水利科學(xué)技術(shù)史

武漢大學(xué)水利電力學(xué)院梁

利一、汴渠:主要是用利用隋唐時新開的通濟渠水汴渠主要引黃河的水流,引水口的選擇對控制水沙有很大關(guān)系。水量變化也須人工控制河口附近調(diào)整水勢，使水深達6尺，水深超過7.5尺則需排洪引黃為防止淤積，用木岸人為地將河道變窄，河寬僅60步為保證水量，在渠旁筑塘蓄水濟運。在堤上建斗門用于引水放淤二、惠民河：北宋汴京與陳、蔡地區(qū)（今河南省與安徽淮北一帶）的水上交通運道包括閔河、蔡河和自合流鎮(zhèn)至長平鎮(zhèn)一段河道北宋采取多項工程措施，以保證惠民河航運的暢通首先是廣開水源接運，除與閔河接通外，還用一些小河流接濟水源另一項工程措施，是設(shè)立斗門調(diào)節(jié)水量和控制船只往來在一些要津處橫置鐵鎖，以便控制交通和征收商稅三、五丈河(廣濟河）：汴京東通齊魯?shù)貐^(qū)的運道，主要是利用唐代武則天時所開的湛渠故道自汴京城東經(jīng)今山東荷澤、巨野，平陰等縣境入于濟水，又稱廣濟河五丈河突出的問題是缺乏水源水源得到金水河的接濟，但和汴渠存在著航運方面的矛盾五丈河的整治，既有利于京師和齊魯之間的漕運，又對汴河起著分洪的作用四、金水河：一名京水，它主要是通過在汴渠上架渡槽，向東注入五丈河，作為補充水源還是專供京師園林和生活用水的水源開封府淮揚運河：北宋溝通江、淮的主要漕運干道南起瓜洲，北至楚州末口（今江蘇淮安縣北），其前身為邗溝宋初，淮揚運河經(jīng)一段淮水入汴，繞了一個大彎子于雍熙元年（公元984年）和嘉佑年間及元豐六年（公元1083年）先后開鑿沙河、洪澤運河和龜山運河三段運河，解決路線問題淮揚運河的另一突出問題是水枯河淺改善辦法：1、進行局部疏浚并設(shè)立歲修開撩制度；2、在運河上修建堰壩和船閘以增加航深3、利用真州、揚州一帶的塘泊作為水柜濟運江南運河：南起杭州，北迄京口（今鎮(zhèn)江市）入長江，縱貫太湖流域，全長八百余里，是江南地區(qū)的主要漕運干道兩宋期間對江南運河的工作主要是管理維修和增設(shè)船閘問題南宋以后多次整治江南運河御河盤運：汴京北通河北的運道，其前身為永濟渠北宋御河航運，主要是受黃河變動的影響直到金代黃河南趨后，御河航運才比較正常元明清時期的京杭大運河元代南北水運線的開辟與京杭大運河的建設(shè)明代和清前期京杭大運河的擴建元代南北運輸，曾經(jīng)開辟過幾條運輸線1、水陸聯(lián)運運輸線:：要水陸接運，要經(jīng)過多次裝卸，不但效率低，且勞耗大2、河海聯(lián)運：海運與內(nèi)河聯(lián)運運輸線，可以縮短運輸距離膠萊運河：取膠州至萊州的一段直線，即海運至膠州，經(jīng)膠萊運河從海倉口出海，再行海運至直沽；濟州河：由淮河入新開的濟州河，轉(zhuǎn)大清河從利津入海3、海運運輸線：是元代南北運輸?shù)闹饕\輸線4、內(nèi)河運輸線：是指京杭大運河，一部分漕糧可由江南直運至大都至元二十六年（公元1289年）和至元三十年（公元1293年），會通河和通惠河相繼鑿成;形成了一條全長一千七百余公里的南北人工運道—京杭大運河溝通了海河、黃河、淮河、長江和錢塘江五大水系京杭大運河全程各河段大體有三種不同情況：第一種是元代開鑿的新運道：濟州河：自任城（今山東濟寧市）至安山（今山東梁山北）會通河：安山至臨清通惠河：通州至大都第二種是利用天然水道通運：黃河水道（黃河奪泗的河段）：淮安至徐州段泗水水道：徐州至任城潞水水道：直沽至通州第三種是利用宋以前的原有運河：御河：臨清至直沽淮揚運河：揚州至淮安江南運河：杭州至鎮(zhèn)江會通河和通惠河的開鑿會通河的開鑿：至元二十六年（公元1289年）正式動工歷時四個月，用功二百五十余萬。七月，渠成；“開魏博之渠，通江淮之運，古所未有?！保ā妒雷婕o》）會通河技術(shù)上最大的特點：建有一系列梯級船閘平水過坡用堰閘技術(shù)引汶泗濟運通惠河的開鑿：至元二十八年，郭守敬上奏開鑿?fù)ㄖ葜链蠖歼\河段的計劃運道路線（包括集西山諸泉的主渠線）是：

