溫州古代水利工程“下陡門”堰閘先進(jìn)技術(shù)考察與研究

單國(guó)方 朱翔鵬

（溫州市水利局 325000）

1 堰閘出土經(jīng)過(guò)

2010年6月28日，溫州市溫瑞塘河整治水利工程建設(shè)指揮部在山下河貫通河道的開挖中發(fā)現(xiàn)了古代水利工程“下陡門”遺址，經(jīng)史料考證，該古建筑為巨嶼陡門，俗稱下陡門，始建于南宋，為宋郡守楊簡(jiǎn)修建，距今約800年。經(jīng)長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月的保護(hù)性挖掘，2010年8月3日出土了“下陡門”古閘，經(jīng)勘測(cè)，閘底高程為2.69m，較目前溫瑞塘河正常水位還高出70mm；通過(guò)對(duì)古閘基底面的觀察，發(fā)現(xiàn)上游坡緩下游坡陡，酷似溢流堰壩，在毫無(wú)史料記載前提下，經(jīng)認(rèn)真研究分析，我們判斷該陡門下部還存在堰壩，“下陡門”很可能是一座完整的溢流堰閘，由擋潮閘和溢流堰壩組成。經(jīng)通報(bào)市文物保護(hù)考古所后，引起了文物部門的高度重視，為徹底揭開“下陡門”的神秘面紗，再次組織對(duì)水閘基底進(jìn)行開挖和清理工作。隨著挖掘工作再次深入，2010年8月18日，塵封的歷史的古跡終于大白于天下，一座規(guī)模宏大、技術(shù)先進(jìn)，深埋地下、被歷史遺忘的古代水利工程—“下陡門”堰閘完整地呈現(xiàn)在我們面前。

2 考古與發(fā)現(xiàn)

溢流堰壩建于基巖上，壩高約3m，除部分基巖裸露壩面外，其余全部采用塊石砌筑而成，塊石材料為頁(yè)巖，與楊府山巖石相同，石塊擺放平整、錯(cuò)落有致；壩長(zhǎng)約20m，壩肩與兩岸基巖緊密連接。堰頂高程2.69m，寬約0.85m，采用條石鋪筑，兼做閘底，條石上刻閘槽與陡門閘槽貫通；壩坡上緩下陡，上游壩坡中間鑿有一凹槽貫通壩頂用于船舶過(guò)堰通航，呈倒梯形，槽深0.6m，槽寬約2.0m，閘室部分有明顯的后來(lái)填堵砌石跡象；閘室下游臨兩岸為壩坡段，中間部分約7.2m為跌水段，與通航凹槽對(duì)接。

陡門建于溢流堰壩上，分5孔，孔高1.8m，每孔凈寬2.8m。閘墩長(zhǎng)2.6m，厚0.55m，由3根石柱和塊石墻體組成，其中，1根石柱布置在上游側(cè)，2根石柱緊挨著分布在下游側(cè)，中間采用漿砌塊石墻體連接；下游側(cè)的2根石柱高2.9m，石柱上刻有閘槽貫穿整個(gè)石柱，槽寬10cm，槽深5cm，兩閘槽間距0.45m，閘頂高程5.6m。閘墩的上下游石柱上都鑿有方孔，用于固定斜撐石柱，斜撐石柱呈45°置于基巖上。除3根石柱嵌入壩頂外，閘墩的塊石墻體全部在壩面以上砌筑，甚至連邊墩也不例外；采用的花崗巖石料全部為砂巖，明顯區(qū)別于溢流堰使用的石料；排柱渾重穩(wěn)重，與橫系石、石梁緊密固結(jié)，受力均勻；石橋橋面上刻有橫系齒痕，為橋上行人防滑之用。

經(jīng)查閱，史料僅對(duì)下陡門有記載，而關(guān)于溢流堰，卻沒有只言片語(yǔ)。但是，考古發(fā)現(xiàn)的閘墩墻體全部在壩面以上砌筑，貫通堰頂通航凹槽的閘室部分為后來(lái)填堵遺跡，綜合堰和閘所有石料不同，可以肯定堰和閘是兩個(gè)不同時(shí)期修建的，堰先于陡門；因此，溢流堰修建時(shí)間成了一個(gè)謎。從水利角度推測(cè)，結(jié)合古時(shí)溫瑞塘河正常蓄水要求為保證塘河不干涸，確保塘河航運(yùn)和溫瑞平原農(nóng)業(yè)灌溉用水，溢流堰可能是在兩晉時(shí)期塘河開鑿時(shí)同時(shí)修建的，否則塘河將干涸，就談不上塘河航運(yùn)和溫瑞平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；然而，南宋時(shí)為防止潮水倒灌、咸水入河造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)或絕收，在堰壩上再修建陡門用于擋潮，以徹底隔斷江河。因此，陡門的修建是水利工程措施完善的一個(gè)過(guò)程。

