浙东运河闸坝控制工程及其技术特征研究

李云鹏，杨晓维，王 力

（1.中国水利水电科学研究院 水利史研究所，北京 100048；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京 100038；3.水利遗产保护与研究国家文物局重点科研基地（中国水利水电科学研究院），北京 100038；4.宁波市文物保护管理所，浙江 宁波 315010）

1 研究背景

中国大运河是中华文明的标志性工程之一，是世界上规模最大、自然条件最复杂、连续运用时间最长的运河工程［1］，2014年被列为联合国教科文组织世界文化遗产名录。浙东运河是中国大运河的重要组成部分，是内河水运网络与海上丝绸之路连接的重要纽带。浙东运河是中国开凿最早、连续运用时间最长的运河之一，也是浙东平原具有综合水利功能的重要骨干水道［2］。以往对浙东运河的研究主要集中在演变历史与社会文化、水利体系与遗产体系、文化遗产价值及保护利用、遗产监测、运河与海上丝绸之路、运河与区域经济发展、运河古文献保护等方面［3-12］。水利工程是大运河文化遗产的核心构成，也是遗产价值的主要载体。不同区段的运河由于水系水文水资源条件的差异，水利工程型式、分布、功能等有其各自特征。其中，闸、坝是大运河上建设数量最多、应用最广泛、功能最灵活的水利工程型式。本文基于历史文献、考古及田野考察，在对浙东运河水系特征分析基础上，从水利工程科技史的视角对运河闸坝控制工程特征进行分析，以期对运河水利科技价值有更深入的认知，为当前大力推进大运河文化带和国家文化公园建设提供基础研究支撑。本文所指的闸坝控制工程，为浙东运河上横截运河河道的控制工程，除此之外浙东运河水系上还有一些平行于运河走向或在运河干线之外的控制工程，如三江闸、鉴湖堤（同时也是运河堤）上的堰坝，不在本文主要讨论范围之内。

2 浙东运河水系特征

2.1 运河与区域自然水系关系 浙东运河西接钱塘江，向东与浦阳江故道、曹娥江等萧绍平原各河流平交，在上虞东部接入姚江，至宁波由甬江入海，全长213.1 km。浙东运河由人工河段与自然河段组成。

自萧山至上虞为人工开凿河段，运河走向与所经区域主要自然水系不同，水道整体比较顺直，平均比降小于0.1‰，水流平缓、水位变幅不大；人工河段在上虞一带为复线，南、北线分别在上虞大江口坝、余姚曹墅桥接入姚江。大江口坝以下至甬江口运河主线为天然河道，也是宁波地区主要行洪河道，水位、水量有明显的洪枯变化，河道平均比降为4.71‰，总体上游较陡、下游较缓，局部地形较陡的河段河形弯曲，河宽20～500 m，历史时期都是感潮河段。

浙东运河萧绍段沟通钱塘江与曹娥江，萧绍平原自然河流大都自南而北流，“其水千溪，自相萦灌，虽夹居曹娥钱塘二江之间，各不通涉”［13］，运河形成之后，东西横贯萧绍平原，沟通钱塘江、曹娥江及平原内的各水系，成为平原水网中东西贯通的骨干水道。运河将除西小江、曹娥江外的所有天然河溪截断，对区域水资源来说，南侧为来水区、北侧为主要用水区，运河南北的大部分水系在地理位置、河流源委上都不再具有直接的承接性。运河以北农田灌溉，必须穿越运河引以南河湖水源，宋顾冲《水利事绩》对此有如下记载：“萧山自西兴闸至钱清堰计四十五里，中有运河，河之南有湘湖，河之北是由化、夏孝二乡，每遇岁旱，各得湘湖水利。如欲取水，先于运河两头作坝，方决□□桥下坝，引水入运河，复开郑河口坝流入二乡，望湖桥乃水之所自出，郑河口乃水之所自入，其水已足，然后去两坝，复塞望湖、郑河口二坝”［14］。

上虞位于宁绍之间，属于山区丘陵，地形复杂，河湖水系杂乱，不似绍兴或宁波地区水系分布及流向有明显的规律性。浙东运河上虞段实际为人工河段与自然河段的过渡段，是浙东运河中地形最复杂、水运条件最差的河段，也是跨流域水利工程。上虞地区中部为山地，运河南线与北线绕山而行，连接曹娥江与姚江，南线通明堰以东、北线大部分河段都是在原有河湖水系的基础上整治形成的。由于地形变化复杂，上虞段运河上的节制工程曾一度非常多，明清时期北线三堰、南线曾数十里一堰，密度远大于其他河段［3］。

