如虚如实说｜四大发明之外，中国还藏着一个“世界之最”→|世界之最|中国|大运河|灵渠|船闸|黄河

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笔者最近去了一次扬州，参观了中国大运河博物馆，很有感触。我们中国古代有许多改变世界的发明，著名的四大发明有：

• 造纸——它为大规模信息生产提供了基础；

• 印刷——它用标准化复制使得知识得以广泛传播，合作变得容易；

• 火药——它开创了化学工程的先河；

• 指南针——它为航海指明了方向。

运河是中国人的另一伟大发明。它不像四大发明那样易于在全球复制，但是它连接大江南北，维系着中华文明的血脉，使中国成为一个难以分割的大国。

中国的地理西高东低，因此河流大多是从西向东流的，如黄河、淮河、长江、珠江等。中国历代王朝的政治中心多位于北方。而且东南方降水多，西北方降水少（图1）。国家的经济重心自唐代（618年—907年）开始逐渐转移到江南。天然河流不能满足南北运输的需求，因此修建连接不同水系的人工运河事关国运。

图1，我国近代的年降水量分布图

自人类开始农耕以来，就有兴修水利。但简单的引水渠不算是运河。根据考古发现，在公元前4000年左右，美索不达米亚地区（现属伊拉克）可能有过长达数十公里的人工河道。但有明确历史记载的第一条运河则是我们中国的邗（音“hán”，意为水边或小城）沟。

公元前486年，吴王夫差（？—前473年）为北上争霸开凿了这条运河。这条运河南起扬州（古称广陵）的邗城，北达至淮安，连接长江与淮河，全长197公里，其中大部分是天然河道与湖泊。它大大缩短了运输军队和物资时间。后世的大运河就是从这里开始延伸出去的。然而有历史学家认为胥溪更早些。

公元前506年，夫差的父亲吴阖闾（音“hé lǘ”，？—公元前496年）命伍子胥（？—前484年）开凿胥溪，它全长225公里，其中人工开凿的河段约30公里。公元前504年，吴国利用胥溪出奇兵攻打楚国，一举占领了楚国的国都郢（音“yǐng”）都（即今荆州）。也有人认为胥溪是与邗沟同时修建的。此后，当时的许多诸侯国都修建过运河，以利灌溉、航运和军事。

公元前214年，秦始皇（公元前259年—公元前210年）统一中国后，为了征服岭南修建了灵渠。灵渠位于广西桂林的兴安县。它全长36.4公里，连接湘江和漓江，实现了长江水系与珠江水系的贯通。这个运河使用了两个关键技术，一是利用分水坝（“犁嘴”）把一条河的河水一分为二，一部分经南渠流向漓江，一部分经北渠流向湘江。二是使用了多个“陡门”，通过蓄水和泄水，帮助船只克服水位差，翻山越岭。

大运河是在隋朝时修建的。隋炀帝杨广（569年—618年）年轻时曾经任扬州（当时名叫江都）太守。他登基后到处大兴土木，其中最受争议的工程就是大运河。他征调了数百万民工，在邗沟的基础上，用了短短几年就修好了南起杭州，北到洛阳的大运河。不过，他穷奢极欲，建造多只超级豪华的龙舟，几次乘船下江南。一路挥霍。同时，他还多次在各地发动战争，最后导致民不聊生，天下大乱，国家崩溃。他自己也被人杀死在扬州。唐代诗人李商隐（约813年—约858年）有一首诗《隋宫》：

乘兴南游不戒严，

九重谁省谏书函，

春风举国裁宫锦，

半作障泥半作帆。

隋炀帝修建的大运河连接了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系，全长约1700公里，是世界最大的水利工程，对后世影响极大。唐代诗人皮日休（约838年—约883年）有一首诗《汴河怀古二首之二》：

尽道隋亡为此河，

至今千里赖通波，

若无水殿龙舟事，

共禹论功不较多。

说的就是隋炀帝修建大运河的故事。

到了宋代（960年—1279年），江南成为全国最富庶的地区，大量的粮食、丝绸、瓷器和茶叶等商品经由大运河北运。运河沿线形成了一系列繁华城市，如杭州、苏州、扬州、济宁等，是当时世界上最活跃的商业链。

