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谈中国古代三大水利工程
——灵渠、都江堰、大运河
原载台湾《节水》第1期 作者单位：台湾综合研究院
在人类创造文明的过程中，技术与科学的发展实扮演了最重要的角色。一部技术与科学发展的历史，不仅是人类经济发展史的主干，也是文化发展史的一根重要支柱。如果我们说文明的创造过程就是生产制造技术的不断改进革新，那么一个民族文化的形成则正是这一民族在创造其文明的历程中所累积和传承的宝贵知识和经验。中国古代文明灿烂辉煌，自然是人类文明史中的一个重要组成部份。
从「人文」的观点来看，中国传统科学与技术思想的背景是「以民为本」的，「民以食为天」，所以「食」又成为「本」中之「本」。如果我们仔细查考，则我们不难发现中国传统科技的内涵是以「农耕授时」为轴心，举凡：历法、蚕桑、水利、耕作、畜养、测地、保健、防灾等等莫不如此，显而易见，其发展动力是以「实用」为出发点的。如从「精神」的层面来看，则代表东方思想的中国文明是以「顺天法地」为重心的，也就是「道法自然」。以自然为「师」，这种精神在现代「节约资源」与「保护环境」的新世界潮流中，除其历史价值之外，也确实有其新价值的一面。
我国自古重农，举凡「水利灌溉、河防疏泛」历代无不列为首要工作。如就我国古代重大水利工程而言，其中尤以下列三项：
一、连通二江的广西灵渠
二、灌溉成都平原的都江堰
三、沟通南北的大运河
最称伟构，举世推崇，不仅为中国古代三大水利工程，即在世界水利史上亦属罕见。这3项我国历史上的伟大水利工程，先后经历了二千年以上的拓建与经营，工程浩大，人力开凿，历千百年而不衰，迄今仍有灌田、水运、及调 洪济水之利，诚古今中外水利史上的奇迹。
连通二江的广西灵渠
漓水源于广西兴安西北，与源于广西东北兴安海阳山之湘江相距不远，分水岭炮台山很低。秦始皇略取百粤，乃命史禄开筑湘水使通漓水，称为「灵渠」，故有「湘漓同源」之说。灵渠乃贯通长江流域与珠江流域间重要水上交通孔道，今名「兴安运河」，是中国、也是世界上最古老的一条运河。在近代铁公路未建设起来以前，灵渠是沟通中国南方与北方内河航运的唯一孔道。如由广州乘船出发，溯珠江而上，经漓水，穿灵渠，沿湘江而下，接长江，转京杭大运河直上北行，最后可达北京。灵渠水位高出湘江，开凿工程极为艰巨，并利用「陡门」闸水，以通船运，使原属殊途的湘漓二水，连通一气，其所用的原理，与近世著名的巴拿马运河（连通太平洋与大西洋）完全相同，不过却早了二千余年。灵渠除航运外，亦有灌溉之利，是中国古代水利工程中较少人知的一 项瑰宝。
广西灵渠一景
「灵渠」，原名「澪渠」或「零渠」，约始凿于秦始皇28年（公元前219年）前后。有关灵渠的最早史籍记载初见于《淮南子?人间训》。秦军南征百越，「无以转饷」，乃命史禄「以卒凿渠而通粮道」，湘漓二水得以贯通。此后历经汉、唐、宋、元直到近代都有增修整建，二千二百余年维持功能，未尝荒废。灵渠穿兴安县城而过，盈盈一水，长不过数十里，以人工凿开湘漓二水之分水岭─始安峤，使二者得以沟通，它的工程包括南渠、北渠、铧嘴、大小天平坝、泄水天平、陡（斗）门、堰坝、秦堤、桥梁等设施，构成了一套完整的工程系统。虽然这些设施的兴建，时间有先后的不同，但就其通航转运、灌溉防泛的功能而言，则是互为关联、自成整体的。千载以下我们仍能欣赏并利用它的多功能巧妙设计，其在经济与文化上的重要意义，的确是优越非凡的。
