书城工业古代水利工程
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第8章 元明清时期(2)

至元二十九年(1292年),新河工程正式开工。郭守敬通过实地勘察,见大都西北山麓一带山溪和泉水很多,便将它们汇集起来,基本解决了新河的水源问题。他从昌平县白浮村开始沿山麓和地势向南穿渠,大致与今天的京密水渠并行,沿途拦截神山泉(白浮泉)、双塔河、榆河、一亩泉、玉泉等水,汇集于瓮山泊(今颐和园昆明湖)。瓮山泊以下,利用玉河(南长河)河道,从和义门(今西直门)北面入城,注于积水潭中。以上这两段水道是新河的集水和引水渠道,瓮山泊和积水潭是新河的水柜,为新河提供了比较稳定的水量。积水潭以下为新运河的航道,它从潭东曲折斜行到皇城东北角,再折而向南沿皇城根直出南城,沿金代的闸河故道向东,到高丽庄(通县张家湾西北)附近与白河汇合。从大都到通县一段,因河床比降太大,也为了防止河水流失,特地修建了11 组复闸,共有坝闸24座。为了保证航运畅通,这24座坝闸都要派遣闸夫、军户管理。这些坝闸,开始时都是用木料制作的,因运行良好,后来都改成永久性的砖石结构了。

由引水段和航运段组成的这条新运河有320多里。经过一年多的施工,主体工程建成后,忽必烈赐名“通惠河”。通惠河建成通航后,大都的粮运问题终于解决了。积水潭成为大都城内的重要港口,舳舻蔽水,帆樯如林,盛况空前。

明朝时,对大运河的关键河段会通河进行了治理。

当初,会通河仅指临清——须城(东平)间的一段运道。明朝时,将临清会通镇以南到徐州茶城(或夏镇)以北的一段运河都称会通河了。会通河是南北大运河的关键河段。

明洪武二十四年(1391年),黄河在原武(河南原阳西北)决口,洪水夹带泥沙北上,会通河三分之一的河段被毁。于是,大运河中断,不能运粮北上进京了。

永乐元年(1403年),朱元璋四子朱棣定都北平,易名为北京,准备将都城北迁。永乐皇帝鉴于海难频发,海运安全毫无保证,为解决迁都后的北京用粮问题,决定重开会通河。

永乐九年(1411年),永乐皇帝命工部尚书宋礼负责施工,征发山东、徐州、应天(今南京)、镇江等地30 万民夫改进分水枢纽,疏浚航道,整修坝闸,增建水柜。

元朝的济州河以山东省的汶水和泗水为水源,先将两水引到任城,然后进行南北分流。由于任城不是济州河的最高点,真正的最高点是其北面的南旺,因此,用任城分水时,南流的水偏多,北流的水偏少,以致济州河北段河道浅狭,只能通小舟,不能通大船。宋礼治理运河时,仍维持原来的分水工程,又采纳熟悉当地水文的汶上老人白英的建议,在戴村附近的汶水河床上筑了一条新坝,将汶水余水拦引到南旺,注入济州河。这样,济州河北段随着水量的增多,通航能力也就大幅度地提高了。几十年后,人们完全放弃了元朝的分水设施,将较为丰富的汶水全部引到南旺分流,并建了南北两坝闸,以便更有效地控制水量。大体上说为三七开,三分南流汇合泗水,七分北流注入御河。人们戏谑地称之为“七分朝天子,三分下江南”。

接着,将被黄河洪水冲毁的一段运道改地重新开凿。旧道由安山湖西面北注卫河,新道改从安山湖东面北注卫河。这样,黄河泛滥时,有湖泊容纳洪水,可以提高运河水道的安全保障。另外,这里的地势西高东低,便于引湖水补充运河水量。

为了让载重量稍大的粮船也可以顺利通过,宋礼展宽并浚深了会通河的其他河道:拓宽到32尺,挖深到13尺。

南旺湖北至临清300里,地降90尺。南至镇口(徐州对岸)290里,地降116尺。会通河南北的比降都很大。为了克服河道比降过大给航运造成的困难,元朝曾在河道上建成31座坝闸。这次明朝除修复元朝的旧坝闸外,又建成7座新坝闸,使坝闸的配置更为完善,进一步改进了通航条件。由于会通河上坝闸林立,因此,明人又称这段运粮河为“闸漕”。

除上述工程外,为了更好地调剂会通河的水量,宋礼等人“又于汶上、东平、济宁、沛县并湖地”,设置了新的水柜。

经过明朝初年的全面治理,会通河的通航能力大大提高,年平均运粮至京的数量,由以前的几十万石,猛增到几百万石。这也加强了永乐皇帝迁都北京的决心。不久,他宣布停止取道海上运输南粮北上京城。

