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【遗产撷英】应对水患的智慧——古代水利设施的泄洪功能

摘要:   今年6月以来,强降雨在我国南方多省形成了洪涝灾害。中国自古是一个水灾频繁的国家,国土辽阔、江河众多、气候多变。翻开史书可以看到,由于洪水灾害遭害而造成的冲毁房屋,淹毙人畜、毁坏庄稼的景象比比皆是。《孟子》一书说,尧时,“洪水横流,泛滥于天下;水逆行,泛滥于中国”。  我国人民与洪水灾害的斗争也从未停止过,大禹治水是我们很多人 ...

  今年6月以来,强降雨在我国南方多省形成了洪涝灾害。中国自古是一个水灾频繁的国家,国土辽阔、江河众多、气候多变。翻开史书可以看到,由于洪水灾害遭害而造成的冲毁房屋,淹毙人畜、毁坏庄稼的景象比比皆是。《孟子》一书说,尧时,“洪水横流,泛滥于天下;水逆行,泛滥于中国”。

  我国人民与洪水灾害的斗争也从未停止过,大禹治水是我们很多人知道的第一个远古传说。人们想尽办法预防、疏导,努力解决,灾后重建家园也建立越来越完善丰富的泄洪系统,众多水利工程对减灾起到了重要作用。今天我们想介绍一些历史上著名的水利设施泄洪系统,看看古人如何因地制宜,用智慧来利用、应对水量变化。

安丰塘(芍陂)

图/陂塘水面 拍摄:王潇翔

安丰塘位于安徽省淮南市寿县城南30公里,古名“芍陂”(què bēi),唐代始称“安丰塘”。根据历史文献记载,芍陂创建于春秋楚庄王时期(前613—前591年),为楚相孙叔敖所造,已有两千六百多年的历史,至今仍在发挥着巨大的作用。它是我国第三批公布的全国重点文物保护单位,并于2015年列入“世界灌溉工程遗产”和“中国重要农业文化遗产”。

淮南地区地处我国南北气候过渡地带,又是淮河流域暴雨中心密集地区之一,年内年际降水量分布不均,变化幅度大。出于减少旱涝灾害、保障灌溉用水、发展农业生产的需要,孙叔敖在肥水、沘水之间的凹地低处修建陂塘,上游引沘水、肥水和淮南丘陵北坡涧水入陂,陂周利用原有河沟适当加修灌溉排水,下游泄水入肥、沘水达淮,形成了兼有引、蓄、灌、排功能的大型水利工程。

芍陂修建之初,五座水门中有两座兼有泄洪功能。此后的历代维修,排洪设施一贯是整治和修建的重点。明成化年间,在陂北堤建排水闸4座。清乾隆年间在引水入塘的塘河右岸建众兴滚水坝,当上游来水过多时,先经由众兴滚水坝排水入淠(pì)河,以控制进入陂塘的水量。而汛期塘内水位过高时,则开塘堤北部凤凰闸和皂口闸,分别排水入淠河、陡涧河达淮。

滚水坝

指低溢流堰,一种高度较低的的拦水建筑物,其主要作用为抬高上游水位、拦蓄泥砂。主要原理是将水位抬高到一定位置,当涨水时,多余的水可以自由溢流向下游。

图/18世纪末安丰塘水利工程系统分析图(项目组根据清光绪安丰塘图绘制)

解放后安丰塘也经历过多次维修和改造,包括开挖中心沟等排水沟以排泄局部涝水入陡涧河、修建用于泄洪的戈店和老庙节制闸等等。自始建起,安丰塘的工程规模、工程技术、建造材料、灌溉面积等历经发展和演变,但蓄泄兼筹的水利工程系统一直完整延续至今。

图/灌溉渠系 拍摄:王潇翔

图/灌区农业景观 拍摄:王潇翔

都江堰

都江堰位于四川省都江堰市,是战国末期秦昭王时(公元前277-公元前238年)蜀郡守李冰创建的以无坝引水为主要特征的大型水利工程,是我国现存最早的水利工程之一。都江堰利用当地地理条件,无坝引水,自流灌溉,自建堰2270多年使用至今仍运转不辍,在中国乃至世界水利史上占有重要地位。都江堰于1982年由国务院公布为第二批全国重点文物保护单位,后于2000年作为“青城山——都江堰水利灌溉系统”的重要组成部分登录《世界遗产名录》。

经过历代的治理与完善,都江堰逐渐演变为具有完备的分流、排沙、泄洪与灌溉等功能的综合性水利工程,按照在水利系统中起到的不同功能和作用进行分类,都江堰水利工程遗产由分水设施、泄洪设施、取水设施、输水设施、整治设施、水文测量设施共同组成。其中,对汛期泄洪引流起到主要作用的设施包括鱼嘴分水堤、飞沙堰、人字堤及人字堤溢洪道等。

图/都江堰水利设施示意图 来源:青城山-都江堰世界遗产保护管理规划项目组

鱼嘴分水堤是位于岷江干流江心修筑的无坝引水堤,作为都江堰第一道分水工程,将岷江一分为二,其中内江为人工引水渠,外江为岷江正流。分水堤沿鱼嘴工程两侧修筑,呈“半月形”,巧妙地利用弯道环流原理达到分流与排沙的作用。鱼嘴在不同季节将不同的水量分流进入内外江,有“分四六,平潦旱”的功能,通过调节水量解决旱期供水不足、汛期洪涝灾害等问题。