灵渠工程简略的说就是：开山凿渠，支分湘水，割开始安峤（即越城峤），连接漓水。灵渠工程起自海阳江上游出山水流转缓处之分水塘，分水塘又称「渼潭」，其下筑拦河大坝，堵水分流以为南北两条渠道。为了控制进入南北两渠的流量，凿渠者便在拦河大坝上游设计修筑了一个分水的「铧嘴」，将海阳江水一劈为二，南渠合于漓；北渠仍归于湘，南渠水量只占三分；北渠却占七分，故有「湘七漓三」的说法。此一分水建构由于前锐后钝，形似犁铧，故称「铧嘴」。南渠上游十多公里的渠道，由于开凿于坚硬的石灰岩中，工程不易，素称「险工」。渠宽约8至14米，水深约0.6至1.5米，因此只能容纳海阳江三分的流量。北渠则迂曲于小冲积平原间开凿工程较易，渠宽一般在10至16米间，水深1米以上，故可容水七分。铧嘴迍分湘流，其作法乃于「湘流砂磕中垒石」而成。宋人范成大＜铧嘴＞诗云：「…狂澜即奔倾，中流遇铧嘴，分为两道开，南漓北湘水。至今舟楫利，楚奥经万里。人谋敓天造，史禄所经始。…」最足以代表古人对其功能的赞扬。大小「天平」是－道「人」字形的拦河大坝，左撇称「大天平」，长380米，近东一端与北渠口相连；右捺称「小天平」，长120米，近西一端与南渠口相连，大小天平在铧嘴之后，其顶端钝角与铧嘴遥遥相对。现存大小天平坝高4米，基础以2米多长松木打椿，再于木椿间横铺一层松木，再于松木上砌大块石灰石。坝身河床以下部分深2米多，河床以上部分高1.7米，接水一面砌成阶梯形，坝顶宽约6米，平铺巨石，镶拼紧密，两石相接处并凿有石槽，以熔铸生铁灌铆牢固；后侧倾斜面宽约11米，用长块片石直插，鳞次竖排，称「鱼鳞石」。大小天平即是拦水坝，又是溢洪坝（俗称「滚水坝」），坝顶略低于海阳江岸，涨水期洪峰可冒坝而过，流入海阳江故道「中江」（俗称「漏河」），以避水患。因其有平衡调节流量的作用，使渠水枯季不竭，涨季不溢，故称「天平」。自大小天平截流后，河水一分为二，分别流入南北渠。「南渠」由南陡口开始，由南向北开凿，经兴安县城外街区，再下劈开湘漓分水岭始安峤，贯通二水，向下沿线有的人工开凿，有的利用自然河道或故河道，并设「陡门」多处，蓄水以利行舟，构思精巧，乃成为一段连络湘桂的人工运河。「北渠」从北陡口开始，开凿迂回于小冲积平原中前进，渠水北流，有虹桥上通行人，下通舟楫，亦利用「陡门」，蓄水行船。清人苏宗经有：「行尽灵渠路，兴安别有天。径缘桥底入，舟向市中穿。」就是一幅灵渠行船的实景。灵渠前人建有虹桥11座，南渠9座；北渠2座，以利行人过渠。灵渠另有具排洪泄水功能的泄水天平５处，在洪流暴涨时，有分洪防泛作用，使渠水之流入不至过量。又因需要引水灌田，堤上常留方孔，引水入沟渠，称「水函」（又叫「田函」、或称「渠眼」、俗名「塘孔」），以利农田灌溉，也有避免「水潦啮堤为患」，消纳洪流的作用。「陡门」或作「斗门」，多建筑于渠道浅狭，水流湍急处，有提高水位，似今运河船闸作用的设施，为唐代宝历初年(825)李渤主持修渠时所创建。历代修渠，陡门时有增减，至清光绪年间尚有30余座。船过陡门时，除春涨时期外，都要塞「陡」开「陡」，如无陡门，舟楫即不可能翻越分水岭而连通两江流域，所以灵渠的陡门设计是极其重要的，故灵渠又称「陡河」。明代顾璘＜陟江诗＞所云：「江擘山头出，舟骑石背行」，所指正是陡门的功能。灵渠另有堰坝，用以拦河蓄水，引流入沟，也用以激水转动筒车，以利农田，直至近时筒车仍有百余架，灌田三千余亩。古时灵渠除提供航运之利，并免「淘河拉纤」之苦外，亦发挥灌溉防洪之功能。1939年湘桂铁路通车后，灵渠的交通运输重要性已不复见，但新开支渠，纵横交错，灌田万亩，仍充分显现其原始设计之故有功能。
