候風地動儀

侯風地動儀
　　根據史書《五行志》記載，東漢時期﹐中國發生地震的次數是比較多的，從西元92年到西元139年，京城洛陽等地便先後發生過二十次地震，其中六次是破壞性較大的地震，嚴重造成人民生命財產的損失。
　　當時的太使令張衡，目睹地震後的慘狀，痛心不已。由於張衡對天文地理有多年觀察與研究的經驗，因而認為地震是一可以掌握的自然規律。為了掌握各地的震情，救民眾免於災難，也為了破除讖諱（迷信），他認為有必要製作一種儀器來觀測地震。
　　在張衡孜孜不倦地探索研究下，根據易經八卦為原理，以及六年的艱苦努力之下，終於在西元132年，發明了世界上第一臺測定地震方位的科學儀器──地動儀。


候風地動儀在發明之初也曾被質疑，可是之後準確預測了隴西發生的地震，證實了候風地動儀的可行性。張衡在製作設計時，早已深入研究《易經》、《墨子》等書 籍。古人常把人體比擬一個小宇宙，與宇宙有某種對應聯繫關係，而根據天象變化的規律情況甚至可預測未來；然而在現代量子物理學研究上，也有引述微觀粒子為 基礎組成的生物或物質本體，本身也會在不同時間內與系統的相互連接感應；如同巴克斯特對細胞的意識感應作過的實驗，如果採集生物主體的細胞後，並連接測謊 儀以觀測細胞的組織反應情況，甚至可以感測到另外一個生物主體系統中的行為信號。


中國古科技的原理與現代科學有很大的差異。考察所有現代科學家研究地震的方式，都是從地震所發生的物理或化學因子著手，例如現代科學的研究認為需要地震前 所發出電磁現象或地殼震動才能預測地震的發生，所以所有的研究也都朝向這些方向去探究。但是，從候風地動儀的結構與運作方式，可以發現雖然候風地動儀可以 預測未來地震的發生與否，但是對於近距離的人為震動或是風吹而造成的震動卻沒有任何感應能力。所以當科學家們以現代的思維方式模擬候風地動儀時，卻發現完 全無法像古人一樣準確的預測地震的發生與否。也許，只有當我們能夠以「天人合一」的觀點重新研究候風地動儀時，才能有機會像古人一樣做出可以預測地震的高 科技產品。

 地動儀之結構分析 

1.地動儀是用純銅製成的，直徑八尺，蓋子中間隆起，形狀很像酒樽，外面用鶴篆文以及山龜鳥獸等圖案雕飾起來。 

2.儀器裡面有精巧的結構，中間有一根上粗下細的銅柱─這是地動儀的中樞機械，稱為「都柱」。

           3.儀器外面對準東、南、西、北和東南、西南、東北、西北八個方向鑄有八條龍，每條   龍嘴裡都銜著一只銅球，龍嘴下方又各有一隻蛤蟆，張著嘴，正可接住銅球。

          4.在銅柱和八條龍嘴之間各有機械連接，哪個方向發生了地震，當地震波到達時，都       柱就會倒向發生地震的方向，機械對準那個方向的龍嘴打開，龍嘴裡的銅球就落到蛤蟆的嘴裡，並發出「噹啷」聲響。  

 5.當管理人員聽到清脆聲響，只要觀察銅球落下的位置，便知道發生地震的準確方位。

地動儀的小故事

張衡的地動儀製作成功後，曾安裝在京師洛陽，幾次地震都報得相當準確。
公元一百三十八年，有一次儀器中有一個龍頭機件發動，銅球又落下來，但是人們並沒有地震的感覺，於是京師的官僚、學者們議論紛紛，責怪地動儀不靈驗。
過了幾天，甘肅隴西有人來報告，說那一天當地發生了地震。於是，大家交口稱讚地動儀應驗如神，那些責怪張衡的人也表示信服。 

