巧奪天工

一

以邗溝為起點，大運河從揚州向北方的開鑿，在到達淮安以后就變得困難重重了。由于淮安以北地區，年平均降水量只有南方的六七成，缺水的自然河流便難以供給運河水源。水源，成了運河貫通的首要問題。為通州到北京的運河尋找水源地成為工程成敗的關鍵。

2014年2月，北京市昌平區境內的京密引水渠因為修建地鐵正在進行截流改造。這段延伸至昆明湖的引水渠道在實地踏勘與精密儀器測繪下，確定了一條如月牙狀的弧形施工線。然而，當工程人員著手設計引水路線時卻意外發現，早在700年前，此地就曾經有一條引水渠為北京城提供了水源，而且和京密引水渠路線幾乎是重合的。這讓所有參加施工的工程師們驚嘆不已。

當時的北京城還叫作元大都，是元朝選定的國都。

元朝政府先后開鑿了三段河道，修筑成以大都為終點，南下直達杭州的南北縱向大運河。這就是京杭大運河。但就在大運河修到通州之后，看似離京城只差一步之遙，卻因為沒有合適的水源遲遲無法貫通。

大批從南方運來的貨物只好在通州上岸再轉由陸路運輸。這不僅要耗費大量人力物力，而且效率遠遠趕不上水路運輸的方便快捷。為此，北京城的碼頭決不能止步于通州，最后的20公里水路必須打通。這關鍵的最后20公里水路就是后來的通惠河。而全權負責此項工程的正是當時的都水監、元代最為杰出的科學家郭守敬。于是，在北京周邊地區尋找水源就成為郭守敬的當務之急。

從通州穿過北京城再向北走約44公里，是昌平龍山的白浮泉遺址。白浮泉，水質清澈、流量穩定，一經發現，郭守敬立即確定這里為通惠河水源。這里就是那條元代引水渠的起點，通惠河的源頭。然而，通州至北京20公里陸路尚且艱難，郭守敬為何不在附近尋找源泉，卻要跑到44公里外開鑿引水渠呢？

原來北京地形西北高，東南低，白浮泉正好位于北京城北面的高點。可以自流流向東南面的北京城和通州。面對高低起伏的地形，如何確定一條呈遞降趨勢的引水路線？郭守敬需要精確的測量與調查。由此，他想到一個重要的概念，設定一個測量高度的基準點：零。以海平面為零點，測量物體的絕對高度，這就是海拔的概念。

郭守敬首先從海拔53米處的白浮泉修一條彎曲的渠道，連接海拔51米的昆明湖，再從這里自流到海拔48.8米的北京城和27米的通州，接入運河。為什么不能走直線距離呢？原因就是在直線距離上有兩條自然河流，地勢已低于北京城。如果水到了這里將匯入河流，永遠不會流向北京城了。在郭守敬之前的時代，中國人只有相對高度的概念。但是，當遠距離比較時，常常出現計算誤差。然而，郭守敬對于這個零的確定，是以海平面為零點，測出每一處地點的絕對高度，是非常準確的。這個概念的提出，早于西方海拔理論的提出500年。很難想象，承載著國家經濟命脈的大運河，在很多緊要關節之處，就是憑借了當時工程師們獨到的眼光和智慧的思考，最終將千泉匯成萬水，實現全線貫通。只是，這種引水方式在山東境內并不奏效。千里大運河的貫通遇到了新的致命障礙。

二

1289年，元世祖忽必烈要求郭守敬開通會通河——這就是京杭大運河貫通最為關鍵的會通河山東段運河。這段運河工程的難點在于，山東境內連綿的丘陵高地擋住了運河北上的去路。令人棘手的麻煩是，假如要繞過這些丘陵地帶，沿途找不到合適的水源供給。而更重要的是，這樣做也違背了忽必烈的決心：開鑿一條最為快捷省力、直通首都的運河水路。

身為水利專家的郭守敬深知，如果要運河穿越丘陵高地，就必須找到海拔更高的水源地實現水的自流。

他率領自己的團隊翻山越嶺，四處尋訪調查，最終，把目標鎖定在距離山東濟寧30公里之外的大汶河。他們測定大汶河的海拔是50米。接著，他們又測出運河穿越的濟寧地區最高點海拔是34米。難題就這樣迎刃而解。汶河水引入濟寧運河，貫通將最終實現。

但在波瀾起伏的元代，會通河卻總是時斷時續，并沒有實現真正意義上的貫通。那么問題究竟出在了哪里？

1411年，明代永樂九年，運河遇到了解開謎題的人。正是他，締造了運河上最杰出的水利工程：南旺水利樞紐。 史書稱這位民間水利專家為“汶上老人白英”。

他的“治水之策”史料記載只有84個字，首句即是“南旺者，南北之水脊也”。

水脊，運河的最高點。原來，會通河穿越的真正高點在海拔39米的南旺，而不是34米的濟寧。如何讓大運河穿越這個最高點，成為工程全線的最大挑戰。白英在冥思苦想之際，忽然間產生了一個大膽的設想：在汶河的最高點修建戴村壩攔截水源，接著從戴村壩開鑿一條可以自流的引水渠通到下游的運河水脊——南旺，從這里進入運河，左右分流，貫通水脊。

