姜席堰灌溉工程遺產(chǎn)技術(shù)特征及價值分析

周土香，姚劍鋒

(1.龍游縣林業(yè)水利局，浙江 龍游 324400;2.浙江水利水電學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

姜席堰位于錢塘江支流靈山港下游，龍游縣后田鋪村，于2018年8月14日被列入第5批世界灌溉工程遺產(chǎn)名錄，這是姜席堰近700年歷史上一個具有里程碑意義的大事。它凝聚了古代龍游人民的勤勞智慧，是龍游人民與大自s然作斗爭延續(xù)龍游農(nóng)耕文明的偉大創(chuàng)舉。那么，姜席堰蘊(yùn)含了古人哪些智慧結(jié)晶和生態(tài)價值？對現(xiàn)代水利工程有何啟示？

1 工程概況

姜席堰始建于元朝至順年間(1330-1333年)，由蒙古族察爾可馬任龍游達(dá)魯花赤時主持興建，距今已有680余年歷史[1-2]。工程由上堰、下堰兩部分組成，為紀(jì)念主持和贊助建堰有功的姜、席兩位員外，分別把上堰稱為姜村堰，下堰稱為席村堰(現(xiàn)簡稱為“姜堰”“席堰”)，合稱姜席堰[3-4]。

遺產(chǎn)工程主要功能以灌溉為主，兼顧城市生態(tài)引水，姜席堰引水入城濠生態(tài)水系，至今還保存完好。灌區(qū)分布有東、中、西3條全長約50 km的干渠和支渠，現(xiàn)灌溉面積2 333.33 hm2，涉及3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道21個行政村。17世紀(jì)灌區(qū)還有子堰72座，沿渠設(shè)有水碓、筒車、麻車、竹制倒虹吸等47個[5]。目前，還保存有以水碓命名的村莊。

組成渠首的主要部分有攔河堰(姜堰)、溢流堰(席堰)、進(jìn)水口及堰洞(現(xiàn)已堵塞廢棄)，俯瞰圖如圖1所示。姜堰位于上游，江心沙洲頭部，堰長100 m，堰寬32 m，水位落差約2.3 m；席堰緊接江心沙洲尾部，堰長70 m，堰底寬30 m，水位落差約3.5 m；沙洲處于河道中間，上連姜堰，尾接席堰，長400 m，寬150 m，與姜堰、席堰連接成600 m長擋水堰壩[5]。

圖1 渠首俯瞰圖

內(nèi)江引水道位于沙洲左側(cè)，寬25 m，長約420 m，末端與左側(cè)進(jìn)水閘相連。進(jìn)水閘共3座，其中，席堰左側(cè)2座共設(shè)4孔閘門，修建于20世紀(jì)70年代，通過東、中、西干渠引水灌溉至龍洲街道、占家片；姜堰右側(cè)1座，于2012年新建，通過暗涵引水至右岸的東華街道灌區(qū)。沖砂閘位于席堰左側(cè)，安裝鑄鐵啟閉機(jī)2臺，修建于20世紀(jì)70年代。堰洞位于席堰對面的蛇山腳下，于建堰初期人工開鑿，長50 m，底寬1.5 m，高16.4～3.5 m。據(jù)記載，明崇禎十三年(1640年)，因“溪低而堰頸高，水阻不能下”，知縣黃大鵬開鑿新的進(jìn)水口(即現(xiàn)在進(jìn)水閘)，使用了300多年的堰洞從此廢棄，現(xiàn)只留下部分堰洞遺跡[5]。

2 主要技術(shù)特征

姜席堰的修建及其運(yùn)行管理，都遵循著自然運(yùn)行的生態(tài)法則。世界灌溉遺產(chǎn)委員會評價：“姜席堰是古代山溪性河流引水灌溉工程的典范。其工程布局、工程技術(shù)體現(xiàn)了傳統(tǒng)水利中天人合一的基本理念，蘊(yùn)含著深厚的歷史文化價值和科學(xué)技術(shù)價值?！苯哌@種尊重自然、天人合一，順應(yīng)河勢、水勢，不過多人為干擾河流的生態(tài)治水理念，體現(xiàn)了對自然規(guī)律的尊重和應(yīng)用，反映了人與自然的和諧與平衡，這正是姜席堰主要的技術(shù)特征和價值所在。

