這個始於秦代的水利奇蹟,何以影響中國至今?

By 張楚漢 / 2023-09-01 18:36:52 /
基礎建設
中國古代歷史
摘要:

本文為中國科學院院士、中國水利學會名譽理事張楚漢教授所撰,介紹兩千多年前的前秦古人如何運用智慧修建靈渠,且以今日來看都符合現代工程水力學、航道水力學和水工建築學的理論概念,且影響中國歷代水利工程至今,體現中華文明延續至今仍深深發揮作用的影響力。

【犇報編按】


公元前3世紀末,秦始皇平定六國後,嶺南因山高路遠,糧草運輸不易,久攻不下,秦始皇為完成統一大業,遂在山嶺之間開鑿運河,溝通湘江和漓江,將長江水系和珠江水系連接在一起,這便是靈渠的由來。此後兩千多年裡,靈渠一直是嶺南與中原往來的交通要道,是古代絲綢之路的重要節點。靈渠與四川都江堰、陝西鄭國渠一起被稱為「秦代三大水利工程」,至今都仍承擔著灌溉任務。本文為中國科學院院士、中國水利學會名譽理事張楚漢教授所撰,介紹兩千多年前的前秦古人如何運用智慧修建靈渠,且以今日來看都符合現代工程水力學、航道水力學和水工建築學的理論概念,且影響中國歷代水利工程至今,比如南水北調工程就是利用大運河線路的擴展和延伸。體現中華文明延續至今仍深深發揮作用的影響力。本文原刊於大陸微信公眾號「瞭望智庫」,兩岸犇報特轉載以饗讀者。

xxx2019年6月30日,廣西興安縣靈渠(無人機照片)。圖源:新華社,周華 攝

這個始於秦代的水利奇蹟,何以影響中國至今?


◎作者|張楚漢(中國科學院院士、中國水利學會名譽理事、中國大壩工程學會常務理事)
◎來源|瞭望智庫

近日,2023年世界運河大會研討會在廣西桂林市興安縣靈渠畔舉辦。同日,靈渠申報世界文化遺產考古工作站揭牌儀式在興安縣靈渠博物院舉行。

始建於秦代,連接長江水系和珠江水系的靈渠是世界上最古老的人工運河之一,已有2000多年歷史,至今仍在發揮灌溉和防洪功能。2018年,靈渠入選世界灌溉工程遺產名錄。

「古往今來的運河工程中,靈渠讓人印象深刻。」在中國科學院院士、清華大學教授張楚漢看來,作為「世界古代水利明珠」的靈渠在統一中國、促進中外交流等方面發揮了重要作用,為中華民族多元一體格局的形成奠定了重要基礎。

1
古代水利工程的瑰寶


公元前3世紀末的中國版圖曾經是分裂的。

崛起於北方的秦始皇嬴政平定了六國,把黃河流域、長江流域都納入秦朝的版圖。為統一中國,秦始皇曾發兵嶺南,但是囿於嶺南山高路遠,糧草運輸不暢,久攻不下。

圖片2019年6月30日,廣西興安縣靈渠(無人機照片)。圖源:新華社,周華 攝

為解決補給難題,秦軍勘察發現,山嶺之間有一道走廊,那裡可以修運河。有了運河,就可以把中原地區(黃河流域、長江流域)和嶺南地區(珠江流域)連接成水運網絡。

秦始皇決定在山嶺之間開鑿運河,溝通湘江和漓江。在今日的廣西興安縣,秦軍開鑿靈渠,長江水系和珠江水系最終連接在一起。糧草不斷從中原經過靈渠運抵嶺南,秦始皇最終平定嶺南。

這便是靈渠的由來。

靈渠的建成改變了秦軍補給不足的局面,秦始皇借此平定嶺南,設立桂林、南海、像郡,統一中國。

此後兩千多年裡,溝通了長江水系湘江和珠江水系漓江的靈渠,一直是嶺南與中原往來的交通要道,是古代絲綢之路的重要節點。

作為中國古代水利工程的瑰寶,靈渠與四川都江堰、陝西鄭國渠一起被稱為「秦代三大水利工程」,使中原文明與其他地區的文明交流碰撞,在促成不同民族間經濟文化的交融以及形成統一國家等方面作出了重要貢獻。

1940年湘桂鐵路通車後,靈渠在航運方面的作用逐漸被取代,但如今依然承擔著灌溉的任務。

2
「世界船閘之父」


靈渠的規劃設計理念具有很高的科技創新水平,是運用河道水流運動規律,順應自然、與自然和諧相處的典範,是應天時、適地利、促人和的先驅,也完全符合現代工程水力學、航道水力學和水工建築學的理論概念,值得認真總結。

xxx廣西興安縣靈渠水道上建設的灌溉堰壩(2017年6月8日攝)。圖源:新華社,陸波岸 攝

科學選址:長江水系和珠江水系被南嶺山脈阻隔。先民們勘察發現,興安縣境內有兩條河,西邊是珠江的支流漓江,從北向南流入珠江;東邊是長江的支流湘江,從南向北流入長江,在這裡平行流過。

如果在興安修一條運河,把兩條河連接起來,就可以打通長江和珠江水系。

漓江和湘江最近處直線距離有20多公里,要在群山中開鑿20公里的運河,在當時的技術條件下很難辦到。

深入勘察後,先民們發現,漓江有一條支流,叫始安水,與湘江直線距離只有1.6公里。這意味著,只需要開挖1.6公里的水路,就可以把湘江水引入始安水,進而連通漓江。

然而,此處始安水的水位比湘江高出4.3公尺,將湘江水位抬高所耗費的工程成本過高。而沿湘江上溯2.4公里至湘江分水塘處,水位高於始安水1.5公尺,在這裡修建壅水壩提高水位並開挖運河,就可以連通湘江和漓江。

