摘要:中國(guó)興修灌溉工程的歷史悠久,積累了豐富的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。文章認(rèn)為我國(guó)人民因地制宜創(chuàng)造的傳統(tǒng)灌溉工程類型,如引水渠道、陂塘堰壩、陂渠串聯(lián)、圩垸、井灌、御咸蓄淡等在現(xiàn)今皆得到了繼承。傳統(tǒng)的灌渠工程技術(shù)、塘堰和開發(fā)地下水工程技術(shù)、圩田和海塘工程等許多卓越技術(shù)在現(xiàn)今也得到傳承和發(fā)揚(yáng)。在闡述以上事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析總結(jié)了傳統(tǒng)工程及技術(shù)繼承的特征、要點(diǎn),及改造利用的途徑與意義。

關(guān)鍵詞:灌溉技術(shù)傳統(tǒng)繼承

中國(guó)興修灌溉工程的歷史悠久,早在兩千多年前就創(chuàng)造了多種灌溉工程類型,之后不斷發(fā)展,積累了許多工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。論文百事通宋元明清時(shí)期傳統(tǒng)工程技術(shù)已達(dá)成熟的程度。進(jìn)入20世紀(jì),引入西方的水工技術(shù),到現(xiàn)今水工技術(shù)日新月異,應(yīng)用了許多高新科技,在這種狀況下,傳統(tǒng)灌溉工程技術(shù)還有其一席之地嗎?回答應(yīng)該是肯定的。因?yàn)槿魏问挛锏陌l(fā)展皆有繼承性和否定性兩個(gè)方面,對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)我們要加以揚(yáng)棄,吸收傳統(tǒng)技術(shù)合理的,還有生命力的東西,用新的技術(shù)加以改造出新,這樣的技術(shù)可能更適合于中國(guó)的國(guó)情。事實(shí)也是如此。在此就傳統(tǒng)灌溉工程及技術(shù)在現(xiàn)今的傳承和發(fā)展?fàn)顩r作較系統(tǒng)的論述。

一、傳統(tǒng)灌溉工程類型在現(xiàn)今的傳承

中國(guó)國(guó)土廣袤,地形地貌多樣,氣候變化萬千。既有逶迤起伏的丘陵山地,又有一望無際的平原;既有壯闊的高原,又有緩坦的盆地;既有西部?jī)?nèi)陸干旱半干旱區(qū),又有東部季風(fēng)濕潤(rùn)區(qū)。為適應(yīng)各地水文、地理等自然條件的復(fù)雜性,古代人民創(chuàng)制了多種多樣的灌溉工程類型,如引水渠道、陂塘堰壩、陂渠串聯(lián)、圩垸、井泉、坎兒井、御咸蓄淡等工程類型,這些工程類型在現(xiàn)今皆得到了繼承?梢哉f,我國(guó)當(dāng)今的灌溉工程類型基本是古代創(chuàng)造而傳承下來的。

引水渠道主要修建于北方平原地區(qū)。北方平原面積廣大,因干旱少雨,河流密度不大,古代往往修建長(zhǎng)距離的引用河水的灌渠工程。渠首處如河中水位過低不能滿足自流入渠流量要求,則建攔河壩抬高水位引水;如河中水位和流量能滿足灌區(qū)要求,則采用無壩引水型式。有壩引水最早的有戰(zhàn)國(guó)初在今山西太原晉水上筑壩建的智伯渠,及在今河北臨漳建的漳水十二渠。無壩引水有公元前256—251年間在今四川灌縣建的都江堰等。又因北方含沙量大的河流多,我國(guó)很早就引多沙河流進(jìn)行淤灌和放淤,做到同時(shí)利用水、沙資源,既灌溉作物,又改良鹽堿地。漳水十二渠和公元前246年興建的關(guān)中鄭國(guó)渠皆引渾水灌溉,把大片鹽堿地改良成了沃田。建國(guó)以后,有壩引水和無壩引水灌渠發(fā)展很快,如陜西省,截至2000年底,全省有效灌溉面積達(dá)144.93萬公頃(主要為渠灌),新疆省干、支、斗、農(nóng)四級(jí)渠道長(zhǎng)30多萬公里。在利用多泥沙河流的水沙資源方面,建國(guó)以后成就很大,還打破了自明清以后不敢引用黃河下游水的“禁區(qū)”,進(jìn)行引黃淤灌和放淤。目前,黃河下游已建成各類引黃灌區(qū)100多處,灌溉面積達(dá)到3000萬畝,每年引用黃河水量100多億立方米,利用黃河水沙放淤改土300多萬畝,發(fā)展水稻田120多萬畝,使鹽堿沙荒地變成了良田。