国父孙中山先生《实业计划》沟通珠江与长江水运之兴安运河即循此灵渠故道，其历史意义及重要性可想而知。而灵渠陡门之设计，虽以人工操作，但实为近代运河船闸之滥殇，其功绩亦足彰显千古。
都江堰水利工程示意图
灌溉成都平原的都江堰
灌溉成都平原的都江堰水利工程，前后历经二千二百多年，是我国古代水利工程的稀世珍宝，有防洪、灌溉及航运三利。四川人民世世代代经营都江堰，不竭不休，使都江堰久而愈振，生机蓬勃，滴滴点点，润泽天府。都江堰不仅为我国水利史上的伟大成就，也是世界水利史上利用自然而不破坏自然的典范。
都江堰在四川成都西侧灌县境内。公元前316年秦国灭蜀，领有蜀地。秦昭王在位后期 （ 公元前276～前256年 ），蜀郡守李冰（公元前四世纪时人）在蜀人治水经验的基础上，于成都平原顶点，岷江刚出山口的江心中「造堋雍水」，叠砌分水鱼嘴，把岷江一分为二。「外江」为岷江正流（南江），泄洪排沙；「内江」为灌溉水渠（北江），导水灌田，使成都平原平畴万顷，沃野千里，成为我国著名的天府之地。内江乃傍玉垒山脚人工开凿之渠道，由凿开坚硬岩石所成「宝瓶口」引水，以供航运灌溉之用。宝瓶口上游内外江之间则有「飞沙堰」，可以将拦阻在宝瓶口外的过量洪水和沙石泄入外江。成都平原在四川盆地西部龙门山脉和龙泉山之间，乃由岷江、沱江及其它河流冲积而成。都江堰的建成，使外江成为洪水和沙石的排泄信道，使内江水系范围内的政经中心「成都」不仅解除了旱涝之害，同时又引进水源，满足了灌溉、通航和漂木的需求，是古代一个综合水资源开发最成功的典范。后魏?郦道元《水经注》引南北朝《益州记》说：蜀郡“水旱从人，不知饥馑，沃野千里”，时人称为「天府」。如今我们仍称四川为天府之国，那么都江堰恰是天府中的一道「 银」河。
都江堰水利工程包括：凿离堆、壅江作堋、和大规模导江穿渠等一系列的建设。在都江堰创建初期，我国正处于青铜与铁器并用时代，当时火药尚未发明，这要在坚硬的角砾岩山体中开凿一个宽 10多米，深20多米的取水口，实在是一项相当艰巨的工程，因之晋?常璩《华阳国志》记李冰修僰道（今宜宾）时“其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之”，所以推想宝瓶口的开凿也可能采用了烧石开山的古法。其法乃在岩体上架柴灼烧使之炽热，然后浇水或醋使之淬裂，再以铁制工具凿去一层，如此逐层烧凿，反复进行，乃不愁宝瓶口开凿不成。宝瓶口是控制内江水量的咽喉，其上为飞沙堰，再上为鱼嘴，乃供内外江分水之用。鱼嘴、飞砂堰和宝瓶口构成了都江堰渠首的三大主体工程，「鱼嘴」分水分砂；「飞沙堰」泄洪排沙；「宝瓶口」引水输沙，各有其独特功能和作用，是都江堰设计者最伟大、最杰出的巧思。都江堰堰首左岸玉垒山山脉有一座崇奉李冰父子功绩的「二王庙」，庙门照壁嵌都江堰治水“三字经”，中有“分四六，平潦旱”的格言。格言的意思是春耕时分，岷江来水量少，而下游成都平原农民灌溉需水量大，引水进入内江干渠可从鱼嘴分水六成，而外江仅得四成。