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水壩、都江堰與生態

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今日都江堰全貌。(新紀元)

水壩破壞了生態環境,改變水的流速,並帶來泥沙沉積。相較之下,中國古代都江堰別具一格。都江堰把水患變害為利,兩千多年來涓涓哺育天府之國,是全世界生命史最長的一項工程。

俗話說,「一方水土養一方人」,世界上的主要文明的起源都是在河流的附近,可見河流對於人類生存繁衍是多麼的重要。世界上的眾多大小河流不僅給人們提供了生活的保障,也維持著生態平衡。 

然而,這種狀況已經遭到破壞。對此,《科學》雜誌曾於二零零五年四月刊登文章指出,各項水利工程正將眾多的江河流域搞得支離破碎。 

水壩,禍矣?福矣? 

修建水壩的主要目的是用來防止洪水氾濫、生產水力發電,或是儲水作飲食或灌溉之用。 

然而在一項由美國和瑞典科學家合作完成的課題中,研究人員發現在被考察的二百九十二條河流中,有一百七十二條已受水壩影響。如果包括灌溉用水的話,這個數字會更大。世界上最大的二十一條河流上都有水壩,而且地理、生物環境最多樣化的八條河流上也都有水壩。 

報導中說,世界上超過十五米高的水壩不下四萬五千個,超過一百五十米高的也有三百多個。其中,中國的長江三峽大壩是最大的,有一百八十一米高,儲水量預計為三十九立方公里。 

修建水壩的代價是巨大的。據報導,截至到二零零四年底為止,中國已經有超過九十八萬人,從長江沿岸的三峽大壩工地範圍,遷往他處。到二零零九年大壩完工前,總計將有一百二十萬人從他們原先居住的地方遷移。三峽工程耗資巨大,可是它能否收到預期的治水防洪效果,還是個未知數。 

報導中說,為數眾多的大型水壩,破壞了生態環境,改變水的流速,並帶來泥沙的沉積。 

瑞典Umea大學的研究人員表示,「人們通過截留和導水分流來改變河流,從而滿足對水的需求以及能源和交通。然而,這些措施已經大大改變了許多河流。這些掠奪性的做法是人們對大自然最嚴重的故意破壞之一。」 

都江堰:古代水利工程的傑作 

和現代的一座座大壩相比,中國古代的都江堰則別具一格。

四川有一句諺語叫:「先有都江堰,後有天府之國」。川西平原因為有了都江堰,把水患變害為利,才成了肥沃富饒著名的天府之國。都江堰水利工程的巨大功用自不待說。最為神奇的是,綿綿兩千多年,它一直涓涓滋潤川西平原,迄今依然不倦地哺育天府之國。在全世界還沒有另外一個工程有如此之長的生命史。 

都江堰沒有修一道壩橫截洪水,而只是用竹籠裝卵石堆築而成的順流而行的低堤。低堤只是引導了河流水流。 

成都平原本是一塊盆地,它的西北是綿延的岷山山系。發源於成都平原北部岷山的岷江,沿江兩岸山高谷深,水流湍急;到灌縣附近,進入一馬平川,水勢浩大,往往衝決堤岸,氾濫成災;從上游挾帶來的大量泥沙也容易淤積在這裏,抬高河床,加劇水患,現在的天府之國就會成一片澤國;特別是在灌縣城西南面,有一座玉壘山,阻礙江水東流,每年夏秋洪水季節,常造成東旱西澇。都江堰從根本上把水患變害為利。 

所謂大道至簡至易。從表面總體看,都江堰的結構極為簡單。它由三部份組成:魚嘴、寶瓶口和飛沙堰。 

都江堰包括岷江中間的一條淺堤,把岷江一分為二成內江和外江。這條堤並不是去擋住洪水,而是在河當中,把洪水一分為二。由於堤像一條頭朝前的魚,人們把它的最前沿部份稱為「魚嘴」。魚嘴自動按四六分成,洪水季節外江六成,內江四成,而在枯水季節內江六成外江四成。 

