Âu tàu, hay âu thuyền, là khu vực đóng kín hay khoang chứa, xây dựng trên một đoạn kênh (hoặc sông) có cửa van đóng mở tại hai đầu, bên trong mực nước được thay đổi lên xuống để nâng hạ tàu.

Có nhiều loại âu tàu:

1. Âu đường thủy nội địa: Là công trình cố định có thể cô lập một vùng nước bởi các cửa ở 2 đầu, được xây dựng trong kênh hoặc sông. Được sử dụng để giúp các phương tiện giao thông đường thủy di chuyển tại các vùng có độ cao mực nước khác nhau ở khu vực có các công trình thủy điện hay thủy lợi, kênh đào dẫn nước, xưởng sửa chữa tàu thuyền v.v.
2. Âu hàng hải: Được đặt tại ranh giới của biển và một đường thủy nội địa, hoặc tách rời một bể cảng với biển, tránh ảnh hưởng của thủy triều nâng lên hay hạ xuống trong bể cảng. Những âu này thường đặt ở trên các kênh đào nối giữa hai vùng biển có cao độ mặt nước khác nhau.
3. Âu cho mục đích thủy lợi: Được xây trong những vùng giáp ranh nước ngọt và nước mặn, đóng vai trò âu tàu cho tàu thuyền nhỏ qua lại và ngăn xâm nhập mặn vào trong vùng nước ngọt phục vụ dân sinh.
4. Âu cho tàu thuyền tránh trú bão hay thời tiết xấu: Loại âu này tạo ra một vùng nước được che chắn, tạo điều kiện an toàn về sóng và dòng chảy cho tàu thuyền trong điều kiện thời tiết xấu.

Ba loại 1-3 thuộc loại âu kín, loại 4 là loại âu hở.

Nguyên lý

Nguyên lý hoạt động chung của âu: Một khoang chứa nước ngăn cách với phần còn lại của kênh với cặp cổng ở hai đầu. Mỗi cổng được đóng kín với một góc khoảng 18° để chống lại áp lực nước trên "thượng nguồn".

Hoạt động của âu tàu theo chiều di chuyển của tàu được mô tả theo trình tự như trong các hình ảnh dưới đây (Khi tàu, thuyền đi ngược dòng):

Hình 1-2. Thuyền đang vào âu; Hình 3. Âu được đóng lại khi thuyền đã ở bên trong; Hình 4-5. Âu được đổ đầy nước bằng mực nước "thượng lưu"; Hình 6. Cổng trên được mở ra;

Hình 7. Thuyền ra khỏi âu; Tàu, thuyền đi xuôi dòng ; Hình 8-9. Thuyền đang vào âu ; Hình 10. Âu được đóng lại khi thuyền vào bên trong; Hình 11-12. Âu được xả nước bằng mực nước "hạ lưu"; Hình 13. Cổng dưới được mở ra; Hình 14. Thuyền ra khỏi âu.

Âu kín thường có ba bộ phận chính:

1. Khoang nước riêng đủ lớn để chứa được một hoặc nhiều tàu thuyền, kết nối phía trên và dưới của kênh,. Vị trí của âu là cố định, nhưng mực nước trong âu có thể thay đổi.
2. Cánh cửa: mỗi cổng có 2 cánh, cổng được mở ra để cho phép thuyền vào hoặc ra, khi đóng phải chặn được sự thông nước.
3. Các van để xả hoặc tháo nước vào khoang theo yêu cầu. Thông thường là một van đơn giản cho phép nước vào hoặc thoát khỏi khoang chứa. Các âu lớn thường sử dụng máy bơm nước để hỗ trợ.

Âu tàu còn có các bộ phận khác như thể hiện trên hình vẽ sau :

1- Đầu âu trên ; 2- Đầu âu dưới; 3- Buồng âu ; 4- Cửa âu trên

5- Cửa âu dưới; 6- Tường dẫn hướng

6,7- Khu vực cảng ngoài; 8- Phai dùng khi sửa chữa ; 9- Cống dẫn nước; 10-Tường buồng âu; 11-Tường đầu âu; 12,13- Đáy đầu buồng âu

Lịch sử

Âu kín được sử dụng lần đầu tiên ở Trung Quốc thời nhà Tống. Qiao Weiyue, một quan chức thuế, để ngăn chặn việc đánh cắp các sà lan ngũ cốc trên sông Tây ở Giang Tô nên năm 984, đã lắp đặt một cặp cửa cống cách nhau khoản gần 80 mét có lợp như một tòa nhà. Bằng cách đó đã tạo ra một đoạn kênh ngắn, hiệu quả như một âu kín. Các cổng là "cổng treo"; khi đóng lại, nước tích tụ cho đến khi đạt đến mức yêu cầu, và khi cần nó được phép chảy ra. Mực nước có thể chênh lệch 1,2 m hoặc1,5 m ở từng âu và trong Kênh Chính, mực nước được nâng lên theo cách này thêm 42 m.