2.1 統(tǒng)籌謀劃，安全合理——工程選址

所有水利工程最重要的一個問題就是選址，壩址選擇對工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用，尤其是在靈山港這種暴漲暴落的山溪性河流中修建堰壩，對堰壩基礎(chǔ)抗洪水沖刷破壞能力的要求非常高。姜席堰選址可謂巧奪天工，堰址剛好是靈山港從南部山區(qū)過渡到平原出山口的咽喉部位，河道地勢相對較高，在此處筑堰與下游平原地帶形成較大的落差，不僅可以最大限度地保證農(nóng)田面積的自流灌溉，實現(xiàn)灌溉效益最大化，而且，河道出了山口，江面驟然變寬，流速逐漸慢了下來，對堰體沖刷破壞能力也大大減小了。同時，此處河床巖基裸露，河勢相對穩(wěn)定，既利于工程布置，節(jié)省工程投資，又利于工程長期安全運(yùn)行。

2.2 巧借地形，因勢利導(dǎo)——工程布置

姜席堰綜合考慮河流水文及地形特點，巧妙地借助靈山港“S”形河灣以及河道中分布的自然江心沙洲、兩岸山體，在尊重河流自然規(guī)律的基礎(chǔ)上對這些自然資源進(jìn)行利用并適當(dāng)改造，以最小的工程投資成功解決了施工期基礎(chǔ)的沖刷破壞，修建完成了偉大的灌溉工程，實現(xiàn)了引水灌溉、防洪度汛、排沙淤積等一系列技術(shù)難題。

(1) 借用兩岸山體穩(wěn)固河床。姜席堰左岸分布有蛇山，右岸分布有龜山，這兩個天然小山包山體穩(wěn)定，地勢較高。此處河勢相對穩(wěn)定，修筑堰壩，不僅可以節(jié)省修建兩岸防洪堤的工程投資，還能避免洪水對兩岸的沖刷破壞。此外，河道擺幅變遷影響極小，非常有利于堰壩穩(wěn)定和河床穩(wěn)固。

(2) 借用沙洲實現(xiàn)自動分水、引水、排沙和安全度汛。江心沙洲是整個樞紐工程最關(guān)鍵的部分，可以說它是樞紐實現(xiàn)灌溉功能最重要的因素。第一，以河道中約5.33 hm2沙洲為紐帶，上連姜堰，下接席堰，將姜堰、席堰連接成一個整體，形成一條長約600 m的擋水堰壩。同時，又巧借左岸蛇山山體，形成長420 m自然引水道，使河道在此處一分為二，形成了內(nèi)外二江，實現(xiàn)自動分水作用。第二，姜堰位于沙洲頭部，主要起截流壅水作用，沿軸線斜向上游與主河道成123°夾角，使引水道入口成喇叭狀，根據(jù)彎道動力學(xué)原理，河道內(nèi)水就很容易驟擾到引水道入口這個位置，流量相對集中，尤其是枯水期可攔截上游大部分來水入引水道。然后通過內(nèi)江引水道，導(dǎo)入灌溉渠道，多余水則通過江心洲末端的席堰下泄主河道，實現(xiàn)自動引水灌溉作用。第三，洪水期間，由于姜堰所處的外江落差大，帶有大量泥沙的高速水流，遇姜堰后，可快速翻滾入外江主河道，流向下游。而內(nèi)江引水道由于落差小(姜席兩堰落差僅10 cm)、坡度平緩、流速緩慢，流進(jìn)來的幾乎都是泥沙含量較少的表層水，剩余泥沙再通過席堰左岸沖沙閘排入下游，實現(xiàn)自動排沙。第四，在沙洲下游約2/3部位設(shè)置溢流堰(因深藏于沙洲密樹叢林中被眾人遺忘)，其泄洪槽橫向貫通沙洲，洪水期間將引水道(內(nèi)江)水分流下泄于外江主河道，大大減輕了姜堰、席堰的防洪壓力，防止江心沙洲被洪水沖刷破壞。泄槽出口偏向下游，洪水出槽后撞向?qū)Π洱斏綆r體，實現(xiàn)二次消能，然后歸入主河道。姜堰、席堰、溢流堰相互作用，有效地保證了工程安全度汛。