浙东运河东段自余姚以东包括姚江、甬江运河干线和慈江及西塘河、刹子港（小西坝浦）等支线水道。姚江、甬江为区域行洪河道、兼有水运功能，20世纪以前干流上未曾建有控制闸坝。慈江最初为引姚江淡水灌溉慈溪、镇海（清代名定海）农田的渠道，兼有水运之利，同时接纳北部山溪众水，兼有调度、分洪等功能。慈江、姚江与宁波城河之间有大量塘浦水系沟通，其中以西渡枢纽（大、小西坝）为中心的南北渠系北通慈江、中穿姚江、南接西塘河连通鄞江（今奉化江）及宁波城河水系，是浙东运河东部重要的人工水系。

图1 浙东运河及历史时期主要控制工程分布

2.2 浙东运河在区域水利格局中的特殊地位 浙东运河自开凿之始，就一直具有综合水利效益。“备旱涝而溉田畴、漕渠挽输为民生一大关系，兼以纲罟之设、舟楫之通、蒭茭菱芰之产、浣淅之需”［15］，即对浙东运河综合水利效益的概况。

晋代西兴运河（浙东运河萧绍段的前身）的开凿，主要目的是为了配合鉴湖为农田灌溉供水，“大旱始放（鉴）湖，常时灌田卒赖河水”［16］。宋代之后鉴湖废，萧绍段运河成为萧绍平原水网的东西骨干水道，具有水运、排涝、输水、调蓄等功能。明代浦阳江改道、三江闸建成之后，以三江闸为控制枢纽、以西小江和萧绍运河为骨干水道整合萧绍平原所有水系的格局形成［17］。从此，萧绍平原的挡潮、排涝、蓄水灌溉等水利受三江闸统一控制，而萧绍运河是三江闸发挥枢纽作用的关键环节。上虞段运河也具有水运、防洪、排涝、灌溉供水等功能。姚江、甬江河道则以防洪为主要功能，兼有水运、供水功能。重要支线慈江本为灌溉慈溪、镇海农田而开，兼有分洪、排涝及水运功能。

与中国大运河其他河段不同的是，浙东运河的防洪、灌溉、排涝等水利功能与水运同等重要，甚至比水运更为重要，它们是区域的防洪安全、经济发展的基础，具有不可替代性。

3 浙东运河控制工程特点

浙东运河的地形及水系、水文特点决定了控制工程的特点。历史时期，浙东运河上的水利控制工程主要分布在运河与自然河流平交处，横截运河河道，工程型式以堰坝为主。

3.1 分布特点 浙东运河相关的主要自然河流都属于山区型河流，源短流急；下游距海岸较近，受潮汐涨落影响非常明显；台风季节受短时暴雨影响水位变幅很大；而且在径流冲刷下，这些河流的河床都较深。由于上述水文因素，这些自然河流的水位、水量变幅大、变化较为频繁。人工段运河需要相对稳定的水位、水量及较为平顺的水流，与具有上述特征的河段平交，水运条件的维持需要在这些位置有工程控制。因此，浙东运河上的控制工程几乎全部位于人工河段与自然河流交汇处（图1）。上虞段地形复杂，局部河段坡降较大，明末清初由于水道疏于整治、疏浚，南线运河上曾一度出现有不少节制工程。北线长期运用的斗门、横河、驿亭三堰，也是自然河湖与人工整治河段之间的控制工程。姚江、甬江等自然河道有行洪功能，历史时期干流上没有任何节制工程。

3.2 型式特点 浙东运河控制工程型式长期以堰坝为主，其功能包括节制水流、挡潮、通航等。空间上浙东运河自西向东主要有西兴堰（钱塘江）、钱清堰（西小江）、都泗堰（鉴湖）、曹娥堰与梁湖堰（曹娥江）、通明堰（姚江）、大小西坝（姚江），以及上虞段北线上的驿亭、横河、陡门等堰（图1）。除此以外，明末清初上虞南线上短暂出现的节制工程也全部都是堰坝。时间上自南北朝至清末，浙东运河上以堰坝为主的控制工程延续运用达1500年，钱清堰（图2）、曹娥堰、梁湖堰、通明堰、大小西坝等通航工程运用期间从未改建为闸，只是某些时期在堰旁短暂出现过小闸、斗门等水量调节工程。只有西兴堰北宋至清末较长时间改建为闸，但明后期长期以闸的型式出现时工程的功能已经从以通航为主转变为以排水为主。

