京杭大運河的“心臟”——南旺分水樞紐,七分朝天子,三分下江南

南旺分水樞紐工程主要由戴村壩、小汶河、分水魚嘴、水櫃、水閘五大部分組成,五大工程相輔相成,環環相扣,而且因地制宜,設計合理,佈局巧妙。很好地起到了“引汶濟運、七三分水,借水行舟”的目的,保障了明清時期的京杭大運河能夠暢通無阻,成就了京杭大運河在明清時期的漕運輝煌。是我們國家古代勞動人民利用自然、改造自然,藉助自然之力為人類發展謀福祉的偉大創舉。因此南旺分水樞紐工程又被稱為京杭大運河的“心臟”。

京杭大運河的“心臟”——南旺分水樞紐,七分朝天子,三分下江南

世界文化遺產——京杭大運河

京杭大運河是世界上開鑿時間最早、里程最長、規模最大的人工運河,是我國古代勞動人民創造的一項偉大的水利工程。大運河始建於春秋戰國時期,完成於隋朝時期,在唐宋時期繁榮昌盛,後來元朝將大運河取直,縮短北京和江南地區之間的路程,明清時期重新疏通修復。京杭大運河再次恢復貨船如織、繁榮昌盛的景象。

元明清時期京杭大運河調整路線取直之後,那麼京杭大運河在沒有泵站的古代歷史時期是如何正常運行的呢?這就要從京杭大運河的沿線地勢說起,京杭大運河呈現出中間高兩端低的地勢走向。沿程最高點便位於山東省濟寧市汶上縣一個叫南旺的地方。

因此,只有保證南旺這個地方的水量常年充足,滿足貨船對於運河河水深度的要求。就能確保整個京杭大運河南北貫通,南來北往的各類船隻正常航行,進而保障北方地區和南方地區經濟文化交流和互通有無。於是明朝初年,工部尚書宋禮和民間水利專家白英主持修建了南旺分水樞紐工程,因此南旺分水樞紐工程又被稱作是京杭大運河的“心臟”。

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京杭大運河沿線高程

那麼就南旺分水樞紐工程五大組成部分的修建過程和特點介紹如下:

修建戴村壩

戴村壩是南旺分水樞紐工程中最重要的工程,戴村壩選址科學、壩體設計科學合理。戴村壩壩址位於東平縣南城子村附近的大汶河內。最早建設於明永樂九年(公元1411年),當時修建時是一座土壩,這座水壩從右岸老匯河到左岸的小汶河總共“長五里十三步”,換算成現代長度單位約為2883米。

  • 1、戴村壩的修建過程

在戴村壩修建之前,流經此地的汶水河從戴村轉而向西匯入大清河,最後流入到浩瀚的東平湖之中。汶水流經戴村附近時,河道兩岸分別有兩座小山,當地人稱之為松山龍山,因此形成了“兩山夾一水”的景象。而且此處的地基穩定,藉助現有的山體可以降低修建壩體的工程量,因此此處是是一個十分

科學合理、因地制宜的引水制高點。

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戴村壩整體呈現出東北—西南走向。與流水的中泓河呈35°夾角,這樣的角度設計經過今天的科學驗證最適合引水分流。戴村壩最早修建時採用的是土料堆積,並且在河床最高處留下了一個豁口。留有這個豁口的目的是為了保障洪水到來時可以從此處下洩洪水,實現汛期分流的目的,從而避免讓洪水直接沖毀壩體。因此可以把這個豁口看作是水利工程建築物中常說的溢洪道。

到了秋冬季節等枯水期,當地管理人員和老百姓可以簡單的築一座沙壩,然後讓汶水河中的來水量全部流入南旺。這種巧妙設計體現了古人聰明的智慧和堅持不懈的精神,簡單有效化解了攔汶、衝沙、溢洪、引水這幾個看似互相矛盾的問題。使其可以在一項水利工程上同時體現。

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戴村壩

到了明朝中期的萬曆年間,負責河道的官員在土壩的南段填築壘石作灘,進而消除水流對於土壩的沖刷和影響。萬曆十七年(公元1589年),總理河道的官員潘季馴決定採用砌石的方式修建一座溢流壩。萬曆二十一年(公元1593年),由於汶水河發了大水威脅到了原有的土壩,因此時任尚書舒應龍又在砌石溢流壩的兩端各修建了一座石壩。至此萬曆年間便先後修建了三座溢流砌石壩,北邊的一座叫做玲瓏壩,中間的則稱為亂石壩,而南邊的則被稱為滾水壩。壩石壘砌時採用鐵釦束腰法,增強了壩體的一體性,進而加強了壩體的抵抗力。