“于舊閘河的縱跡，導(dǎo)清水上自昌平縣白浮

村到神山泉西折南轉(zhuǎn)過雙塔、榆河、一畝、玉泉諸水，至西門入口都城南匯為積水潭，東南出文明門，東至通州高麗莊”。（《元史·河渠志》）運河全長一百六十里，用了一年多的時間，用工二百八十五萬，自至元二十八年春起至次年七月竣工通惠河完工后，南方的漕船可以直入大都，開創(chuàng)了我國人工運河史的另一新局面通惠河御河會通河潞水水道濟州河泗水水道淮揚運河江南運河明代與清前期對京杭大運河的作為主要表現(xiàn)在三個方面:一是引汶泗等水源濟運，解決會通河的水源問題;二是解決黃淮運的關(guān)系，主要體現(xiàn)在清口的治理上;三是對淮揚運河的整治上一、解決會通河水源，主要是引汶濟運與南旺分水會通河位于海河與黃河之間，是京杭運河中地勢最高的一段，水源缺乏依靠汶水流域的泉源濟運由堽城壩引水至濟寧或由戴村壩引水至南旺分水濟運在兗州城東筑金口堰，壅泗水向西引水與堽城壩分來的洸水匯合至濟寧入運河利用運河沿岸的洼地蓄水（水柜），旱時放水入運河，澇時接納運河的溢水和各處來水為節(jié)制用水和保持航行水深，在運河上建通航閘，閘旁修有月河，河上建有攔河壩、滾水壩、引水閘、泄水閘多處二、黃淮運關(guān)系的處理京杭運河徐州至淮安段的航運利用黃河河道，除黃河水流湍急外，還有徐州洪和呂梁洪兩處險灘明末和清初，開南陽新河、泇運河和中運河，使運河與黃河脫離三、淮揚運河的治理淮揚運河地勢低平，最初是利用湖泊行運，后修建河堤，使運河與湖泊分離，河內(nèi)建閘堰控制西堤閘堰與湖泊連通以接納湖水，東堤建閘涵和滾水壩向東排出湖河的洪水，洪水為蓄積在洪澤湖中的淮水明末和清代，運河是淮河的主要排洪道建了歸海五壩和歸江十壩等大型的泄洪建筑物和泄洪系統(tǒng)淮揚運河的北口為清口，是運河與黃河和淮河相交的地方，這里成為治理黃、淮、運的重點黃河北徙后，淮河的排洪仍主要以運河為出路淮揚運河的南口一處在瓜洲另一出口是由揚州南揚子橋西通儀征的揚儀運河，此段以揚州五塘為主要補充水源二口都建有閘壩，節(jié)制用水，引潮濟運和保證船只通航京杭大運河的衰落清后期，黃河銅瓦廂決口后北徙，打亂了京杭運河總格局隨著海運的強化和鐵路的興建，運河的作用逐漸縮小最終由全線通航轉(zhuǎn)為局部分段通航，有的區(qū)段已斷航昔日的江南運河閘壩技術(shù)一、堰埭為解決人工運河中各河段間的水位差埭就是橫攔渠道的壩，過堰埭需要盤壩，堰壩兩側(cè)作成斜坡，壩頂作成平滑的圓弧形三國時破崗瀆上的埭是文獻記載中最早的埭二、斗門又稱陡門，是一種節(jié)水、平水和解決運河不同水位時相接問題的建筑物最典型的斗門是位于伊婁埭旁當(dāng)潮水頂托時，開斗門引船入埭；潮退時，關(guān)閉斗門以防水走泄；一般水位時，斗門打開，舟楫暢通三、船閘最早出現(xiàn)在唐代運河上，但只是單一斗門式的控制船閘；斗門和單閘的特點是：使用比較簡單，通航能力比堰埭大；缺點是蓄水過程較慢，而且水量走泄太多（一）復(fù)式船閘北宋雍熙元年（984年）淮南轉(zhuǎn)運使喬維岳首創(chuàng)，船閘技術(shù)要比歐洲早400年船閘由上下兩道閘門和閘室組成，閘室長一般約為一百米左右，閘門多采用疊梁式船閘的工作是利用“水漲船高”、“船隨水落”的道理當(dāng)上游來船時，上閘打開，使閘室與上流水位齊平，來船平水進入閘室，隨后關(guān)閉上閘，拉起下閘，至閘室水位與下游平，來船又平水出閘室，駛向下游在坡度較大的河流上通航，必須采用二級或