但到了夏秋洪水时期，灌区需水减少，并希望减少洪水成泛，其分水比例即自动倒转，内江只进水四成，而大部份洪水即由外江排泄，并由飞沙堰溢洪，而宝瓶口此时亦发挥了「节洪」的功能。这种利用鱼嘴处岷江江心，外江河口正对岷江来水，口宽96米；内江则向左偏转，口宽约130米，平时水量平平，按口宽比例约四六分，但水大时，主流漫过河心滩，急流直趋外江，内江分流比乃减少。又因宝瓶口宽仅20米，进水受到节制，部份洪流乃越飞砂堰顶漫溢，重入外江，使洪水不得为患。此时离堆亦发挥了挡水的功能，使都江堰完成了“水旱从人”，「尽得天利」的功能。
李冰治水，又有“深淘滩，低作堰”六字诀。「深淘滩」乃防河床壅塞，「低作堰」乃用以减低水之阻力，因势利导，以杀水势，所用「竹笼石」法（今称「蛇笼」，仍多用），就地取材，经济简易，犹为后人普遍采用。淘滩又有铁板为准则，据传古为石马，今为明?万历年间(1573-1619)所埋卧铁，见「铁」则深浅适度，乃都江堰每年岁修之圭臬。“掘堰开滩”，“下埧佣工”，所谓“循之则治，失之则乱”，实乃都江堰治水千年经验所积成，至今沿用。杜工部诗“锦江春色来天地，玉垒浮云变古今”，即指此。
都江堰渠道纵横，密如蛛网，有主要渠道526条，支渠2200条，全长1170公里，目前灌溉面积已扩大到3500平方公里，并计划逐步扩展到6000平方公里。都江堰无大坝拦水，无闸门控制，纯粹利用天然地形，因势利导，真正达到了「天开于前」，「工成于后」的天人相契的目标。其设计施工不仅有其科学性，亦有其“道法自然”的哲学意义。都江堰历二千二百余年，兴久不废，是有其道理的。成都平原田畴千里，物产丰饶，无天旱雨涝之灾；岁无饥馑，年有丰余，赢得「铁板粮」美誉。都江堰达灌田之利，故又称「金灌口」，终使蜀郡亿万人民得足食丰衣，「富甲天下」，号称「天府」。
沟通南北航运的大运河
地之南北距离为「运」，《国语》「越上」“句践之地，…广运百里”，注“东西为广，南北为运”，所以大运河是以人工沟渠连通天然水系，结合人力与自然条件修凿的一条南北向巨大输运航道。大运河北起北平，南迄杭州，纵贯冀、鲁、苏、浙，沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，全长1740公里。开山凿渠，引水通漕，贯通南北，有灌溉通运两利。大运河亦称京杭运河，其历史可上溯春秋末吴王夫差（公元前495至前476在位）始凿「邗沟」（公元前486年）沟通
大运河系统之组构说明
淮河与长江；战国魏惠王（公元前369至前318年）开凿「鸿沟」，贯连黄河与淮河。春秋吴国邗地在今江苏杨州东南，吴王夫差由此向北开运河，经射阳湖至末口（今江苏灌南县北）与淮河相通，随后又再向北开凿，使与沂水（泗水支流）、济水（在山东境内）相连。战国时之鸿沟乃从河南荣阳起开运河引黄河水向东南与淮河水系贯通而成者。鸿沟东汉时称「汴渠」，曾加修浚，发现“水门故处，皆在河中”，可见鸿沟当时设有水闸。「邗沟」与「鸿沟」是今日南北大运河的滥殇。
大运河是沟通中国南北水路交通的大动脉，由多条运河组而成，可由南方的杭州北上直通北平，全长1740公里，是世界上最长，最古老的一条大运河。
