝通大西洋和地中海的直布羅陀海峽以及溝通地中海和紅海的蘇伊士運河。