中国大运河是世界运河史上的突出、独特范例,它展现了农业文明时期人工运河发展的悠久历史阶段和巨大的影响力,代表了工业革命前土木工程的杰出成就。
大运河集中了中国古代最重要的科技成就,被国外专家称为天才的设想。中国大运河符合世界遗产列入标准的第一条就是:代表人类创造精神的杰作。
中国大运河的科技价值首先表现在运河工程的线路规划设计上,无论是隋唐运河,还是元明清运河,大运河工程的设计都集中了当时最强的技术成就。大运河的科技成就还表现在许多首创性的工程,如复闸、澳闸、越岭运河等。这些首创性工程堪称是当时新质生产力的代表。
宋雍熙元年(984年),淮南转运使乔维岳在真扬运河第三堰修建了类似于现代船闸的二斗门,史称西河闸。乔维岳的二斗门,其实就是复闸,两个闸间的距离约五十步,相当于今天的83米,能垂直升降,交替开合,两个闸门之间的水被关起来,形成一个缓冲带,不但提高河运能力,又以大闸身容量克服了船只过往缓慢和被抢劫的缺点。乔维岳发明的复闸是现代水闸的雏形,欧洲直到公元1375年才建成第一个垂直升降的“塘闸”,比乔维岳晚了近四百年。今天大运河上的船闸,甚至长江葛洲坝船闸还是用的1000多年前的复式船闸技术。
位于江南运河段的长安闸建于1068年,由三座闸门和之间形成的两间闸室以及两座水澳组成,是建于宋代的具有代表性的复闸式船闸。长安闸具有完善的工程设施,达到了引潮行运、蓄积潮水、水量循环利用的多重工程目的,具有保障程度较高的输水功能,是世界水利史上现存建筑年代最早的复闸实例。欧洲大约在300年后才出现类似工程。
开凿于元明两代的会通河工程是公元13世纪前地形高差最大的越岭运河。会通河北起临清与南运河、卫河相接,南接黄河运口,是大运河全段的关键河段,它穿越大运河全线地势最高的一段——山东地垒,是地形高差最大的河段,南北端点与全段最高点南旺高差约30米。通过水源工程、节制闸群,成功实现了多条河流的水源调配和水道水深的控制。因会通河的开凿,构成了北京至杭州距离最短的南北走向的大运河。
始建于明代的南旺工程是世界运河工程史上较早的一座大型综合性水源工程,比欧洲早期运河建造史上最有影响力的为法国米迪运河提供水源的黑山引水与分水工程早了约200年,它创造性地通过筑坝、引水、蓄水、分水等一系列互相配合的工程措施,利用地形地势等自然条件,完成对大运河水源流量与流向的定量控制,长期性解决了为大运河全线最高河段的供水问题,保障了大运河在之后300余年的顺利通航,其卓越的地理测量、水利设计、施工等工程技术,将中国运河的水利工程成就推向了历史顶峰。
弯道代闸也称“三湾顶一闸”。利用迂回河道解决运河水位差,是先人的一个智慧杰作,像扬州古运河的三湾段、河北沧州至山东德州至临清的弯曲河段等均是独具匠心的作品。扬州运河三湾北起扬州市区东北郊的湾头镇,曲折向西南流到长江边的瓜洲渡口。直线距离只有23公里,但通过拐成大“S”形的弯道后,使河道延长到30公里。古人为什么舍近求远?原来,南宋年间由于黄河改道夺淮入海,把泥沙大量推向淮扬运河扬州段,改变了现在古运河扬州城区段原先南高北低的地势,变成了北高南低,而且在10公里内落差竟达15米。如果挖成直道,就得筑堰修闸,否则难以保证水面平稳。古人经过不断的探索实践,发明了将河道迂回曲折的解决办法,解决了不置闸埭条件下的水位落差问题。
在清口枢纽工程中应用较多的有埽工。埽工,它能在深水情况下(水深20米上下)施用,可用来构筑大型险工和堵口截流,又可以分段分坯施工;它具有良好的柔韧性,便于适应水下复杂地形(尤其是软基);它还可在多沙河流上使用,便于泥沙充填进埽体,凝结坚实。埽工在两三千年间一直是重要的水工构件。在现代小型防洪工程、引水工程以及施工围堪工程中仍有应用。
以上这些还只是大运河科技成就的冰山一角,大运河上的科技遗址还有很多,如清口枢纽、水陆城门等。大运河所解决的工程问题之复杂,投入的人力和物质之巨大,是世界任何地区运河难以比拟的。它解决了在严峻自然条件下修建长距离运河面临的地形高差、水源供给、水深控制、会淮穿黄、防洪减灾、系统管理等6大难题,保证了大运河的长期持续通航。它是人类农业文明技术体系之下最具复杂性、系统性、动态性、综合性的超大型水利工程,代表了工业革命前土木工程的杰出成就。大运河从创始直至今天延续使用期间,一直在不断修建和更新,保持了技术的适应性与先进性。这些新质生产力的代表,直到今天仍旧可以用来推动经济社会发展。