隋代“发民工百万”大修运河，历数十年，一脉相通，南北畅行，乃有了今日大运河的雏形。隋代运河有五条，依开凿时间先后为：广通渠、通济渠、永济渠、山阳渎、江南河。「广通渠」于隋文帝开皇四年(584)在渭水以南开凿，引渭水从大兴城东流至潼关入黄河，与渭水平行，大体沿汉代漕渠故道疏浚而成。「通济渠」于隋炀帝大业元年(605)开凿，经洛阳到盱眙入淮河，连接黄河、谷水、汴河和淮河，部份沿鸿沟旧道。「通济渠」又称「御河」，河宽40步，沿岸有道路，并植柳树，风景优美。「山阳渎」即吴王夫差所凿「邗沟」，于隋炀帝大业三年(607)再扩展，沟通淮河与扬子江，即从山阳（今江苏淮安）经江都（今扬州）由扬子（今江苏仪征东南）入长江。「永济渠」隋炀帝大业四年(608)开通，贯联沁水、卫水、沽河诸道，南通黄河，北连涿郡（今北平），始板渚（今河南泛水东北）北岸，舟楫可上达北京。「江南河」隋炀帝大业六年(601)所开，自江都南京口（今江苏镇江）经苏州直通杭州，沿河置驿站、粮仓。隋代运河大多利用秦汉故渠、自然河川或干枯河道贯通而成，大运河之完成不仅促成隋代的霸业，亦开启中国有唐一代的盛世，对中国中古时代的经济发展有极积的启导贡献。
大运河在隋代已规模大备，又历唐、宋之兴工续凿，至元代时始成就了大运河今日之面貌。大运河之兴建，主要为运粮，也就是「南粮北运」，将江南富饶的粮产运到缺粮的北方，也就是「贡赋通漕」。这不仅解决了中国北方的民食问题，也巩固了中国北方的边防，「粮储充裕，所向克捷」，所以大运河的功能除航运灌溉外，还具有国防上的重大意义。大运河时至今日仍在不断疏浚整建，继续发挥其沟通南北的功能，目前除传承其漕运─水路运粮的历史任务外，又负起将中国北方的煤转送供应南方需要的新责任。大运河历久弥新，冠绝古今，正表现了中国人在自己的疆域上为创造历史、开拓文明，生生不息、继往开来的决心。中国自先秦开始历代即不断开凿运河，区域广大，分布全国各地，其中尤以京抗运河，宏规伟制，最着盛名，堪称世界文明史中开凿运河的先驱，也是利用天然地势「凿山引水」运河工程史中的典范。由于京杭运河航道长、规模大、历史久，人们乃习称其为「大运河」，以彰显其在中国众多分散各地的运河中的独特地位。
苏州城 郊江南运河一景。平畴泛野，舟楫相连，正是运河有通航与灌溉两利写照
我国河流以地势关系，类多自西而东，沟通南北者，惟运河是赖。大运河乃屡朝所修，历经二千余年，虽时有先后，但贯通中国南方与北方之目的则一。大运河之开凿，江淮间始于吴王夫差之「邗沟」，至元?仁宗(1312-1320)时始成；江浙间始于隋炀帝，完成于元?泰定帝(1324-1328)时。明、清时仍有增修，直至今日仍在整建，其工程之艰巨，历史之久长，可以想见。今日之大运河由南向北，可分五段，即江南运河、里运河、中运河、南运河、北运河。由杭州至镇江为「江南运河」，乃宋、元以来所修成，正渠南流，傍太湖东岸行，西通太湖，东南通吴淞江，支渠甚多，水利甚便，水乡泽国，四通八达，行人多以舟代车，故有「南船北马」之语。自江都至淮阴一段称「里运河」，也称「淮南运河」，乃古「邗沟」及隋炀帝所开故道，东有广洋、大踪、吴公、获金诸湖，西为高邮、宝应诸湖、河行其间，两岸筑堤，以障湖水，西堤尤高，为江北一带行旅舟楫之枢纽。自淮阴至台儿庄为「中运河」，乃元世祖?忽必烈时代所开，自江苏邳县东南流，淮水自洪泽湖来会，南经南阳、昭阳、独山等湖，最后乃达微山湖。微山湖乃中运河上游之水库，有汇注宣泄之功能。「里运河」（淮南运河）与中运河兼有蓄泄之作用，夙称难治，处处设闸筑坝，节度水量，以利航行。
