都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)及其演變與創(chuàng)新

張開勇

（四川省都江堰管理局，611830，都江堰）

都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)及其演變與創(chuàng)新

張開勇

（四川省都江堰管理局，611830，都江堰）

竹籠、榪槎、干砌卵石、羊圈是都江堰的四大傳統(tǒng)水工技術(shù)。介紹了四大傳統(tǒng)水工技術(shù)的型制、施工和優(yōu)點，并總結(jié)了發(fā)展、演變和推廣過程，深入探究了技術(shù)特色和文化內(nèi)涵。通過分析都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)在現(xiàn)代水利施工中的應(yīng)用和革新，論證了都江堰是不斷變化和發(fā)展的水利工程，是至今仍發(fā)揮巨大效益的“活文物”，要用發(fā)展的觀念保護(hù)和繼承都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)。

都江堰；傳統(tǒng)水工技術(shù)；演變；創(chuàng)新

在都江堰2 270年的治水歷史中，勤勞智慧的蜀地人民因材施用，以當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的竹、木、卵石為主要材料，創(chuàng)造出具有都江堰特色的四大傳統(tǒng)水工技術(shù)——竹籠、榪槎、羊圈、干砌卵石。都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)具有就地取材、造價低廉、工藝簡便、循環(huán)利用等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于截流分水、筑堤護(hù)岸、搶險堵口等水利施工實踐中，為都江堰的長盛不衰發(fā)揮了重大功效。同時，都江堰水工技術(shù)的廣泛應(yīng)用和對外傳播，不僅促進(jìn)了四川水利向前發(fā)展，而且在中國治水史卷上也繪就了極具特色的畫卷。

進(jìn)入20世紀(jì)以后，隨著鋼筋、水泥在水工建筑中的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的水工技術(shù)似乎已漸行漸遠(yuǎn)。然而近年隨著對現(xiàn)代工業(yè)科技的反思和對水生態(tài)文明的日益重視，傳統(tǒng)的水工技術(shù)又重新回到了我們的視野。如今，古老的河工技術(shù)和水工構(gòu)件在環(huán)保型水利施工中重?zé)ㄇ啻?，提示我們現(xiàn)代水利規(guī)劃與設(shè)計也同樣可以從傳統(tǒng)水利中獲得靈感源泉。

一、都江堰四大傳統(tǒng)水工技術(shù)簡介

1.竹籠

圖1 竹籠

竹籠（見圖1）是都江堰歷史上出現(xiàn)最早、應(yīng)用最廣泛的水工技術(shù)，相傳為李冰所創(chuàng)。史料記載，李冰在創(chuàng)建都江堰時“破竹為籠，以石實中，壘而壅水”。歷史上，竹籠構(gòu)筑物除了作為都江堰魚嘴的主體結(jié)構(gòu)外，還廣泛應(yīng)用于護(hù)岸、攔水、丁壩、搶險等。

2.榪槎

榪槎（見圖2）是另一種極具代表性的都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)。它的出現(xiàn)時間較竹籠為晚，對其最早記載見于明嘉靖年間（16世紀(jì)上半葉），但實際使用時間應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于此時。榪槎截流是歷史上都江堰歲修截流的主要方法，除此之外，榪槎還用于挑流護(hù)岸、搶險堵口、調(diào)節(jié)流量、搭建便橋等等。

圖2 榪槎

3.干砌卵石

干砌卵石（見圖3）是一種應(yīng)用范圍極為廣泛的傳統(tǒng)水工技術(shù)。干砌卵石工程的主體結(jié)構(gòu)全部由卵石構(gòu)成，無需任何其他建筑主材和膠凝材料，造價低廉，施工簡便，卻廣泛應(yīng)用于護(hù)岸、鎮(zhèn)底、溢流堰、攔水埂等。

