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中国古代的水利工程和水文知识

[作者:宋正海]  [2007/8/3]
水利是农业的命脉。几千年来,勤劳、勇敢、智慧的中国人民同江河湖海进行了艰苦卓绝的斗争,修建了无数大大小小的水利工程,有力地促进了农业生产。同时,水文知识也得到了相应的发展。

几项重要的水利工程

我国古代有不少闻名世界的水利工程。这些工程不仅规模巨大,而且设计水平也很高,说明当时掌握的水文知识已经相当丰富了。

都江堰位于成都平原西部灌县(今都江堰市)附近的岷江上。这是秦昭襄王五十一年(公元前256年)李冰(约前280—约前220)任蜀郡守后,领导群众修筑的。都江堰由分水“鱼嘴”、“飞沙堰”和“宝瓶口”三项主要工程组成。分水“鱼嘴”是中流作堰,把岷江一分为二:东边是内江;西边是外江,是岷江正流。“宝瓶口”是劈开玉垒山建成的渠首工程。“飞沙堰”是调节入渠水量的溢洪道。内江从宝瓶口以下进入成都平原上密布的农田灌渠。有了都江堰,成都平原“旱则引水浸润,雨则杜塞水门”,成为富有的粮仓,享

享有“天府”的称号。都江堰的规划、设计和施工都具有比较好的科学性和创造性。工程规划相当完善,分水鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口联合运用,能按照灌溉、防洪的需要,分配洪、枯水流量。据晋常璩撰《华阳国志》记载:为了控制内江流量,在进水口“作三石人,立三水中,”使“水竭不至足,盛不没肩。”这些石人显然起着水尺的作用,这是原始的水尺。从石人“足”和“肩”两个高程的确定,可见当时不仅有长期的水位观察,并且已经掌握岷江洪、枯水位变化幅度的一般规律。通过内江进水口水位观察,掌握进水流量,再用鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口的分水工程来调节水位,这样就能控制渠道进水流量。这说明早在二千二百多年前,我国劳动人民在管理灌溉工程中,已经掌握并且利用了在一定水头下通过一定流量的“堰流原理”。在都江堰,“李冰作石犀五枚,……二在渊中”,“二在渊中”是指留在内江中。石犀和石人的作用不同,它埋的深度是作为都江堰岁修“深淘滩”的控制高程。通过“深淘滩”,使河床保持一定的深度,有一定大小的过水断面,这样就可以保证河床安全地通过比较大的洪水流量。可见当时人们对流量和过水断面的关系已经有一定的认识和应用。这种数量关系,正是现代流量公式的一个重要方面。

郑国渠  是秦始皇元年(公元前246年)由一个名叫郑国的水工设计和领导修筑的。郑国渠从现今陕西泾阳境里起,引泾水向东注入洛水,全长三百多里,灌溉关中平原。渠成以后,人们用富有肥效的细泥(悬浮体)的泾水进行“粪灌”(就是淤灌),把关中平原二百多万亩盐碱地改良成平均亩产二百多斤的良田。从此“关中为沃野,无凶年。”(《史记·河渠书》)当时关中流传着这样一首歌谣:“郑国在前,白渠起后①。举臿为云,决渠为雨。泾水一石,其泥数斗,且溉且粪,长我禾黍,衣食京师,亿万之口。”(《汉书·沟洫志》)生动描绘了在郑国渠等灌溉渠的淤灌下,关中平原农业发达、经济繁荣的情景。郑国渠的建设也体现了比较高的河流水文学知识。郑国渠渠首工程布置在泾水凹岸稍偏下游的位置,这是十分科学的。在河流的弯道处,除通常的纵向水流外,还存在横向环流,上层水流由凸岸流向凹岸,河流中最大流速接近凹岸稍偏下游的位置,正对渠口,所以渠道进水量就大得多。同时水里的大量细泥也进入渠里,进行淤灌。横向环流的下层水流却和上层相反,由凹岸流向凸岸,同时把比较重因而在河流底层移动的粗砂冲向凸岸,这样就避免了粗砂入渠堵塞渠道的问题。
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龙首渠是汉武帝时发卒万人开掘的一条引洛河水灌溉重泉(今陕西蒲城东南四十里)的一条大型渠道,这条渠道必须经过商颜山(今铁镰山)。如果沿山脚挖明渠绕过去,由于山脚的黄土层受水浸蚀,大量崩塌,渠道容易毁坏。于是劳动人民另想别法,终于发明了“井下相通行水”的“井渠法”,使龙首渠从地下穿过了七里宽的商颜山。

芍陂(安丰塘)  春秋时期楚国楚庄王在位年间(公元前613年到公元前591年),楚国劳动人民在今安徽寿县南面兴建了芍陂。这是个大似湖泊的水塘,塘堤四周设有三十六道门,七十二道涵。它接引了六安山区流来的水,形成一座周围一百二十多里的蓄水库,可以灌溉万顷农田。现在它成为淠史杭水利综合利用工程的一个组成部分。
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黄河大堤  黄河流经黄土高原,因而含有大量泥沙。河南孟津以下,黄河流入平原,河床坡度骤然变小,大量泥沙淤积河床,因而洪汛来的时候,经常泛滥、决口或改道,在历史上,黄河洪水灾情特别严重。我国历代劳动人民同黄河洪水斗争有过光辉的成就,创造了不少治河方法。目前,黄河两岸的千里大堤正是这种斗争的产物,它是在漫长的岁月中发展完善起来的。春秋时期,黄河下游已经部分出现了堤防,但是规模不大。战国时期,堤防更加普遍,某些地段还出现了所谓“巨防”和“千丈堤”。秦始皇统一中国以后,“决通川防,夷去险阻,”第一次统一治理了黄河大堤。以后黄河大堤又有所发展。特别是到了明清二代,由于“束水攻沙”理论的提出和应用,使堤防由消极的防洪挡水的工程变成了积极的冲刷淤沙的工程,因此黄河大堤迅速得到发展并且完善起来,出现了多种堤防的配合。此外还有许多辅助工程出现,如排水坝、顺水坝、透水坝、减水坝。在河流险工段更有多种护堤工程——“埽”。黄河大堤对于控制洪水灾害,保护人民生命财产,促进华北平原农业生产发展,本来应该起到积极的作用。但是历代反动统治阶级根本不顾人民死活,往往借治理黄河之名收刮民脂民膏,不重视大堤的维修工作,因而起不到积极的作用,黄河洪水灾害仍旧历年不断。

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