大运河工程里的科技智慧

文／嵇立平

大运河包括隋唐大运河、京杭大运河和浙东大运河三部分，全长2700公里，至今已延续2500余年。今年，断流百年的京杭大运河首次全线水流贯通，千年运河迎来世纪复苏，在新时代绽放出绚丽光彩。

大运河是世界上开凿时间最早、流经距离最长、规模最大的人工运河，和万里长城、坎儿井并称为中国古代三大工程，是中国人民劳动和智慧的结晶，在中华民族科技发展史上闪耀着夺目的光彩。

大运河的前世今生

大运河的开发肇始于春秋战国期间，公元前486年，吴王夫差开凿了邗沟，把长江水引入淮河，全长170公里，成为大运河最早修建的一段。此后的秦、汉、三国、晋和南北朝，历代或继续延伸河道，或开凿新河道，使运河分布的地区几乎遍及大半个中国。

隋朝大业元年至六年（605年至610年），隋炀帝两次动用百万百姓，疏浚、连接之前众多王朝开凿留下的河道，修筑了隋朝大运河。隋朝大运河地跨北京、天津、河北、山东、河南、安徽、江苏、浙江8个省、直辖市，全长2000多公里，形成一条贯穿南北的经济与交通大动脉。

隋朝后，经唐、宋历代对大运河不断地疏浚、整修、改造，持续发挥着其贯通南北动脉的作用。元朝定都北京后，把以洛阳为中心的大运河截弯取直，使得大运河进入北京的航程更为简直、高效。明清时期，继续对运河航道进行调整和治理，“运漕商旅，往来不绝”。古人评价大运河为：“天下转漕，仰此一渠。”“漕”指的是水路运输的粮食，“渠”指大运河，意即国家水路运粮，都要仰赖大运河。

大运河肇始于春秋时期，贯通于隋朝，繁荣于唐宋，发展于元朝，巩固于明清，穿越古今，贯通南北，成为中国奔流不息的经济大动脉、中华文明的又一条“母亲河”。直至20世纪初，随着铁路、公路等新型交通方式的兴起，传统中国受到西方科技的影响而急剧转型，大运河的地位才开始逐渐下降。

运河工程的科技成就

开凿大运河集中了水利工程的所有类型，其水利规划、水工建筑、水利工程管理的科学技术成就，在17世纪前一直是领先世界的，是人类历史上超大规模水利工程的杰作。

开凿运河首先要解决水源问题。设计者在开挖运河之前，首先根据地形来规划线路，巧妙地把天然的大小河道串联起来，作为大运河有机的组成部分，并充分利用沿途的湖泊、泉水补充水源。例如，大运河最早的河道邗沟是春秋时吴国兴建的，邗沟的水源就来自于长江和淮河。战国时魏国开凿的人工运河“鸿沟”，也是把黄河与淮河之间的济、濮、汴、睢、颍、涡、汝、泗、菏等主要河道连接起来，构成鸿沟水系。明清时期利用散布在大运河两岸的湖泊、洼地作为“水柜”，在山东鲁运河和江南运河间设置了安山湖、南旺湖、微山湖、练湖等“水柜”。运河的水源系统多元化，不仅使水源有了保证，而且大大减省了开凿新河的巨大投入和工程量。

由于复杂的地势而产生的水位差，是制约大运河修建和发挥作用的一大难题。大运河的建设者们设计出了一个又一个卓越可行的方案。秦汉时期，是用壅高水位的“斗门”（古代最早的闸门）来调节水位。唐朝在运河上修建了以土石垒成的堤坝“堰、埭”，如著名的平津堰就是其中杰出的代表。至宋朝，用水力、人力或畜力拖船过堰的办法，已不能适应航运事业发展的需要，遂发明创建了船闸，如著名的“西河闸”等，以代替堰、埭。与此同时，还发明了澳闸。澳闸就是在船闸旁开辟一个蓄水池，当运河供水不足时，再将水澳里的水提供给船闸使用，以解决了船闸水源不足的问题。

古运河建设者非常善于建设超大规模的综合性工程。如江苏淮安清口枢纽工程，是为解决黄河在运河口淤垫倒灌而规划建设的，修建工程浩繁，形成了庞大的水工建筑群，至今在工程遗产区仍分布着堤坝、河道、闸涵、土墩、木龙等53处丰富的工程和文化遗迹。山东济宁南旺分水枢纽工程集引水、蓄水、分水、排水于一体，因势造物，相继修建了疏河济运、挖泉济流、蓄水济运、防河保运、增闸节流等一系列结构缜密的系统配套工程，体现了高度的科技含量。