圖3 干砌卵石

卵石（俗稱“鵝卵石”）是岷江推移質(zhì)的主要成分，數(shù)量多，粒徑大，遍布整個河床。渠首附近河床內(nèi)的卵石多由石英巖和花崗片麻巖等構(gòu)成，石質(zhì)堅硬，據(jù)測試其抗壓強(qiáng)度高達(dá)1 000 kg/cm2以上，抗磨性能甚至超過了普通混凝土和漿砌條石。過去，在都江堰灌區(qū)大小河流和渠道利用卵石修建的堤防、分水魚嘴、水工基礎(chǔ)甚至橋梁比比皆是，很多現(xiàn)在仍在使用。

4.羊圈

治水“三字經(jīng)”有云“砌魚嘴，安羊圈”。這里的“羊圈”（見圖 4）是都江堰又一項傳統(tǒng)水工技術(shù)?！把蛉Α鳖櫭剂x，就是用木樁將卵石緊束在一起，如群羊被關(guān)于圈內(nèi)，多用于基礎(chǔ)防沖工程。

圖4 羊圈

木框內(nèi)填卵石時，要密實，切忌卵石內(nèi)挾帶泥沙。封頂大卵石要丁砌牢靠，也可用竹籠工程護(hù)面。如用羊圈作溢流堰或分水魚嘴時，其頂部和周圍常用竹籠工程保護(hù)。

二、都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)演變及推廣

都江堰四大傳統(tǒng)水工技術(shù)呈現(xiàn)出不同的發(fā)展軌跡。

1.竹籠的發(fā)展和推廣

竹籠技術(shù)在公元前就已傳播到中原地區(qū)，并以其卓越的性能在當(dāng)?shù)卮蠓女惒?，得到了迅速推廣。例如，漢成帝建始四年（公元前29年），黃河決口，4郡32縣受災(zāi)，淹沒屋舍達(dá)4萬所，御史大夫尹忠因治河無效而自殺。來自四川的王延世被任命為“河堤謁者”，專治黃河。他用長四丈、大九圍的竹籠，“中盛石塊，由兩船夾載沉下，再以泥石為障”，用時36天堵口成功。漢成帝下旨嘉獎，稱贊這種堵口方法“功費約省，用力日寡，朕甚嘉之”，并將年號由“建始”改為“河平”元年以資紀(jì)念。時人評論王延世“蓋仿冰之法也”。這是都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)應(yīng)用于中原地區(qū)的最早記載。自此之后直至清朝時期，“籠石”始終是都江堰治堰技術(shù)的主流。

民國時期，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和建筑材料的引進(jìn)，同時總結(jié)歷代魚嘴建筑式樣的經(jīng)驗教訓(xùn)，于1936年建成了新工魚嘴，這才結(jié)束了竹籠魚嘴2 000多年的歷史。新工魚嘴一直使用到1974年被加固和覆蓋，至今猶存。然而民國時期由于政局動蕩，國力衰弱，現(xiàn)代化的水利工程建筑非常少見，都江堰渠首和灌區(qū)水利工程中仍然普遍采用竹籠等傳統(tǒng)水工技術(shù)。

直至20世紀(jì)六七十年代，竹籠還常見于灌區(qū)各級樞紐及河渠之中。

2.榪槎的使用歷史

榪槎在歷史上出現(xiàn)最晚，且使用范圍主要局限于都江堰灌區(qū)。

都江堰灌區(qū)內(nèi)，榪槎在近現(xiàn)代的使用仍然十分普遍。都江堰渠首魚嘴除了以竹籠為主體結(jié)構(gòu)外，偶爾也使用榪槎構(gòu)建，多用于魚嘴被沖毀后的應(yīng)急分水工程。

渠首以下各級水利工程也常使用榪槎作為分水、引水、攔水建筑物，但大小型制、繁簡程度有別。

3.干砌卵石的演變與改進(jìn)