3 溢流堰的先進(jìn)技術(shù)研究與分析

溢流堰古時(shí)稱石硅，建于河口或堤塘上，抬高內(nèi)河水位用于蓄水；同時(shí)為防止水流盛漲，造成內(nèi)澇或危害堤塘安全，宣泄多余的洪水到外江。溢流堰一般頂部高于河道的正常水位，洪水時(shí)可從其上自動(dòng)溢流。據(jù)史料記載，塘河最初于東晉修建海塘和開鑿河道而得名，“下陡門”溢流堰可能就是東西向環(huán)城的堤塘和南北向奔流的河流垂直相交的產(chǎn)物。

3.1 堰壩選址

溫州地處沿海平原，為深層軟基，古代尚未掌握樁基技術(shù)，具有足夠地基承載力是選址首要的地質(zhì)條件要求。“下陡門”溢流堰位于巨嶼山麓，即楊府山東側(cè)山腳下，東西趨向順山勢(shì)而建，壩體與兩岸和基底裸露基巖緊密結(jié)合；據(jù)當(dāng)?shù)乩险呙枋觯涸撗唛l兩側(cè)之前分別有兩座小山，堰壩坐落于兩山之間?？梢姡湃诵藿ā跋露搁T”溢流堰主要由巖基來(lái)承載堰壩及上部的全部荷載，維持堰體的穩(wěn)定。同時(shí)，在此修堰還可以減少投勞、就地取材，從而節(jié)約工程投資，使工程做到安全、經(jīng)濟(jì)。

平原地區(qū)河網(wǎng)末端修建溢流堰，選址必須具備以下三個(gè)地形條件：一是處于河口；二是具有較大的落差；三是眾多河流匯流處。古代時(shí)，“下陡門”溢流堰上游河道與蒲州橫河連接，通過(guò)劃龍橋河與溫瑞塘河干流勾通，據(jù)史料記載：明弘治九年（1496年）修建上陡門前，溫州東郊僅一座“下陡門”堰閘，山下河、橫瀆河、洪殿河、龜河、呂浦河等10多條河道匯流后從此堰排出。據(jù)當(dāng)?shù)乩险呋貞洠?0世紀(jì)五六十年代該堰閘下游還是甌江，許多船只在此停泊，候潮過(guò)堰到內(nèi)河。因此，可以肯定古人在此選址修建“下陡門”溢流堰完全符合地形條件要求，選址技術(shù)達(dá)到了現(xiàn)代人的技術(shù)水平。

3.2 塘河蓄水與防洪排澇

溫瑞塘河位于甌江以南、飛云江以北的溫瑞平原，流域面積740km2，水面面積 22km2，灌溉面積3.21萬(wàn) hm2，多年平均降雨量1694.8mm，年徑流量9.13億m3。水系河網(wǎng)總長(zhǎng)度1178.4km，蓄水容量達(dá)6500萬(wàn)m3，古時(shí)候還是溫州和瑞安之間的主要航道，并通過(guò)甌江、飛云江與周邊地區(qū)溝通；而且，從古到今該區(qū)域都是溫州地區(qū)主要人居聚集區(qū)。因此，維持正常水位和蓄水量、做好防洪排澇調(diào)度，是保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)豐收、航運(yùn)暢通、人民生命財(cái)產(chǎn)安全的首要任務(wù)。經(jīng)勘測(cè)，溢流堰堰頂高程為2.69m，堰頂貫通凹槽槽底高程2.09m；經(jīng)分析，古時(shí)候的溫瑞塘河正常水位為2.69m，汛限水位為2.09m；常年除船只通行過(guò)壩外均把堰頂貫通凹槽堵上，多余的來(lái)水通過(guò)堰頂排入甌江，超正常水位洪水將通過(guò)該陡門溢流泄洪，將塘河正常水位維持在2.69m；汛期時(shí)，為防止暴雨或受臺(tái)風(fēng)影響水量突增，造成內(nèi)澇淹沒農(nóng)田和城區(qū)，把堰頂貫通凹槽打開，將塘河水位控制在2.09m，預(yù)留足夠容量用于蓄調(diào)洪水。因此，古人修建“下陡門”溢流堰時(shí)已充分考慮了塘河正常蓄水和防洪排澇的調(diào)度，其先進(jìn)技術(shù)確保了生產(chǎn)、航運(yùn)及人民生產(chǎn)和安全。

3.3 通航設(shè)計(jì)