南宋初年,为了阻止金兵南下,杜充命令宋军掘开了黄河大堤。从此,黄河下游南迁,循泗水、淮河的水道入海。于是,在元、明两代,南北大运河从徐州茶城到淮安一段,便利用淮河水道作为运粮之道了。人们称这段长约500里大运河为“河运合槽”或“河淮运合槽”。由于黄、淮水量丰富,运道无缺水之患。但黄河多泥沙,汛期又多洪灾,也严重威胁着航运。黄河对于运河既有大利,也有大害,因此人们说“利运道者莫大于黄河,害运道者亦莫大于黄河”。

元、明两朝,黄河下游南迁日久,河床淤积的泥沙与日俱增,经常决口,对于运河已经发展到害大于利的地步了。于是,从明朝中后期到清初,人们在淮北地区开凿了一批运河新道。

嘉靖五年(1526年),黄河在鲁西曹县、单县等地决口,冲毁了昭阳湖以西一段运河。南北漕运被阻,明廷决定开凿新河,于嘉靖四十六年(1567年)完工。这段新河,北起南阳湖南面的南阳镇,经夏镇(今微山县治所)到留城(已陷入微山湖中),长140 里,史称夏镇新河或南阳新河。旧河在昭阳湖西,原属会通河南段,易受黄河泛滥冲击。新河在湖东,有湖泊可容纳黄河溢水,比较安全。

明穆宗隆庆三年(1569年),黄河在沛县决口,徐州以北运道被堵,两千多艘北上的粮船被阻于邳州(治所在今睢宁西北)。几十年后,黄河在山东西南和江苏西北一带再度决口,徐州一带运河断水。于是,在明廷主管工程的官员杨一魁、刘东星、李化龙等人相继主持下,除治理黄河外,又于微山湖的东面和东南面开凿新河,于万历三十二年(1604年)全部完工。它北起夏镇,接夏镇新河,沿途纳彭河、东西泇河等水,南到直河口(江苏宿迁西北)入黄河,长260 里。它比旧河顺直,又无徐州、吕梁二洪之险,再加上位于微山湖东南,黄河洪水的威胁较小,所以它的开凿,进一步改善了南北水运。因为这条新河以东、西两泇河为主要水源,所以称为泇河运河。

最后,在明末清初,又开凿通济新河和中河。泇河运河竣工后,从直河口到清江浦(今清江市)一段运道约180 里,仍然河运合槽,运河并未彻底摆脱黄河洪水和泥沙的威胁。因而河运分离的工程必须继续进行。通济新河凿于明朝天启三年(1623年),西北起直河口附近接泇河运河,东南至宿迁,长57 里。中河是清朝初年在著名治河专家靳辅、陈潢指挥下修建的。康熙二十五年(1686年)动工,两年后基本凿成。它上接通济新河,下到杨庄(在清江市)。杨庄与南河北口隔河相望,舟船穿过黄河,便可进入南河。至此,河运分离工程全部告成。

河运分离工程是明朝后期到清朝前期治理运河的主要工程之一,它的完工,使淮北地区的运河基本上摆脱了黄河的干扰,保证了运河的正常航行。

(四) 海塘工程

元朝时,在杭州湾两岸都进行了规模较大的石塘修建。

在杭州湾北岸修一条长达150里的石塘,南起海盐,北到松江。

在南岸的余姚、上虞一带,地方官吏叶恒、王永等人也修建了4000多丈的石塘。

这些石塘在技术上有许多创新:一是对塘基作了处理,用直径一尺、长八尺的木桩打入土中,使塘基更为坚固,不易被潮汐淘空;二是在用条石砌筑塘身时,采用纵横交错的方法,层层垒砌,使石塘的整体结构更好;三是在石塘的背海面附筑碎石和泥土各一层,加强了石塘的抗潮性能。这种石塘结构已经比较完备,是后来明、清两朝石塘的前身。

元朝时,对苏北“范公堤”、“沈公堤”作了维修和扩展,使两堤的长度延伸到300里以上。

钱塘江口水面宽阔,从南岸到北岸远达几百里。由于中间屹立着一些岛屿,形成三条水道,分别叫作南大门、中小门和北大门。13世纪以前,无论是钱塘江水还是海潮,主溜基本上是走南大门。后来,由于钱塘口沙嘴变化等原因,海潮主溜逐渐移到北大门,而钱塘江口涌潮主溜则走南大门。因为南岸有许多小山,涌潮不致造成严重灾害。而钱塘江下游的北面是一望无际的、地势低平的太湖流域,涌潮主溜走北大门,便会酿成无法估计的损失。如万历三年(1575年),走北大门的涌潮毁农田八万多亩,死了三千多人。当主溜走南大门时,海宁旧城(盐官)南面有大片陆地,它离杭州湾40余里。主溜走北大门后,大片大片的陆地被涌潮吞噬,钱塘江岸步步后撤,旧海宁便成为一座面对大海的危城,只好北迁。杭州湾北岸是当时全国经济最发达的太湖流域的前沿,明政府频繁地组织人力、物力,修建当地的海塘。

