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都江堰,中華科學文明的世界符號

作者:惠小勇 黃臥云 王毅 黃毅     編輯:李瑩瑩   來源:新華每日電訊    發布時間: 2019-04-12 15:07:50

  

  鳥瞰都江堰(攝于2015年9月28日)。 江宏景攝

  

  2019年4月6日放水節。何勃攝     

  

 

  

  今年清明節,一年一度的放水節在都江堰舉行。這是拜水大典的日子,表示新一年成都平原的灌溉就此開始。2200多年來,都江堰一直潤澤著成都平原,而且發揮著越來越大的效益。跟它同時期興建的古巴比倫漢謨拉比渠、古羅馬的人工渠道,都早已湮沒在時間的煙塵中。

  

  當一位慕名來到都江堰的游人站在都江堰金剛堤上,他眼前完全沒有雄偉壯觀的工程景象,而只是從山口奔騰而出的岷江水,在江心處,一道高出水面不多、前端形似魚嘴的河堤把江水一分為二,一條叫內江,一條叫外江。被稱為“世界奇跡”的水利工程,以這樣極其平凡的方式開端。

  

  正是在它看似最平凡的地方,蘊藏著它最不平凡的一面。都江堰以時間顯示自己的不朽和偉大。公元前256年建成的都江堰水利工程既古老,又年輕,年輕得就像它剛剛修建之時。

  

  對現代科學技術的反思,是我們重新認識都江堰價值的重要契機。都江堰管理局水利專家強調,日新月異的現代科學在造福人類的同時,帶來的負面效應如環境災難,人類對自己發明的利用可能失去控制,以及科學倫理問題,都引起了公眾的廣泛不安。而都江堰在造福人類時沒有對生態與環境產生任何負面效應,做到了科學、自然與人類利益的完美統一。

  

  從神話中走來:無壩引水

  

  治水的故事在中國古代神話故事中占據著十分突出的位置。女媧是最早的治水英雄,共工則是一位撒旦式的反派之神,《國語》中說他“壅防百川”,以害天下。他的兒子句龍則因治水有功被后人尊為后土,即社神。后羿射日的故事說到“堯之時十日并出”和“民無所食”,反映了治水的重要程度。

  

  最著名的治水故事當然是鯀禹治水。堯用鯀治理洪水,《山海經》記載,“鯀竊帝之息壤以堙洪水”。息壤是一種隨洪水上漲而可以不斷生長的神土,但即使如此,鯀還是不能控制水患。舜用鯀的兒子禹治水,禹用“導”的方法,疏九河,決汝漢,排淮泗,“然后中國可得而食也。”舜帝因禹治水大獲成功,讓帝位于禹,中國歷史上第一個國家政權——夏王朝建立了。

  

  關于禹的出生地歷來說法不一,有說陜北,有說山東,有說在河南嵩山。根據《史記》以及《華陽國志·蜀志》記載,今天四川汶川縣綿虒鎮高店村石紐山刳兒坪被認為是禹的出生地。根據此說,鯀禹是從岷江流域到中原治水的。

  

  對于地處成都平原的古蜀國,如中原地區一樣,治水也是它的一大難題,也有與鯀禹治水類似的傳說:在古蜀國的開國國王杜宇時期,岷江時為水患,“望帝不能治”。荊人鱉靈的尸體逆江而上,漂到蜀地復活,見到望帝杜宇。鱉靈通過疏導岷江上游而平息了水患,杜宇像堯讓位于舜一樣,把國家交給了鱉靈,他就是叢帝,國號“開明”。開明王朝歷經350余年,直到公元前316年為秦國所滅。

  

  這些治水的故事有著明顯的神話性質。神話是人類早期歷史記載的共同形態,學界普遍認為中國上古時期的治水神話同樣反映了歷史的真實。鯀禹父子和鱉靈的足跡,表明長江上游的古蜀國與中原以及長江中下游地區有著廣泛聯系,中華民族很早就在治理水患中獲得了文化的統一性。在治水過程中,先民從中認識到,順應自然、與自然和諧共處是基本的生存之道。

  

  秦昭王時期入蜀出任郡守的李冰是中華治水史上承上啟下的重要人物。他秉承前人的治水理念和治水經驗,創造了無壩引水的工程奇跡。都江堰雖然地處西南一隅,但集中國農耕社會水利文明之大成。

  

  順應自然:“分四六,平潦旱”

  

  1939年,第一部以現代化為目標的都江堰水利規劃《都江堰治本規劃》完成。這一改造方案當時就引起了不少質疑,來自水利科學發達的俄國、荷蘭、丹麥、法國等國的水利科學家、工程師,對改造方案基本是否定的。荷蘭普德利接受國民政府經濟委員會的邀請考察都江堰后,闡述了他的觀點:“都江堰享數百萬畝灌溉之利,不可謂不優且美矣。強為改作,或恐不及古人。”對渠首改造必須慎之又慎,已是中外水利科學家的共識。

  