陂塘堰壩主要建于南方山丘區(qū)。南方丘陵山區(qū),雨量充沛,但水流容易流失,干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要解決的主要問題。為此,古代勞動(dòng)人民因地制宜,創(chuàng)造了多種類型的陂塘堰壩蓄水工程,起到滯洪蓄水的目的。有在溪流上筑壩攔蓄水流的灌溉工程,稱之為“堰”、“壩”、“陂”、“?臁鋇齲揮性諂降卦涑兀?或在谷口及高地水所匯歸處筑堤,就地潴蓄雨水的,稱之為“塘”或“蕩”。又平原地帶筑壩攔蓄水的工程現(xiàn)稱為平原水庫,利用天然山丘間的溝谷洼地蓄水的工程現(xiàn)稱為山谷水庫。大型陂塘工程以公元前600年左右楚國(guó)在淮南修建的芍陂為最早,兩漢時(shí)漢中、南陽、汝南地區(qū)陂塘工程很是發(fā)達(dá),著名的山谷水庫有馬仁陂,平原水庫有六門陂、鴻隙陂等。東漢時(shí)進(jìn)一步向南方發(fā)展,浙江紹興的鑒湖、余杭的南湖工程規(guī)模都很大。之后三國(guó)孫吳在江蘇句容興修赤山湖,西晉建丹陽練湖和新豐塘等。當(dāng)時(shí)能因地制宜規(guī)劃布置陂塘,巧妙地利用地形興建平原水庫或山谷水庫,布設(shè)堤壩、水門和溢流設(shè)施,形成完整的蓄水工程體系。還創(chuàng)造了陂渠串聯(lián)工程類型,以對(duì)水資源更充分地加以調(diào)節(jié)利用,增加灌溉面積,提高灌溉保證率。建國(guó)后南方山丘地區(qū)大量興建陂塘堰壩工程。如1952年僅四川內(nèi)江地區(qū)就累計(jì)新修和整修堰塘5萬多口。因平塘占地多,工程量大,總蓄水量不多,為此當(dāng)?shù)胤e極想法改進(jìn)技術(shù)。1953年9月西南水利局組織基點(diǎn)工作組前往長(zhǎng)壽縣,經(jīng)查勘,在葛蘭場(chǎng)不遠(yuǎn)名叫“鎖口丘”的地方,修建了當(dāng)?shù)氐谝豢?ldquo;山灣塘”。該地形肚子大,出口小,上面有較大集雨面積,下面耕地可自流灌溉。于是利用三面高一面低的地形,在低的一面修筑土壩,長(zhǎng)40米,高3米,形成堰塘。此土方與蓄水的比例為1:10,比平塘1:1提高10倍效益。此后四川省水利廳將長(zhǎng)壽縣修筑山灣塘的經(jīng)驗(yàn)向全省介紹。到1954年底,全省共建成各級(jí)“示范塘”1293口。1955年,“示范塘”迅速發(fā)展到17796口。到1985年,全省已有山灣塘61.11萬口,可蓄水261769萬立方米,有效灌溉面積715.48萬畝。

陂渠串聯(lián)工程古代多建于淮河、漢水流域,工程布置多樣。這種工程類型建國(guó)后稱之為長(zhǎng)藤結(jié)瓜式灌溉系統(tǒng)。工程主要在南方丘陵山區(qū)修建,規(guī)模從小型發(fā)展到大型,從小網(wǎng)聯(lián)成大網(wǎng),從開發(fā)小河流到利用大河流,從一個(gè)河系發(fā)展到與幾個(gè)河系相連。如安徽淠史杭灌區(qū),自1958年至1982年,在淮河水系的淠河、史河及長(zhǎng)江水系的杭埠河的上游建成佛子嶺、響洪甸、磨子潭、梅山、龍河口5座大型水庫,這些水庫成為多首制渠首,又沿崗巒起伏的分水嶺修建總干渠2條,干渠13條,以及分干渠和支渠358條,溝通了數(shù)條大河,灌區(qū)內(nèi)修建中型水庫23座,小型水庫1100多座,連同塘壩21萬多口,以控制灌區(qū)內(nèi)的地面徑流,灌區(qū)內(nèi)流域之間水資源通過庫塘和渠道可得到調(diào)配,使安徽的六安、霍丘、壽縣、舒城、合肥等11縣市和河南的固始、商城等縣的廣闊丘陵和平原900多萬畝農(nóng)田受益。

圩垸水利工程主要分布在南方沿江平原、湖區(qū)、下游三角洲及濱海地區(qū)。這些地區(qū)地勢(shì)平衍,河湖密布,土地肥沃,水土資源豐裕,但易被水淹,沮洳下濕,極大地影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)行。唐宋后,大力開河筑圩,排水御洪,興建獨(dú)具一格的水網(wǎng)圩田工程,把卑濕的“涂泥”之地,建成富饒的魚米之鄉(xiāng)。如太湖平原唐后期至五代時(shí)已建成規(guī)整的塘浦圩田水利系統(tǒng)。鄱陽湖區(qū)唐代已興修較大規(guī)模的防洪堤防工程,至清光緒六年(1880),鄱陽湖濱南昌、新建、星子、九江、都昌、波陽、余干、進(jìn)賢八縣共有圩堤591所。建國(guó)以來,太湖平原繼續(xù)加強(qiáng)浚河筑圩工作,完善水網(wǎng)圩田系統(tǒng)。鄱陽湖區(qū)新建和整修了圩堤501座,堤線長(zhǎng)2500公里,保障農(nóng)田500萬畝,能抗御21.71米(1983年最高湖水位)的湖泊洪水位;湖區(qū)原有易澇面積330萬畝,經(jīng)治理,使200多萬畝農(nóng)田達(dá)到五年一遇以上的抗?jié)硺?biāo)準(zhǔn);還初步形成了一個(gè)大中小,蓄引提相結(jié)合的水利灌溉系統(tǒng),使湖區(qū)農(nóng)田的有效灌溉率達(dá)到80%以上。

鑿井提取地下水灌溉,在地表水缺乏的北方地區(qū)很是重要。我國(guó)新石器時(shí)期已開始浚泉鑿井,春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)在園圃中鑿井灌溉已較普遍,之后不斷發(fā)展,到明清時(shí)期華北平原已形成大范圍的井灌區(qū),水井型式多樣。20世紀(jì)50年代,廣大農(nóng)村用于灌溉的水井大部分仍為土井,如華北平原建國(guó)初期有各種土井200多萬眼。20世紀(jì)60年代以后,灌溉土井漸被機(jī)井所代替。進(jìn)入80年代以來,個(gè)體戶承包和聯(lián)戶經(jīng)營(yíng)責(zé)任制的發(fā)展,使得各種土井又發(fā)展起來。據(jù)1982年調(diào)查,僅天津、河北滄州、衡水等地區(qū)就有各種土井幾十萬眼。如滄州青縣,1982年有真空井6100眼,人工手壓井2000眼,各種大口土磚井5000眼;南皮縣有手壓真空井4500眼,機(jī)帶真空井4054眼,磚井358眼。土井主要開發(fā)淺層潛水,潛水埋藏淺,雨水易滲入補(bǔ)給。而機(jī)井開采的是深層地下水,靠自然補(bǔ)給時(shí)間長(zhǎng)。目前華北地區(qū)的京、津、河北省、河南省北部、山西省中東部已形成聯(lián)成一片的大范圍的地下水漏斗區(qū),這是過量開采深層地下水,補(bǔ)給不易產(chǎn)生的重大問題。而開采淺層潛水一般不會(huì)引起地下水漏斗區(qū)。又淺井開采潛水后,降低了地下水位,有利于防止土壤返鹽,改良鹽堿地的效果顯著。開采潛水井淺,技術(shù)較為簡(jiǎn)易,所費(fèi)資金不多,農(nóng)戶可自行管理應(yīng)用,經(jīng)濟(jì)上支出節(jié)省,適于小農(nóng)經(jīng)營(yíng)。