張衡的地動儀管用嗎？

提起中國古代科學家，很多人會想到東漢大學者張衡。而提起張衡，人們馬上會想到他發明的地動儀。那個八只蛤蟆對著八 條龍張嘴的複原模型是一件令人印象深刻的藝術品。張衡的發明如此深入人心，以致近年來每有大地震，總有人指責地震局：“張衡的地動儀都能預報地震，你們這 些地震專家怎麼這麼無能？”當然，張衡的地動儀不能也不是為了預報地震，而是檢測到遠方發生的地震，既不能確定震中，也不能計算震級，比現在的的地震儀差遠 了。 　　地動儀早已失傳，它是否具有檢測地震的作用，也成了一個謎。100多年來，國內外不少專家根據《後漢書.張衡傳》上的簡單描述，力圖複原地動 儀。我們在中學教科書上見到的那個模型圖是其中最流行的一個，是1951年由王振鐸設計的。但是所有這些複原模型沒有一個能夠真正用於檢測地震，不過是藝 術品擺設。 　　2005年，中國地震局的專家宣布他們經過3年的研究，建立了新的地動儀複原模型，並第一次實現了驗震功能，通過了專家鑒定和國家驗收。他們 在媒體上聲稱地動儀新模型對河北唐山、雲南瀘西、越南孟藝發生的三次真實地震進行了檢驗。但是這三次地震分別發生於1976、2000和2001年，而地 動儀新模型在2005年才建成，怎麼可能對它們進行檢驗呢？原來地動儀檢驗的不是真實地震的發生，而是實驗室里對真實地震的模擬，實驗的時候假定這些地震 發生在幾百千米之外。在該地動儀模型建成以後，中國境內每年都多次發生5級以上地震，在該地動儀的檢測範圍（實驗用的“越南孟藝地震”是4.9級），卻沒 有聽說該地動儀模型檢測到哪怕一次。特別是2008年的汶川大地震，北京有震感，也沒聽說在北京展出的該地動儀模型檢測到（否則如此大事在其設計者於 2010年發表的有關地動儀的論文中不會不提）。所以，該地動儀模型的驗震功能實際上並沒有經過真實地震的檢驗。 　　今人具有張衡所沒有的物理學、地震學知識和現代工藝，動用了這麼多的人力、物力、精力，也還無法實現地動儀的驗震功能，不能不讓人懷疑張衡的 地動儀是否管用。《後漢書.張衡傳》認為它是管用的，記載了這麼一個故事：有一次地動儀的機關發動，但是人們並不覺得地在動，京師（洛陽）的學者都怪它亂 報，幾天後信使來了，果然在隴西發生了地震，於是大家都佩服它的巧妙，從那以後皇帝就讓史官記載地動發生的方位。 　　但是這個記載很成問題。按《後漢書.張衡傳》所說，地動儀建成於陽嘉元年（公元132年），張衡卒於永和四年（公元139年）。在此期間， 《後漢書》只記載發生過一次隴西地震，那就是永和三年（公元138年）的地震。一般認為地動儀檢測的就是這次地震。但是《後漢書.五行志》說得很清楚，這 次的隴西地震在京師是有感的，破壞很嚴重，“裂城廓，室屋壞，壓殺人”，京師學者不會對地動儀的機關發動感到奇怪，與《張衡傳》的故事矛盾。可見地動儀檢 測的不可能是這次地震。 　　於是地動儀新模型的設計者提出新說，認為地動儀檢測的是更早一點的另一次隴西地震，是陽嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日）的漢陽 （現在的天水）地震。但是對這次地震《後漢書》並無記載，是設計者根據幾處文獻牽強附會地推理出來的。《後漢書.順帝紀》記載陽嘉三年十一月壬寅司徒劉 崎、司空孔扶被免職，袁宏《後漢紀》更詳細地說是因災異被免職的，清朝學者惠棟《後漢書補注》引《魯國先賢傳》稱司空孔仲淵在陽嘉三年因地震被免職，於是 設計者認為在陽嘉三年十一月壬寅發生了一次正史漏載的地震，導致兩名高官被免職。明確提到地震的《魯國先賢傳》是已失傳的晉人編寫的野史，不足為憑。事實 上，《後漢書.周舉傳》提到司徒劉崎是因為旱災被免職的，而不是真的地震了。 　　即便《魯國先賢傳》記載可信，那麼它也沒有說地震的發生地，又如何證明就是《張衡傳》中說的隴西地震呢？地動儀新模型的設計者從張衡《四愁 詩》里找依據，里面提到：“我所思兮在漢陽，欲往從之隴阪長。”便認為是在思念漢陽發生的地震。這就更莫名其妙了。《四愁詩》是一首寫相思的詩，有政治寓 意，但沒有任何能夠與地震扯上關係的描述。除了“我所思兮在漢陽”，還有“我所思兮在泰山”、“我所思兮在桂林”、“我所思兮在雁門”，非要把它說成地震 詩，難道在泰山、桂林、雁門也都發生過地震？其實張衡不過是用泰山、桂林、漢陽、雁門來代表東南西北罷了。 　　從地動儀建成到張衡去世，《後漢書》共記載發生過8次地震，這些地震在京師全都有感，所以都不可能是《張衡傳》說的地震。史書漏載了發生在外 地的地震當然有可能，但是《張衡傳》所說的隴西地震是在京師引起轟動的社會事件，沒有留下佐證就不合常理了。所以更可能的是，那只是為了說明地動儀的神奇 而編造的故事。也沒有任何記載能夠證明在張衡之後其地動儀起過作用。我們不必懷疑張衡曾經建造出一台叫候風地動儀的儀器，但是沒有證據能夠證明，也沒有理 由讓人信服地動儀曾經發揮過驗震的功能，它很可能和今人複原的那些模型一樣，僅僅是個擺設。

 

生物、化學、物理——種茶

       中國是茶樹的原產地之一，也是世界上發現茶樹和應用茶葉最早的國家。早在遠古神農氏時期，先民就對「茶」有了一定的認識。至唐代時，茶葉種植達到了高峰，不僅國內遍地茶花開，而且茶葉從公元5世紀開始陸續輸出到國外。由於長期開展種茶實踐，我國勞動人民還總結出了許多寶貴的茶樹栽培經驗。 