到了清朝時期又多次對戴村壩進行加固和改造,上世紀五十年代以來又對戴村壩壩體進行了三次大的維修工作。


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戴村壩溢流場景

  • 2、戴村壩工作原理

戴村壩整體略呈弓字弧形,而且弓弧朝向上游來水方向,這種設計可以大大降低水流和水壓力對壩體的影響(與現代修建的拱壩原理相同)。

目前戴村壩的大壩壩體由三段組成,南段為“滾水”“亂石”和“玲瓏”三座石壩,中段稱太皇堤,最北為三合土壩,三位一體,相輔相成。而且三座相連的石壩壩頂高程並不相同,因此當汶水河中的水位發生升降時,三座大壩會根據水位變化先後漫水或停止過水,進而實現從汶水河流入大運河的水量維持在一個相對穩定的水平。而如果出現百年不遇的特大洪水時,三合土壩壩頂可以自行漫水,進而加大洩洪能力,確保壩體安全穩定。而太皇堤一方面可以正面迎接水流的衝擊。保護主壩不受影響,同時也可以配合三河土壩完成洩洪任務。

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戴村壩俯視圖

開鑿小汶河

小汶河其實曾經是一條天然河流。但是這條河在五代十國時期便因為淤塞不通而逐漸消失,永樂年間,宋禮和白英設計引汶濟運時,通過疏浚開挖這條廢棄的河道加以連通引到了南旺,依然叫做小汶河。開鑿小汶河以後很好的解決了地勢高差較大帶來的河床沖刷和泥沙淤積等問題。儘管從戴村壩到南旺直線距離只有38公里,但是考慮到地勢高差較大,因此在開挖小汶河的時候,並沒有取最短距離的直線設計。而是沿著小汶河的蜿蜒曲折的古河道連接到南旺處的大運河。因此整個小汶河河道全長達到了70公里。幾乎擴大了一倍的路程。但是設計卻更為科學合理。到了明朝後期,當地官員又在小汶河工程的基礎上配套了防洪排洪工程,其中包括河道兩岸的防洪大堤和洩水斗門等。

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斗門

建南旺分水口

號稱京杭大運河“水脊”的南旺,是全線的至高點所在。由戴村壩攔截的汶河水,經小汶河流到南旺進入大運河,為調節從汶水河補充進來的水分配到南北兩個方向的流量,因此宋禮和白英便在此出建造了一個科學而合理的分水口,這便是南旺分水口。主要包括在小汶河與運河交匯處的丁字口的對岸,築砌一道近三百米的石護坡,以消減小汶河來水急流的衝擊;然後又在河底修建了一座類似於魚脊狀的石撥即“魚嘴”,以石撥將汶水分流到大運河南北兩個方向。通過改變石撥的形狀、方向和位置即可調整南北分流比例。民間便形成了“七分朝天子,三分下江南”的說法,這便是當時南旺分水口分流的比例。但是根據後來的科學測算,實際分流比例約為“六四分”。

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被稱為“魚嘴”的分水口

設置水櫃

設置水櫃,則是宋禮、白英的一個巧妙設計。《明史·河渠志》有著這樣的記載:“宋禮、白英議設水櫃”“又於汶上、東平、濟寧、沛縣並湖地設水櫃、陡門。在漕河西者日水櫃,東者日陡門,櫃以蓄泉,門以洩漲”。工部尚書宋禮在重新疏浚會通河時,利用天然的安山窪設計了第一個水櫃,隨後又對南旺湖、蜀山湖、馬踏湖這座天然湖泊進行改造,設置圍堰,使其成為三個水櫃。而且還把濟寧境內的一片低窪地帶開闢設計為水櫃,取名為馬場湖。在宋禮的努力下,濟寧以北的地區就有了馬場湖、南旺湖、蜀山湖、馬踏湖和安山湖等五個水櫃。成為了調節京杭大運河水量的重要輔助工程。