20世紀(jì)80年代，在成都方池街及附近金河賓館等遺址的考古發(fā)掘中，發(fā)現(xiàn)了春秋晚期至戰(zhàn)國早期的多條卵石埂，顯然是同一大型水利設(shè)施系統(tǒng)的遺跡。其中方池街遺址東、中、西三條有規(guī)律分布的卵石埂，整體呈Z字形，石埂剖面形狀大致都呈橢圓形，部分石埂上部被破壞，但下部埂腳埋入地層，仍呈圓弧狀，卵石緊緊相擠。而近日在溫江寶墩發(fā)現(xiàn)的卵石堆筑遺址，更將干砌卵石的出現(xiàn)年代又上推了2 000年左右。

4 000多年來，蜀地人民一直采用干砌卵石的方法修筑堤堰、護(hù)岸等工程。為提高卵石堆筑體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，歷代也一直在探索漿砌卵石的砌筑技藝。都江堰歷史上的漿砌卵石，其膠結(jié)材料主要有糯米、石灰、鐵汁等。1953年，對干砌卵石進(jìn)行重大技術(shù)革新后，顯著提高了干砌卵石穩(wěn)定性和耐久性，同時降低了工程量和造價，進(jìn)一步推動了干砌卵石的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，僅都江堰渠首在1936—1974年期間，內(nèi)外江各干渠就修建干砌卵石埂460萬m3，每年平均工程量達(dá) 12.1 萬 m3。

4.羊圈的起源和應(yīng)用

羊圈的前身是樁工。樁工就是栽立木樁，保護(hù)堤腳。由于卵石灘上不能進(jìn)行打樁施工，因此只能挖坑到一定深度，栽立木樁，再用大卵石填坑還原。樁工也是一項相當(dāng)古老的水利技術(shù)。

如前所述，溫江寶墩遺址中的水利工程遺跡中出現(xiàn)了大量柱洞，這是用樁工保護(hù)夯土型堤岸。20世紀(jì)80年代，在成都市區(qū)指揮街遺址出土了東西向的一排6根柱樁和竹木編攔沙筐等遺跡遺物，考古學(xué)界認(rèn)定為木樁加固的攔水設(shè)施，時代被確定為周代。

樁工早期多采用并排樁，后來逐漸演變?yōu)槊坊?，即木樁采用梅花形布置，以增?qiáng)穩(wěn)定性和整體性。后來又逐漸演變成羊圈，作為護(hù)腳工程或鎮(zhèn)底工程。岷江流域羊圈工程應(yīng)用較廣，包括上游少數(shù)民族地區(qū)在溪流開展引水、淘金等活動時，常用羊圈鎮(zhèn)底。過去黑石河和羊馬河的魚嘴，以及金馬河張家灣的挑水壩等工程，都用羊圈作為基礎(chǔ)。

三、都江堰傳統(tǒng)水工技術(shù)在現(xiàn)代的改革與創(chuàng)新

20世紀(jì)以后，隨著現(xiàn)代水利工程技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，以及水泥、鋼材等建筑材料的廣泛采用，傳統(tǒng)水利工程技術(shù)曾一度淡出人們的視線。但現(xiàn)代水工技術(shù)從未徹底取代傳統(tǒng)水工技術(shù)。20世紀(jì)八九十年代，都江堰灌區(qū)的發(fā)展從注重量的擴(kuò)張轉(zhuǎn)變到質(zhì)、量并重的階段，并先后啟動了灌區(qū)擴(kuò)改建以及續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，此時現(xiàn)代水工建筑已成主流。然而，傳統(tǒng)水工技術(shù)并未退出歷史舞臺，恰恰相反，傳統(tǒng)水工技術(shù)針對現(xiàn)代水工環(huán)境進(jìn)行了改造革新之后，反而萌發(fā)出更為強(qiáng)盛的生命力。特別是伴隨著人們對工業(yè)革命以來現(xiàn)代科技的反思，以及對生態(tài)文明的日益重視，傳統(tǒng)水工技術(shù)中在生態(tài)、環(huán)保、低碳、零排放等方面的優(yōu)勢逐漸凸顯。特別是傳統(tǒng)水工技術(shù)中蘊藏著的道法自然的哲學(xué)思想，為我們實現(xiàn) “人水和諧”、建設(shè)和諧灌區(qū)提供了有益的啟迪和借鑒。