   最初，茶只是作藥用。後來，人們見飲茶有益健康，便 開始大量種植，以及發展出不同

的飲茶方式。

      由於茶葉中含有許多保健成份，因此飲茶對身體十分有益。常聽人說：【飯後一杯茶，快樂似神仙】。茶葉中所含各種保健成份及各有功效。微生素Ｃ可抗壞血病、抗氧化、防癌；維生素Ｅ可抗氧化、防癌、抗不妊；胡蘿蔔素可抗氧化、防癌、增強免疫力；皂素可防癌、抗炎症；氟可預防蛀牙；鋅可防止味覺異常、防止皮膚炎、防止免疫力減低等。

       茶樹的裁培採用無性繁殖，以維護品種的純。春天最適宜採。當採摘下來之茶菁須於日光下攤曬,使茶菁水分適度蒸散，看茶青變軟後就要搬到室內來,讓茶青放著不要動，稱為「靜置」。將茶青放在空氣中即可，茶青會由青變紅色。而茶香氣會由菜變為花香、果香或糖香。之後利用高溫殺死葉細胞，停止發酵，除去鮮葉中的臭菁味，傳統方法有炒同蒸。  
       茶葉自公元5世紀開始輸入亞洲國家，自此便一直成為大宗輸出物品。

茶之葉

茶葉

沏茶

渾儀&渾象

張衡在《渾天儀注》一文中寫道：「渾天如雞子，天體圓如彈丸。地如雞子中黃，孤居於內，天大地小。……天之包地如殼之裹黃」。天就像一個雞蛋，大地像其中的蛋黃，天包著地如同蛋殼包著蛋黃一樣。這是對渾天說的經典論述之一。

渾天說還認為天球北高南低，繞通過南北天極的軸旋轉。垂直於南北極軸把天球平分成南北兩半的大圓就是天赤道。與赤道斜交成大約24度角的大圓是黃道，太陽 在黃道上運行。過日心並與天赤道平行的圓是太陽的周日平行圈，它代表著太陽每日在天空中的運行軌跡。天球繞南北極軸旋轉一周就是一日。夏至日，太陽處在黃 道最北點，太陽的周日平行圈一大半在地上，一小半在地下，表示著太陽在地上的時間多，在地下的時間少，日出在東北方，日落在西北方。冬至日，太陽處在黃道 最南點，周日平行圈有一大半在地下，一小半在地上，太陽在地上的時間少，而在地下的時間多，日出東南方，日落西南
渾天說在中國天文學史上佔有重要的地位，對中國古代天文儀器的設計與製造產生了重大的影響，如渾儀和渾象的結構就和渾天說有著密切的聯繫，對天文學的有關理論問題的解釋也產生了重大影響。

渾天儀又稱渾象，是我國古代研究天文的主要儀器，據說這種儀器起源很早，在堯舜時代就有，但是製作比較完善，在史書上有比較明確的記載的，張衡算是第一位。

張衡的渾天儀是根據渾天說的理論演繹而來，他為了證明渾天說宇宙觀的正確性，而於東漢順帝永建五年（西元117年）設計製造了一座渾象。

正確的說，渾天儀是一個用銅鑄造的空心圓， 面有幾層圓圈，各圓圈可以轉動，轉動的方式以四分為一度，周天一丈四尺六寸一分，上面刻了赤道、黃道、南北極、二十四節氣、二十八星宿等。如果用手撥動，就好像看到天上的星星在運動一樣。
「怎樣可以使渾天儀能自動旋轉呢？」張衡想起小時候看到水排轉動的情景。「可以用水力來推動！可是，怎樣使渾天儀一天轉一圈呢？」張衡想到用漏壺滴出的水來帶動渾天儀，使渾天儀轉動一周剛好是一個晝夜。


