古今船闸:让运河奔流不息,助船只“翻山越岭”丨川流中国·开天河
2023-08-23 20:09:22 封面新闻

封面新闻记者 荀超 谭羽清 实习生 王仕豪

中国大运河,全长约3200公里,流经8个省市,跨越地球10余个纬度。从古至今,华夏南北地区的文化、技术、经济、政治乘着船只,靠着这条水流铺就的“高速公路”得到了快速的交流沟通。


(资料图片仅供参考)

但有着这样惊人跨度的人工运河想要顺利贯通并为航运服务,必然需要巧妙地突破自然设下的重重挑战。其中,让“水流公路”不被高下错落的地势截断,让船只实现跨越上下悬河、“翻山越岭”的船闸和水坝是运河上最值得称道的杰作之一,展现了人类在水利工程技术领域的智慧。

位于嘉兴市海宁县长安镇的长安闸是大运河上唯一以实物形态留存的“复闸”之一,也是古船闸技术史上一颗闪耀明星,而距离它20公里外,位于“新运河”上的千吨级船闸八堡闸则是浙江段运河上极具代表性的现代船闸,象征着古运河在科技辅助下,迸发出新活力,继续承载“沟通”南北的使命。

长安闸上闸遗址(摄影 荀超)

船闸水坝:帮助船只“翻山越岭”的伟大设计

“如果说能代表大运河,特别是代表浙江境内的江南运河的标志,我个人认为,除了拱宸桥,就是长安闸。”5月16日,进入初夏的杭州,晴雨相间,曾在长安镇扎根半年多的浙江省文物考古研究所研究员郑嘉励,向封面新闻记者推荐了大运河上的这座重要古代水利枢纽工程。

作为生活在运河边的新杭州人,郑嘉励少年时就已在冥冥之中与长安闸“结缘”。小学时,他喜欢盯着墙上的地图发呆。有一次,他突然注意到,连接杭州和北京的,有一条黑黑的粗线,线的一侧布满锯齿,看着好像一把倒垂的梯子。这把让郑嘉励印象深刻的“梯子”,就是天下闻名的京杭大运河。

长安闸的中闸遗址(由东向西) (郑嘉励供图)

长安闸位置示意图 (郑嘉励供图)

2012年,为了配合中国大运河“申报世界文化遗产”的工作,郑嘉励来到浙江海宁市的运河古镇长安,主持长安闸、长安坝遗址的考古调查与发掘。亲来现场,郑嘉励发现自己儿时的“痴想”并不算错,这里的大运河确实像把“梯子”——河床高下悬殊,常年落差在两米左右,河上闸坝林立,犹如一道道拦截河道的关卡。

但是运河上的货船如何能“爬梯子”呢?一个新的疑惑在郑嘉励脑海中形成,“以前,我住在小区里看运河,河上的船,每天川流不息,感觉它们如履平地。那时候,我想象中认为,古代的船也如现在这般。但到了长安,发现运河是由多段上、下河构成的,下河的船如何进入上河?上河的船只怎样进入下河,这需要怎样的工程技术和工程智慧。”

在对长安闸、坝遗址进行全面调查、挖掘后,他和考古团队揭示了这段古运河上的独特秘密和历史:“宋代的长安镇上,既有以闸门次第启闭、实现通航的长安闸,又有以人力拖船、翻越斜坡堰坝的长安坝,这两种方式均能实现船只在上下河道间的往来。长安闸,元代以后逐渐废弃,而长安坝则沿用到 20世纪70年代。这两种不同的拦截河道并实现通航的技术模式,在一地并存。就我所知,在浙江境内的浙东运河、江南运河上并不多见。”

遥想宋代,大批船只在长安镇等候过闸、翻坝的景象该何等壮观?南宋诗人范成大的《长安闸》:“斗门贮净练,悬板淙惊雷,黄沙古岸转,白屋飞檐开。是间袤丈许,舳舻蔽川来。千车拥孤隧,万马盘一坯。篙尾乱若雨,樯竿束如堆。摧摧势排轧,汹汹声喧豗。逼仄复逼仄,谁肯少徘徊!传呼津吏至,弊盖凌高埃。嗫嚅议讥征,叫怒不可裁……。”就详细生动地描绘了当时船只经过长安闸的情景,船闸截断狭窄的河道,来往船只聚集在此,等待放闸通行,大家各不相让。闸官(税吏)出面喝阻,维持秩序,船家只好逆来顺受。当时的范成大只是进京赴考的青年举子,此番情景想必给刚踏入社会的年轻人上了生动的一课。长安是江南运河的交通枢纽,是宋代进出杭州的必经一站。除了范成大,杨万里也曾作诗《入长安闸》《宿长安闸》咏之。

长安闸遗产展示馆内容展示(摄影 荀超)

长安闸遗产展示馆展示文物(摄影 荀超)

长安闸遗产展示馆展示下闸考古照片(摄影 荀超)

长安闸:“一坝三闸两澳”技术领先世界

“自下闸九十余步至中闸,又八十余步至上闸。”上河以杭州西湖为水源,下河以东苕溪为水源,作为连接不同水系的重要枢纽,长安闸分别由上闸、中闸、下闸三座复闸组成,是江南古运河上规模最大的运河设施之一。其“一坝三闸两澳”的复式结构,更是代表了当时水利航运设施建设的世界先进水平。

“上下悬河之间的通航,是古代航运的关键技术。两宋时期江南运河长安道上,大小船只鱼贯而来鱼贯而往。而且,这个地方‘闸’跟‘坝’同时并存,且位于两条水道上。一个用来解决上河到下河的航运,一个用来解决下河到上河的航运,这就是构成一个完整的体系。南来北往的船只,分别采用‘过闸’和‘翻坝’两种完全不同的航运技术通航。”

郑嘉励时常闭上眼睛想象当时的场景:“从杭州去嘉兴的航程中,船只从上河往下河穿过长安闸,采取闸门次第启闭的过闸形式,逐级下降;从嘉兴到杭州,从下往上,则在长安翻坝,靠畜力,也就是靠牛,或者人力转动辘轳,牵引船只翻越坝顶。这是怎样引人入胜的情景,又是怎样匠心独运的创造。而这一伟大的古代发明创造,在江南运河的长安古镇,以实物形式存留至今!”