1.從竹籠、鉛絲籠到擴(kuò)張伸縮網(wǎng)

現(xiàn)代水利中，竹籠主要應(yīng)用于應(yīng)急搶險、建筑臨時工程等，主體工程較少使用竹籠。灌區(qū)水管單位每年汛前都要準(zhǔn)備大量空心竹籠，同時在險工險段備齊卵石，以作應(yīng)急搶險之需。但竹籠的竹片失水日久后，會增加脆性，容易斷裂，在裝石和搬運、投放過程中易開裂漏石甚至折斷。因此近年，人們較多地使用鉛絲籠來代替竹籠。

鉛絲籠用鉛絲綁扎，網(wǎng)眼呈正六邊形。為提高籠網(wǎng)的強(qiáng)度，又出現(xiàn)了鍍鋅低碳鋼絲籠網(wǎng)，名字仍常沿用鉛絲籠的稱呼，但網(wǎng)線改由優(yōu)質(zhì)低碳鋼絲編織，鋼絲直徑可達(dá)2.0～4.0 mm，鋼絲表面通常還采用熱鍍鋅保護(hù)，鍍鋅保護(hù)層的厚度可根據(jù)需要制作。一般要求新式鉛絲籠網(wǎng)片的抗拉強(qiáng)度不小于4 213 kN/m，抗沖剪強(qiáng)度不小于2 316 kN/m，邊絲連接強(qiáng)度不小于1 715 kN/m。新式鉛絲籠由于強(qiáng)度高、延展性好、抗銹蝕，因此利用范圍大為擴(kuò)大，已不再局限于防汛搶險。為了便于搬運和施工，新式鉛絲籠還采用鋼絲包裹PVC樹脂膜，以避免對工程人員造成身體傷害。

竹籠和鉛絲籠都存在體積龐大、儲存和運輸時占用空間大的問題。近年，此類水工技術(shù)又有重大革新，一種名為“擴(kuò)張伸縮金屬網(wǎng)籠箱”的水工構(gòu)件嶄露頭角，并展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。擴(kuò)張伸縮金屬網(wǎng)籠箱（簡稱擴(kuò)張金屬網(wǎng)）繼承了傳統(tǒng)竹籠和鉛絲籠的優(yōu)點，同時又成功規(guī)避了不足。擴(kuò)張金屬網(wǎng)是以優(yōu)質(zhì)原張鋼板為材，采用最新精密機(jī)械設(shè)備切割擴(kuò)張而成，是無需焊接和綁扎的整體網(wǎng)板，對混凝土和石塊握裹力特強(qiáng)，在國外已廣泛應(yīng)用于機(jī)場、道路、橋梁、地鐵、隧道、高速公路、港口碼頭、水利、礦山等施工建設(shè)。

武漢漢江至長江主流入口附近的龍王廟險段工程，成功地采用擴(kuò)張金屬網(wǎng)籠箱護(hù)腳防沖，解決了多年隱患，效果明顯。把水利籠箱用于泄水建筑物的下游段、施工圍堰及河堤岸護(hù)坡體也有成功的實例。

擴(kuò)張金屬網(wǎng)性能優(yōu)越，使用范圍早已不局限于水利領(lǐng)域。例如汶川大地震時，在道路搶修、修建滑坡體擋土墻等工程中大量使用，收到了見效快、施工簡便、工程穩(wěn)固耐久等成效。