§ 渾儀結構
渾儀的主要部分有三重，包括六合儀、三辰儀和四游儀，此外並有窺管和座架。

六合儀：位於最外的一重，由三套聯結在一起的環組成，固定不動。

天元子午圈：為正立的雙環，兩面都刻著周天度數，沒有數字。

地平圈：為平臥的單環，外弧面刻干支八卦表示方向，內面刻分野，環周有水渠，用來定水準。

天常赤道圈：為側立的單環，上面刻著十二時一百刻，每時初中各四大刻一小刻。

三辰儀：位於中間的一重，由四套環組成，可以在六合儀內東西旋轉。

二至圈：為南北向的雙環，二面各從南極起刻半周天一百八十二度多。

二分圈：為南北向的單環，沒有刻度。

游旋赤道圈：為東西向的單環，去極各九十一度多，上面刻著二十八宿。

黃道圈：為雙環，與赤道圈相交為二十四度，內面斜刻著二十八宿。

四游儀：位於最內的一重，由一套環和天軸組成，可以在三辰儀裏東西旋轉。

四游圈：為南北向的雙環，環面從北極開始刻著半周天一百八十二度多。

天 軸：為南北向的雙條。

窺 管：為方形，貫於天軸中心，中有圓孔，管長與環齊，可以在四游圈雙環裏及天軸雙條中間移動。


原理基礎
渾天儀是利用齒輪與設計巧妙的水力〝滴漏〞，帶動渾象繞軸旋轉，使渾象的轉動與地球的周日運動相等，渾象每轉一圈，也就等同於天體自轉一圈。

〝渾天儀果真能觀測天象？〞當時的人們頗為懷疑。

張衡為了證明他的渾天儀真的能觀測天象，便進行了測試。當他在室內依據渾天儀顯示說出星星的位置時，竟與在戶外觀天象的人所看到的星象相吻合，人們始相信渾天儀真的能夠準確的測量天象。我們可以說，張衡的渾天儀是根據以往的製作研究改進而成，是成熟度相當高的作品。

整座水運儀像台分為三層，分別為最底層的動力系統，以水力傳動，故稱為「水運」，第二層的渾象是模擬天體運轉的儀器稱為「象」，而位於最上層的為觀測天體運行的渾儀稱為「儀」，以三個主要系統構成天文觀測台，是世界上最早的天文觀測站。

1.底層
擒縱系統：
如同整座儀象台的心臟，藉由各部系統的運作牽引齒輪傳動，使整座儀象台運轉。

運動方式：
位於樞輪上的受水壺在承接水量時，並不能穩定的受水，因此一種名為「天衡」的裝置用 來避免此種情形發生，另外在受水壺下方裝置有兩組槓桿裝置，首先為樞衡與格叉，格叉主要是用來控制受水壺的活動橫條，當受水壺的重量大於另一方平衡重量用 的樞衡時，格叉被往下推使受水壺頃瀉同時壓迫關舌，此時天條牽引天衡打開左天鎖，左天鎖是用來控制樞輪向前轉動的卡筍，這時受水壺內殘餘的水藉由重力牽引 鬆脫的樞輪，樞輪向前傳動，受水壺錯位一格從覆上述動作。

打水系統：
如同整座儀象台的血管，主要由河車、昇水上輪、昇水上壺、昇水下輪、昇水下壺構成。

運動方式：
一開始由昇水下壺裝滿水牽引昇水上、下輪轉動將水從下至上帶動並倒入屬於擒縱系統的天河中，並經由天河將水倒入天池中，天池的主要功能為蓄水，並會定量的 流入位於下方的平水壺，平水壺底下裝置有泄水管及一固定口徑的壺嘴，平水壺的水藉由壺嘴來保持固定的水位及流量，並將水輸入位於樞輪上的受水壺，樞輪為一 直徑2.99公尺的轉輪，平均設置36只受水壺，當其中一只受水壺裝滿水時會造成樞輪兩邊失衡而牽引樞輪傳動，而當傳動時受水壺上的水就會頃倒至下方的退 水壺，而另一個受水壺會重覆上述步驟，如此週而復始不停傳動。

報時系統：
配合傳動裝置，利用人偶的敲擊聲及刻在 木偶身上的時辰報時。

2.中層
「渾象」在水運儀象台發明前即由蘇頌發明，渾象的外觀主要是由星圖構成的球體。中國人相信天是會轉動的，故渾象配合傳動裝置主要用來模擬星空的運轉，而進行天文的觀測方式主要是坐在渾象裏面。

3.上層
「渾儀」蓋利用觀測及座標等技術為主的測量器材統稱為「儀」，渾儀是由東漢張衡整合渾天學說所設計之天文觀測儀器，而被後來的蘇頌等人發揚光大，組合至水運儀象台上方，主要功用為配合中層渾象的觀測以達到最精準的觀測結論。
渾象是渾天家發明用來演示天球運動，說明渾天學說的一種儀器。最早的渾象是西漢耿壽昌製造的，而有明確記載的渾象當屬東漢張衡製造的水運。這架儀器 的主體是一個直徑四尺六寸的大圓球，球上畫有二十八宿、中外星官、赤道、黃道、北極常顯圈、南極常隱圈、二十四節氣點，整個球安裝在南北極軸上，可以繞軸 旋轉。
另外，張衡還根據一種傳說中的植物「蓂莢」， 發明了一種叫做「瑞輪蓂莢」的裝置與渾象相連接，它能在上半月中的每天升起一片葉子，下半月的每天落下一片葉子，這樣就可以隨著月亮的盈虧顯示出一個月中 日期的變化，相當於一個自動日曆。張衡還在渾象上裝了一套齒輪機械傳動裝置，利用漏壺中流出的水，推動整個渾象均勻地與天球做同步運轉。這樣一來，晝夜交 替，星辰出沒就和實際天象相一致了。
張衡的水運渾象是一個劃時代的發明，在當時已經具有了機械天文鐘和自動日曆的雛形，對後世自動天文儀器的製造產生了很大的影響。

