الهويس: نظام رفع وخفض السفن في الممرات المائية

الهويس هو جهاز هندسي يُستخدم لرفع وخفض القوارب والسفن وغيرها من المركبات المائية بين مساحات مائية ذات مستويات مختلفة في الأنهار والقنوات المائية. الميزة الأساسية للهويس هي وجود غرفة (حجرة) في موقع ثابت دائمًا، حيث يمكن تغيير مستوى المياه بداخلها للتحكم في حركة السفن.

تاريخ الهويس وتطوره

مصر القديمة

يُعتقد أن الهويسات النهرية كانت جزءًا من قناة الفراعنة في مصر القديمة. ويُنسب إلى مهندسي بطليموس الثاني، وفقًا لديودوروس سيكولوس، الفضل في كونهم أول من حل مشكلة منع وصول المياه المالحة إلى نهر النيل من خلال اختراع الهويس في الفترة ما بين 274 و273 قبل الميلاد.

الصين القديمة

بين عامي 960 و1279 ميلادي، تطور نظام "قفل الوميض" (flash lock) ليصبح نظامًا يوفر بوابة علوية (أو زوجًا من البوابات) لتشكيل "حوض" وسيط يتم تفريغه فقط عند مرور القارب. هذا النوع من الهويسات، المعروف باسم هويس الحوض (pound lock)، استُخدم لأول مرة في الصين خلال سلالة سونغ (960-1279 م). وقد سجل تاريخ سلالة سونغ كيف قام المسؤول الضريبي تشياو وييوي في عام 984 م بتركيب زوج من بوابات التصريف على مسافة 250 قدمًا، مما خلق مقطعًا قصيرًا من القناة يعمل كـ هويس حوض، يتم ملؤه من القناة العلوية وتفريغه في القناة السفلية.

أوروبا في العصور الوسطى

في عام 1385، بُني نوع من هويس الحوض في فريسويك بهولندا، وكان يخدم العديد من السفن في آن واحد في حوض كبير. ومع ذلك، فإن أول هويس حوض حقيقي في أوروبا بُني عام 1396 في دام ببلجيكا. لاحقًا، قام الإيطالي بيرتولا دا نوفاتي ببناء 18 هويس حوض في نظام قنوات ميلانو بين عامي 1452 و1458.

آلية العمل الأساسية

تتكون جميع هويسات الحوض من ثلاثة عناصر رئيسية:

• غرفة محكمة الإغلاق: تربط بين القناتين العلوية والسفلية، وتكون كبيرة بما يكفي لاستيعاب قارب أو أكثر. موقع الغرفة ثابت، لكن مستوى المياه بداخلها يتغير.
• بوابات: توجد بوابة (غالبًا زوج من البوابات النصفية) عند كل طرف من طرفي الغرفة. تُفتح البوابة للسماح للقارب بالدخول أو الخروج، وتكون محكمة الإغلاق عند إغلاقها.
• معدات التحكم (صمامات): مجموعة من الصمامات لتفريغ أو ملء الغرفة حسب الحاجة. عادة ما تكون صمامات بسيطة تسمح بتصريف المياه، بينما تستخدم الهويسات الكبيرة مضخات.

عملية التنقل

بالنسبة لقارب يتجه نحو المصب (من الأعلى إلى الأسفل):

1. إذا كان مستوى الماء في الغرفة منخفضًا، ينتظر القارب حتى يتم ملء الغرفة من الصمام العلوي.
2. تُفتح البوابات العلوية ويدخل القارب.
3. تُغلق البوابات العلوية.
4. يتم تصريف المياه من الغرفة عبر الصمام السفلي حتى يتساوى مستوى الماء مع مستوى القناة السفلية.
5. تُفتح البوابات السفلية ويخرج القارب.

أما بالنسبة للقوارب المتجهة نحو المنبع (من الأسفل إلى الأعلى)، فإن العملية تكون عكسية تمامًا. تستغرق العملية عادةً ما بين 10 إلى 20 دقيقة.

تصاميم الهويسات التاريخية

هويس الكيسون (Caisson Lock)

حوالي عام 1800، اقترح روبرت ويلدون استخدام هويسات الكيسون في إنجلترا. في هذا الرفع المائي، تكون الغرفة عبارة عن صندوق خشبي مغلق تمامًا يتحرك صعودًا وهبوطًا في حوض مائي عميق، مما يمنع فقدان المياه، لكن هذا التصميم واجه مشاكل هندسية ولم يتم اعتماده على نطاق واسع.

هويسات المواد المركبة

للتوفير في التكاليف، خاصة في المناطق التي يصعب فيها الحصول على الحجارة الجيدة، بُنيت هويسات من مواد مركبة، حيث استُخدم الركام أو الحجارة الرديئة في البناء مع تبطين الجدران الداخلية بالخشب لمنع تآكل القوارب.