图/半月形的鱼嘴分水堤,图中右侧建筑为二王庙 来源:同上

飞沙堰位于鱼嘴分水堤尾部,是内江的傍侧溢流堰,为泄洪排沙工程。由于宝瓶口对内江进水量进行控制,导致宝瓶口前水流壅积;当内江的水流达到一定标准时,多余的水从飞沙堰泄还外江,水量越大,飞沙堰的溢洪能力越强。

宝瓶口引水口

创堰时人工开凿的引水口,是内江灌区的总进水口。根据文献记载,玉垒山伸入岷江的余脉原有一自然缺口,李冰在此基础之上进行开凿,形成口底宽约17米,峡口长约36米,形如“瓶颈”的宝瓶口以及与玉垒山隔江相望的“离堆”。

图/飞沙堰 来源:同上

人字堤:位于飞沙堰下游,紧靠离堆。根据文献记载,人字堤原与飞沙堰合称“人字堤”,主要起到泄洪排沙的作用;后随着两者形式与功能的逐渐区别以及飞沙堰作用的不断突出,逐渐演变为辅助设施。现在的主要功能为配合宝瓶口与飞沙堰,排出内江多余的江水。

图/人字堤 来源:同上

人字堤溢洪道:位于人字堤与离堆之间,河床较高。当内江水位低于河床时起到壅水的作用。当内江水位超过安全限度时,多余的水通过溢洪道泄还外江,减少对宝瓶口的压力。

图/在长期的使用过程中,水利设施的外形和位置会根据水文条件而不断调整变化,可以说都江堰水利设施并不存在固定的外形设计 来源:同上

灵渠

图/灵渠 来源:灵渠申报世界遗产预备名录文本及保护管理规划编制/灵渠文物保护规划编制项目组

灵渠又名陡河或兴安运河、湘桂运河,位于广西壮族自治区兴安县境内,是连接湘江和漓江、长江流域和珠江流域、中原与岭南地区的一条古代运河。它全长36.4 公里,其主体工程包括渠首枢纽、南渠和北渠三部分。

秦统一全国后,为巩固南部边防,更快地统一百越民族,秦始皇派史禄凿渠运粮,工程于始皇三十三年(公元前214年)完成,后世称其为灵渠。两千余年来,灵渠久运不衰,成为了近代粤汉铁路和湘桂铁路通车前,岭南(今广东广西)与中原地区最主要的交通线路。

图/灵渠 来源:同上

灵渠的分水工程系统位于兴安县城东南3公里的南陡口屯旁的海阳河上,整体分水枢纽从功能上分包括分水设施(大小天平和铧(huá)嘴)、节制设施(南陡、北陡),以及形成的蓄水池(渼潭,又称为分水塘)。

陡坡(陡)

使上游渠道的水流沿陡槽下泄到下游渠道的落差建筑物,多用于渠道落差集中处,并常与水闸、溢流堰连接,作为渠道上的排洪、退水及泄水建筑物,也常用作河岸溢洪道泄槽,有开敞式和闸式两种。

灵渠分水工程运作原理是通过铧(huá)嘴和大小天平形成的“人”字型结构将上游的海阳河分流,并经过左、右两侧的南陡与北陡入南渠与北渠。

图/灵渠渠首工程示意图 来源:同上

灵渠渠首工程中,大小天平和铧嘴相配合,合理地分配南渠和北渠的进水量。在上游来水低于二渠流量之和时,则大致为三七分水,以保证南北渠有相应的通航水量。

图/灵渠渠首工程示意图 来源:同上

由于大小天平的坝身全部为溢流段,当来水超过上述流量时,则在天平顶面自行溢流入湘江故道,以确保渠道安全。

图/灵渠渠首工程示意图 来源:同上

灵渠的溢流工程系统自成体系,在渠道的各个重点区段都有分布。其中最典型的设置就是通过溢流坝与泄水道的结合,在洪水期,水位高过坝顶时,则溢流坝自动发挥功能,将多余水量排入泄水道中。灵渠中重要的泄水装置有大小天平、泄水天平、马嘶桥溢流堰、黄龙堤、回龙堤、海阳堤、竹枝堰等,分布在重要的排洪点,有效地确保了水量大时航运和灌溉的正常进行。

图/灵渠防洪工程示意图 来源:同上

除此之外,在南北渠口各设一陡,作为南渠和北渠的进水节制闸。当来水能满足两渠需要时,南、北陡同时敞开,当水量小时,则关北陡以蓄水,增加水深以应灵渠(南渠)通航。在枯水季节,南、北陡交替启闭,可保证灵渠的正常通航。

图/灵渠渠首工程示意图 来源:同上

图/灵渠渠首工程示意图 来源:同上

灵渠全线共有6组防洪工程,其中“大小天平+湘江故道”是设计原型,应在秦代已具雏形,其原理是将大小天平作为溢流坝,将坝后的湘江故道作为泄洪道(低于灵渠的渠道),汛期水位一旦高过大小天平的最高点,就会将余水通过湘江故道自流排出,保证洪峰不会涌入南、北渠。其余5组均是根据历代经验,仿造“溢流坝+泄洪道”的原理在较易决口的位置增设的,它们共同发挥了良好的泄洪作用,确保灵渠延续使用两千年,真正做到了“超长待机”。

结束语

  流淌的河水日夜不息滋养田野,但也可能成为滔天猛兽摧毁家园。具有上千年历史的水利遗产经历的一次次水患是记录,是见证。人与自然的相处,既有接受无法应对的天灾时的勇气,也有在和谐共处中积累的经验智慧,还有一代代先民将智慧传承的坚韧。这些力量带给我们希望,必将战胜灾难,建设越来越好的家园。

  希望在抗洪一线的工作者和群众们能平安度过洪灾!


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