此外,古代新疆吐魯番、哈密等地開鑿獨(dú)特的引取地下潛水的坎兒井,東南沿海防御海潮襲擊的海塘工程,及其他御咸蓄淡工程類型在現(xiàn)今也都得到了繼承和發(fā)展。

二、傳統(tǒng)灌渠工程技術(shù)的繼承和發(fā)展

我國(guó)古代灌溉工程技術(shù)是我國(guó)人民在實(shí)踐中自行創(chuàng)造的,適應(yīng)了各地的自然地理?xiàng)l件,因地制宜,類型多樣,內(nèi)容非常豐富,不少工程技術(shù)在現(xiàn)今得到了繼承和發(fā)展。

傳統(tǒng)灌渠工程技術(shù)的繼承和發(fā)展主要體現(xiàn)在以下一些方面:如建國(guó)后都江堰灌區(qū)認(rèn)真總結(jié)了興建無壩引水灌渠的傳統(tǒng)技術(shù)和傳統(tǒng)施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn),使這些技術(shù)更加發(fā)揚(yáng)光大。水利部和水利水電科學(xué)研究院曾組織人員對(duì)溢流過水土壩的傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行研究和推廣,取得實(shí)質(zhì)性的突破。又渠道防滲技術(shù)各地多利用當(dāng)?shù)夭牧习l(fā)展傳統(tǒng)技術(shù)。傳統(tǒng)淤灌和放淤技術(shù)在繼承的基礎(chǔ)上也得到很大提高。成都平原的都江堰,建于戰(zhàn)國(guó)后期,是聞名于世的渠首為無壩引水的工程,在長(zhǎng)期的歲修管理中,積累了豐富的引水、防洪和排沙技術(shù)經(jīng)驗(yàn)[8]。而防御洪水和清除泥沙是世界水利學(xué)界公認(rèn)的兩大技術(shù)難題,都江堰卻破解了這些難題,創(chuàng)造了世界水利史上的奇跡。其技術(shù)經(jīng)驗(yàn)在多方面得到了繼承。一是灌區(qū)各分水口廣泛利用魚嘴分水分沙,布置旁側(cè)溢流堰(飛沙堰)泄洪排沙。如1962年修建的錦水河分水工程,在蒲陽河石壩子引水處,先在河中心修筑魚嘴,將蒲陽河分成左支清白江,右支錦水河,汛期蒲陽河洪水流量為800—1200米3/秒,錦水河可分洪300—400米3/秒,而錦水河分干渠只能進(jìn)50米3/秒,多余的水量則由設(shè)在魚嘴以下600米的溢流堰泄回清白江,其工程布局與都江堰渠首工程的格局很相似。二是利用彎道環(huán)流原理,把進(jìn)水口設(shè)在河道的凹岸,引取清水。都江堰渠首這種布置方式在灌區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。如1962年所建?W水河引水工程,引水比很小,采用無壩引水方式,修筑了弧形導(dǎo)水堤,形成較穩(wěn)定的凹岸,在凹岸頂點(diǎn)稍下游處建進(jìn)水閘,推移質(zhì)沿主河槽左側(cè)凸岸排往下游,進(jìn)水口一直沒有被淤。四川省當(dāng)今修建的無壩引水灌渠是很多的,其工程技術(shù)深受都江堰無壩引水工程技術(shù)的影響。如果河道的水位和水量不能滿足灌區(qū)引水要求,則需要建閘壩抬高水位或形成水庫取水。傳統(tǒng)技術(shù)所筑的壩一般為土石壩、堆石壩和砌石壩。1949年建國(guó)后,在水利水電事業(yè)建設(shè)中,壩工建設(shè)有很大發(fā)展,到1990年已經(jīng)修建82900多座水壩,在這些大壩中,土石壩占絕大多數(shù)。已建的2680多座30米以上的高、中壩(壩的用途包括引水、蓄水、發(fā)電等),土石壩約占80%,砌石壩約占14%,混凝土壩約占5%[9]。采用土石壩可以利用當(dāng)?shù)夭牧,?jié)省工程量,這是我國(guó)最早修建,并得到廣泛應(yīng)用的壩型,目前在中低壩中仍大量采用土石壩,說明傳統(tǒng)壩工得到較多的繼承和發(fā)展,特別是對(duì)過水土壩的研究和應(yīng)用,成績(jī)較大,體現(xiàn)出傳統(tǒng)壩工技術(shù)持久的生命力。

在今湖北省荊門市北部的仙居河上,有一座建于同治十三年(1874)的趙家閘灰土護(hù)面過水土壩。該壩由當(dāng)?shù)剜l(xiāng)民修建,建成100多年來,經(jīng)歷無數(shù)次洪水過流,1935年壩頂過流水深達(dá)3.9米,竟未被沖毀,大壩至今依然完好,能使兩岸3000畝農(nóng)田受益。趙家閘壩高8米,壩頂長(zhǎng)47米,基礎(chǔ)為板狀砂巖,壩身由粘土夯筑,外包1米厚灰土夯筑層。這種由夯實(shí)粘土外包灰土保護(hù)層作為河道滾水壩的獨(dú)特建筑方式,國(guó)外從未見有報(bào)導(dǎo)。除趙家閘外,百余年前興修的過水土壩還有湖北荊門黃鮑閘,此閘建于1859年,壩高5米,1935年大水堰頂水深達(dá)3.9米,未沖毀,至今仍安全運(yùn)行。此外,山西平遙梅槐頭、黎基壩等也是過水土壩,這些壩都較低,只有5—10米高。