盡管現(xiàn)在已有了越來越多的竹籠替代品，但由于竹籠具有價廉物美、可就地取材等優(yōu)勢，仍具有不可替代的作用。

2.混凝土四面體、四面六邊透水框架群的應(yīng)用以及古法榪槎的回歸

圖5 混凝土榪槎

榪槎實質(zhì)上是一個空心木質(zhì)四面體，由于四面體具有重心低、抗翻滾等特點，因此穩(wěn)定性較好?，F(xiàn)代水利施工技術(shù)吸取了榪槎的優(yōu)點，創(chuàng)造出了混凝土四面體，并廣泛用于截流、搶險以及護(hù)岸等工作。與榪槎的木制空心四面體不同，混凝土四面體為實體結(jié)構(gòu)，且為混凝土澆筑而成，具有自重大、抗沖刷能力強(qiáng)的特點。但因其自重大，人力搬運困難，因此只能采取機(jī)械施工方法。都江堰管理局在對外江河床進(jìn)行歲修時，多采用混凝土四面體保護(hù)河床或用于堤腳防護(hù)。

近年，一種叫混凝土四面六邊透水框架群的新型水工技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。混凝土四面六邊透水框架由木質(zhì)榪槎演化而來，所以又被命名為混凝土榪槎?；炷翗q槎同樣利用了四面體的穩(wěn)定性優(yōu)勢，但與混凝土四面體相比較，具有造價低、施工簡便等特點?；炷翗q槎由預(yù)制的六根等長的混凝土框桿連接組成，成正三棱錐形（見圖5）。根據(jù)江西省實際施工證明，單個混凝土榪槎與1 m3拋石的護(hù)岸效果相當(dāng)，但成本和施工費用大大低于拋石施工。

都江堰渠首歲修歷來都使用榪槎截流，近現(xiàn)代也不例外。在1956年前，都江堰渠首內(nèi)江河口年年實施榪槎截流；1956—1980年不再年年下榪槎截流；到了20世紀(jì)80年代以后，據(jù)原型觀測，內(nèi)江河床已基本實現(xiàn)沖淤平衡，內(nèi)江斷流歲修時間延長至5年左右一次。進(jìn)入21世紀(jì)以來，渠首僅開展了兩次斷流歲修，分別是2002年和2013年，截流中都使用了榪槎?，F(xiàn)代化背景下的古法榪槎施工吸引了全國媒體和旅游者的廣泛關(guān)注，各界人士云集都江堰渠首觀摩截流盛況。每年都江堰市的清明放水節(jié)，也模擬砍榪槎放水的場景。古法榪槎的傳承，為都江堰地方文化和旅游事業(yè)增添了新的亮色。

3.干砌的技術(shù)升級、漿砌的技術(shù)推廣、“三面光”的反思以及干砌技術(shù)在生態(tài)河道中的應(yīng)用

20世紀(jì)50年代以后，都江堰灌區(qū)科技人員對干砌卵石進(jìn)行了技術(shù)升級，使沿用2 000多年的干砌卵石技術(shù)前進(jìn)了一大步。干砌卵石不僅用于護(hù)岸、鎮(zhèn)底、溢流堰、堤防等，還用于建設(shè)拱涵、渡槽等，卵石拱的跨度可以達(dá)到20～30 m。人民渠灌區(qū)內(nèi)的人民渠橫穿小石河涵洞，在1955年建成涵洞3孔，為干砌卵石建筑，長400 m，是國內(nèi)跨度最長的干砌卵石拱橋結(jié)構(gòu)（見圖6）。

圖6 小石河涵洞干砌卵石拱橋結(jié)構(gòu)

80年代以后，隨著水泥的產(chǎn)量提高和應(yīng)用普及，灌區(qū)逐漸用漿砌卵石的方法代替干砌卵石。漿砌卵石以水泥砂漿為膠結(jié)材料，卵石依靠膠結(jié)材料的黏結(jié)力、摩擦力和石塊本身重量，保持建筑物穩(wěn)定。由于石塊間空隙被充塞密實，因而比干砌卵石有更好的整體性、密實性和強(qiáng)度，可以防止?jié)B水漏水，增加抵抗侵蝕的能力。目前都江堰渠首的主要堤防、內(nèi)江及六大干渠均采用漿砌卵石結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了多年洪水及地震、泥石流考驗，運行正常。

