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古人“水”智慧
中國古代思想家們,很早就對水量的多寡形成辯證認識的思想,《莊子·大宗師》中的“泉涸,魚相與處于陸,相呴以濕,相濡以沫,不如相忘于江湖”;《莊子·逍遙游》載帝堯欲讓位于賢人許由時說的“時雨降矣,而猶浸灌,其于澤也,不亦勞乎”等,都是來自于水的大智慧。
中國科學院水利部水土保持研究所山侖院士告訴記者,我國農業節水素有傳統,其中一些經驗在國際上也具有特色;基本農田建設、合理施肥、地膜覆蓋、雨水集流、需水臨界期補灌、化學調控等技術,和現代技術結合后發揮出更大的作用。中國—以色列國際農業研究培訓中心主任黃冠華教授也指出,古代的滲灌瓶、地下灌溉、石渠、坎兒井及一些局部灌溉技術,都是成形的節水技術,其它如鋪上砂石減少水分蒸發等措施,都起到了較好的節水效果。
都江堰水利工程、新疆坎兒井、北海團城古節水工程,是三個著名的節水工程,讓我們得窺古人用水智慧之一斑。
“獨奇千古”都江堰
全球迄今為止年代最久、唯一留存、以無壩引水為特征的宏大水利工程——都江堰水利工程位于四川省都江堰市城西,古時屬都安縣境而名為都安堰,宋元后稱都江堰,被譽為“獨奇千古”的“鎮川之寶”。李冰父子主持修建的都江堰水利工程,2200多年過去仍然連續使用,發揮出巨大效益,不愧為文明世界的偉大杰作、造福人民的偉大工程。2000年11月,青城山—都江堰被聯合國教科文組織遺產委員會列入《世界遺產名錄》。
都江堰渠首工程主要包括魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口進水口三大部分,科學地解決了江水自動分流、自動排沙、控制進水流量等問題,消除了水患,使川西平原成為“水旱從人”的“天府之國”。目前灌溉面積已達40余縣,1998年超過1000萬畝。都江堰附近景色秀麗,文物古跡眾多,主要有伏龍觀、二王廟、安瀾索橋、玉壘關、離堆公園玉壘山公園和靈巖寺等。
岷江是長江上游的一條較大的支流,發源于四川北部高山地區。每當春夏山洪暴發之時,江水奔騰而下,從灌縣進入成都平原,由于河道狹窄,古時常常引起洪災,洪水一退,又是沙石千里。灌縣岷江東岸的玉壘山又阻礙江水東流,造成東旱西澇。秦昭襄王51年(公元前256年),李冰任蜀郡太守,主持修建了都江堰水利工程。
都江堰主體工程是將岷江水流分成兩條,其中一條水流引入成都平原,既可以分洪減災,又達到了引水灌田、變害為利。當年,李冰在其子二郎的協助下,邀集有治水經驗的農民,對岷水東流的地形和水情作了實地勘察,決心鑿穿玉壘山引水。在沒有火藥不能爆破的情況下,他以火燒石,使巖石爆裂,大大加快工程進度,終于在玉壘山鑿出了一個寬20米、高40米、長80米的山口。低水位每秒流速3米,高水位每秒流速6米。因形狀酷似瓶口,故取名“寶瓶口”,把開鑿玉壘山分離的石堆叫“離堆”。
寶瓶口引水工程完成后,雖然起到了分流和灌溉的作用,但因江東地勢較高,江水難以流入寶瓶口,李冰父子率眾又在離玉壘山不遠的岷江上游和江心筑分水堰,用裝滿卵石的大竹籠放在江心堆成一個狹長的小島,形如魚嘴,岷江流經魚嘴,被分為內外兩江。外江仍循原流,內江經人工造渠,通過寶瓶口流入成都平原。
為進一步起到分洪和減災的作用,在分水堰與離堆之間,又修建了一條長200米的溢洪道流入外江,以保證內江無災害,溢洪道前修有彎道,江水形成環流,江水超過堰頂時洪水中夾帶的泥石便流入到外江,這樣便不會淤塞內江和寶瓶口水道,故取名“飛沙堰”。為觀測和控制內江水量,又雕刻了三個石樁人像,放于水中,讓人們知道“枯水(低水位)不淹足,洪水(高水位)不過肩”。還鑿制石馬置于江心,以此作為每年最小水量時淘灘的標準。
都江堰每年都接待不少外國游人,其中有些是水利專家。他們仔細觀看了整個工程的設計后,都對它的高度的科學水平驚嘆不止。比如飛沙堰的設計就是很好地運用了回旋流的理論。
旱地生命之泉坎兒井
素稱“火洲”、“風庫”,氣候極其干旱的吐魯番,很久以來就出現了大片的綠洲。奧秘之一就在于吐魯番盆地上分布著四通八達、猶如人體血脈似的坎兒井群和潛流網絡。