多級船閘（即復(fù)閘）二級船閘的作用相當(dāng)于兩個船閘并用，便于調(diào)節(jié)，并且更為節(jié)省水量（二）澳閘相當(dāng)于現(xiàn)代的節(jié)水船閘，是在閘旁建有蓄水池；當(dāng)閘室過船開啟閘門時，將閘室放出的水量儲入水澳；當(dāng)運道來水不足時，將水澳的水用水車車回閘室使用（三）閘壩系列元代在會通河和濟州河上都設(shè)有一系列的閘壩，作用有三方面：一是根據(jù)地形坡降陡緩的不同，設(shè)置距離不等的閘座，以節(jié)制運河水量，減少水流損失，加大航深；二是南北分水。將汶、泗的水源引到濟州后，由濟州上、中、下三閘及南旺南北二閘控制南北兩個方向的供水量三是控制來水水量，保護運河建筑物在汛期的安全（四）隘閘作用是限制大船通行，以減少過船的水量損失和對運道造成的交通阻塞隘閘和主閘的關(guān)系是：在主閘鎖閉的情況下，舟船可以從隘閘通行；隘閘既可設(shè)于主閘旁邊，也可設(shè)于主河的月河上，又可設(shè)在正河上；隘閘和正閘既能單獨使用，又能連環(huán)使用秦漢及其以前的農(nóng)田水利春秋戰(zhàn)國及其以前的農(nóng)田水利秦漢時期農(nóng)田水利的繼續(xù)發(fā)展商周的井田溝洫原始社會時期，最初的灌溉是“負水澆稼”，依靠人力提水奴隸社會農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式是井田制。布置在井田上的灌排渠道稱為溝洫；傳說溝洫在公元前20世紀前后，大禹治水時已出現(xiàn)，一般規(guī)模較小周代，溝洫按功用不同和控制的耕地面積大小，一般分作澮、洫、溝、遂、田 、列各級，形成有灌有排的農(nóng)田水利系統(tǒng)春秋戰(zhàn)國時期農(nóng)田水利的主要成就出現(xiàn)了人工蓄水陂池，即在天然湖泊沼洼地周圍，人工筑堤構(gòu)成的小型蓄水庫；可以調(diào)蓄河水和天然降水，提高灌溉保證率期思雩婁灌區(qū)：見于記載的最早的渠系灌溉工程，在淮河流域，是楚相孫叔敖在公元前605年修建的芍陂：位于今安徽省壽縣，相傳為孫叔敖在公元前598—前591年間所建；是有記載的第一個較大型的陂塘蓄水灌溉工程；是在原來天然湖泊的基礎(chǔ)上修筑圍堤而成；灌溉效益巨大，東漢時灌田一萬頃戰(zhàn)國開始，大型渠系工程取代了溝洫，水利工程技術(shù)得到迅速發(fā)展大型水利工程初興于魏國公元前422年，西門豹奉命來鄴都充任令守；鄴地（今河北磁縣、臨漳一帶）在魏趙兩國交界，是魏國的軍事要地；流經(jīng)鄴地注入黃河的古漳河，由山區(qū)進入平原，水勢迅猛，時常泛濫成災(zāi)西門豹查勘地形，率民鑿十二處渠，引漳水入渠；既殺住了漳河的水勢，又使腹內(nèi)田畝得渠水灌溉，無干旱之患漳河中富含有機物質(zhì)的河水，使原來遍布于兩岸的鹽堿地得到改良從秦漢至隋唐，漳河十二渠一直發(fā)揮著巨大的作用二千多年以前修建的兼有防洪、灌溉和航運效益的大型水利工程，現(xiàn)已發(fā)展為我國最大的水利灌溉網(wǎng)公元前256年秦滅西周后，在蜀守李冰主持下修建的工程建于岷江沖積扇地形上，為無壩引水渠系都江堰所以歷久不廢，主要在于堰首工程地點優(yōu)越，工程養(yǎng)護簡便易行、能夠分洪減災(zāi)，并給灌區(qū)提供充分的水源都江堰結(jié)構(gòu)特點都江堰施工特點堰首主要設(shè)施，沿江自上而下，有百丈堤、都江魚嘴、金剛堤、飛沙堰、人字堤和寶瓶口。