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南旺湖及斗門、水閘佈置圖

當大運河水量不足變淺時,便會開啟水櫃放水進入運河之中;而到了汛期大運河中水量充沛的時候,便將大運河中的水存蓄一部分在水櫃中。宋禮、白英在補水河道和調節水櫃的關係處理上充分發揮了古代勞動人民的智慧,形成了“引、蓄、分、排”四個環節,並且四個環節根據不同情況可以自由切換,蓄洩得宜、運用有方。

除此以外,水櫃其實還起到了沉澱泥沙的作用。水櫃相對於河道來說,水域寬廣且流速緩慢。當水進入到水櫃之中後,水中攜帶的泥沙會慢慢的沉澱下來。但是儘管水櫃能夠起到沉澱泥沙的作用,但仍有一部分泥沙會流入運河之中,造成南旺段運河河床常常會因為沉澱淤積逐漸變淺,影響航運暢通。後來,人們又在南旺運河的東南方開挖出一條新的河道,先讓汶水流入這條新挖河道中沉澱泥沙,待河水沉澱變清之後,再把水放入運河,這段河道俗稱“寄沙囊”。後來為了能夠更好地保障運河河道穩定,在南旺一帶逐漸形成了“一年一小挑,兩年一大挑

”的清淤疏浚制度。

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古運河和古河道

修建水閘

水閘的作用,就是保持運河水量維持在一個相對穩定的水平。同時可以有效控制水流,調節水量,便於往來貨船航行通過。在南旺以北、以南的運河主幹道上,於明永樂九年(1411年)、隆慶元年(1567年)、萬曆三十二年(1604年)先後修建了38座節制閘。

《明實錄》對此有明確記載“會通河成,河以汶、泗為源…..自濟寧至臨清置閘十五,閘置官,立水則,以時啟閉,舟行便之”。在貨船行駛至此時,通過先後開啟和關閉各座水閘,逐段調整水勢,控制水量,是往來船隻可以順利通過南旺水脊。(這種工作原理在現代水利工程依然被廣泛使用,三峽水利樞紐工程就建有五級船閘,保障貨船順利通過三峽大壩)。另外在南旺分水口南北兩側各相距2.5公里處的地方,分別建設了柳林閘(南側)和十里閘(北側),這兩座水閘被合稱為“分水龍王廟二閘”。

《明史·宋禮列傳》則記載:“分水龍王廟二閘尤為重要,最易斟酌。若淺於南,則當閉北閘,使分北之水亦歸於南;淺於北,則閉南閘,使分南之水亦歸於北”。也就是說:當運河北部的水量不足時,通過開啟十里閘,關閉南邊的柳林閘,開啟水櫃和補水河道的斗門,水便可以補充北段運河的水量;反之亦然。

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運河古閘遺址

南旺水利樞紐工程的歷史功績和評價

在“功莫大於治河,政莫重於漕運”的明清時期,工部尚書宋禮和民間水利專家白英主持修建的南旺分水樞紐工程,使得京杭大運河成為明清兩代暢通南北的水路交通大動脈。後世為了紀念他們興建南旺分水樞紐工程的豐功偉績,明正德年間在南旺地區建造了宋公祠、白公祠、分水龍王廟,逐漸發展為一片氣勢宏偉的古代建築群。對南旺分水工程的偉大創舉,《救封永濟神開河治泉實跡》中讚道:“此等膽識,後人斷斷不敢,實亦不能得水平如斯之準”,真是“創無前而建非常也”。

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龍王廟建築群

清朝康熙皇帝便曾經說過:“朕屢次南巡,經過汶上分水口觀遏汶分流處,深服白英相度開復之妙”。而一生愛好詩文喜歡南巡的清乾隆帝,六次南巡都在南旺駐蹕並留下詩篇,對南旺水利樞紐工程推崇有加。其中第三次南巡的題詩讚曰:

流釃汶河各南北,千秋通運籍神權。

水分固在謀楊巧,地脊仍因勢自然。

但使萬民資利賴,允宜一己致誠虔。

近年流弱剛浮漕,補救綢繆意更懸。

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乾隆皇帝下江南

2014年6月22日,在多哈舉行的第38屆世界遺產大會上,中國大運河項目成功入選世界文化遺產名錄。南旺分水樞紐工程也作為運河河道遺產一同被世界所熟知。京杭大運河及南旺分水樞紐的修建,體現的中國古代勞動人民的聰明才智和鍥而不捨的匠人精神,這些寶貴的精神財富也隨著京杭大運河的流淌歷久彌新,鐫刻在每一個華夏兒女的精神之中。


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