作者:王卉 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2014/11/27 21:20:21
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京杭大运河的科技追问与历史启示

 

京杭大运河是迄今为止世界上开凿最早、规模最大、距离最长、持续发挥效益最久的人工运河。它不仅是一条运输线,更是一条文化带和遗产长廊。2014年6月,这一“活态”文化遗产成功入选联合国世界文化遗产。

如今,京杭大运河作为南水北调工程东线的主要渠道,通过疏浚整修,拓宽主航道,提高了大运河调水功能和航运保证率,这一千年古航道因南水北调工程重新焕发青春与生机。

正在建设的南水北调工程担负着重大责任,也引发诸多争议,从水利科技史的角度,古代的京杭大运河在开挖时是如何决策的?当时是否也有类似今天的“科学论证”?又是如何解决技术难题的?追问这些,对于今天的南水北调工程应该有着积极的参考借鉴意义。

选址与决策

大运河开掘于春秋时期,完成于隋朝,繁荣于唐宋,取直于元代,疏通于明清。至元代京杭大运河全线贯通,明、清两代京杭大运河成为南北水运干线。

“不同时期大运河的建设折射了当时国家利益和国家的基本需要。”中国科学院自然科学史研究所副研究员张志会向《中国科学报》记者介绍。统治者们调用国家庞大的人力、物力开凿运河,以运河为基础建立庞大而复杂的漕运体系,将各地物力运往都城,目的是服务于当时当地具体的军事、经济和政治等需求,从而维持封建王朝稳定的重要动力供应系统。

大运河的选址,也是以上述情况为基本导向。张志会介绍,大运河的决策过程,史料鲜有记载,语焉不详。不过众所周知,我国封建社会实行的是中央集权的君主专制制度,君主对国家重大工程的决策拥有最高决策权,大臣对君主提出建议。唐宋以后成熟的三省六部制,对封建社会的重大工程决策及社会发展产生了重要影响。

“中书取旨,门下封驳,尚书奉而行之”,是三省分工原则,从而彼此制约,以掌管国家大政。张志会表示,这种中央政府不同部门多级各司其职、相互制衡和监督的“多部制”决策机制,在今天看来也颇具开创性,有“立法”“司法”“行政”分立的意味。虽然当时并没有类似今天意义上的论证决策程序,但其本身的决策机制是在历史的轨迹中逐渐完善的。

技术难题的解决

京杭大运河不仅是世界航运工程史上的奇观,也是我国历朝历代运河工程科技的集大成者,保证了近600年的全航道畅通。大运河因河道漫长,涵盖地域范围广泛,须经历闸河段、湖区段、天然河段、河运交汇段等复杂的地形和水域,这不仅意味着运河的开凿要面临严峻的技术问题,运河建成后如何维持长久的正常通航更是大问题,譬如说如何解决船队翻山越岭的问题,如何保持航道畅通,如何解决航道上江河平交现象。

“由于我国古代工程建设以众多工匠的传统技术经验为主,并不存在纯正意义的工程师进行工程设计和规划,我们无从推断大运河的技术难题具体是由哪些人解决的,他们又是如何争论的。”张志会表示,但是从现有留存下来的古代水利典籍资料中不难看出相关的水利科技创举。

比如,为了解决河道畅通问题,京杭大运河创造性地建设了梯级船闸系统,并创建了南旺分水工程。借由船闸实现水位升降,船得以上行下行,翻山越岭。公元423年,扬州附近运河建造的两座斗门是京杭运河工程上最早出现的闸门。北宋期间公元984年建造的真州闸,是世界上最早的复式船闸,比欧洲荷兰的船闸早了约400年。元代在会通河上临清与济宁之间建造了31座船闸,可谓是全世界最早的梯级船闸,比西方早350年。而到了明代,梯级船闸则增至38座,在数量上看远超我国三峡工程的双线五级船闸。

元代起至明永乐年间,还创建了南旺分水工程。实现“七分朝天子,三分下江南”的合理分流,既保证下游居民用水,又确保漕运船顺利北行。

由于黄河、淮河和运河在清口交汇,导致了复杂的水系格局,在黄淮运交汇口增建减水闸和滚水坝,以确保河床淤积和洪泽湖在黄、淮汛期高水位的情况下不至于危及航道和下河地区河道的安全。

为了保证航运水源的稳定性,北宋时期在淮扬河段创建了澳闸来进一步提高航运节水性。现代水利专家发现,澳闸完全符合现代船闸的节水设计理论。

此外,由于运河河道内泥沙淤积,为了保障汛期运河航道安全,明清时期在堤岸适当位置建设了一系列经过规范性设计建造的防洪安全工程——滚水坝和减水闸,在汛期进行河道泄水。

在种种技术支撑的基础上,面对规模如此宏大的京杭运河工程系统,人们逐渐总结出一整套行之有效的工程建设、运河管理、漕运运输等领域的指标体系,并制定了一套严格的章程加以实施,为高质量地完成历代运河建设目标和持续发挥漕运效益发挥了重要的管理支撑作用。

对当今南水北调的启示

“如今政府部门将蕴涵着悠悠历史味道的京杭大运河河道纳入南水北调东线,既是因地制宜、就地取材的明智之举,也是一种积极的自我挑战。”张志会表示。毕竟这两个工程的设计目标、设计理念、功能定位都迥然不同。

南水北调工程是运用当代工程设计理念而规划、设计,为解决我国北方缺水问题而兴建的,以调水为主导功能,主要满足国家经济快速发展对水资源的迫切需要。而京杭大运河虽然于不同朝代在军事、政治、经济多种目的间的侧重点不同,但直接功能是漕运。当二者相遇时,在功能选择、工程的生态观、文化观等诸多方面不可避免会发生碰撞和矛盾。如何科学、合理地对这一活态文化遗产进行保护与利用是南水北调工程必须面对的一大挑战。

京杭大运河的启示在于:重大基础性工程,不仅要满足当时社会发展的具体需要,还要将视线放得长远,考虑到工程的可持续性。大运河工程之所以能持续2500年,不仅是靠着中华民族的聪明才智、丰富的治水实践和创造性的工程科技,更是将工程本身与社会文明的发展相联系。正因为如此,京杭大运河工程才会成为我国古代社会文化发展的缩影,成为我国水利文明传承的载体。

 
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