受古老過水土壩的啟示,1958年,清華大學(xué)應(yīng)屆畢業(yè)生組成過水土壩設(shè)計(jì)組,對(duì)過水土壩進(jìn)行不透水面板的試驗(yàn),肯定了這種壩型的優(yōu)點(diǎn),還提出修建時(shí)要注意的技術(shù)要求。1975年8月,河南發(fā)生暴雨,使50年代治淮工程建成的兩座水庫——板橋和石漫灘土壩漫頂。于是土壩過水問題被再度提起。水利水電科學(xué)研究院對(duì)許多省市進(jìn)行土壩過水的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)1958年后不少地方按清華大學(xué)的辦法修建的過水土壩,經(jīng)多年洪水考驗(yàn),運(yùn)用良好。從1975年起,吉林、安徽還修建了瀝青材料護(hù)面的過水土壩。1980年10月,水利部委托吉林省召開土壩過水經(jīng)驗(yàn)交流會(huì),將各地經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行交流。1983年水利水電科學(xué)院在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,先后在山西省嵐縣上明水庫和內(nèi)蒙古東勝市武家溝建成兩處灰土水泥土過水土壩,經(jīng)歷數(shù)年風(fēng)化凍融和幾次較大洪水的考驗(yàn),工程完好無損,節(jié)省工程造價(jià)1/3以上?梢,我們祖先創(chuàng)造的灰土溢流壩具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)了解,國(guó)內(nèi)已建成的各類壩中,90%以上是土壩,而其中66%沒有泄洪建筑物。因此,讓土壩的一部分過水,或在已建成土壩上加修溢洪道,也是很現(xiàn)實(shí)的課題。故而傳統(tǒng)的過水土壩工程技術(shù)仍有發(fā)揚(yáng)之必要。

傳統(tǒng)施工技術(shù)以寧夏引黃灌區(qū)的草土工程(俗稱“埽壩”、“卷埽”)和都江堰的榪槎、竹籠、干砌卵石等工程最具特色。寧夏引黃灌區(qū),在1960年青銅峽樞紐建成以前,均為無壩引水,灌區(qū)普遍使用草土筑壩。如春季歲修,用草土封堵渠口,再進(jìn)行修浚;用草土修筑渠河護(hù)岸,及橋、涵、閘、斗和護(hù)坡;修筑臨時(shí)性的攔水壩等工程。元代寧夏水工修筑埽工已很出名。灌區(qū)千百年來,草土工程一直應(yīng)用于各種渠道工程。它具有就地取材,造價(jià)低,技術(shù)簡(jiǎn)便,施工快,穩(wěn)定和防滲漏性好,抗震性強(qiáng),對(duì)基礎(chǔ)清理要求不高,及拆除容易等優(yōu)點(diǎn)。建國(guó)以來,寧夏引黃灌區(qū)的草土工程,在各地大型水利水電圍堰工程上相繼使用。如1956年修筑甘肅省蘭州市供水廠,其進(jìn)水口黃河圍堰工程首次使用草土工。之后,劉家峽、鹽鍋峽、青銅峽、三盛公、陜西省石泉石門電廠漢江進(jìn)水口圍堰、浙江省黃壇口電站護(hù)坦圍堰,1979年援非洲建馬里電站護(hù)坦圍堰等,都取得了成功,且費(fèi)用省,進(jìn)度快。之后,人們對(duì)這一傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)地進(jìn)行了總結(jié)。

都江堰灌區(qū)歷年維修管理都采用傳統(tǒng)的榪槎、竹籠、干砌卵石、樁工、羊圈等施工技術(shù)。它們的優(yōu)點(diǎn)主要能就地取材,技術(shù)簡(jiǎn)易,施工方便,投資節(jié)省。一般應(yīng)用于截流分水、筑堰護(hù)岸、搶險(xiǎn)堵口、整治河道、維修渠道、保護(hù)橋閘堤堰等工程。目前都江堰灌區(qū)歲修截流工程仍用傳統(tǒng)的截流方法,用的是榪槎、竹籠、卵石和黃泥。歲修時(shí)內(nèi)江架設(shè)榪槎后,截流合龍只需40多分鐘。這種截流方法人們認(rèn)為是一種生態(tài)型的截流技術(shù),無機(jī)械的噪雜聲,體現(xiàn)了人與自然的和諧相處,而且經(jīng)濟(jì)、合理、安全。

渠道加以防滲措施可減少渠水的滲漏損失,提高渠道有效利用系數(shù),這在水資源缺乏的北方尤其重要。傳統(tǒng)渠道防滲技術(shù)措施主要有夯土、砌石、砌磚、鋪灰土、鋪草皮等,這些防滲措施就地取材,施工簡(jiǎn)便,經(jīng)濟(jì)實(shí)用(比混凝土、塑料薄膜、瀝青材料襯砌省費(fèi)用),防滲效果也顯著,各地多有應(yīng)用,并不斷改進(jìn)技術(shù)。

