大運河工程里的科技智慧

文／嵇立平

大運河包括隋唐大運河、京杭大運河和浙東大運河三部分，全長2700公里，至今已延續(xù)2500余年。今年，斷流百年的京杭大運河首次全線水流貫通，千年運河迎來世紀復蘇，在新時代綻放出絢麗光彩。

大運河是世界上開鑿時間最早、流經(jīng)距離最長、規(guī)模最大的人工運河，和萬里長城、坎兒井并稱為中國古代三大工程，是中國人民勞動和智慧的結晶，在中華民族科技發(fā)展史上閃耀著奪目的光彩。

大運河的前世今生

大運河的開發(fā)肇始于春秋戰(zhàn)國期間，公元前486年，吳王夫差開鑿了邗溝，把長江水引入淮河，全長170公里，成為大運河最早修建的一段。此后的秦、漢、三國、晉和南北朝，歷代或繼續(xù)延伸河道，或開鑿新河道，使運河分布的地區(qū)幾乎遍及大半個中國。

隋朝大業(yè)元年至六年（605年至610年），隋煬帝兩次動用百萬百姓，疏浚、連接之前眾多王朝開鑿留下的河道，修筑了隋朝大運河。隋朝大運河地跨北京、天津、河北、山東、河南、安徽、江蘇、浙江8個省、直轄市，全長2000多公里，形成一條貫穿南北的經(jīng)濟與交通大動脈。

隋朝后，經(jīng)唐、宋歷代對大運河不斷地疏浚、整修、改造，持續(xù)發(fā)揮著其貫通南北動脈的作用。元朝定都北京后，把以洛陽為中心的大運河截彎取直，使得大運河進入北京的航程更為簡直、高效。明清時期，繼續(xù)對運河航道進行調(diào)整和治理，“運漕商旅，往來不絕”。古人評價大運河為：“天下轉漕，仰此一渠?！薄颁睢敝傅氖撬愤\輸?shù)募Z食，“渠”指大運河，意即國家水路運糧，都要仰賴大運河。

大運河肇始于春秋時期，貫通于隋朝，繁榮于唐宋，發(fā)展于元朝，鞏固于明清，穿越古今，貫通南北，成為中國奔流不息的經(jīng)濟大動脈、中華文明的又一條“母親河”。直至20世紀初，隨著鐵路、公路等新型交通方式的興起，傳統(tǒng)中國受到西方科技的影響而急劇轉型，大運河的地位才開始逐漸下降。

運河工程的科技成就

開鑿大運河集中了水利工程的所有類型，其水利規(guī)劃、水工建筑、水利工程管理的科學技術成就，在17世紀前一直是領先世界的，是人類歷史上超大規(guī)模水利工程的杰作。

開鑿運河首先要解決水源問題。設計者在開挖運河之前，首先根據(jù)地形來規(guī)劃線路，巧妙地把天然的大小河道串聯(lián)起來，作為大運河有機的組成部分，并充分利用沿途的湖泊、泉水補充水源。例如，大運河最早的河道邗溝是春秋時吳國興建的，邗溝的水源就來自于長江和淮河。戰(zhàn)國時魏國開鑿的人工運河“鴻溝”，也是把黃河與淮河之間的濟、濮、汴、睢、潁、渦、汝、泗、菏等主要河道連接起來，構成鴻溝水系。明清時期利用散布在大運河兩岸的湖泊、洼地作為“水柜”，在山東魯運河和江南運河間設置了安山湖、南旺湖、微山湖、練湖等“水柜”。運河的水源系統(tǒng)多元化，不僅使水源有了保證，而且大大減省了開鑿新河的巨大投入和工程量。

由于復雜的地勢而產(chǎn)生的水位差，是制約大運河修建和發(fā)揮作用的一大難題。大運河的建設者們設計出了一個又一個卓越可行的方案。秦漢時期，是用壅高水位的“斗門”（古代最早的閘門）來調(diào)節(jié)水位。唐朝在運河上修建了以土石壘成的堤壩“堰、埭”，如著名的平津堰就是其中杰出的代表。至宋朝，用水力、人力或畜力拖船過堰的辦法，已不能適應航運事業(yè)發(fā)展的需要，遂發(fā)明創(chuàng)建了船閘，如著名的“西河閘”等，以代替堰、埭。與此同時，還發(fā)明了澳閘。澳閘就是在船閘旁開辟一個蓄水池，當運河供水不足時，再將水澳里的水提供給船閘使用，以解決了船閘水源不足的問題。

古運河建設者非常善于建設超大規(guī)模的綜合性工程。如江蘇淮安清口樞紐工程，是為解決黃河在運河口淤墊倒灌而規(guī)劃建設的，修建工程浩繁，形成了龐大的水工建筑群，至今在工程遺產(chǎn)區(qū)仍分布著堤壩、河道、閘涵、土墩、木龍等53處豐富的工程和文化遺跡。山東濟寧南旺分水樞紐工程集引水、蓄水、分水、排水于一體，因勢造物，相繼修建了疏河濟運、挖泉濟流、蓄水濟運、防河保運、增閘節(jié)流等一系列結構縝密的系統(tǒng)配套工程，體現(xiàn)了高度的科技含量。