民国时期,江南运河上的翻坝情景 (郑嘉励供图)

宋神宗熙宁年间(1068-1077),日本僧人成寻来中国巡礼天台山和五台山,从北方返回杭州,曾途经长安镇,在他的《参天台五台山记》中,有对船过长安堰(即长安坝)的描述:“未时,左右辘轳,牛合十四头,曳越长安堰了。”即通过左右各7头牛,转动辘轳,牵引船只,翻越长安堰。

前一年,他从杭州出发前往北方,是通过复闸的。关于长安闸的运行过程,成寻也做了具体描述:“申时,开水门二处,出船。船出了,关木曳塞了,又开第三水门,关木出船。次河面本下五尺许,开门之后,上河落,水面平,即出船也。” 即通过上中下三道闸门的次第启闭,调节闸室水位,形成“平水”,来实现上、下河的通航。闸、坝的两种不同航运形式在长安一地并存,也是江南运河的唯一实例。

但是,长安闸的每次开启,都会使上塘河的水流失不少。上塘河源自西湖,水源并不充足,而上塘河作为运河干道,必须保持一定水位高度,才能利于行舟。所以在成寻过长安闸差不多30年后,北宋崇宁二年(1103),长安三闸旁边的民田开出了“两澳”,也就是大蓄水池。其中“上澳”98亩(约合现在的63365平方米),下澳132亩(约合现在的86043平方米)。开闸时上河的水可以蓄于“两澳”,减少流失,而干旱少水时,也可用两澳的蓄水,开闸行船。

上塘河及长安中街(郑嘉励供图)

八堡船闸:新运河上的智慧水利工程

在杭州城区,古老京杭大运河汇入钱塘江的交界处,有一座建于上个世纪八十年代的三堡船闸,它的投用结束了京杭大运河与钱塘江因为水位差“江河相望、咫尺不通”的历史,将钱塘江、京杭运河衔接起来,揭开了浙江省内河航道建设史上崭新的一页。

三堡船闸(摄影 谭羽清)

2016年,为了推进京杭大运河杭州段的航运能力提升至1000吨级,杭州交投集团负责的“运河二通道项目”正式开始建设。这条升级版的新运河未来将替代杭州核心城区段的古老京杭运河,成为搭载货船的主力军。而在新建的运河二通道汇入钱塘江处,亦需要一道船闸担负与三堡船闸同样的使命,八堡船闸就应运而生了。

2023年7月,被誉为“钱塘第一闸”的八堡船闸宣布建成通航,它是浙江省迄今规模最大的内河航运枢纽,闸室有效长度300米、宽23米、水深4.2米。与“前辈”三堡船闸相比,八堡船闸对通行船只的吨位限制不仅提升至千吨级,其年单向通过能力更是提升5倍以上,可达4200万吨。

八堡船闸(摄影 谭羽清)

同时,八堡船闸也是一座现代化、数字化的“智慧船闸”,称得上是运河二通道工程上的点睛之笔。

在建设过程中,八堡船闸创新运用了建筑信息模型(BIM)技术对工程进度、质量等进行全面管理,确保这座位于强涌潮区的千吨级船闸能顺利建成。

八堡船闸航拍图(杭州交投供图)

资料显示,BIM技术即是在3D实体建筑信息模型基础上,打造“一套模型,一个平台,数据共享,统筹管理”的项目管理系统,平台内容包括进度管理、质量管理、安全管理等,可以有效解决船闸工程建设管理过程中存在的众多难题。

而在八堡船闸建成后,BIM技术还将继续助力八堡船闸的管理维护,实现船闸可视化、精细化、信息集成化的管养,提升船舶的通航安全和效率。

在中交第二航务工程勘察设计院发布的“八堡船闸智慧管养平台”展示图上可看到,该平台用3D模型直观地展示了八堡船闸全貌,并配有诸多实时数据,从船闸的运行,到发电机组的状态,再到设备是否发生故障等等信息均能从平台上获取。

5月中旬,记者来到运河二通道的桥上远眺八堡船闸,此时河道还未正式通航,但似乎正在调试船舶过闸流程,广播中循环着一系列提示语音。一眼望去,只见闸首的巨大波浪形穹顶在夕阳的映照下如同一片反射着光芒的洁白浪花,与宽敞河道中的碧水、闸室两旁的景观绿道、远远传来的智能提示音共同构成了一幅宁静、壮丽且极具现代感的水利工程图景。

“近自江南极川楚,长安利甲浙东西。”古时,长安道上,闸坝纵横,车船喧嚣,漕运、贸易、宦游……往来于都城者摩肩接踵;今日,河上喧哗不再,长安闸坝遗址犹存,成为江南运河上唯一以实物形态留存的“复闸”,见证了中国大运河旧日的辉煌和曾经达到的科技高度,而以三堡船闸、八堡船闸为例的一代代“新船闸”从长安闸这样的“古船闸”手中接棒,将古人的智慧一再延续,借助日新月异的科学技术,为流淌的大运河不断注入新活力。

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