灌渠還采用地下輸水管道,這種設(shè)施具有節(jié)水和省地的優(yōu)點(diǎn)。早在3000多年前的殷商時(shí)代,城市中已鋪設(shè)地下陶水管道,這在安陽殷墟、鄭州洛達(dá)廟商代遺址中皆有發(fā)現(xiàn)。元代《王禎農(nóng)書?農(nóng)器圖譜集之十三》所載陰溝,即行水暗渠也,是一種用磚砌的暗渠。山西省一些城鎮(zhèn)幾百年前的陶管下水道一直使用至今。20世紀(jì)60年代,山西翼城縣利民灌區(qū)試驗(yàn)用陶管修建灌溉輸水工程,但未能成功運(yùn)行。1974年山西臨汾市屯里井灌區(qū)試驗(yàn)陶管灌溉輸水,獲得成功,多年運(yùn)行狀況良好,使用年限可達(dá)40年。在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析后,認(rèn)為這種工程還是比較經(jīng)濟(jì)的。又河南省偃師縣東寺莊1957年就修建了地下瓦管渠道灌溉網(wǎng)。之后,傳統(tǒng)地下輸水管道技術(shù)不斷發(fā)展,F(xiàn)在將低壓管道輸水灌溉,簡(jiǎn)稱為“管灌”,這一技術(shù)已成為目前我國(guó)北方地區(qū)一種很好的節(jié)水灌溉措施。80年代末,水利部將“管灌”作為北方農(nóng)田全面節(jié)水的基礎(chǔ)設(shè)施來抓。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)“管灌”面積有4500萬畝,其中河北、山東、河南、北京、天津等省市的“管灌”技術(shù)發(fā)展很好,僅山東、河北、河南三省的“管灌”面積就達(dá)266.67多萬畝。這項(xiàng)技術(shù)具有省水、省地、省工、節(jié)能、省投資等優(yōu)點(diǎn),值得進(jìn)一步發(fā)展推廣。此外,江蘇無錫縣人多地少,為了節(jié)省土地,20世紀(jì)60年代以后發(fā)展“三暗”工程。“三暗”工程是灌水暗渠、排水暗溝、滲水暗管三者的簡(jiǎn)稱,這些暗渠溝皆用灰土筑成,采用的是傳統(tǒng)施工技術(shù)。1965年冬無錫埝喬公社劉巷大隊(duì)建成第一條灰土暗渠,至1978年春全縣已建成暗渠2588公里,灌溉面積50余萬畝,占農(nóng)田總數(shù)的62%。從1973年開始又進(jìn)行暗溝、暗管的建設(shè),與暗渠配套使用,形成灌、降、排、調(diào)、控綜合運(yùn)用的立體水利系統(tǒng),為建設(shè)噸糧田創(chuàng)造了條件。“三暗”工程與明渠、明溝、明墑相比,具有提高土地利用率,灌水快,排水暢,降水效果好,減少滲漏,農(nóng)機(jī)操作方便安全,減少歲修,取材易,造價(jià)低,節(jié)省水旱田開明溝用工多等許多優(yōu)點(diǎn)。“三暗”工程在農(nóng)田水利建設(shè)中的運(yùn)用,實(shí)是在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新,這為高速發(fā)展農(nóng)業(yè),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化邁出了新的一步。

又石質(zhì)倒虹管道可視為特殊的地下輸水管道。清代嘉慶十四年(1809),四川合江縣鎖口鄉(xiāng)劉士朝主持修建了一條引水過河灌溉的渠堰,渠道過河處設(shè)置了石質(zhì)倒虹管,全長(zhǎng)266米,水頭26米,進(jìn)出口高差僅0.407米。管道用堅(jiān)石預(yù)先鑿成63.5×40×40厘米的承插式管節(jié),內(nèi)徑13.5厘米,用糯米粥拌石灰作為管與管間膠結(jié)材料,并用這種材料抹平管內(nèi)壁,以減少摩擦阻力。石質(zhì)倒虹管能承受較大強(qiáng)度的水壓力,這一倒虹管至今保存完好。解放后此種石質(zhì)倒虹管在合江縣得到了推廣應(yīng)用。

我國(guó)北方含沙量高的河流多,我國(guó)人民早在2000多年前已進(jìn)行引洪灌溉和淤地活動(dòng),發(fā)明了淤灌和放淤技術(shù),以利用河流中的水沙資源。在長(zhǎng)期的歷史實(shí)踐中,積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),尤其在宋代熙寧年間,政府曾組織空前規(guī)模的大放淤活動(dòng),取得選擇適時(shí)放淤水情,做好淤田工程,預(yù)籌退水出路,正確處理放淤與防洪,放淤與航運(yùn)等許多技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。這些技術(shù)在現(xiàn)代進(jìn)一步得到繼承和發(fā)展。如陜西省傳統(tǒng)引洛灌區(qū),現(xiàn)已突破了引水含沙量不得超過15%(重量比,相當(dāng)于166公斤/立米)的規(guī)定,引進(jìn)含沙量高達(dá)60%(965公斤/立米)的渾水進(jìn)行淤灌,基本解決了灌區(qū)汛期水量供需之間的矛盾,并改良了大片鹽堿地。當(dāng)今引洪漫地(放淤)已作為水土保持和農(nóng)田基建的一項(xiàng)內(nèi)容被得到重視。如關(guān)中趙老峪流域是古老的放淤區(qū),下游富平縣境內(nèi)有引洪漫地34000多畝,是將上游銅川市境內(nèi)來的洪水泥沙,全部引入地中淤漫。漫過的地,每畝畝產(chǎn)400斤,有的甚至超過千斤,多年來,發(fā)生大暴雨,下游都不發(fā)洪水,原來的河床,現(xiàn)在變成了農(nóng)耕地。河北省張家口地區(qū)通橋河引洪灌區(qū),面積11萬畝,上游河道流域面積3060平方公里,引洪能力每秒450立米,多年來河道上游洪水基本上全部不出灌區(qū),保護(hù)了下游的農(nóng)田和村鎮(zhèn)。萬全縣在五道沙河沿岸共建大小引洪渠道800多道,總引洪能力達(dá)863米3/秒,一般年引洪水總量為2000萬立方米以上,初步達(dá)到大水不出縣的水平。由于一般洪水已不流入洋河,從而減輕了下游河道和水庫的泥沙淤積?梢娨槁啬芷鸬搅己玫乃帘3肿饔,這也可認(rèn)為是傳統(tǒng)技術(shù)在今天的發(fā)揚(yáng)。