自台儿庄至天津为「南运河」，南运河为华北平原中最长的河道，是通黄河的渠道。自天津至通县为「北运河」，由通县西溯「通惠渠」，即可达北京。大运河南起浙江杭州，北经江苏、山东诸省而达河北通县，其流域纵贯长江、淮河、黄河，全长1100余公里，是世界最长的一条人工河道。大运河在工程设计上亦有很多特色，例如南段由镇江绕太湖之东而趋杭州，与长江、太湖息息相通，湖涨入河；河涨入湖，流向不定，号称「平江」，既便宣泄，又利航行，在太湖流域中占重要地位。大运河沿岸除因地制宜，广设河堤船闸外，亦多渡口码头，盛时“航舶相贯而行，首尾相接，数里不绝”。运河的开凿不但需要进行闸坝等工程的精确设计，还要能掌握沿线的地形、地质、水源、流量等条件，是一项复杂的水利工程。
大运河是中国南北沟通的一条大动脉，于隋代凿成后“自是天下利于转输”，而千百年来屡经修葺，至今日又显新机，实为世界运河河工史上的一项伟绩。然「万代之利，非一朝所成」，其中世代人民所付出的血汗，甚至生命，确是难以估计的。
结语
我国古代水利工程规划的重心，可以说只有一个原则，就是爱「水」、重「水」、惜「水」，使「滴水不漏」，都能发挥其应有的功能。其背后的科学精神，就是充分利用地势的高低，「引多济少」、「以有补无」、「以有余助不足」。即使现在正进行的「南水北调」世纪大工程，仍也是在古水利工程的基础上，继承及发扬好的传统，从加宽、加深、加长、防漏、浚渫、筑堤、新挖等方式上施工，以强调经济效能、减少灾害、善用水源、利用众生为最高原则。水利工程建设其中所应用到的科学工艺技术，今古相同，牵涉广泛，包括：地形测量、河川水文、系统设计、挖凿工程、河堤构筑、淤砂防治、流量调节、闸门规划、排洪溢洪、经营管理等等，不一而足，即使以现代科技眼光来看，要完成像都江堰、大运河及灵渠这样长数百、数千公里的大水利工程，也绝非一项简单的工事。这些成就是来自万众一心的劳动、锲而不舍的精神，及累月穷年的勤奋、日新又新的实践，还要加上自强不息的追求、顺应自然的至理、求平求定的法则，才乃能点点滴滴、步步踏实；累积经验、汇小成大，而终能成就这些震古烁今的伟业。
千代以下我们再来检视这些古代的水利工程，直到现在，它们原有的设计功能，仍能充分显现，并没有遭时间淘汰，其原设计不仅未受减损，往往反因后人的改进而更形加强，因此我们不得不对历代水利功臣、群众的勤劳与智能献上崇高的敬意。贯穿中国历代水利工程的构筑和设计，历百世而不废的，都蕴有「人法地，地法天，天法道，道法自然」的思想。「人天相契」可说是中国文明的创造性精神表征，二千余年后我们仍能享受这些古代设施的实惠，不能不说是一种奇迹，但这绝非是一种偶然的成功，其所代表的「契合自然」的理念，才是最值得我们深切反省与详加评价的。
由于科学与技术发展是一条漫漫长路，它在中国文明史中所扮演的角色也不例外。从历史观点看，中国文明中的科技发展是一贯的，是行健自强、博大求精的，重新认识并反省其历史意义，是新一代中国人的一项新任务。如果我们没有这种抱负与作为，则中国文明必然无法在世界舞台上再显其历史的光芒。中国近代科技的落后，我们当然不能说那是历史必然；同样中国古代科技成就辉煌，我们也不能说那是历史的必然。本文的目的，不外借「鉴古知今」，求「继往开来」。「为者常成，行者常至」，让我们化历史的情怀为向前迈进的新力量！
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