分入內江的水,流下去約一千米,就到了「寶瓶口」。這個「寶瓶口」是人工從玉壘山鑿開的一個二十米寬的口子。由於像瓶口,就叫它「寶瓶口」。一進這口,水就被引向東,順從的灌溉川西平原去了。 

分水堰兩側壘砌大卵石護堤,靠內江一側的叫內金剛堤,外江一側叫外金剛堤,也稱「金堤」。分水堰建成以後,內江灌溉的成都平原就很少有水旱災了。以後,為了進一步控制流入寶瓶口的水量,在魚嘴分水堤的尾部,又修建了分洪用的平水槽和飛沙堰溢洪道。當內江水位過高的時候,洪水就經由平水槽漫過飛沙堰流入外江,以保障內江灌區免遭水淹。同時,由於漫過飛沙堰流入外江的水流的漩渦作用,有效的保證泥沙不在寶瓶口前後沉積。 

整個都江堰的建築,只用河邊漫山遍野的竹子編成長長的竹籠,把河裏大大小小的鵝卵石往竹籠裏一裝。河道挖起來的土在寶瓶口一側壘成「離堆」,夏天它把洶湧而來的洪水擋一下,提高水位,使更多的水從飛沙堰流走,調節了流入寶瓶口的水量。都江堰只是把自然界已有的加以疏導和重新調整。它不是一個獨立於自然的一個新建工程建築,而是成為自然的協調而不可分的一部份。 


都江堰之飛沙堰風光。(大紀元)

借自然之力以用其妙,化害為利,與自然和諧共處。

都江堰的啟示 

中國古代「天人合一」的思想在整個都江堰的工程中體現得最為充份。借自然之力以用其妙,化害為利,與自然和諧共處,這一直是中國古人所具有的能力。 

「天人合一」並不只是一個哲學概念,而是人與自然之間客觀存在的相互制約,並且是主動的制約關係。而當代的工程人員,雖然不乏對「天人合一」思想的追求者和欣賞者,但過度依賴於數值分析和計算,也不會把自然當作一個生命一樣對待,對自然的感悟能力不斷減弱。這種思維方式的不同,使得當今再傑出的水利專家都很難想像出類似都江堰這樣的巧借天力的水利工程設計。 

反觀兩千多年前的都江堰設計者李冰,他並不知曉現代物理學的諸多名詞,也沒有流體力學的概念,盡憑藉對自然的生命特點的觀察和感悟,才設計出了這樣一個天人合一的都江堰。 

精確數據何處來? 

都江堰總體結構非常簡單純樸,它的一切都藉助於自然而又完全融於自然。然而,都江堰的具體結構參數雖然簡單,但非同尋常。 

剛才提到,都江堰魚嘴所分的水量有嚴格的比例。春天,岷江水流量小;灌區正值春耕,需要灌溉,這時岷江主流直入內江,水量約佔六成,外江約佔四成,以保證灌溉用水;洪水季節,二者比例又自動顛倒過來,內江四成,外江六成,使灌區不受水潦災害。在壁上刻的治水《三字經》中說的「分四六,平潦旱」,就是指魚嘴這一天然調節分流比例的功能。 

寶瓶口是節制內江水量的口門。為了控制內江流量,李冰父子作石人立在江中,作為觀測水位的標尺,古時叫水則,要求水位「竭不至足,盛不沒肩」。《宋史》就有「則盈一尺,至十而止;水及六則、流始足用。」《元史》有「以尺畫之、比十有一。水及其九,其民喜,過則憂,沒有則困」的記載。石人就相當於今天的水文站了。 

李冰還作石犀,埋在內江中,作為歲修時候淘挖泥沙的深度標準。歲修的原則是「深淘灘,低作堰」。「深淘灘」是說淘挖淤積在內江江底的泥沙要深些,要淘到石犀到為止,否則內江水量過小,不敷灌溉用;「低作堰」是說飛沙堰堰頂不可修築太高,以免洪水季節洩洪不暢,危害成都平原。 