主要用于分水、溢流，兼有護岸的作用分水工程包括都江魚嘴、金剛堤、寶瓶口魚嘴：修筑在岷江干流的分水堰，岷江在魚嘴處分為內(nèi)江和外江內(nèi)金剛堤、外金剛堤：沿魚嘴和內(nèi)外二江向下伸延的堤防由于魚嘴和金剛堤的分水作用，才能引水進入地勢較高的寶瓶口內(nèi)外二江的分水原則俗稱“四六分”：春季插秧時節(jié)，內(nèi)江占六成，外江四成；洪水季節(jié)變?yōu)椤巴饬鶅?nèi)四”；“四六分”古制是灌區(qū)人民分水經(jīng)驗的總結(jié)寶瓶口：是控制進入灌區(qū)水流流量的咽喉寶瓶口對水流產(chǎn)生側(cè)向的約束，在瓶口前產(chǎn)生了一個壅水水頭；一方面可起到沉沙的作用；另一方面可調(diào)節(jié)進入下游的水流流量寶瓶口寶瓶口左岸巖石上刻有水則，觀測內(nèi)江水位；“尺為之畫，凡有十一：水及其九，其民喜；過則憂；沒其則則困?！苯喔扔盟?，達到十一、二劃才夠用，到十三、四劃時才開始溢流溢流工程包括飛沙堰、人字堤飛沙堰：唐代叫侍郎堰，在內(nèi)金剛堤的下端，今堰長約二百七十米；堰的高度根據(jù)內(nèi)江用水量決定，低于堤的高度；當(dāng)寶瓶口水位超過一定高度時，堰頂開始向外江溢流；在分減洪水的同時，還具有排沙的作用人字堤：在寶瓶口的右側(cè)，上接飛沙堰，下接離堆；當(dāng)寶瓶口出現(xiàn)更高的洪水位時，堤頂向外江溢流都江堰施工方面，有專用于岷江治理的特殊經(jīng)驗，也具有普遍意義的經(jīng)驗和技術(shù)根據(jù)治水經(jīng)驗，總結(jié)的“深淘灘，低作堰”六字訣、“八字格言”和“治水三字經(jīng)”；簡潔生動地概括了堰工的做法和要求所用的建筑材料，主要是竹木、卵石，就近取材，簡便易行竹籠裝石，是都江堰的一大發(fā)明；它可以抗御急流，每年雖需修補，但取材方便，費用低廉“榪槎”，是一種活動式截流堰；用竹索、木料做成三腳架，根據(jù)水面寬的需要，將若干三腳架排列江中；再加上檐梁、木簽、竹笆，在迎水面堆上粘土，就成了不透水的擋水壩秦漢時期農(nóng)田水利的繼續(xù)發(fā)展關(guān)中地區(qū)的農(nóng)田水利長江及淮河流域灌溉水利戰(zhàn)國末期，關(guān)中地區(qū)大型水利工程的興建逐漸進入成熟階段鄭國渠白渠成國渠龍首渠鄭國渠修建的歷史背景鄭國渠流經(jīng)線路鄭國渠開挖的技術(shù)鄭國渠修建的意義戰(zhàn)國后期，秦國的強大首先威脅到韓國秦莊襄王三年（公元前247年），韓國為了阻止秦國的東向發(fā)展，想出了“疲秦之計”派水工鄭國勸說秦興建長達300余里的水利灌溉工程后來秦在鄭國的勸說下，仍繼續(xù)工程，整個工程歷經(jīng)十?dāng)?shù)年，渠成以鄭國命名鄭國渠流經(jīng)路徑大致是從今陜西省涇陽縣西北仲山西抵瓠口鑿引涇水向東經(jīng)宜秋城、池陽故城的北面，橫絕冶峪水、清峪水再向東匯合濁峪水，又經(jīng)曲梁城北面會合沮水，經(jīng)蓮勺故城、漢光武故城東注入北洛水鄭國渠東西長約300余里，其中干渠的選線與渠道的“立交”術(shù)是當(dāng)時最先進的技術(shù)措施鄭國渠的干渠均設(shè)置在渭北平原的二級階地上，能發(fā)揮灌渠的最大效益鄭國渠沿線與幾條天然河道相交，當(dāng)時已采取了原始的“立交”技術(shù)“立交”技術(shù)是靠架槽做飛渠而實現(xiàn)的，飛渠的應(yīng)用成功地解決了水渠橫交河道的問題鄭國渠所經(jīng)的關(guān)中平原，春旱缺水鄭國渠興建之后，全部灌區(qū)面積達4萬余頃，富含有機質(zhì)的涇河河水淤灌了大片農(nóng)田漢代先后興建的灌溉工程主要開發(fā)利用了渭、涇、北洛三河豐富的水資源；在文獻上留有記載可復(fù)原的就有白渠、六輔渠、樊惠渠等六輔渠漢武帝太始二年（公元前95年）興建趙中大夫白公上書漢武帝，建議在鄭國渠南面修建一條連結(jié)涇渭的水