渾儀

水運渾象圖

早期的民族，尤其以農立國的民族而言，歲時關係著農作的播種、生長與收割。因此，利用植物的生長與動物的行蹤來判斷季節變化，是早期農業生產必備的知識。但是由於氣候變幻莫測，這種物候授時法並不能保證年年相同，所謂歲差就是此現象，由此，觀象授時便因運而生。
　 　觀象授時即以星象的位置定春夏秋冬。而當人們對天文的規律有了更多的了解後，便能夠掌握回歸年的長度，而進一步預先推斷季節，並產生了曆法。 春秋戰國時代，由於政權更迭頻繁，占星家們大行其道，中國的天空頓時熱鬧了起來，王侯對恆星的觀測愈發熱中與重視，於是乎天文學獨立於曆法之外成為一門顯 學，從西漢到五代，天文學急速發展並趨於完備，以至宋元而達到鼎盛。
　　眾所皆知，天文曆法知識的取得根源於天文觀測，而天文觀測的進行依賴的便是觀測儀器了。天文儀器是人們研究天體運動規律的的得力工具，它的改良與創新大大的影響觀測的準確度與水平。

 

生物、化學、物理——鑿井術和釀酒

  *鑿井術    
        鑿井在我國有著悠久的歷史，現存最早的水井距今約五千七百餘年。商代時，井開始應用於農業生產方面。戰國時，出現了陶井，這標誌著古代鑿井施工技術又有新的創造。關於鑿井術，明代徐光啟的傑出科普著作《農政全書》中提出了許多科學的方法和原則，體現了古代勞動人民無比的勤勞和智慧。

        1954年, 考古工作者在浙江河姆渡原始社會遺址發掘出一口木結構水井，只是目前知道的最原始之水井，距今約五千七百餘年。

    商代時井已廣泛應用，供飲供灌溉。春秋時期已用桔槔提取井水灌溉園圃。戰國時期創建了陶井 , 這標誌著古代鑿井施工技術又有新的創造。西漢以後出現磚井, 並一直沿用至今。

    明徐光啟《農政全書》指出鑿井方法有五 ：第一擇地，第二量深淺，第三避震氣 ，第四察泉脈，第五澄水。 而根據不同材料，水井分為石井、磚井、葦井、竹井和木井等。井以深、大為佳。

水井                                                                                             

*釀酒

 

       中國是酒的故鄉。關於釀酒，民間流傳著兩個不同的傳說，而其真實性皆無法考證。有文字記錄的釀酒時代最早為商朝，這時期釀酒已相當發達，「酒池」的興建便是明證。周朝的釀酒技術已相當完備，並設官員專職管理。在釀酒原料上，除了傳統的穀物釀酒，中國以葡萄釀酒的歷史也非常悠久，漢代就已經非常盛行。

   民間相傳，以杜康造酒或以他為酒神，卻也具有民俗學的意義，不容忽視。

   中國早在商代時，已經普遍用穀物來釀酒了。這一種用穀物釀酒的傳統，是中國酒的特色。先秦時代所釀的酒，用的是“曲孽”，能使穀物糖化和酒精發酵兩個步驟連續而又交叉結合進行。19世紀末，歐洲人稱之為澱粉發酵法，今稱複式發酵法。現在名酒“善釀”、“茅臺”都是用這個方法釀製。而葡萄釀酒在唐代更被看作酒中佳品。

        

中國的重大工程 - 坎兒井

中國的重大工程 - 坎兒井

 坎兒井 - 地下水道

簡介:

坎兒井是一種特殊的鑿井灌田方法。現時主要分布在哈密、木壘、吐魯番盆地，以吐魯番為最多，有一干一百多條。坎兒井和萬里長城、京 杭大運河並稱為中國古代三大傑出工程。它是 新疆人民根據本地自然 條件、水文地質特點創 造出來的一種特殊的地 下水利工程設施。新疆 南部許多地區年均降雨量只有幾十毫米，而年蒸發量卻達三千毫米， 這樣困難的生存條件， 幾十萬的人口，和枝頭 上粒粒飽滿的葡萄，生 存全靠的是坎兒井的水 。 坎兒井是引來遠處高山 冰雪融水和盆地高處的 地下水。其由豎井﹑地 下渠道﹑地面渠道和澇 霸四部份組成。首先在地面由高至底打下井口﹐將地下水匯聚。然後﹐在井底修通暗渠﹐將地下水引到目的地﹐才把水引到地面。這樣保證了地下水不會因炎熱及狂風而被蒸發或污染，並被譽為“地下大運河”。
   

(1:48分開始介紹坎兒井) ，即使當地的地理環境未如理想，但透過坎兒井可養活 幾十萬的人口，正所謂「千口井，萬口井不如，坎兒井」，因此坎兒井為中國子民帶來莫大的益處。林則徐當年途經吐魯番時，見到了坎兒井，並在他的日記中讚曰：“見沿途多土坑，詢其名曰：‘卡井’，能引水橫流者，由南而北，漸引漸高，水從土中穿穴而行，誠不可思議之事！”