Ở châu Âu thời trung cổ, một loại âu kín được xây dựng vào năm 1373 tại Vreeswijk, Hà Lan. Âu này phục vụ nhiều tàu cùng một lúc trong một lưu vực lớn. Âu kín thực sự đầu tiên được xây dựng vào năm 1396 tại Bỉ. Công ty Italia Bertola da Novate (khoảng 1410 - 1485) đã xây dựng 18 âu kín trên Naviglio di Bereguardo (một phần của hệ thống kênh đào Milan) trong khoảng thời gian từ 1452 đến 1458.

Những âu tàu nổi tiếng

Một trong những âu tàu nổi tiếng thế giới là âu tàu ở Panama. Kênh đào Panama được đào xuyên lục địa châu Mỹ tại eo Trung Mỹ. Kể từ khi hoàn thành và mở cửa, mỗi năm kênh đào Panama tiếp đón hơn 14.000 tàu thuyền đi qua, mang theo trên 203 triệu tấn hàng hóa. Cùng với các ngành thương mại ngân hàng, du lịch, kênh này đã đưa Panama trở thành nền kinh tế lớn thứ hai và có tốc độ phát triển nhanh nhất tại Trung Mỹ.

Hệ thống âu nhiều bậc lớn nhất tới năm 2020 thuộc về công trình Thủy điện Đập Tam Hiệp Trung Quốc.

Việt Nam

Hệ thống âu trên sông Máng: Sông Máng là một sông nhân tạo tại Việt Nam, được hình thành từ những năm 1920, có chiều dài 52 km. Sông Máng nối với sông Cầu tại Thái Nguyên với sông Thương tại Bắc Giang. Trên sông có hệ thống âu thuyền để đưa thuyền bè từ Bắc Giang và các tỉnh đồng bằng tới Thái Nguyên. Đến những năm kháng chiến chống thực dân Pháp hệ thống các âu này không còn nữa.

Âu tránh trú bão: Âu Thọ Quang - Đá Nẵng: chứa được trên 4000 tàu thuyền đánh cá.

Tính tới năm 2017, tại Quần đảo Trường Sa có 4 âu tàu tại các đảo Sinh Tồn, Trường Sa; Song Tử Tây và Đá Tây cho hàng nghìn tàu cá vào neo đậu, tránh trú trong mùa mưa bão.

Âu Đảo Đá Tây A Trường Sa: rộng 13 ha, chứa được trên 200 tàu thuyền đánh cá.

Âu phục vụ thủy lợi: Âu Tắc Thủ (xã Khánh An huyện U Minh và xã Hồ Thị Kỷ huyện Thới Bình) Cà Mau…

Âu đường thủy nội địa:

Hiện nay có nhiều âu thuyền đang khai thác như âu sống Vân Thành phố Ninh Bình; âu Xuân Quang trên hệ thống Bắc Hưng Hải….

Âu tàu Rạch Chanh – Tp Tân An Long An đưa vào sử dụng 2016, chiều dài 160m; Rộng 19,5 m, sử dụng cho tàu thuyền dưới 1000 tấn, khoang thông thuyền 6,5  30 m. Có trung tâm điều khiển hiện đại. Công dụng: rút ngắn 50 km từ Tp. HCM đi các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, xả lũ mùa mưa, ngăn mặn mùa khô, điều tiết nước ngọt.

Trong năm 2019 nhiều âu đang được xây dựng ở phía Nam như âu thuyền Ninh Quới được xây dựng trên tuyến kênh Quản lộ Phụng Hiệp và một số âu khác nữa, các âu này sẽ được hoàn thành đầu những năm 2020 để phục vụ cho phát triển kinh tế vùng Đông Nam Bộ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Phạm Văn Giáp, Nguyễn Thượng Bằng, Lê Thắng Cang. Công trình Âu tàu. NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, 2012.
• AIPCN-PIANC, Final report of the International Commission for the Study of Locks, Brussels, Belgium, 1986.
• Đề tài TCCS, Tiêu chuẩn Thiết kế Âu tàu, Viện Khoa học công nghệ giao thông vận tải, Bộ Giao thông vận tải, 2018.