【科技文明探源】

◎本报记者 沈 唯

    在中国第一部水利通史《史记·河渠书》中，西汉史学家司马迁详细记述了从大禹治水到汉元封二年（公元前109年）近2000多年的水利历史。在很长一段时间内，大禹治水被认为是中华文明水利史的开端。而2015年，良渚古城外围水利系统的发现和确认，将中国水利史的开端提前到了距今约5000年的良渚文明时期，比大禹治水早了近千年。

    作为良渚古城及水利系统考古项目的领队，浙江省文物考古研究所科技考古室主任、研究员王宁远认为，良渚水利系统与良渚古城密不可分。其对研究良渚古国的出现和发展，乃至中华文明的起源具有重要意义。

    筑坝设计因地制宜

    良渚水利系统位于浙江省杭州市余杭区瓶窑镇境内，是迄今为止中国发现的最早的大型水利系统，也是世界上已发现的最早的拦洪大坝工程。“良渚水利系统从北面和西面环绕良渚古城，是良渚古城外围的有机组成部分，规划和影响范围超过100平方公里，其取水之利、避水之害，在历史上发挥了重要作用。”中国水利博物馆展览陈列处副处长魏晓明介绍。

    2019年，良渚古城遗址获准列入《世界遗产名录》。但那时人们对良渚水利系统的认知，还停留在已经发现的11条古水坝和溢洪道等水利设施上。

    根据形态和位置的不同，11条古水坝分为沿山前分布的塘山长堤、建于山谷谷口的高坝，以及连接平原孤丘的低坝三种。王宁远介绍，这些水坝每一条的建造工艺都有些许差异。比如有的水坝所在位置的地质条件不够好，地表有很多细缝，水容易形成管涌，进而导致水坝崩塌。于是良渚先民在筑坝时，就先在地下顺着水坝的方向挖一条凹槽，再向内填进致密的土。这样就形成了一道防渗墙，管涌的通道就会被堵住，土不会被水流带走，水坝就能更加稳固。还有一些水坝要直接面对山洪，强大的冲击力会把水坝表面的土冲刷掉。良渚先民就在水坝迎着山洪的地方，用石头堆起一个尖锥，加强水坝的抗冲击性。“由此可见，那时人们对建坝各处的地形地质研究已经非常精细，能够做到因地制宜。这也说明良渚时期的筑坝技术和水坝设计理念已十分成熟、先进。”王宁远说。

    在随后的考古工作中，考古人员陆续发现，在良渚古城遗址近百平方公里内，几乎每一个山口都有水坝遗迹，加上此前发现的11条，共计30多处。这些古水坝共同构成了良渚古城的一整套外围水利系统。

    除了新找到的水坝外，考古人员还修正了此前对塘山长堤的部分认知。塘山长堤其实是由很多南北向的独立小水文区组合形成的极为复杂的水管理系统。人们完全没有想到，良渚水利系统竟然如此庞大复杂。

    多重功能集于一身

    不仅规模宏大、结构复杂，良渚水利系统在功能方面也十分完善。谈到水坝的功能，人们一般能直接想到的就是防洪。

    “经过一系列分析，我们发现防洪可能并不是良渚先民修建水利系统最主要的目的。”王宁远进一步解释，良渚文明发源于天目山系，这一地区的降水量呈现季节性变化，即夏季雨水充沛，极易形成山洪；而到了冬季，这里又会迎来干旱。

    良渚水利系统通过高、低两级水坝，可将夏季大量降水蓄留在山谷和低地内，解除洪水威胁。高坝形成的库区水面可上溯3公里，低坝内的洼地呈倒三角形，根据低坝现存的坝高推测，可形成面积达8.5平方公里的蓄水库区。

    夏季蓄水、冬季放水，良渚水利系统既可防洪又能抗旱，有效解决了季节性降水不均的问题。

    此外，良渚水利系统还具备强大的运输功能。由于良渚时期轮式交通及配套道路系统尚未形成，水运是最便捷的运输方式。城中居民日常所需的粮食，以及修建城内宫殿用到的大型木材等，都需要通过水路运到良渚古城。但冬季严重干旱时，河道的水太浅，可能不具备行船条件，导致古城水上交通断绝。

    在自然条件有限的情况下，良渚先民通过筑坝蓄水建起了一张连接多个山谷的水上交通运输网。修建良渚古城中的宫殿需要大量木材，有的木材要从四五百米高的山上运下来，仅靠人力无法做到。王宁远介绍，依靠良渚水利系统形成的水上交通网，人们只要把树木放倒后编成木排，让木排顺着水坝逐级漂下，就能将木材运送到城里。功能强大的水利系统，也为建成良渚古城打下重要基础。

    技术理念传承至今

    构成良渚水利系统的一条条古水坝历经5000年岁月风霜依旧矗立，其蕴含的建造智慧，在今天也并不过时。

    考古人员的发掘结果显示，在良渚水利系统中，大部分高坝和低坝坝体都采用了一种名叫“草裹泥”的施工工艺。这种工艺是用芦苇、茅草等把泥土包裹起来，形成一个个长圆形的泥包，再把一个个泥包横竖交错地堆砌起来。“草裹泥”工艺与现代抗洪时营建堤坝使用草袋装土的加筋工艺在原理上几乎一致，作用都是可以使坝体加快固结，增加抗拉强度，使坝体不易崩塌。

    老虎岭水坝发掘时，还发生了一件很有趣的事。王宁远回忆，考古人员曾在老虎岭水坝找到一处断面。他们一度认为，是早期的老百姓为了修建房屋才挖走了这里的土。直到几年后，王宁远才偶然了解到这个断面形成的真相。

    原来，在良渚水利系统被发现前，当地正要修建一个现代水库，施工队就在周边寻找适合筑坝的土。最后他们发现，只有这里的土在颗粒度、含水率等各方面都符合施工要求，于是就把土挖去修建水库。当时根本没有人知道，这里原来就是一条人工修建的水坝。“这恰恰说明，良渚时期先民的筑坝选材水平，可能已经与现代水利工程人员接近。”王宁远说。

    “古老的水利工程，反映了良渚先民在坝址选择、地基处理、坝料选材、填筑工艺、结构设计等方面的科学性，体现了我国早期城市与水利工程的整体规划能力。”杭州良渚古城遗址世界遗产监测管理中心主任孙海波说。

    目前，人们对良渚水利系统的认识仍处于初期阶段。王宁远说，要想彻底厘清其中各个水利设施是如何配合运作、发挥功能的，还需要进行更加深入的研究。