  自上世紀30年代開始,學界就從現代水利科學方面對都江堰進行論證和模型研究,它所包含的科學原理已被現代科學所證實。都江堰渠首工程的位置、結構、尺寸及方向的安排,與岷江出山口的河床走勢、地理環境、上游的水流、來沙條件相互作用,組成了協調一致的有機整體。魚嘴、飛沙堰、寶瓶口三大主體工程,輔以百丈堤、金剛堤、人字堤,共同完成自動分水、自動排沙、自動泄洪、控制引水的任務。

  

  岷江從四川西北部高原地區急流直下,由西北端進入成都平原后突然地勢平坦,水流失去高山深谷的約束,同時岷江挾帶的大量砂礫石在這里迅速沉積,壅高河床,加重水患。前方1000多米處的玉壘山則阻擋著江水向東流入平原腹地,岷江河道于是沿平原西部邊緣向南進入樂山市,造成成都平原西部地區洪澇災害嚴重,廣闊的中東部地區則赤地千里。

  

  都江堰渠首工程地處成都扇形平原的頂點,占據成都平原的制高點。既是扼制岷江洪水的咽喉要害,又是控制平原地區灌溉用水的關鍵。

  

  研究證明,都江堰成功最主要的經驗就是工程的所有設計都順應自然。位于岷江江心的魚嘴把岷江分成內、外二江,內江為人工渠道,引入灌區,外江是岷江的自然河道,主要用于排洪。魚嘴前方有一塊沙洲,河流在沙洲中走成彎道,枯水季節岷江主流直沖內江,把水自動分成內江六成,外江四成;而當洪水到來時,沙洲被淹沒,水流不再受河床彎道的制約,主流直奔外江,內外江的分水比例就變成內江四成,外江六成。由于非常巧妙又極其自然地利用地形地勢,都江堰自動完成了“分四六,平潦旱”的目的。

  

  泥沙淤積至今都是現代水利工程的一道難題,但都江堰近乎完美地解決了。把治水與治沙結合起來,是它一直運行暢通的重要保障。魚嘴除了分水,還具有顯著的排沙功能。在彎道環流的作用下,魚嘴每年把岷江上游帶來沙石總量的百分之七十到八十從外江排走,最大限度地減少了內江河道的淤積。

  

  在玉壘山的虎頭巖上,有條沒有鑿通的鑿槽,相傳是鱉靈鑿山的遺跡。李冰率眾用火燒水澆的辦法鑿開了一個梯形引水口,這就是寶瓶口——都江堰灌區的總取水口。它起著束水壅水的作用,當上游來水過大時,寶瓶口就會使多余水量溢出飛沙堰,從而控制了進入灌區的水量,達到穩定引水量的目的。有了寶瓶口,成都平原得以免于大的洪澇之災,歲歲安瀾。

  

  都江堰,包括渠首工程和所有向成都平原延伸、展開的各級渠道都采用無壩引水,它們與天然河道一起在平原內構成了一個扇形的自流灌溉網,完善了自然環境。修建都江堰獨創的四大傳統水工技術——竹籠、榪槎、羊圈、干砌卵石,把工程對環境的影響降到了最低。本地盛產的竹、木、卵石被廣泛應用于截流分水、筑堤護岸、搶險堵口,使水利施工就地取材并循環利用,能充分適應河道變化。水利史專家譚徐明教授在她的《都江堰史》中寫道:“干砌卵石用作堤防和護岸時還有利于落淤固灘,為河灘各類生物的生長繁衍提供較好的環境,使堤防產生較好的生態和景觀效果。”

  

  開放和創新:共創傳奇

  

  今天,都江堰水利工程已發展為特大型水利工程體系,它的干渠、支渠、斗渠、毛渠就如人體內的動脈血管、靜脈血管和毛細血管,遍布于成都平原以及川中丘陵地區,共有干渠111條,長3664公里;有支渠260條,長3234公里;有支渠以下的各級末級渠道34000余公里。灌溉面積由1949年的280多萬畝,增加到現在的1076萬畝,最后灌溉面積將達1519萬畝。與此同時,都江堰還承擔了成都市1600多萬人口的生活供水、城市工業用水和城市環境用水。

  

  都江堰充分展現了中華文明創新、開放的一面。正是由于工程的設計者和一代一代的建設者堅持把工程作為一個開放的系統對待,都江堰才能不斷得以改進和完善,但又始終維護著經過時間檢驗的正確工程理念和科學原理。

  

  清華大學教授張成崗在論文《都江堰,水利工程史上的奇跡》中寫道,都江堰工程的設計與維護體現了系統工程的理念,不但注重各部分所依賴的科學原理,而且重視各部分之間、工程與環境之間的相互聯系和協調,只有這樣才能既滿足工程本身的需求而不斷發展,又不至于對周圍環境造成災難性破壞。

  

  這個系統的渠首各部分,包括分水魚嘴、分水堤、內江、外江、飛沙堰、離堆、寶瓶口等,是充分開放的。這是一個開放的系統,在開放中歷代建設者調整工程思路,完善工程結構。創新和開放是都江堰生命的原動力。