李冰如何獲得這些恰當的數據呢?按照當前的方法,首先需要收集大量的氣象水文歷史資料,然後進行分類,如十年一遇和百年一遇的大旱大澇,再利用歷史模型或數字模型進行分析,從而確定參數。顯然兩千兩百年前的李冰不可能有這些,可惜歷史沒有為我們這些後人留下當年李冰是如何思考的,留給我們也只有猜測。 

河流重建:

亡羊補牢,猶未晚也 


面對各項水利工程帶來的危害,一些西方科學家正在開始一些河流重建計畫,以便恢復河流附近的生態系統。這意味著科學家們已經意識到與自然界和諧相處的重要性。 

美國杜克大學的生物學家伯恩哈特(Emily Bernhardt)和其他二十四名科學家對此進行了研究,並將成果發表在二零零五年四月二十九日的《科學》雜誌上。 

當談到現行水利工程的危害及河流重建的必要性時,Emily Bernhardt說,「小溪邊的樹林和濕地在淨化各式污染物上都很有效。」「當我們改造河流時,我們就是在破壞它們:將其從有效的生態系統變成閘門,並使河流下游易受污染。」 

另據美聯社二零零四年二月二十三日報導,科學家們正在試圖恢復美國肯塔基州的兩條河流,以便觀察能否由此來彌補採礦和其他人類活動對大自然的破壞。報導中說,這兩條小河一條叫作威爾森(Wilson),位於布利特(Bullitt)郡,長約一千二百米。另一條叫奧比昂(Obion)。這項工程的部份資金來自於聯邦政府。 

肯塔基州水利部門的一名負責人瓊斯(Margi Jones)指出,這項工程的獨到之處在於科學家們想模擬河流的自然狀況。這意味著要找到早期的河道,然後把河流恢復到先前的狀態。

不僅如此,還要河邊種植先前所生長著的草、灌木叢、樹木等等。瓊斯又介紹說,一條完善的河流系統是在不斷變化的。如果能了解天然河流的狀況將能很大程度地改進我們對河流的保護、管理及恢復工作。 

與這兩條河流恢復巧合的是,路易斯維爾大學(University of Louisville)成立了一所跨學科的河流恢復研究所。該研究所的宗旨是探索如何才能把人為破壞的河流恢復。導致人為破壞的原因包括高速公路建設、伐木、採礦、農業與城市建設等等。 

水壩對於環境的影響倍受關注。圖為美國華盛頓州的一座水壩。(法新社)


帕羅拉(Art Parola)是路易斯維爾大學城市與環境工程教授。他將擔任這個新成立研究所的主任。他表示,這方面的研究是很有必要的。「我們發現肯塔基州的每一個河谷區域都對河流有了一些改造。」帕羅拉和其他的有關專家表示,這種改造也許對農場或採礦帶來了一些便利,但同時造成了對地表的破壞。這體現在河流下游區域的水災,以及魚類和其他水生生物惡化了的生存條件。 

相比之下,天然河流一般彎彎曲曲地穿過河谷區域。這些曲折及途中的水塘減緩了水流速度。一方面能夠把沉積物分散,同時又能用養份滋潤沿途的土壤。水底的石子處也成了魚類產卵的理想場所。 

一百多年前,威爾森河流曲折穿過約二十英畝的一片樹林。然而到了後來,這些樹木被砍伐,河流也被推到了旁邊,以便有更多的地方種農作物。該河流很快就變成了一條廢物排泄的渠道,不僅給水生作物帶來了不便,也沒能再用養份滋潤附近的土壤。 

大約在五年前,樹林的管理人員開始探索能否把該河流恢復到天然狀態。該想法收到了美國環境保護署的大力支持。 

目前,越來越多的人意識到,如果無節制的改造河流等自然環境,雖然可能會在眼前得利,卻為將來留下了深深的隱患。科學繞了個大圈子,最終還是回到了中國古老的哲學價值觀上來了。◇

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