長期以來，為提高渠系水利用系數(shù)、流速、渠道防洪標(biāo)準(zhǔn)，水利行業(yè)一直推廣“三面光”渠道。但三面光渠道阻斷了渠道水與地下水的有機(jī)循環(huán)，在越來越重視水生態(tài)文明的今天顯示出明顯的局限性。近年，各地在城市河道和景區(qū)河道的改造中引入生態(tài)河道理念，避免使用三面光渠道，多引入干砌卵石或干砌塊石的河堤工藝（見圖7）。目前干砌石技術(shù)已廣泛使用在全國各地生態(tài)河道治理工程中。

圖7 干砌卵石在生態(tài)景觀中的應(yīng)用

羊圈在現(xiàn)代水利施工中已較少應(yīng)用。例如都江堰外江閘、飛沙堰閘后鎮(zhèn)底均采用高標(biāo)號特殊混凝土取代羊圈鎮(zhèn)底，灌區(qū)內(nèi)也多用現(xiàn)代打樁技術(shù)和錨釘技術(shù)取代羊圈加固工程，但是羊圈在群眾自建的小型水利設(shè)施上還時有應(yīng)用。

變化與永恒是都江堰發(fā)展歷史中的兩個主題，傳承與創(chuàng)新是當(dāng)代都江堰人的使命。穿越了2 270年歷史的都江堰是一座年代最久、唯一留存、以無壩引水為特征的水利工程，同時它也是一座至今仍發(fā)揮巨大效益和造福于民的民生工程。由此可見，都江堰作為世界文化遺產(chǎn)，不是作為單純的文化景觀而存在的，而是有著維系灌區(qū)數(shù)千萬人民群眾生存和發(fā)展需要的現(xiàn)實功能的“活文物”，在任何時代都處于不斷變化和發(fā)展過程中，這一點也從都江堰堰工技術(shù)的演變過程中得到了印證。都江堰傳統(tǒng)堰工技術(shù)經(jīng)歷了草創(chuàng)、成熟、推廣與革新，始終處于一種動態(tài)的發(fā)展過程。我們既要從都江堰傳統(tǒng)堰工技術(shù)中領(lǐng)略其道法自然、天人合一的內(nèi)涵，又不能泥古不化、處于一種靜態(tài)守護(hù)者的角色。讓我們共同致力于“傳承古堰文明，引領(lǐng)現(xiàn)代水利”，將都江堰的保護(hù)與發(fā)展提升到一個更新的境界。

[1]彭邦本.上古蜀地水利史跡探論[J].四川大學(xué)學(xué)報哲學(xué)社會科學(xué)版，2007（6）.

[2]江章華，李明斌.古國尋蹤——三星堆文化的興起及其影響[M].成都：巴蜀書社，2002.

Conventional hydraulic engineering of Dujiangyan Irrigation System and its evolution and innovation/

/Zhang

Kaiyong

Four types of conventional hydraulic engineering were employed during the construction of Dujiangyan Irrigation System,namely bamboo cage that formed by long sausage-shaped baskets of woven bamboo filled with stones,wood tripod dam made by wooden tripods,dry-laid cobblestone,as well as “sheeppen” that is a wooden box filled by rocks for footing of protective bank and foundation of weir.The features and advantages of these technologies are introduced with summaries of technology development,evolution and extension.Evaluations are made on the application and innovation of these technologies in the construction of modern water structures,which demonstrates that Dujiangyan Irrigation System is a cultural heritage that has experienced a constant change and development and still functioning well with great benefits.It is also believed that new observation should be carried out to protect and inherit conventional hydraulic engineering of Dujiangyan Irrigation System.

Dujiangyan Irrigation System;conventional hydraulic engineering;evolution;innovation

TV49

B

1000-1123（2017）23-0061-04

2017-11-01

張開勇，副局長，高級工程師。

責(zé)任編輯 張金慧