  

  都江堰最核心的工程之一魚嘴,處在對抗水流的工程最前端,它的位置從古至今就在上下左右變動。李冰創建的魚嘴位于岷江支流白沙河的出口附近,在現在魚嘴位置的上游1650米處。到元朝時,魚嘴仍距白沙河出口不遠。清初魚嘴位置一度移至玉壘山虎頭巖對面,清宣統時期魚嘴移至二王廟上方。現在的魚嘴位置是1936年重建的魚嘴。

  

  如何加固魚嘴成為都江堰維護的重要內容。都江堰原魚嘴主要為籠石結構,優點是制作簡便,容易維護,缺點是歲修工程量大。元代以后,都江堰開始鐵石治堰的嘗試。元朝后期的四川肅政廉訪使吉當普決定用一勞永逸的方法重建魚嘴,在魚嘴首部用鐵16000斤鑄成其狀如龜的魚嘴,可是不到40年就被沖沒江底。之后又改用傳統的竹籠卵石,建設者認為它具有“體重而堅,上能泄水,不與水敵”的優點。公元1550年,明朝水利僉事施千祥再次倡導“以重克水”,用鐵72500斤鑄成比鐵龜更大的鐵牛魚嘴,但也只保持了30多年。

  

  都江堰渠首工程整個體系得以最終成型和完善,卻是在李冰修建魚嘴、鑿開寶瓶口近1000年之后了。

  

  三大主體工程之一的飛沙堰,史料顯示始建于公元662年,它上距魚嘴700米,擔負著內江第二次泄洪和排沙任務。當內江引進水量超過寶瓶口警戒水位時,多余的水便從飛沙堰自行溢出;遇到特大洪水,飛沙堰就會自動潰決,大量的水排入岷江正流。飛沙堰的另一重要作用是“飛沙”。在彎道環流、虎頭巖挑流以及寶瓶口與離堆壅水頂托的聯合作用下,飛沙堰能將進入內江沙石的70%排出,使其不致淤塞內江渠道。

  

  都江堰管理局高級工程師張開勇、曠良波強調,都江堰不是一成不變的。它“乘勢利導,因時制宜”的科學原則體現了在變化中堅持不變的思想,都江堰所有的工程一直處于與岷江河道的演變相協調的動態平衡中,所有改變都基于岷江水勢、河流地形,都遵循無壩引水、自動調水調沙的科學思路。

  

  “治蜀先治水”:人、自然、科學融合統一

  

  明末清初,四川戰亂,都江堰遭受兵燹,堰堤崩頹,通渠壅淤,年久失修。1681年,清朝的四川巡撫杭愛派人于榛莽中尋得離堆舊渠,疏通寶瓶口,使都江堰的功能得以恢復。

  

  1933年,茂汶縣疊溪發生7.5級地震,山巖崩塌造成岷江上游10個地震湖。由于地震湖潰決,都江堰洪峰流量達10200立方米/秒,整個渠首工程除寶瓶口幾乎蕩然無存。第二年疏導積水,修復水毀工程,第三年對都江堰進行大修。

  

  都江堰在時間長河中屢經戰亂、地震、洪水的破壞,但都能很快獲得修復和重生。都江堰把科學、成都平原與千百萬人的生存緊密地聯系在一起。無論是官方還是民間,都把對都江堰工程的維護和延續當作重大事件。“治蜀先治水”是歷代治理四川的官員都深知的道理,并以都江堰的管理為“根本之圖”。在民間,形成了尊崇都江堰和都江堰創建者的文化傳統。

  

  有關都江堰的活動已經成為風土民俗滲入到人們的生活中。每年冬季歲修后,就要在清明前后于渠首舉行隆重儀式,拆除攔河榪槎,放水進入灌渠,這就是“開水節”,又叫“放水節”或“祀水節”,是都江堰渠首的年度大型活動。史料記載,至遲至唐宋時期就已有放水節活動,官民同慶。此外,每年農歷六月六日相傳為李冰生日的這一天,也是都江堰當地特有的重大節日。在民俗和節日中,科學與普通大眾的精神聯結得到加強。

  

  都江堰獨特的歲修制度,被專家學者一致認為對于古堰常葆青春,其重要性不亞于建筑工程本身。從宋朝建立歲修制度后,該項制度便一直堅持至今。“深淘灘,低作堰”,就是歲修的精辟總結和方法指南。每當冬季枯水季節,就是都江堰歲修時節。元人揭奚斯《蜀堰碑》有記載:“有司歲治堤防百三十二所,役兵民多者萬余人,少者千人,其下猶數百人。”灌區內各州縣的水費由國庫和民眾共同承擔。

  

  任何思考過都江堰命運的人都不難得出結論,都江堰的生命傳奇不會結束。它不會死去。都江堰工程的生命歸結于它的科學觀,即科學與人、自然協調一致的思想和價值觀念。長期積累起來的科學思想和技術規范,在歲修制度中得到貫徹、融化和普及。

  

  

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