明朝历时276年,在这里修建海塘就多达20多次。在频繁修建浙西海塘的进程中,人们不断总结经验,改进塘工结构,以提高抗潮能力。其中最重要的是浙江水利佥事黄光升创造的五纵五横鱼鳞石塘。他总结以往的经验教训,认为旧塘有两个严重的缺点,一是塘基不结实,二是塘身不严密。因此,他主持建塘时,在基础方面,必须清除地表的浮沙,直到见到实土,然后再在前半部的实土中打桩夯实。这样的塘基承受力大,也不易被潮水淘空。在塘身方面,用长、宽、厚分别为六尺、二尺、二尺的条石纵横交错构筑,共18层,高三丈六尺;底宽四丈,五纵五横,以上层层收缩,呈鱼鳞状,顶宽一丈。石塘背后,加培土塘。这种纵横交错、底宽顶窄、状如鱼鳞的石塘十分坚固,但造价很高,每丈需用白银300 两。

因此,当他改造到全部塘工的十分之一时,筹集的经费便用光了。其他地方只好仍用旧塘。

除浙西海塘外,为防止长江口的涌潮危及南岸产粮区,明朝对嘉定、松江等地海塘的修建也同样重视。

黄河和淮水所携带的泥沙堆积,使苏北沿海淤成了大片新地,范公堤逐渐失去作用。人们又于堤外建新堤。先后建成土塘800 多里。

在清朝的大部分时期里,钱塘江涌潮的主溜在北部,仍然对着海宁、海盐、平湖等浙西沿海。清朝前期,用了半个多世纪的时间,耗费纹银700多万两,将这里的大多数海塘都改建成朱轼创造的最坚固的鱼鳞石塘。

康熙、雍正、乾隆三朝,朱轼曾先后担任浙江巡抚、吏部尚书等重要职务。在他任职期间,多次主持修建苏、沪、浙等地的海塘。

康熙五十九年(1720年),朱轼综合过去各方面的治塘先进技术,在海宁老盐仓修建了500 丈新式鱼鳞石塘。雍正二年(1724年)七月,台风和大潮同时在钱塘江口南北一带登陆,酿成了一次特大潮灾。当时,除朱轼在老盐仓所建的新式鱼鳞石塘外,杭州湾南北绝大部分的海塘都遭到了严重的破坏,生命、财产损失十分惨重。

当初,朱轼改进的新鱼鳞石塘由于造价高,每丈需银300两,所以没有推广,只造了500 丈。经这次大潮考验后,被公认为海塘工程的“样塘”。为了浙西的安全,清政府不惜花费重金,决定将钱塘江北岸受涌潮威胁最大的地区一律改建成新式鱼鳞石塘。

此外,在崇明岛,清朝也着手兴建海塘工程。崇明岛是今天我国的第三大岛,面积一千多平方千米。唐朝时,它还是一个小沙洲,面积只有十几平方千米。由于江水和潮水中的泥沙不断沉积,到明、清时,逐步发展成为一座大岛了。从明末起,为了围垦这块新地,人们开始在岛上修建简单的海堤。乾隆时,筑了一条具有一定规模的土堤,长100 多里。光绪时,两江总督刘坤一又在其上修建了石堤。

清朝为了防止潮灾,做了一些新的探索。一是涌潮的主溜走北大门和南大门都易酿成潮灾,特别是走北大门时,灾害更为严重。因为只有走中小门时潮灾才较小,所以乾隆皇帝在位时曾组织力量疏浚中小门水道,引涌潮主溜由此通过,并取得了一定的效果。二是清末修建海塘时,尝试着在工程中使用了新式建筑材料——水泥。这一试验当时虽因地基沉陷而失败,却为人们提供了经验教训。后来,逐渐以水泥作为塘工材料,并受到了青睐。

千百年来,苏、沪、浙海塘工程的发展,反映了当地人民与潮灾斗争的坚强毅力和聪明才智。

海塘的修建,对广大人民的人身安全,对当地的工农业生产,都是有力的保证。

(五)水利科学

元、明、清三朝,水利规划理论有了很大的进步。

明朝,以潘季训为代表的“束水攻沙”治河思想的完善和系统堤防的修建,使治河堤防工程技术发展到了高峰。

明清以来,大批关于水利工程技术、治河防洪方法的专著陆续问世,现存的古代水利文献大部分是这一时期编纂的。各地的地方志大多设置了水利专业志和漕运志。

在农田水利方面的专著中,最著名的有元朝王祯的《农书》、明朝徐光启的《农政全书》以及清乾隆年间官修的《授时通考》。这些书对于各种类型的农田水利工程,尤其是对灌溉和水力机械方面的记述尤为精详。

地方性农田水利专著越出越多,如明朝姚文灏的《浙西水利书》和沈问的《吴江水考》、清朝吴邦庆的《畿辅河道水利丛书》和徐松的《西域水道记》。前两部书是太湖水利的代表性著作,后两部书分别是研究海河流域和新疆水利的重要著作。

专门记述工程的书也很多,如元朝李好文的《长安志图·泾渠图说》,清朝王太岳的《泾渠志》、王来通的《灌江备考》、王全臣的《大清渠录》、程鸣九的《三江闸务全书》等。