图2 明成化以前浙东运河钱清堰枢纽工程复原

以堰坝为主的节制工程在历史时期长期运用，是浙东运河的鲜明特点。中国运河上大量应用节制工程控制的河段中，通惠河与会通河自元代开通之后一直以闸为主，因水闸众多因此也称“闸河”；江南运河形成较早，其节制工程在唐代以前以堰坝为主，唐代开始出现闸来代替堰坝，两宋时复闸工程被广泛应用，之后又退化为单闸，总的来说节制工程也是以闸为主。相对堰坝来说，闸通过闸板灵活的启闭可以实现各个水位的蓄泄，在元明清时期的运河上得到广泛应用。与这些河段相比，浙东运河上堰坝作为主要节制工程长期运用，尤其是闸这种工程型式在运河上被广泛用作节制工程的宋代至清代，浙东运河并没有随着潮流废堰改闸，直至近、现代发展为斜面升船机。这是由浙东运河地形水系及水文水资源特点决定的。

3.3 原因分析 浙东运河纵剖面平缓，而且水源较为充足，这与地形陡峭、水源缺乏的通惠河、会通河等河段有完全不同。浙东运河的主要问题是与自然河流平交处的水位、水量控制，因此所有节制工程全部在运河与自然河流连接处横截运河，而不像会通河那样大致十里一闸等距布置。功能上，浙东运河的节制工程主要是为了使运河的水位、水量、水流不受相关的山区型河流在海潮上溯影响下剧烈、频繁的水位变化影响，保持相对稳定的水运条件；而不是像闸河上的闸那样壅高水深、节制水量、减缓水量下泄速度。

水利工程的主要功能决定了型式的选取。对浙东运河来说，运河的正常水位比主要自然河流要高很多，比如浦阳江改道之前的钱清江：“（萧绍段）运河午贯其中，高于江水丈余，故南北皆筑堰止水”［18］。因此，浙东运河需要解决的首要问题是与自然河道交汇处水位的衔接和控制。堰坝能够将运河与自然河道彻底隔断，最大程度地减少自然河道水位剧烈变化对运河的影响，当时技术水平下要实现这一目的堰坝比闸有优势。首先，闸相对堰坝来说不够坚固，而且建造、维护成本较高；其次，运河频繁过船，闸门经常启闭使运河水位、水量不可避免得受到自然河流水位变化的影响，宋代西兴枢纽工程为闸时就导致运河淤积严重［19］；第三，相对堰坝而言闸对管理要求较高，否则不能完全发挥闸的工程优势，这在会通河及江南运河上都有验证［20］，而堰坝工程的运河管理则简单得多。浙东运河的主要水利矛盾决定了堰坝作为主要节制工程的长期应用。

而另一方面，以浙东地区河流水文条件，用闸作为运河与自然河流交汇处的节制工程，船只通航过闸可能常有危险。《（光绪）慈溪县志》记载官庄桥：“（慈溪）县东一十二里，后江夹田桥东七里。旧以木为之，随建随圮。明永乐二年，僧汝节跨石为洞，水势湍悍，舟多覆溺。”［21］船从桥下过都会倾覆，何况开闸之后水流奔注。

而运河上船只拖堰过坝技术，早在南北朝时期就已非常成熟［20］。北宋时日本僧人记录了乘船经由浙东运河，记载“未时至钱清堰，以牛轮绳越船，最希有也”［22］。《肇域志》中称：“宁、绍之间，地高下偏颇，水陡不成河。昔人筑三数坝蓄之，每坝高五六尺，舟过者俱系絙于尾，榜人以机轮曳而上下之，过干石以渡，亦他处所无也”［23］。人力和畜力拖船过堰，虽然费时费力，但技术成熟，也相对安全。这也是浙东运河长期运用堰坝节制的原因之一。