三、傳統(tǒng)塘堰和開發(fā)地下水工程技術(shù)的繼承和發(fā)展

歷史上山丘區(qū)的攔蓄水工程統(tǒng)稱為塘堰、塘壩,有“堰”和“塘”之分,又有山塘(山灣塘)和平塘之分。建國(guó)后大力修筑山灣塘,一些南方省區(qū)山灣塘已達(dá)數(shù)十萬座。有些地區(qū)對(duì)老式塘壩加以改造,以增加其蓄水量。如安徽省肥西縣對(duì)丘陵區(qū)沖洼里的攔沖塘,將原有塘底挖平,挖出的土墊高塘埂,增加了塘的蓄水深度;或把攔河壩加長(zhǎng)增高,成四面筑埂式;在較大沖洼里,根據(jù)地形,或在“水深”處建塘,加高塘埂,“水淺”處不建塘,仍為田,或上下沖兩面筑埂成塘;或建成層遞式,高處蓄水灌高地,低處蓄水灌低地,頭層塘的放水渠兼作第二層塘的引洪溝,第二層塘的放水渠,兼作第三層塘的引洪溝,做到有層遞的引蓄,有層遞的灌溉。通過改造,蓄水深增加,老式塘壩蓄水面積與其灌區(qū)耕地面積比為1:4.6,改造后為1:9,滿足了淺丘區(qū)農(nóng)田灌溉的需要。

我國(guó)北方地區(qū),在地面挖掘或在洼地筑埂形成的攔蓄徑流的工程叫澇池、坑塘等。建國(guó)后,北方地區(qū)群眾繼承以往的傳統(tǒng)做法,繼續(xù)修筑澇池,澇池?cái)?shù)量發(fā)展很快。如陜西省黃河流域內(nèi)在1956年有澇池1240座,1985年達(dá)8940座,30年增加6.21倍,總?cè)萘?588萬立方米。北方陜、甘、晉、內(nèi)蒙、青、寧、豫七。▍^(qū))1985年黃河流域共有澇池19.8萬座,總?cè)萘?343萬立方米。華北平原滄州地區(qū)通過開挖坑塘,攔蓄降雨徑流,滯瀝、除澇、灌溉,取得了治理旱、澇、堿的經(jīng)驗(yàn)。原來在20世紀(jì)50年代末,華北平原大搞地上蓄水灌溉,不重視排水,造成了土地的次生鹽堿化。進(jìn)入60年代,只排不蓄,大量水資源白白流失。70年代,大力發(fā)展井灌開發(fā)利用地下水,但由于深機(jī)井布局不合理,使得地下水位普遍大幅度下降,出現(xiàn)了大面積的漏斗區(qū)。淺井區(qū)多年只采不補(bǔ),地下水位也普遍下降,使許多淺井報(bào)廢,而轉(zhuǎn)向打深機(jī)井。地表水由于連年的干旱和上游節(jié)節(jié)攔截,河道全年斷流。通過多年的實(shí)踐,人們逐漸認(rèn)識(shí)到,要利用傳統(tǒng)的坑塘設(shè)施,攔蓄降雨徑流,散蓄散排,解決抗旱灌溉水,雨時(shí)將澇水排入其中,只要注意把坑塘蓄水位控制在返鹽臨界水深以下,并與溝渠連通,就不會(huì)引起鹽堿化。坑塘深度不宜少于3—4米,一般應(yīng)深5—7米,面積15—30畝,最大不超過40畝。這樣就解決了長(zhǎng)期存在的“旱、澇對(duì)立”,“排灌矛盾”,使瀝水轉(zhuǎn)化為灌溉水源,還能利用坑塘采補(bǔ)地下水。歷史上黃淮平原因?yàn)槟觌H、年內(nèi)的降雨量分布極不均衡,出現(xiàn)水少時(shí)強(qiáng)調(diào)修筑陂塘蓄水灌溉,水多時(shí)強(qiáng)調(diào)開挖河溝以排除洪澇和防止土壤返鹽。旱澇堿問題,排灌矛盾得不到妥善解決。而滄州地區(qū)在近30年來,通過改進(jìn)傳統(tǒng)的坑塘技術(shù),積極開挖和改進(jìn)坑塘,將坑塘與井、渠聯(lián)合調(diào)控,較好地解決了旱、澇、堿問題,這一方法亦成為治水改土的一條重要途徑。

我國(guó)古代在開發(fā)利用地表水的同時(shí),也很重視開發(fā)利用地下水,主要通過挖泉鑿井加以利用。建國(guó)以后,傳統(tǒng)的打井方法和提水機(jī)具繼續(xù)使用,并加以改良,尤其是開鑿?fù)补芫募夹g(shù)進(jìn)展較大。筒管井的雛形在清代已經(jīng)出現(xiàn),清代郭云升《救荒簡(jiǎn)易書》卷三已載有增加新、舊井出水量的方法:旱年將兩根已打通各節(jié)的長(zhǎng)竹竿插入井底數(shù)丈,則“井水泉汪洋”。此方法簡(jiǎn)便,又能增加出水量。現(xiàn)代稱由上部直徑較大的筒井和下部的管井聯(lián)合而成的井為筒管井。在筒井的井底加鑿管井,可增加出水量;又筒井開挖過深施工不易或不經(jīng)濟(jì),筒管井則比同樣深的筒井更經(jīng)濟(jì)些。1956年河南省創(chuàng)制了一種鑿井方法,稱為“56”打井法。其井結(jié)構(gòu)上部為8塊扇形磚砌筑,形成直徑為0.5米的小磚筒井,下部為木管管井。這種井取用幾層含水層,出水量大增。之后,筒管井又發(fā)展為水柜,即將筒井部分用大的集水坑代替,坑底再加鑿幾個(gè)管井。單個(gè)井又發(fā)展為井群,各井互相通聯(lián),統(tǒng)一集中管理。

開鑿傳統(tǒng)土井的好處是很多的。土井主要開發(fā)淺層潛水,埋藏淺,雨水當(dāng)年即能補(bǔ)給,一般不會(huì)產(chǎn)生地下水漏斗區(qū)。開采潛水后降低了地下水位,能防止土壤返鹽,達(dá)到改良鹽堿土的目的。目前采取井、渠結(jié)合,或井與渠、坑塘結(jié)合,河道節(jié)制閘、深渠與淺井結(jié)合等方式。如在枯水季節(jié)利用淺井,提取地下水灌溉農(nóng)田,降低地下水位,騰空“地下水庫”庫容;汛期豐水季節(jié),通過渠道引水灌溉和蓄水側(cè)滲,補(bǔ)給“地下水庫”水量。人們已認(rèn)識(shí)到解決華北平原土壤鹽堿化的主要途徑是井渠結(jié)合的方法,該地區(qū)的灌溉抗旱,也形成以井灌為主,井渠結(jié)合的方式。