坎兒井與萬里長城、京杭大運河并稱中國古代三大工程,古稱“井渠”。新疆大約有坎兒井1600多條,分布在吐魯番盆地、哈密盆地、南疆的皮山、庫車和北疆的奇臺、阜康等地,其中以吐魯番盆地最為集中,達1200多條,總長超過5000公里。
坎兒井是一種結構巧妙的特殊灌溉系統。它由豎井、暗渠、明渠和澇壩(一種小型蓄水池)四部分組成。豎井的深度和井與井之間的距離,一般都是愈向上游豎井愈深,間距愈長,約有30至70米;愈往下游豎井愈淺,間距愈短,約有10到20米。豎井是為了通風和挖掘、修理坎兒井時提土用的。暗渠的出水口和地面的明渠連接,可以把幾十米深處的地下水引到地面上來。
坎兒井之所以能在吐魯番大量修建,與這里的地理條件分不開。吐魯番盆地北部的博格達山和西部的克拉烏成山,每當夏季來臨,就有大量的融雪和雨水流向盆地,當水流出山口后,很快滲入戈壁地下變為潛流。積聚日久,使戈壁下面含水層加厚,水儲量大,為坎兒井提供了豐富的水源。
世界上最早的坎兒井出現在亞美尼亞。我國新疆坎兒井的起源,一般認為源自漢代今陜西關中地區挖掘地下窖井的技術——“井渠法”。漢通西域后,塞外乏水且沙土較松易崩,就將“井渠法”取水方法傳授給當地人民,后經各族人民的辛勤勞作,逐漸趨于完善,發展為適合新疆條件的坎兒井。吐魯番現存的坎兒井多為清代以來陸續興建的。據史料記載,由于清政府的倡導和屯墾措施的采用,坎兒井曾得到大量發展。
清末因堅決禁煙而充軍新疆的愛國大臣林則徐在吐魯番時,對坎兒井大為贊賞,稱其為“不可思議之事”。
據悉,一條坎兒井灌田數十畝至數百畝不等,井里的清泉澆灌滋潤吐魯番大地,使火洲戈壁變成綠洲糧田。現在,盡管吐魯番已新修大渠、水庫,坎兒井仍在現代化建設中發揮著生命之泉的特殊作用。
北海團城古節水工程
北京北海公園團城,800多年前是湖中的一個土島,元代以后島址建成一個高出地面四五米、面積不過6000平方米的小小圍城。數百年來,無論是大雨傾盆,還是久旱無雨,這里都沒有積水、不見泄水;生長的數十棵古樹百代常青,歷久不衰。
我國園林科研人員披露,在團城地下發現的一座建于公元15世紀初的古代雨水利用工程,造成了上面描述的奇妙現象。
團城上的古樹,絕大部分是油松、白皮松、側柏和檜柏等常綠樹,包括年齡800多歲、分別被乾隆皇帝冊封為“白袍將軍”、“遮蔭侯”的一棵古松、一棵油松,并有21棵樹齡過百、17棵樹齡超過300年的古樹。雖都是北方常見樹種并有耐旱習性,但要在這樣一個面積不足6000平方米、地面高出北海水面的封閉單元內生長,所需的水分只有來自天然降水。但根據氣象資料,北京的雨水根本無法滿足其需要。
2001年,由北海公園副園長賴娜娜和沈方領銜專門成立課題組,對北海團城古滲井雨水利用項目進行攻關,才揭開了古樹屹立800年蔥翠常青之謎。發現團城并沒有北京古建筑中常見的排水明溝,也沒有像正陽門箭樓、鼓樓、萬里長城及北海白塔等處城墻一樣,設置泄水石槽(吐水嘴),而是在地面上采用干鋪倒梯形青磚和深埋滲排涵洞的做法,起到良好節水、存水效果。
團城每塊地磚的四周立面,都不是垂直的而是傾斜的,磚呈倒梯形,磚與磚之間也并無灰漿粘合,為古樹創造了良好的根部透氣和接受降雨的條件。磚鋪裝后形成了一道道高10厘米、底寬2厘米左右、斷面成三角形的空的通道,而且縱橫交叉。通道的上端透過磚與磚之間的狹窄縫隙與地面相通,雨水和空氣很容易進到通道中來。磚的下面有一層很厚的灰土與磚黏結,既能承載和穩定上面的磚塊又能很好地使土壤透水透氣?;彝料率呛谏姆饰滞?,內含獸骨、螺殼等物,為古樹供應養料。專家測定,這些磚燒制年代最早為公元1411年(明永樂年間),最晚為公元1821年(清道光年間)。實驗證實,這種設計確能起到“城外雨水四溢,城上全盤吸收”的效果。
此外,團城滲水古井內也“別有洞天”。井的下部有一個拱形的涵洞,由青磚砌成,洞口有一層厚厚的淤積物。專家借助先進的地球物理電磁法探明涵洞的走向,發現團城9個入水井口分別與地下涵洞相通,呈逆時針“C”字型走向,9號井為起點,到達1號井,最后通向團城外的排水管。當大雨或暴雨來臨時,雨水由井口流入涵洞儲存起來,同時不斷地向周圍土壤滲透,當土壤水分飽和時,涵洞逐漸形成一條暗河,排出城外,這樣古樹在多雨時不致積水爛根,干旱時不致缺水干枯。根據現狀取樣,專家估算涵洞埋深以上土體的最大蓄水能力,發現它在正常參數下可儲存全年天然降水量。