(3) 利用堰洞防止產(chǎn)生內(nèi)澇。堰洞位于引水道凹岸，此處流量高度集中，是內(nèi)江水進(jìn)入灌區(qū)平原的命門，其形狀和尺寸也是非常值得研究的。它設(shè)計成一個高而瘦的拱形門狀，窄而深，既可以滿足下游灌溉，又可有效控制洪水進(jìn)入平原地帶，防止下游產(chǎn)生內(nèi)澇。文獻(xiàn)記載，“引水不引洪、水害變水利”，至于它為何廢棄不用文獻(xiàn)記載并不詳細(xì)，需進(jìn)一步考證研究。

2.3 就地取材，樸素穩(wěn)固——結(jié)構(gòu)特點

(1) 大緩坡。從外觀看，姜堰下游堰面設(shè)計為1∶8的大緩坡，主要起消能作用；席堰地處狹窄支流上，堰頂設(shè)計為弧形，可大大減小洪水過堰的單寬流量，緩解對下游基礎(chǔ)沖刷。

(2) 牛欄倉。堰腳采用松木框架結(jié)構(gòu)，也就是當(dāng)?shù)匕傩账追Q的“牛欄倉”，這種結(jié)構(gòu)最大特點是適應(yīng)地基沉降能力非常強(qiáng)，可以有效解決山溪性洪水對基礎(chǔ)沖刷破壞等問題，而且基礎(chǔ)施工可帶水作業(yè)，大大減少了施工難度，縮減了施工工期[6]，同時也驗證了松木“干千年，濕千年，不干不濕只半年”的俗語。

(3) 土材料、土辦法。姜席堰建筑材料以當(dāng)?shù)厮赡尽⒙咽癁橹?圖2-圖3)，在2012年水毀修復(fù)之前，堰面可清晰地看到許多河卵石，這些卵石河灘上到處都是，具有就地取材、造價低廉、施工簡便等優(yōu)點。堰體表面采用三合土(黃泥、沙、石灰加豆?jié){)搗實防滲，起膠結(jié)作用。下游用大卵石鋪砌成消能護(hù)坦，防止基礎(chǔ)沖刷[5]。

圖2 松木

圖3 卵石

2.4 子堰、水碓、筒車——智慧水力

姜席堰地處丘陵，局部渠系落差較大，古人便用卵石和三合土砌筑成高低不一的子堰來調(diào)節(jié)水位，引水灌溉。文獻(xiàn)記載，17世紀(jì)灌區(qū)有子堰72 方[2]；沿渠竹木制成的轉(zhuǎn)輪筒車有15 部，用于提水灌溉；木制水碓32 座[2]，方便農(nóng)戶利用水頭落差從事糧油加工業(yè)。這些設(shè)施一直延續(xù)到20世紀(jì)70年代，至今還保留有水碓遺址和以水碓命名的村莊。

3 價值分析

世界灌溉工程遺產(chǎn)評選的意義之一，就在于學(xué)習(xí)古代的人文思想與可持續(xù)灌溉利用的智慧，汲取經(jīng)過歷史檢驗的科學(xué)理念，幫助我們在工程規(guī)劃、設(shè)計和管理中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[7-8]。

3.1 尊重自然、因地制宜的設(shè)計理念

姜席堰建造保留了河道原有的水流特性和地理特征，避免對周邊環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，體現(xiàn)了古人認(rèn)識、尊重、合理利用河流特性等自然規(guī)律的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳鷳B(tài)治水理念。靈山港屬山溪性河流，河道形態(tài)蜿蜒曲折，河岸植被茂密，河床起伏多變，這些現(xiàn)象是幾千年歷史演變形成的，這些因素有利于減少河水流速，消減洪水破壞能力。還有多年沖積形成的沙洲、淺灘、深潭、凹岸、凸岸等，既是調(diào)整水流方向需要，也是生物遷徙廊道，更是河道景觀和生物多樣性的基礎(chǔ)。然而，曾幾何時，水利技術(shù)人員裁彎取直，人為侵占河道，改變河流形態(tài)，如姜席堰下游后田鋪段，20世紀(jì)90年代初修建“三江”治理工程時，將“S”型河道裁彎取直后，反而適得其反，造成洪水更大破壞力。河道行洪斷面經(jīng)裁彎后大大縮窄了，現(xiàn)在一下雨，徑流便迅速匯集，加大了該段河道洪峰流量，造成該段河道兩岸堤防基礎(chǔ)多次淘涮破壞，此處的慶豐堰也遺址不存，直到近年才下移重建一座低堰。這是值得我們深刻反思的，面對今天過多的人為干擾河流導(dǎo)致的生態(tài)破壞問題，姜席堰這種科學(xué)的設(shè)計理念非常值得研究和借鑒。