  
 
面對蒸發率高的地理環境，不過亦能種上枝頭 上粒粒飽滿的葡萄


坎兒井的起源



坎兒井的起源流傳三種說法：


第一種是中原傳入說。據《史記·河渠書》記載，西漢時有位名叫莊熊羆的人上書漢武帝劉徹，建議開鑿龍首渠，引洛河水灌溉大荔平原。如果渠修成就可以把100多萬畝的鹽鹼地改造成良田。漢武帝採納這個建議，下令徵調1萬 多民工修渠。由於傍山的渠岸經常崩塌，渠水無法通過，莊熊羆便帶人先在山上測出渠道要經過的路線，沿著這條線鑿出一眼眼直井，再把各井從地下挖通，使之成 為一條和山兩面三側的地面渠道相連的地下渠道，渠水就從這地下渠道流過山去，到達大荔平原。這種井下相通引水的輸水技術，後來隨絲綢之路的開通和內地人民 大量遷徙到西域從事屯墾，漸漸傳入新疆。


   -  這是龍首渠(中國第一條地下水道)的遺址


第二種說法認為，古代波斯西元前5百年就已使用坎兒井，與新疆相鄰的阿富汗、巴基斯坦和中亞諸國都使用坎兒井，因此古西域地區的坎兒井技術是沿著絲綢之路從古波斯傳入的。

第三種則認為，吐魯番盆地的坎兒井是當地古代勞動人民的創造，近年來越來越多學者支持這種看法。一個流傳很廣關於坎兒井起源的故事：一 位青年牧人驅趕羊群，在戈壁上跋涉尋找水草。終於在地勢較低凹地方發現一片蔥綠草地，但卻不見任何水源。這位青年牧人知道，沒有水是不會有草的。他決定在 草地上掏挖。挖至二三米深，戈壁礫石中突然噴出一股清澈甘甜泉水。智慧的吐魯番人根據這個經驗，挖井取水，並在井間鑿通暗渠。從此一道道坎兒井就在吐魯番 盆地生根、開花。這個故事說明瞭勞動人民找水的經驗、方法。在外來井渠技術的影響下，勞動人民創造出了有自身地區特點的坎兒井。


坎兒井結構
豎井，主要是為挖暗渠和維修時人出入及出士用的。豎井口長1米，寬0.7米。 

暗渠(豎井底層)是坎兒井的主體，高約1.6米，寬約0.7米。

明渠，就是暗渠出水口至農田之間的水渠。

澇壩(蓄水池位置)，就是暗渠出水口，修建一個蓄水池，積蓄一定水量，然後灌溉農田。

坎兒井的優點

這種特殊的水利工程科學合理，具有很多優點:

一) 是減少強烈的水分蒸發，節約水資源防止蒸發（水在流送過程中不暴露在陽光下）﹔
二) 是深藏地下，避免地表污染，保証水質優良;並使水質含有礦物成份
三) 是沒有陽光暴晒，水溫較低，是最佳的“清涼劑”﹔
四) 是由高向低，自流灌溉，不需外加動力。沒有“坎兒井”，就沒有吐魯番，更沒有葡萄溝。
五) 水源穩定（高山融化之雪水）

坎兒井的減少

近年來隨著生態環境的惡化，吐魯番的“坎兒井”呈衰減之勢。據衛星遙感監測數據表明，該地區迅猛發展的荒漠化土地面積已占總面積的46.87％，非荒漠化面積僅占總面積的8.8％。由于水資源十分短缺，加之不合理的開發利用，造成地下水位不斷下降，使“坎兒井”流量減少，甚至干涸。該地區“坎兒井”曾多達1273條，目前僅存725條左右，減少了43％。 “坎兒井”為何衰減？究其原因，主要是近年來水資源十分缺乏，加之地下水開發利用缺乏全面規划管理，地表水資源調度運用不盡科學合理，如個別水庫、機井、 油井的設置定位未與“坎兒井”的走勢一起進行科學布局。專家們認為，如果不采取有效保護措施，“坎兒井”將逐漸由盛轉衰，几十年后甚至消亡。

當然，也有一種觀點認為：在生產力水平低下的歷史階段，“坎兒井”是一種先進的水利設施﹔但在科學技朮飛速發展的今天，“坎兒井”是一種落後的水利設施，應該任其自然消亡，由機電井等水利設施取而代之。而多數專家則認為，“坎兒井”是我國古代勞動人民留下的不可多得的珍貴歷史文化遺產，不僅具有極高的歷史價值和科學價值，而且至今仍具有不可替代的實用價值。

中國的重大工程 - 都江堰

中國的重大工程 - 都江堰( 防洪,水運,城市供水工程)

都江堰簡介:

都江堰是中國古代建設並使用至今的大型水利工程，位於四川省都江堰市城西，岷江上游340千米處。通常認為都江堰是由戰國時秦國蜀郡太守李冰及其子於約前256年至前251年主持始建的。經過歷代整修，兩千年多來都江堰一直在發揮巨大的作用。
整個都江堰樞紐可分為堰首和灌溉水網兩大系統，其中堰首包括魚嘴（分水工程）、飛沙堰（溢洪排沙工程）、寶瓶口（引水工程）三大主體工程，此外還有內外金剛堤、人字堤及其他附屬建築。都江堰工程以引水灌溉為主，兼有防洪排沙、水運、城市供水等綜合效用。它所灌溉的成都平原是聞名天下的「天府之國」。
1982年，都江堰被中華人民共和國國務院公布為第二批全國重點文物保護單位之一。2000年，都江堰以其為「當今世界年代久遠、惟一留存、以無壩引水為特徵的宏大水利工程」，與青城山共同作為一項世界文化遺產被列入世界遺產名錄。

主體工程

都江堰水利工程

包括：鑿離堆、壅江作堋、和大規模導江穿渠等一系列的建設

分水魚嘴、飛沙堰、寶瓶口

「魚嘴」

是都江堰的分水工程，因其形如魚嘴而得名。它位於江心，把岷江分成內外二江。外江位在西，又稱「金馬河」，是岷江正流，主要用於行洪；內江位在東，是人工引水總乾渠，主要用於灌溉，又稱「灌江」。魚嘴決定了內外江的分流比例，是整個都江堰工程的關鍵。

內江取水口寬150米，外江取水口寬130米，利用地形、地勢使江水在魚嘴處按比例分流。春季水量小時，四成流入外江，六成流入內江以保證春耕用 水；春夏洪水季節時，水位抬高漫過魚嘴，六成水流直奔外江，四成流入內江，使灌區免受水淹。這就是所謂「分四六，平潦旱」。此外，在古代還使用榪槎來人工 改變內外兩江的分流比例。榪槎是一種以數根圓木為骨架，外覆竹席，內灌泥沙的截流物體。當需要時，只要在一側的江面放置若干座榪槎，便能減少該側的水量。 一般在春季來水較少時使用這種方法截流外江，增大內江的水流供給，待春耕結束水位上漲後，再砍去榪槎，使水流恢復正常。1974年以後，在外江口建造了永久性水閘，從而取代了榪槎來實現圍堰和泄洪。

魚嘴近照

目前的魚嘴平面為半月形，由漿砌條石和混凝土築成，長80米，最寬處39.1米，高6.6米。魚嘴堤壩向下游延伸，形成金剛堤，內堤長650米，外 堤長900米。金剛堤再往下， 分別是飛沙堰和人字堤。在魚嘴上游東岸還有百丈堤，全長1950米，將洪水與泥沙逼向外江，並起到護岸的作用。魚嘴、百丈堤、金剛堤，連同飛沙堰與寶瓶口 協調作用，起著泄洪、排沙和調節水量的功能。
歷史上魚嘴的位置一直在變動。最早的魚嘴位於白沙河口下游不遠處；現在的魚嘴位於白沙河口下游2050米，這一位置是1936年大修時確定的。都江堰魚嘴在四川汶川512地震央受損，出現開裂，不過經過修復後影響不大。

寶瓶口

是 都江堰的引水工程，是在玉壘山延伸向岷江的山崖上人工鑿開的缺口，距飛沙堰下口120米，位於古灌縣城牆西門玉壘關下，開鑿於都江堰創建時。寶瓶口上寬下 窄，底寬14.3米，頂寬28.9米，平均寬度20.4米，高18.8米，峽口長36米。口內即內江流入的進水口寬70米，口外出水口寬40-50米，形 如「瓶頸」，寶瓶口也因此得名。
寶瓶口同飛沙堰配 合具有節制水流大小的功用，是控制內江進水量的關鍵。內江水流經過寶瓶口流入，灌溉成都平原的大片農田；在洪水期間，內江水位提升高過飛沙堰，洪水就進入 外江流走，再加上寶瓶口對水流的約束，達到了防洪的作用。內江水流進寶瓶口後，順應西北高、東南低的地勢沿大小各支引水渠不斷分流，形成自流灌溉渠系，灌 溉成都平原上一千餘萬畝農田。

寶瓶口與離堆。圖左水道是寶瓶口，圖中山體是離堆。

寶瓶口左岸山崖上刻有幾十條分劃，每劃間距為一市尺，名為「水則」 ，用以觀測水位漲落，是中國最早的水位標尺。足用的水則數隨著都江堰灌溉面積的擴大而增加。宋朝時水則僅有十劃，水位達到六則時即為足用，再高就會產生澇災（《宋史》：「則盈一尺，至十而止； 水及六則，流始足用」）；元朝時足用數為九則（《元史》：「以尺畫之，比十有一。 水及其九，其民喜， 過則憂，沒有則困」）。清朝時以十六則為大洪水，現在需十四則才能保證春耕用水，崖上石刻水則已經達到二十四劃。
寶瓶口右邊的山丘，因為與山體相離，故名「離堆」。上有祭祀李冰的伏龍觀，又稱老王廟。寶瓶口岩基經過江水兩千多年的急速衝擊，出現了極大的空洞，1965年和1970年曾兩次加固離堆。

