彎道代閘是通過人工做彎延長流徑、減緩坡降，滿足通航要求的一項水利工程技術1。它通過人工彎道對河渠航道的水面坡降作出調整，以降低水流坡降、減緩水流速度而利于船舶航行，可以不建水閘而實現航道水力特性的調整，民間有“三彎抵一閘”之說。關于彎道代閘技術，最早見諸我國春秋時期的科技文獻《周禮·考工記》:“凡溝逆、地阞(不平貌)謂之不行，水屬不理孫(意順)，謂之不行。梢溝，三十里而廣倍。凡行奠水，磬折以叁伍。”其中講到，修建渠道時，要考慮水流速度、水面比降等問題。為了減低流速，應使水繞彎道而流，水道應該成“磬折”狀，就好像磬(一種古代打擊樂器，用石或玉制成，像曲尺。)彎曲的的兩肢(形成鈍角)，形成151度的彎曲度，其比例為“叁伍”，即3∶5，即直行占30%的距離、彎道占50%的距離2。在船閘系統尚未發明之前，這一技術使得人工運河在高差較大的地區得以正常運轉，在中國古代水運工程的代表作靈渠和大運河上都有典型的實例，體現了中國古人“以河治河”的運河建造思想。

　　對彎道代閘這一技術的應用，目前國內尚未發現系統的研究及專著和論文，2014年，清華大學遺產研究院在《靈渠申報世界文化遺產文件》中提出了靈渠對這一技術的使用，但未系統論述。為了進一步深化對靈渠這一世界古代水利建筑明珠科學價值的認識，普及靈渠文化知識，促進靈渠申報世界文化遺產，本文引經據典，運用水利科學專業知識，對靈渠應用彎道代閘技術具體情況、重要作用進行了分析研究，認為靈渠是世界上最早應用彎道代閘技術的人工運河，彎道代閘技術不僅利于靈渠通航，而且對靈渠的水量調節具有決定性作用。

　　1 靈渠彎道代閘技術應用實例

　　靈渠建于秦始皇三十三年(前214年)，是世界上現存最古老的運河之一。它位于廣西興安縣，由大小天平壩和南北二渠組成。彎道代閘是中國古代運河工程中的杰出創造，這一原理在靈渠的航道設計上得到充分體現。筆者經梳理后發現，靈渠南北二渠的航道上，有多處較為明顯的彎道代閘技術應用實例。

　　1.1 北渠的兩個大“s”彎道

　　靈渠北渠開鑿于湘江北岸平坦的一級階地上，全部為人工渠段，是典型的彎道代閘河段。渠首連接大天平壩和分水塘，渠尾連通湘江。因人字形攔河壩修成后，船只無法過壩，故以新水道連接海洋河與湘江，北渠也稱為“湘江新道”。北渠全長3.25 km，其中北陡口渠底高程為211.8 m，渠尾與湘江匯合口的渠底高程為206.31 m，渠底高差5.14 m，水面落差達6.72 m，渠道平均坡降1.7‰。其進水口至渠尾直線距離僅1.9 km(根據衛星地圖測量)，如果按照直線距離開挖渠道，則平均坡降可達2.7‰。古人通過人工開挖了兩個連續彎曲的“S”型渠段，第一個“S”型渠段是從觀音閣到花橋村，第二個“S”型渠道是從花橋村到洲子上村附近(見圖1)。全線共延長渠線超過1 300 m，成功地降低了渠道比降。

　　1.2 南渠從始安水口到清水河注入靈渠處的航道

　　這段航道是在始安水原有天然河道的基礎上人工疏浚擴挖而成，因此被稱為半人工運河段。此段渠道寬9～15 m不等，全段地勢較為陡峻，坡降很大，因此河道多彎曲。其中，自距分水塘9.4～10 km一段，共長600 m，但其直線距離僅是一半，共有近似180°的反曲線七八處;自距分水塘10.03 km南至10.09 km的60 m渠道是一個大彎道，直線距離只有20 m;這兩段是典型的彎道代閘渠道。