關(guān)于提取井水的工具,群眾也運(yùn)用傳統(tǒng)汲水工具的工作原理,演化和革新出一些簡(jiǎn)易的汲具。如拉水井,其原理與古代渴烏利用筒內(nèi)形成真空,產(chǎn)生壓強(qiáng)差汲水相同。其制作簡(jiǎn)易靈巧:用一根長(zhǎng)約八、九米的八號(hào)鐵絲,一端接一小小的活塞,塞入一直徑約30毫米的塑料管內(nèi),管的下端塞一木制進(jìn)水活門,上端將露在管外的鐵絲彎成鉤形,然后將塑料管裝入打入地下的外井管里,一個(gè)拉水井就做成了。制成一眼拉水井全部費(fèi)用僅50元(1993年價(jià))左右。由于打井簡(jiǎn)便,取水方便,不花水錢,所以拉水井在一些地區(qū)推廣開來,幾乎達(dá)到每戶一井,甚至一戶數(shù)井的程序,有些菜園、瓜地也建造了這種井。四、傳統(tǒng)圩田水利和海塘工程技術(shù)的繼承和發(fā)展唐后期至五代吳越時(shí)期,太湖平原已形成縱橫塘浦交加圩圩相接的水網(wǎng)圩田系統(tǒng),皖南沿江平原亦建成一些大圩。宋代以后,圩田建設(shè)更加興盛,并發(fā)展至長(zhǎng)江中游兩湖平原、鄱陽湖平原和珠江三角洲等地區(qū),更加講究圩田修筑方法,提出“筑堤、浚河、置閘”是筑圩的三項(xiàng)基本技術(shù)要素,“缺一不可”。又出現(xiàn)了分區(qū)分級(jí)控制和聯(lián)圩并圩等圩區(qū)治理技術(shù)。這些卓越的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)在當(dāng)今得到進(jìn)一步的繼承和發(fā)揚(yáng)。

太湖下游蘇州地區(qū)地勢(shì)低洼,歷史上修筑了大量的圩田。建國(guó)后,蘇州地區(qū)在繼承前人技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出圩區(qū)治理的“四分開,兩控制”原則,即內(nèi)外分開、高低分開、排灌分開、水旱分開,控制溝港水位、控制地下水位,以全面解決洪、澇、旱、漬各方面的問題。許多圩子和圩區(qū)治理時(shí)皆遵循這一技術(shù)原則。如蘇州地區(qū)昆山縣同心圩由低洼低產(chǎn)圩田改變成高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田,重要的就是正確實(shí)行了“四分開,兩控制”的水利技術(shù)原則。同心圩圩形長(zhǎng)方,南北長(zhǎng)3.5公里,東西平均寬1.8公里,總面積6.3平方公里(9380畝),其中耕地面積6300畝。該圩是1958年由許多零散小圩聯(lián)并而成,聯(lián)并前的各個(gè)小圩圩岸單薄,河網(wǎng)零亂,田塊碎小,土壤板結(jié),抗洪澇能力低。聯(lián)圩時(shí),加高培厚圩堤,同時(shí)開挖了一條長(zhǎng)3.5公里的中心河。之后又整治圩內(nèi)水系,發(fā)展機(jī)電排灌,田間深埋排水暗管,按“四分開,兩控制”原則進(jìn)行整治,提高了抗洪排澇能力,特別是地下排水技術(shù),突破了傳統(tǒng)圩田水利技術(shù),具有很大的創(chuàng)造性。這項(xiàng)技術(shù)70年代被江蘇省水利廳加以推廣。到90年代,低洼圩區(qū)治理從聯(lián)圩并圩,利用老河網(wǎng),已發(fā)展到以治理澇漬為主,實(shí)行高筑圩,雙配套(閘站),四分開(內(nèi)外分開、高低分開、灌排分開、水旱分開),三控制(控制內(nèi)河水位、控制地下水位、控制土壤適宜含水量)。一些條件好的圩區(qū),發(fā)展田間“三暗”工程,進(jìn)行暗灌、暗排、暗降,為農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)創(chuàng)造了基本條件。于是“四分開,三控制”也成為其他圩區(qū)治理的基本技術(shù)原則。我國(guó)東南沿海很早就修筑海塘工程,以防御海潮的侵襲,保護(hù)農(nóng)田和城鎮(zhèn)的安全,江浙海塘是修筑的重點(diǎn)地段。東漢時(shí)已在錢唐縣建防海大塘,三國(guó)時(shí)孫吳在金山筑咸潮塘,唐代時(shí)已在江浙沿海建成系統(tǒng)海塘工程,五代至明清頻繁地興修海塘,不斷改進(jìn)海塘結(jié)構(gòu)。五代以前所筑海塘都是土塘,之后海塘結(jié)構(gòu)從土塘逐步發(fā)展到竹籠木樁塘、柴塘、斜坡式石塘、直立式石塘、魚鱗石塘等,每一類海塘結(jié)構(gòu)又有多種型式,以適應(yīng)不同的潮勢(shì)和土質(zhì),同時(shí)還修筑了護(hù)塘、護(hù)灘和挑溜工程。

目前江浙海塘,仍有土塘、各種柴塘和石塘,有些是清代一直沿用到現(xiàn)在,清代修建的條塊石塘和魚鱗石塘,“到目前浙西海塘尚有約80公里,仍屹立海濱”。建國(guó)后繼承了“魚鱗石塘”這種型式,在材料等方面加以改進(jìn),建成“新魚鱗石塘”。如1955年在海寧縣建筑的“新魚鱗石塘”,塘身上部采用水泥沙漿砌條石,下部采用水泥沙漿混凝土塊,塘頂蓋面石和塘底蓋樁石均為混凝土塊,基樁采用鋼筋混凝土樁,這樣的海塘工程更能抵御洶涌的海潮沖激。在海鹽、海寧、平湖、紹興等地也修筑了一些不同型式的“新魚鱗石塘”?梢娊Y(jié)構(gòu)堅(jiān)固、耐久的“魚鱗石塘”,今后仍是一種可繼續(xù)采用的較好的海塘結(jié)構(gòu)型式。此外,還可借鑒傳統(tǒng)的海塘工程設(shè)計(jì)技術(shù)思想,如根據(jù)不同的海岸地質(zhì)和動(dòng)力條件,因地制宜采用各種不同的海塘工程結(jié)構(gòu),使海塘工程更加牢固耐久。