今天，我們依然能夠看到輪廓分明的南旺分水樞紐工程遺跡。但是，它不是一次建成的。在汶上老人白英做好基礎規劃并開始動工之后，建造與完善卻經歷了從明朝到清朝的數百年光陰。這座集古人的奇思妙想和鬼斧神工的龐大水利系統，占據著中國大運河全線最為顯赫的工程技術地位。清朝末年，運河停運，南旺分水系統也逐漸停止了運轉。今天仍然矗立在汶河上的戴村壩已經不需要向運河輸送水源了，但是它的另一個功能：排水，依舊在發揮著重要作用。每當夏季汛期來臨，汶河通過的洪峰流量可以達到1050立方米每秒。

但是，經過戴村壩的洪水并不會沖入運河破壞河道，而是流回原來的汶河故道。這其中的奧妙就在于，戴村壩是由三段不同高度的壩體組成的。南邊滾水壩最低，高度與運河水量安全界線相平，汶河水位上漲后，多余的水會從壩頂漫過，流回汶河故道；北面玲瓏壩比南面僅高出0.1米；中間亂石壩又高出0.3米。經水利部門測量，通過三段壩體分級漫水，無論水位如何變化，始終保證了進入運河的合適水量。供水和排水的有效統一，僅僅通過調節壩體高度和寬度就可以完成。這種設計在沒有精密測繪儀器的年代是十分驚人的。

戴村壩屹立百年，不僅源于設計的巧妙，還歸功于其內部結構的穩固。

通過現代模型的解構，我們可以看出，這473米長的主壩體，底部用梅花樁做基，夯實三合土后再鑲砌百萬斤的巨大條石。石與石之間用鐵扣相連，再灌注一種類似現代水泥的物質，將大壩緊緊鎖為一體。

這種類似水泥的物質是一種聽上去很神奇的材料：三合混凝土。

1958年夏天，距德州西南約12公里處的四女寺，出土了一座清代滾水壩遺址。石灰、桐油、糯米汁，將這些看似毫無關系的物質混合攪拌，再凝固成型。糯米汁、桐油的加入可以增加凝固后的黏合度和韌性，而石灰在膠質物質的幫助下具有極大的抗壓強度，據說凝固后和花崗巖一樣堅硬。這種技術在很早的時候就用于堤壩、石橋等運河水利工程的修建。從運河上第一座水利工程的修筑開始，中國特色的混凝土技術已經令西方在很長一段時間內望塵莫及。

三

邗溝的北端是一個叫作河下的古鎮。假若追溯它的年紀，應該有整整2500歲了，它與中國大運河同齡。河下的古末口曾經是邗溝與淮河交匯之處。作為人工河道，運河由于沒有像長江、黃河般的源頭，通過人工補給的水量是有限的。

在河下的古末口，運河與淮河交匯處，相當于運河上的一處缺口。如果沒有阻擋，運河水會源源不斷地進入地勢較低的淮河，直至斷流。所以，人們用一種分段筑壩的方式，堵住缺口，將水逐段保留在運河中，這種攔河壩式的建筑也稱為堰埭。保存足夠的水是為了保證通航。在今天江浙一帶，我們常常看到用堰埭命名的鄉鎮，村落、河段。可以想象的是，在古時，堰埭這樣的工程在江南是多么普遍。這些遺留下來的地名透露給今天的人們，在水運作為重要交通手段的地區，堰埭曾經是保駕護航必不可少的水利設施。

當河道里的水足夠行船了，那船又該如何翻越這些堰埭呢？1793年到訪中國的英國馬戛爾尼使團副使斯當東用日記和速寫留下了生動的過埭記錄。首先是盤壩的艱難，“一百人的力量才能拖動一條大船”。民夫背著繩子，轉動絞盤，將平底船拖上堰埭斜坡，過了制高點，船在自重作用下滑入另一側河道。給這位英國使臣留下深刻印象的地點，正是這座位于浙江上虞的曹娥堰。令人驚訝的是，它的使用一直延續到20世紀70年代。從這些遺留下來的鋼筋混凝土中，已經看不出往昔人力過埭的痕跡。但正是由于這種不便和危險，中國人再一次利用水的規律，催生了一項更為便捷的發明——單閘。

單閘是現代船閘的雛形。

打開閘門之后，船只可以輕易通過。但是在缺水的河段，單扇閘門一旦打開，會在瞬間流失大量的水。如果兩側水位落差大，打開閘門還會造成湍急的水流。由單閘向復閘的進化，可以形成一個水位穩定的封閉閘室。第一扇門開啟放水，水位持平后，船只進入閘室。閘門關閉，第二扇門開啟，水位再次持平，船只就可以穩穩當當地進入另一側的河道，同時將走泄的水量控制在最低。

為了確保運河的通航，中國人為了運河設計了各種水利設施，它們的建立源于對自然規律的順應和依賴。

四

很久以來，運河就成為中國水系的一部分，也自然而然成為我們生活的一部分。

我們再次聚焦300年前古地圖，中國人利用水的自然規律所創造的人工運輸系統清晰呈現。在運河的系列工程中，它與自然江河溝通交匯， 所經地區地形高低起伏，水源豐枯不一，這其中涉及的工程技術問題異常復雜。人工與自然、利用與改造，運河承載著人類無窮的智慧。為了水的流動，航線的貫通，中國人努力了上千年。