 

飛沙堰

飛沙堰起到溢洪排沙的作用，原名「侍郎堰」，唐高宗龍朔年間（661年—663年）築成，是內江的溢洪排沙通道，故名。飛沙堰是金剛堤下段710米處的一個缺口，位於虎頭岩對岸，寬240米，堰頂高過河床2米。飛沙堰將超過灌區需要的江水自行排到外江，使成都平原免受洪澇；又能將水中裹挾的大量砂石利用離心力從 這裡湃到外江，避免淤塞內江、寶瓶口和灌區。飛沙堰遵循「低作堰」的原則，即堤頂低作與對岸標準台頂等高，使超過寶瓶口流量上限的內江水漫過堰頂流入外 江。如果遇到特大洪水，堰體會自行潰堤，讓江水回歸岷江正流。內江水位達到水則十四劃時，流量為385立方米每秒，即夠灌區春耕用水。若飛沙堰堰頂高度與 此水位相齊，則內江水超出十四則時，多餘的江水即可從飛沙堰溢去外江。此外，飛沙堰下游不遠的寶瓶口有很好的控水作用，即便內江的流量高達3000 立方米每秒，寶瓶口的進水量也在700立方米每秒左右。沿金剛堤而下的急流受寶瓶口限流所阻，在口外形成一個洄水沱，即伏龍潭。加上飛沙堰對面突入內江的 虎頭岩對水流、砂石的導引作用，洪水便連同大量泥沙翻過飛沙堰，排往外江。據當代實測，岷江內江流量超過1000立方米每秒時，便有40%的洪水和98% 泥沙從飛沙堰排出。飛沙堰頂高的調節，加上寶瓶口的限流、虎頭岩的導引，即可保證引水區既有足量清水，又無洪澇威脅。

 都江堰源起

都江堰水利工程示意圖

秦昭襄王五十一年（公元前256年），秦國蜀郡太守李冰和他的兒子，吸取前人的治水經驗，率領當地人民，主持修建了著名的都江堰水利工程。都江堰的整體規劃是將岷江水流分成兩條，其中一條水流引入成都平原，這樣既可以分洪減災，又可以引水灌田、變害為利。主體工程包括魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道和寶瓶口進水口。 

太史公司馬遷在《史記‧河渠書》中，記下這位創建都江堰豐功偉績的地方官，但他只寫了「蜀守冰」，沒有寫他姓什麼。這位水利專家的姓是後來班固寫《漢書》 才補上。為了紀念李冰父子，巴蜀人民每年在都江堰放水時，都要舉行隆重祭祀儀式，歲歲不絕。歷代帝王順應民心，對李冰父子的功績亦十分重視，宋、元時封李 冰父子為王，建二王廟，供人民祭拜。

古書上沒有記載李冰生平，是因為秦始皇的焚書坑儒和秦漢時戰爭的毀壞，造成中國檔案文書大量被損壞。但毫無疑問，李冰是一位勤政愛民的地方官兼傑出的科技 專家。他在四川任職期間，不僅創建造福萬世的都江堰，還建了許多益於民生的工程。他的功績可說是「澤被千秋」，其科學價值和巨大的經濟效益，在人類史上留 下不朽的篇章。

功效

都江堰工程的主要作用是引水灌溉和防洪，另外也兼具水運和城市供水的功能。它將岷江水一分為二，引一部分流向玉壘山的東側，讓成都平原的南半壁不再受水患 的困擾，而北半壁又免於乾旱之苦。幾千年來，岷江在這裡變害為利，造福農桑，將成都平原變成「水旱從人，不知饑饉，時無荒年」的「天府之國」，並進而促進了整個四川地區的政治、經濟和文化發展。

  都江堰渠道縱橫，密如蛛網，有主要渠道526條，支渠2200條，全長1170公里，目前灌溉面積已擴大到3500平方公里，並計劃逐步擴展到6000平方公里。都江堰無大壩攔水，無閘門控制，純粹利用天然地形，因勢利導，真正達到了「天開於前」，「工成於後」的天人相契的目標。其設計施工不僅有其科學性，亦有其“道法自然”的哲學意義。都江堰歷二千二百餘年，興久不廢，是有其道理的。成都平原田疇千里，物產豐饒，無天旱雨澇之災；歲無饑饉，年有豐餘，贏得「鐵板糧」美譽。都江堰達灌田之利，故又稱「金灌口」，終使蜀郡億萬人民得足食豐衣，「富甲天下」，號稱「天府」。由此可見，都江堰是能表達中國古代的智慧，古人只是運用地理的環境，便能造出這多功用的水利工程，並使人們日後生活得到改善，足以證明中國人在古時已能運用自然，以天一合人的概念，設計偉大的都江堰。