元代（1206年—1271年）定都北京后，为方便向都城运送粮食，重新规划了运河路线。在郭守敬（1231年—1316年）的主持下建成了连接北京与杭州的京杭大运河（图2）。这条运河全长约1800公里，至今还是世界最长的人工运河。

图2，京杭大运河图示，图中的永济渠和通济渠都是隋炀帝时修建的大运河

明代（1368年—1644年）和清代（1644年—1912年）是大运河最繁荣的时代。每年数百万石（音“dàn”，1石约60公斤）粮食和各种各样的货物通过大运河北送至首都北京。这个运输体系带动了造船、仓储、商业、金融、餐饮等众多行业的发展。为了保障运输安全，政府建立了一整套漕运管理体系。沿岸城市商业繁盛，人文荟萃，留下了丰富的文化遗产。

19世纪以后，铁路和现代海运迅速发展。与此同时，黄河改道、河道淤积等问题影响了运河航运能力。到了清朝末年，漕运制度逐渐废止，大运河作为全国运输主干道的地位被铁路取代。然而它仍承担着地方航运、防洪、灌溉和供水等重要功能。

今天，大运河还是重要的内河航道，承担着大量货运任务，为绿色交通和区域经济提供动力。此外，它还是珍贵的文化遗产。2014年，中国大运河被列入世界文化遗产名录，每年接待数以百万计的游客。近年来国家兴建了多条运河，例如江淮运河，及平陆运河等。

运河的关键在于“运”。它涉及的科技很多，包括：

• 船闸技术；

• 分水与引水技术；

• 河道稳定技术；

• 水位调控技术；

• 航道管理技术；

• 桥梁技术；

• 水文观测技术等等。

其中最重要的要数船闸技术。人工开辟的运河与“水往低处流”的自然河流不同，需要经过不同水位的区域，为了使船舶能够高效率地“爬”上高水位，就需要用到船闸。

上面讲到的灵渠的“陡门”是船闸的雏形。灵渠水浅、河道狭窄弯曲、水流湍急，船只难以航行。因此古人们设计了陡门（图3）。根据明代旅行家徐霞客（1587年—1641年）的记载，陡门“以箔阻水，俟水稍厚，则去箔放舟焉。”这里的“箔”是用来关闭陡门的竹门。灵渠流向漓江的南渠落差大，有29个陡门；流向湘江的北渠落差小，有7个陡门。这些陡门调节水流，帮助南来北往的船只安全、平稳地来往长江、珠江水系之间。

图3，灵渠的陡门纪念邮票

到了宋代，人们又发明了复式船闸（图4）。根据《宋史》中记载，淮南转运使乔维岳（926年—1001年）主持建造了一个二斗门复闸。所谓二斗门就是在河道中建前后两个闸门。当船驶入前闸门后，关闭前闸门，然后放水，直到水位与后闸门的水位相同；接着打开后闸门，让船驶出。这个利用水的浮力把船从低水位提升到高水位的方法同样适用于把船从高水位下降到低水位。这一设计大幅提高了通航效率，减少了船只损坏。今天全球的船闸用的都是这种设计。

图4，复式船闸（动画）

讲到现代船闸，中国的三峡船闸名列前茅（图5）。船闸是双线五级连续梯级船闸，每级闸室长280米，宽34米，门槛水深5米（因此吃水超过5米的船只不能通过）。五级的总落差为113米（约40层楼高）。船舶通过整个五级船闸大约需要2.5至3小时。

图5，三峡船闸

此外，三峡还有一个升船机（图6）。它是一个巨大的电梯厢（承船厢）。承船厢长120米，宽18米，水深3.5米（因此吃水超过3.5米的船只不能使用）。船只驶入后，承船厢会关闭，然后通过机械装置将整个承船厢和船一起垂直提升或下降，到达另一端后开门，让船只驶出。升船机最大提升高度是113米。船舶过坝时间约40分钟，比船闸快不少。