溫州瀕海依山，資源貧乏，七山一水二分田，古代的溫州除依靠耕地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外，漁業(yè)也是主要產(chǎn)業(yè)，漁船、鹽船頻繁出海作業(yè)。堰壩的修建將隔斷內(nèi)河與外江和大海的聯(lián)系，因此，修建“下陡門”溢流堰時(shí)必須同步考慮船只過(guò)壩的要求。據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，壩坡中間鑿有一凹槽貫通壩頂用于船舶過(guò)堰通航，呈倒梯形，槽深0.6m，槽寬約2.0m；閘室下游臨兩岸為壩坡段，中間部分約7.2m為跌水段，與通航凹槽對(duì)接?？梢?，該貫通壩頂凹槽不僅僅是為了調(diào)節(jié)水位，還考慮了船舶過(guò)堰通航的要求，漁船出海堰頂有過(guò)水時(shí)，船只直接通過(guò)壩坡、堰頂，堰頂無(wú)水則從凹槽通過(guò)出海；漁船歸來(lái)時(shí)，在下游跌水處停泊候潮，待漲潮后船只從凹槽進(jìn)入內(nèi)河。因此，古人修建“下陡門”溢流堰就是以此勾通內(nèi)河與外江的航運(yùn)。

4 陡門技術(shù)進(jìn)步的研究與分析

陡門二字，意為在水流較陡之處安門，以便關(guān)水?！跋露搁T”堰閘中的陡門是堰閘的重要組成部分，在河口且在溢流堰壩上修建陡門，顯然，它除具有溢流堰功能外主要功能是擋潮，其作用是隔斷江河，防止潮水倒灌、咸水入河造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)或絕收。

4.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

閘室整體結(jié)構(gòu)全部采用花崗巖石料砌筑，由5孔6個(gè)閘墩、條石橋板、斜撐石柱、閘板及底部條石門坎組成；閘墩由3根石柱和塊石墻體組成，其中，1根石柱布置在上游側(cè)，2根石柱緊挨著分布在下游側(cè)，中間采用砌石墻體連接，塊石砌筑丁順錯(cuò)縫有序，閘墩的上下游石柱上都鑿有方孔，用于固定斜撐石柱，斜撐石柱呈45°置于基巖上；閘墩的3根石柱均嵌入壩頂至基巖，閘墩上擱置條石橋板，將各閘墩連為一體?？梢?，南宋時(shí)在溢流堰上修建陡門時(shí)，就充分考慮到了垂直向荷載受力和受水壓力作用的水平向側(cè)壓力，將陡門閘室與底部的溢流堰及巖基連成一體，陡門和上部的垂直荷載直接傳遞給地基，水平側(cè)壓力除閘墩自重和石柱嵌入地基承擔(dān)部分外，主要通過(guò)斜撐石柱傳遞給地基來(lái)維持閘室整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。同時(shí)，除采用條石橋板將各閘墩連成一體增加閘室整體性外，還連接兩岸便于陸路交通，在橋面上橫向刻痕用于防滑。

4.2 防洪防潮設(shè)計(jì)

溫州面海背山，沿海平均潮差4.5m，最高達(dá)7.21m，屬高潮差地區(qū)；浙江省第二大河流甌江流經(jīng)溫州入海，甌江溫州城區(qū)段屬感潮河段；其獨(dú)特的地理位置和地形地貌造成臺(tái)風(fēng)、暴雨、大潮等頻繁發(fā)生，特別是甌江洪峰、天文大潮、臺(tái)風(fēng)登陸三碰頭嚴(yán)重威脅溫州城市安全。為防止潮水倒灌、咸水入河，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)絕收，據(jù)史料記載，溫州東晉時(shí)就修海塘防潮，受高度限制的溢流堰自然沒有抵御高潮位時(shí)的海水入侵能力，解決這一矛盾只有在溢流堰上再修建陡門用于擋潮，南宋人找到了解決之道，突出了令今人嘆為觀止的答卷。

出于擋水目的，一般水閘的閘門布置在迎水面?zhèn)?，出土的“下陡門”閘門設(shè)置在閘室下游側(cè)，即臨甌江側(cè)，顯然“下陡門”的擋潮目的明顯；另?yè)?jù)勘測(cè)，閘底高程為2.69m，較溫瑞塘河正常水位2.62m高出70mm；閘頂高程為5.6m，遠(yuǎn)高于溫瑞平原主塘河陸地地面高程4.3m，較現(xiàn)代50年一遇防潮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)5.41m高出0.19m。考古還發(fā)現(xiàn)，在各閘槽上高程3.9m處鑿有方孔，經(jīng)分析閘板分上下兩部分，該方孔為陡杠插口，插入陡杠以增加木閘板剛度?？梢?，古人修建的下陡門防潮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)50年一遇，正常情況下，閘門下部分閘板關(guān)閉用于一般潮位的擋潮，遇天文大潮、甌江洪水盛漲、臺(tái)風(fēng)期將上部閘門關(guān)閉。

4.3 防滲止水技術(shù)