總之,我國(guó)在數(shù)千年修建灌溉工程的實(shí)踐中,創(chuàng)造了眾多的水利工程類型和卓越的灌溉工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn),體現(xiàn)了我國(guó)勞動(dòng)人民杰出的智慧。這些傳統(tǒng)的工程和技術(shù)是適合我國(guó)各地的自然、地理?xiàng)l件的,體現(xiàn)了因地制宜的原則,所以具有很強(qiáng)的繼承性。從工程類型來看,大致北方多興修引渠灌溉工程;南方的山丘區(qū)以蓄水塘壩為主,低洼平原以水網(wǎng)圩田為主,沿海則修筑海塘、堰閘等拒咸蓄淡工程;江淮地區(qū)位于南北過渡地帶,多修建陂渠串聯(lián)工程。北方還發(fā)展井灌,新疆修筑坎兒井等。這些多樣的灌溉工程類型經(jīng)歷了數(shù)千年的實(shí)踐檢驗(yàn),具有強(qiáng)盛持久的生命力。又傳統(tǒng)灌溉工程多利用當(dāng)?shù)鼐哂械耐、石、木等建筑材料,這些材料經(jīng)濟(jì)適用,施工技術(shù)群眾易于掌握,現(xiàn)今各地在修建灌溉工程時(shí)仍較多采用。不少傳統(tǒng)灌溉工程技術(shù)內(nèi)涵豐富,具有合理性和科學(xué)性,在現(xiàn)今仍能吸收利用,有的甚至能解決技術(shù)難題。自古以來工程技術(shù)隨著社會(huì)的發(fā)展不斷進(jìn)步,同一個(gè)技術(shù)在以往的基礎(chǔ)上逐步提高,應(yīng)用范圍擴(kuò)大,還常出現(xiàn)創(chuàng)新技術(shù)。我們要總結(jié)工程技術(shù)發(fā)展的規(guī)跡,尤其要重視探討傳統(tǒng)工程技術(shù)思想,如灌溉工程規(guī)劃思想、設(shè)計(jì)思想、水利家的治水思想,水利著作中的水利理論認(rèn)識(shí),及人們對(duì)技術(shù)發(fā)展內(nèi)部規(guī)律的認(rèn)識(shí)等,這些思想往往能給我們以重要的啟迪和借鑒作用。例如都江堰的系統(tǒng)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)思想,北方多沙河水土資源利用的設(shè)計(jì)思想,區(qū)域治水規(guī)劃思想等都是前人給我們留下的珍貴遺產(chǎn),需要繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大。此外,傳統(tǒng)工程技術(shù)具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等諸多優(yōu)點(diǎn),我們應(yīng)吸取其精華,用現(xiàn)代技術(shù)改造其不足的方面。如新疆坎兒井,具有能自流灌溉,不用提水工具;水質(zhì)優(yōu)良,水流穩(wěn)定;冬季不封凍,可供全年灌溉和飲用;施工設(shè)備簡(jiǎn)單,農(nóng)戶易于操作;水行地下,能減少蒸發(fā)和避免風(fēng)沙的侵襲等優(yōu)點(diǎn)。但其開挖和維修工程量大,工作環(huán)境艱苦,費(fèi)時(shí)費(fèi)人力,目前掌握此技術(shù)的人員已經(jīng)很少了。所以要改進(jìn)坎兒井的挖掘技術(shù),采用機(jī)械挖進(jìn)提升設(shè)備,改善勞動(dòng)條件,加強(qiáng)對(duì)坎兒井的管理和維護(hù),使之發(fā)揮更大的作用。建國(guó)初期,吐魯番地區(qū)的吐、鄯、托三縣幾乎全靠坎兒井及泉水灌溉,后來修建了防滲渠道、小型水庫和機(jī)井等水利工程。目前吐魯番地區(qū)利用地表水3.88億立米,利用地下水9.94億立米,總的用水量增了幾億立米,但坎兒井水和泉水的水量都顯著減少了,代替它們的是每年用機(jī)井提取利用地下水四至五億立米,原來不花錢的泉水和坎兒井水,現(xiàn)在變成了要支付電費(fèi)和油費(fèi)的機(jī)井水。故有人主張要大搞坎兒井的維修和改建工程,并把它作為今后該地區(qū)水利建設(shè)的主攻方向。所以我們要認(rèn)真地總結(jié)傳統(tǒng)灌溉工程技術(shù),使之與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合,從而在水利建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

注釋:

[1]《中國(guó)水利》2001年第9期“陜西水利建設(shè)”,“新疆水利建設(shè)”。

[2]鄒廣榮《我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)四十年來的成就》,《水利水電技術(shù)》1989年第9期

[3]古傳慶:《山灣塘的由來》,《四川水利》1997年第6期。

[4]詳見張芳:《中國(guó)古代淮河、漢水流域陂渠串聯(lián)工程技術(shù)》,《中國(guó)農(nóng)史》2000年第1期。

[5]《淮河紀(jì)行》,上海教育出版社,1985年。

[6]徐文開:《我國(guó)最大的淡水湖——鄱陽湖》,《水利史志?1992年第1期。

[7]張?zhí)煺妫骸吨袊?guó)水利與環(huán)境》,科學(xué)出版社,1990年。

[8]都江堰管理局《都江堰》,水利電力出版社,1986年。以下出處同。

[9]賀珍《我國(guó)的壩土建設(shè)》,《中國(guó)水利》1990年第1期