3.2 開發(fā)有度、協(xié)同共生的基本原則

(1) 姜席堰的建造，不僅統(tǒng)籌了左右岸、上下游的用水平衡，也充分考慮了整個灌區(qū)老百姓生產(chǎn)、生活的用水需求，還兼顧了灌區(qū)工程體系、自然體系和經(jīng)濟(jì)社會體系的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(2) 姜席堰的建造，體現(xiàn)了治水之“度”、與水和諧相處的基本原則。靈山港水資源時空分布不均，降雨量主要集中在4—10月份，來水量占全年總量的80%，但洪水暴漲暴落，水資源利用率極其低下，百姓苦不堪言。姜席堰根據(jù)季節(jié)變化、洪枯差異，結(jié)合地形、河勢，建造了姜堰攔水、席堰泄洪、“S”形河灣引水，調(diào)整了河道流量分配及流向，形成自主協(xié)調(diào)、自我平衡的動態(tài)系統(tǒng)，這種自然、簡易的水量調(diào)節(jié)方式，基本滿足了下游灌區(qū)用水需求，達(dá)到相對的水量平衡。如今，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，用水量大幅度增加，尤其是通過沐塵水庫對靈山港實施調(diào)節(jié)，高標(biāo)準(zhǔn)的渠系工程縱橫分布，為攔蓄雨洪、錯峰用水、科學(xué)配水創(chuàng)造了良好的條件，保障了灌區(qū)均衡受益。

3.3 以人為本、可持續(xù)的發(fā)展思想

姜席堰歷經(jīng)700多年的變遷，仍然發(fā)揮著巨大效益，體現(xiàn)了以人為本、可持續(xù)發(fā)展理念的運(yùn)用。

(1) 在工程設(shè)計中注重環(huán)保。姜席堰建筑材料以當(dāng)?shù)厮赡?、卵石為主，堰腳采用松木框架結(jié)構(gòu)，即當(dāng)?shù)匕傩账追Q的“牛欄倉”，與現(xiàn)代合金網(wǎng)袋拋石結(jié)構(gòu)原理相同，在現(xiàn)代水利工程基礎(chǔ)防沖處理和防汛搶險工作中得到廣泛應(yīng)用，這是傳統(tǒng)“牛欄倉”結(jié)構(gòu)技術(shù)以新的方式延續(xù)著生命。

(2) 姜席堰對保障糧食安全具有重要作用，受到歷代朝廷和地方官員高度重視，也得到灌區(qū)民眾的認(rèn)可和尊崇。在近700年漫長歷史中，姜席堰形成了“官督民辦”的管理方式，至16世紀(jì)末已形成了固定的歲修制度，設(shè)有分堰節(jié)、開堰節(jié)，清代設(shè)有堰工局，實施堰長制，堰長、堰董、堰夫，各司其職，共同維護(hù)姜席堰灌溉工程[9-10]。當(dāng)時的“堰長制”與現(xiàn)代的“河長制”一脈相承，這種官方與民間結(jié)合的工程管理體制，體現(xiàn)了受益群體共同參與建設(shè)和管理的社會組織形式，這是千年來姜席堰持續(xù)發(fā)展的精神動力。

4 結(jié) 論

姜席堰是古代山溪性河流引水灌溉工程的典范，承載著傳統(tǒng)“尊重自然、天人合一”“因勢利導(dǎo)、因地制宜”的生態(tài)治水原理，體現(xiàn)了古代對自然敬畏，對堰壩和河道各要素統(tǒng)籌考慮的系統(tǒng)思維方式，蘊(yùn)含著深厚的歷史文化價值和科學(xué)技術(shù)價值。姜席堰“官督民辦”的社會自治方式以及堰長制、堰工局等社會組織的管理創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展理念，為現(xiàn)代水利工程規(guī)劃設(shè)計、運(yùn)行管理、水生態(tài)文明建設(shè)提供了重要的啟示和借鑒作用。傳承優(yōu)秀的歷史遺產(chǎn)，借古鑒今，啟示未來，這是我們申遺的意義所在。