　　1.3 南渠黃龍堤至大陡之間的人工渠道

　　黃龍堤位于南渠自然河段靠近古嚴關處(見圖2)，是一處橫亙在南渠自然河道段的砌石溢流壩;由大條石砌成，頂寬3.5 m，內為直岸，外坡寬約4.7～5.3 m，共長87.6 m，壩兩端連筑石堤岸，下端堤長25.5 m，上端堤長48.8 m。黃龍堤在宋代就存在了，慶歷四年(1044年)，桂林衙前秦晟等人曾經監修靈渠及其黃龍堤，清道光二十六年(1846年)興安知縣李天鈺重修，并題刻“黃龍堤”三字石碑。黃龍堤溢水道原為靈河故道，在未開新渠前，水流直接經黃龍堤溢水道向西而去，但是因為這段河道坡度較大，水淺流急，不利船舶航行。因此，古人筑黃龍堤把靈河故道堵住，攔截河水從新開的渠道翻轉一個大的彎道匯入原渠道，新開渠道長度大致為原始河道的5倍多，大幅減緩了坡降，平穩了水流，航行條件得到顯著改善。

　　2 彎道代閘技術在靈渠中所發揮的作用

　　渠道坡降指渠道上、下游兩個斷面之間渠底沿水流方向下降或上升的高差與該渠段水平長度的比值，也稱渠道比降。彎道代閘技術在靈渠工程中的應用，大大降低了渠道的坡降，其作用除了利于船舶航行之外，還有三個重要的功能，分別是合理分圖2黃龍堤示意水、增加灌溉面積和保護渠道，這是之前人們關注不多的。

　　2.1 利于行舟

　　根據水利水運工程原理，內河船舶的航行阻力主要由水流阻力與坡降阻力構成3。水力坡降，又稱比降，水力學專有名詞，指河流或渠道水面單位距離的落差，常用百分比、千分比或萬分比表示。

　　W為船舶(隊)總排水質量(kg);J為船舶(隊)長度范圍內平均水面坡降;a為考慮船舶上灘時水面比降局部增大的修正系數，一般取a=1.1～1.24。由此可知，坡降越大，對船舶航行的阻力越大。因此，古人在靈渠上使用將渠道延長降低坡降的彎道代閘技術，對于船舶航行具有十分重要的作用。清康熙年間興安知縣陳關調，曾親自參與靈渠的整修和管理，他的《陡河曲》一詩也認識到了靈渠使用彎道代閘這一技術的意義和作用:“水理不宜直，人心不宜曲。人曲無生氣，水直難接續。古者開成手，鑿河誠意篤。源引海洋波，迂回勢滿足。

　　2.2 合理分水

　　長期以來，流傳著這樣一種看似合理實則錯誤的觀點:小天平和大天平的長度“三七開”(3∶7的比例，即小天平3、大天平7)，決定了南北二渠的水量也是“三七開”，即所謂“三七分水”。事實上，根據水力學原理，“對于長距離輸水工程，其過流能力與斷面形狀、面積、襯砌表面粗糙程度和渠道坡降等因素有關”6，因此南北二渠水量，決定于南北二渠的過水能力。只有南渠與北渠的輸水能力在一定比例時，才會出現“三七分水”的情況。其中，由于南渠“地勢高而流緩”，長達33.15 km，平均坡降僅0.9‰;北渠“地勢低而流駛”，直線距離僅1.9 km，如果不延長渠線，坡降將高達2.7‰，水流將會十分疾速。因此，在北渠應用彎道代閘技術，對調節分配南北二渠的水量，就具有十分重要的決定性作用。而且利用北渠的設計來調節水量，工程量相對南渠要小得多，且更容易操作和調整。

　　如果把北渠與湘江故道等長或取直線，則渠道坡度將會更大，不但難以滿足航行要求，還會因為北渠的流速加大而破壞鏵嘴的分水效果，入南渠的流量將會變得十分微小，甚至斷流，靈渠的作用將蕩然無存。如果南北二渠沒有適當的過水斷面與流速，僅靠鏵嘴的位置設置及小、大天平的長度的“三七比”，絕對無法達到”三七分水”的目的。