精準分流:先民們在湘江上修建了一座攔河壩,叫天平壩。天平壩由大天平和小天平組成,二者形成一個鈍角。同時,在大、小天平的連接處設計了一個向江心延伸的導流石堤,使南北兩渠平順分流。

天平壩將湘江水分流入南北兩渠,按3:7分水。3分流量通過南渠到漓江,7分流量經過北渠到湘江,豐水季節多餘流量則漫過天平壩重入湘江。

如果遇到洪水,來水可以漫過大壩,流入湘江故道。渠道上一共設置了五道側向溢流堰,用來排泄渠道裡的洪水,當地人稱之為「泄水天平」。

靈渠精準分流的關鍵在於兩方面,一是溢流堰高度確定了上游水位,二是南北兩渠的過流能力確定了3:7分水比例。按3:7分水,使南北兩渠的水深都基本保持在1.5公尺,以適應行船運輸。

降坡減速有利於通航:在渠首樞紐分為南北兩渠的總體布局下,北渠在湘江故道右岸台地上拐了兩個「S」形大轉彎,然後流入湘江。北渠從入水口到出水口的直線距離只有1.8公里,但通過兩個「S」形大轉彎的設計,渠道拉長至3.25公里,能有效降低水的比降和流速,無需設立船閘,就可以使船舶安全平穩地航行,在南渠的河道也有幾處類似的設計。

概括起來:人工做彎,延長渠道、降低流速、便於航行,水利工程裡把這個方案叫「彎道代閘」,這是古代水利技術的一個創新,靈渠是最早使用這一技術的古代運河。

建造了陡門這一水利設施,確保安全通航:靈渠所在的嶺南地區,一年有8個月的豐水期和4個月枯水期,遇到枯水期怎麼辦?怎麼讓靈渠繼續暢通?

古代先民們創造性地建造了陡門。

靈渠陡門被稱為「天下第一陡」,陡門技術在後來被應用於大運河,發揮了重要作用。20世紀80年代,國際大壩委員會的專家來靈渠考察,委員會的專家給了陡門一個評價:「世界船閘之父」。

靈渠全長37公里,11世紀時,渠道上最多設有36個陡門。陡門的設計充分考慮了河道的地形、水位及流量,兩座陡門之間最近距離僅150~200公尺,最遠距離達2公里以上。

當逆流而上的船只進入一個陡門後,把身後陡門關閉堵水,打開前進方向的陡門,待水位齊平後船只向前航行,形成一個類似多級船閘的雛形。靈渠陡門保證了渠道長年安全通航,陡門工程技術保證了我國古代河道建閘以利通航、灌溉、供水的綜合目標。

靈渠的探索成果影響了大運河,而大運河又影響了我國歷代水利工程,比如南水北調工程,其東線工程就是利用大運河線路的擴展和延伸。

3
新時代的價值


千年一瞬,來到21世紀,靈渠完成了自身使命,但同時在漫長歲月中又增添了濃厚的新價值。

xxx遊客在廣西興安縣靈渠游覽(2017年6月7日攝)。圖源:新華社,陸波岸 攝

基於靈渠,文人墨客詩興大發,借物抒情,寫下了諸多優秀的文藝作品,僅以兩本著作為例。

桂林籍作家黃繼樹下下了歷史小說《靈渠》。小說以歷史人物史祿為原型,講述了他歷經艱辛、突出重圍,打通中原和嶺南,連接湘江和漓江,最終為秦國統一全中國打下堅實基礎的傳奇故事。小說想像奇崛、視野宏闊。

作家高洪雷的《另一半中國史》以「追尋中國55個少數民族的來龍去脈,譜寫多民族共同開拓祖國疆域壯美史詩」為主題,專門有一章談到了靈渠:奇蹟往往發生在無奈的時候,潛力會在陷入絕境的時刻被激發出來。當秦始皇心急如焚時,一個叫史祿的人提出了一個大膽的建議:在湘江和漓江之間開挖一條運河,打通南、北兩大水系。

靈渠促進了嶺南文化與中原文化的交流融合,在中國統一的歷史進程中發揮了重要作用,堪稱重要坐標。

作為加快建設交通強國標志性工程、西部陸海新通道骨幹工程,平陸運河5月23日全線動工建設。平陸運河連通西江航運干線與北部灣海域,建成後將在我國西南地區開辟一條由西江干流向南入海的江海聯運大通道。

平陸運河起點位於廣西南寧橫州市西津庫區平塘江口,經欽州靈山縣陸屋鎮沿欽江進入北部灣,全長134.2公里,設計年單向通過能力為8900萬噸。

工程主要包括航道、航運樞紐、水利設施改造以及沿線跨河配套工程建設,工程總概算約727億元。

平陸運河建成後,西南地區貨物經平陸運河出海,較經廣州出海縮短入海航程560公里以上,對推動廣西及西南地區發展具有戰略意義,並促進沿線產業布局優化調整和運河經濟帶形成,助力新時代推進西部大開發形成新格局,成為新時代新坐標。

大江奔湧、不舍晝夜。兩大工程遙相呼應,注定在中國水利史、中華文明史上寫下濃墨重彩的一筆。

◎作者|張楚漢(中國科學院院士、中國水利學會名譽理事、中國大壩工程學會常務理事)
◎來源|瞭望智庫

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