現(xiàn)代的水閘閘板一般采用整體結(jié)構(gòu)鋼板或混凝土制作，橡膠止水。考古發(fā)現(xiàn)，該陡門有兩道閘槽，兩閘槽間距0.45m，閘板間凈距0.35m。陡門上下游都為迎水面，單側(cè)迎水面檢修閘設(shè)置在上游，雙側(cè)迎水面應(yīng)在上下游都設(shè)置檢修閘，況且閘板間距也過(guò)小，不利于閘門檢修?？梢?，該陡門兩道閘門的設(shè)置非供檢修之用，綜合閘板分上下兩個(gè)部分分析，其作用是在兩道閘板全部關(guān)閉后填筑粘土用于防滲止水，閘板的兩部分顯然是為填筑黏土提供方便。因此，在閘門材料相對(duì)落后的宋代，為解決木閘板縫隙間及與閘槽間的滲水，古人采用兩道閘門間填筑粘土止水，又利用了閘板上下兩部分的組合用于粘土填筑，可見其設(shè)計(jì)之巧妙。

4.4 航道改造與船閘技術(shù)

“下陡門”溢流堰通航主要采用貫通堰壩的凹槽過(guò)船，陡門修建后貫通堰壩的凹槽被填筑作為閘底板使用，貫通堰壩的凹槽航道就不復(fù)存在了，古人卻保留了下游的兩側(cè)壩坡和跌水，即保留了堰上過(guò)船通道和船舶候潮停泊位。另?yè)?jù)考古挖掘發(fā)現(xiàn)，西側(cè)閘孔上沒有發(fā)現(xiàn)條石橋板；經(jīng)調(diào)查，該孔為船只通道，其橋面板為木板制作，平常作為兩岸交通聯(lián)系，船只通過(guò)時(shí)木橋板打開作為船閘使用。經(jīng)分析，正常情況下，關(guān)閉其他四孔閘門，使水位抬高從西側(cè)閘孔溢流，出海漁船直接通過(guò)壩坡、閘孔到外江；堰頂無(wú)過(guò)水則岸上拉纖從西側(cè)閘孔通過(guò)出海。漁船歸來(lái)時(shí)，在下游跌水處停泊候潮，待漲潮后打開閘門和木橋板，船只從西側(cè)閘孔通過(guò)后迅速關(guān)閉閘門?？梢?，南宋人沿用了先人的溢流過(guò)船技術(shù)，又合理地選擇了船閘位置，做到水陸交通兩不誤。

4.5 運(yùn)行管理技術(shù)

考古發(fā)現(xiàn)，在陡門的中孔閘墩上刻有“開平閘”三個(gè)大字，經(jīng)查閱資料，古人以此“水則”為準(zhǔn)，啟閉陡門?！八畡t”是古代的水尺，又叫水志，即水位的標(biāo)志。規(guī)定漲水淹沒“平”字,即開閘放水,以免農(nóng)田受災(zāi)；落水露出“平”字就關(guān)閉閘門。由此可以斷定，“平”字的高程就是南宋時(shí)溫瑞塘河的警戒水位。從中孔閘墩上刻字，結(jié)合下游中間部分跌水消能分析，“開平閘”三字還有一層用意，“水則”同時(shí)是蓄放水時(shí)開閉閘門的規(guī)則，現(xiàn)代稱之為閘門操作規(guī)程，即開閉水閘的順序；開啟水閘時(shí)，先開中孔再開邊孔，關(guān)閉水閘時(shí)，先關(guān)邊孔再關(guān)中孔，以避免對(duì)下游兩岸岸坡的沖刷，其“水則”與現(xiàn)代的水閘操作規(guī)程完全吻合。可見，古人已掌握了先進(jìn)的運(yùn)行管理技術(shù)，對(duì)防洪排澇調(diào)度和閘門啟閉操作有較深的研究。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著“下陡門”堰閘的出土，通過(guò)水利、考古專家們的研究與分析，古人治水掌握的工程選址、水文研究、防洪調(diào)度、船閘設(shè)計(jì)、防滲止水、運(yùn)行管理等先進(jìn)技術(shù)也逐一被揭示；由此將填補(bǔ)了我國(guó)沿海地區(qū)古代水利工程先進(jìn)技術(shù)的空白。溢流堰反映了當(dāng)時(shí)的先進(jìn)技術(shù)，陡門的修建則是工程措施完善的一個(gè)過(guò)程，代表了時(shí)代的技術(shù)進(jìn)步，體現(xiàn)了水利技術(shù)歷史水平和發(fā)展，表達(dá)了水利工程代代呵護(hù)、千古治水前赴后繼的水利精神。同時(shí)，它的出土與發(fā)現(xiàn)對(duì)研究溫瑞塘河古文化、甌江流域河道干支流的歷史變遷、東南沿海陸地演變都具有較高的價(jià)值。