　　因此，北渠渠道的定線設計具有很高的科學水平，體現了中國古人治水智慧之高超，也是靈渠科學價值的重要體現。

　　2.3 增加灌溉面積

　　早在春秋時期，著名政治家管子就提出了“迂其道而遠之”7的技術，也就是使水迂回流到更遠的地方，使渠道控制盡可能大的灌溉面積。根據現代水力學原理，合理選擇渠道坡降，不僅關系到渠道輸水能力的大小和渠道的穩定性，而且也影響灌溉面積的大小。有了適宜的坡降，水流就會沿著渠道順著地形地勢繞道遠去，并通過支渠、農渠等下一級渠道，把灌溉用水按需要分配到田間。到2017年底止，靈渠灌溉面積達到6.5萬畝，應該與古人使用了彎道代閘技術令渠道蜿蜒曲折有關。

　　2.4 保護渠道

　　春秋時期管子曾經指出:“夫水之性，以高走下則疾，至于漂石;”8意思是水的性質，如從高處往下流就快，以至于把石頭沖走;如果坡降大了，水流速度過快，就會沖壞渠道。根據現代水力學原理，輸水渠道設計應該選擇一個合理的坡降，坡降過大過小均不合適。因此，靈渠能夠延續使用2 200多年而經久不衰，與使用彎道代閘技術降低了坡降、讓水流迂回向緩有較大關系。

　　3 靈渠是最早應用彎道代閘技術的人工運河

　　關于彎道代閘技術，雖然早在我國春秋時期就有人提出了，但這一原理最先僅是使用在灌溉技術上9。“凡行奠水，磬折以叁伍;欲為淵，則句于矩”全句可釋讀為:凡需修筑從水庫中引水的水渠，在平地上的曲折度一般應相當于“磬折”那樣的角度，亦即如同參宿兩側的角度，這樣水流才能暢通，才不會形成回流渦(即鄭玄注:“行停水，溝形當如，磬直行三，折行五，以引水者疾焉。”)如果想讓水渠的水流在轉彎的地方形成一處相對不流動的靜止水區，那就應該把水渠轉彎時的角度修成矩形(90度)，這樣在轉彎的外角處就會形成一處靜水區。形成一處靜水區有什么用處呢?主要是便于從這里引出一條支渠，用于灌溉主干渠附近的農田10。此一技術在運河中的應用，在中國古代早期運河中，無論是春秋時期的陳蔡運河還是邗溝，均未發現相關記載。目前，中國古代水利水運工程當中，除了靈渠以外，應用彎道代閘技術較為著名的水利工程有:已經成功申報世界文化遺產的京杭大運河山東省德州段運河和河北省東光段運河，其中德州段形成了“九曲十八彎”的龍形走勢，河北省境內東光段運河在連鎮鎮南北兩端各有兩處彎道代閘技術使用實例。但是，他們的建造年代，均為13世紀末元朝定都北京后，至元(元世祖忽必烈年號)十八年(公元1281年)到至元三十年(公元1293年)之間，迄今僅700余年。而建于2 200多年前的靈渠，當之無愧的是世界上最早應用彎道代閘技術的杰出范例。

　　歷史上最早在宋代周去非的《嶺外代答》中就記載了靈渠南渠沿著山邊曲線環繞的形態:“遂鑿渠繞山曲，凡行六十里，乃至融江而俱南”11。

　　4 結論

　　總體而言，“彎道代閘”的航道設計能夠很好地配合靈渠周圍的地貌，解決水流的落差和流速等航運問題，并起到增加灌溉面積和保護渠道的作用，“這一理念在世界運河航道設計的實踐中體現了極強的中國水利技術原創性，是中國航道工程的杰出代表12。”因此，靈渠符合世界文化遺產的標準(ⅳ):“可作為一種建筑或建筑群或景觀的杰出范例，展示出人類歷史上一個(或幾個)重要階段。”

　　彎道代閘技術是靈渠最早應用于航道設計上的原創技術，在降低坡降、利于通航、合理分水、增加灌溉面積、保護渠道等方面均有重要作用，在世界水利史上具有獨特的重要地位。

　　參考文獻

　　[1] 興安地方志編纂委員會.靈渠志[M].南寧:廣西人民出版社,2010.

　　[2] 鄭連第.靈渠工程史述略[M].北京:水利電力出版社,1986.

　　《靈渠彎道代閘技術應用略述》來源：《水利發展研究》，作者：劉建新