4 宁波段运河闸坝控制工程的区域特征

堰坝虽然能够保证运河的独立和稳定，但隔断了运河与相关水系之间的水量交换，运河若有水量调节要求，需要另建闸涵来通水，宋代曹娥堰、钱清堰旁就曾出现过闸或斗门。正是由于堰坝功能的局限，后来在浙东运河宁波段上出现通水的闸跟隔水通船的坝结合为一体的节制工程（图4），这种工程形式至今在宁波地区普遍留存。这种闸坝结合的工程型式实际上是闸、坝两种不同功能的工程逐渐整合的产物，极具宁波地域特色。

4.1 闸坝功能划分的区域特色 闸和坝是两种结构、运行方式都不同的工程类型。但在宁波地区，对闸、坝的功能分化与其他地区有显著差异：闸的功能主要是灵活控制河湖水量的蓄泄，通航过船并不是其主要功能；堰坝则成为区域主要的通航工程，东钱湖上至今仍完整保存着古代的拖船坝。《（光绪）余姚县志》中即称：“坝以过船，闸以蓄水”［24］。《（民国）鄞县通志》中辨析了浙江沿海平原各种型式水利工程的功能：“长者为塘，短则为堰，所以截流御卤也。然堰亦有百余丈者，前志久以堰名，今则仍之坝，亦堰之类也。凡内渠与外港相邻者，车拔行舟，二者所同。碶者，闭以蓄淡、启以泄暴也，闸亦如之”［25］，明确指出堰、坝位于“内渠与外港相邻”处，用来“车拨行船”，而碶、闸则专司蓄泄。

宋代，浙东运河一些关键控制堰坝的旁边就出现了用来通水的闸、斗门工程，作为对堰坝功能的补充。《（嘉泰）会稽志》［26］中记“曹娥堰在（会稽）县东南七十二里”，又有“曹娥斗门在县东南七十二里”；又引徐次铎《复鉴湖议》中也同时提到曹娥堰与曹娥斗门：“在会稽者为斗门凡四所……三曰曹娥斗门……为堰者凡十有五所……十有一曰曹娥堰”，可见当时曹娥堰既有堰，又有斗门与之并存。到明代曹娥斗门已废。明代大江口坝旁边也有小闸辅助通水（图3）［16］。此时的闸、坝为同一枢纽两个独立的单体工程，堰坝横截运河，而闸或斗门则一般建在运河之侧。

图3 明代浙东运河大江口坝工程枢纽（据《（万历）绍兴府志》图改绘）

4.2 闸坝结合工程型式的出现及其应用 根据文献分析，浙东运河上闸坝结合的节制工程最早出现在明代后期的上虞段运河。

《天下郡国利病书》中引明万历年间上虞知县徐待聘的一篇关于本县水利建设的申文记载：“一改长坝。长坝与余姚接境，乃三湖（夏盖、上妃、白马）各沟闸诸水合流之处。其泄与姚，势如建瓴，故孔堰固三湖之尾闾，而长坝尤三湖之漏卮也。虽当建闸以时启闭，近因兴（当是绍兴）船欲避梁湖之关税，往往取道百官等镇以达长坝。而该土豪民又利其私税，遂使闸无寸板，一任水之奔注。船之往来，恬不为怪。闸旁坝原系土筑，船既由此拖过，则坝易坍塌，又何怪三湖之水不蓄？而一遇天旱，即苦弗岁也。七乡民所以请改闸为坝，而坝必用石也。其谢塘之利害亦如长坝”［27］。《（光绪）慈溪县志》中引当朝杨庆怀《丈亭筑闸议》记载：“按丈亭江面，平潮时以绳系石测之、鲁班尺量见，计水深三丈，南北阔二十七丈，北岸下有石矶，亦曰石礁，横截半江约十七八丈，潮缩时可见，于仔造闸亦天设之险也。建桥穴四洞，下水一丈为砥盘，石板筑其上，旁列石堰，上覆泥，舟楫往来以纤曳之，如横河坝、长坝之例。计筑闸工费不逮三江闸，远甚于北郭堰”［21］。

两处文献中都提到了长坝。长坝大致在今余姚市驿亭镇长坝村，即明代的驿亭堰，上虞段运河北线自百官镇向东，经此地至曹墅桥，今称五夫长坝。明代万历之前闸、坝并存，闸为通船长期不塞板，导致三湖的水泄漏过多；坝为土筑，为蓄水闭闸，拖船从土坝上过，坝易毁坏。闸、坝都通船，说明二者都是横截运河的，所以可以推断闸坝并列在河道上，属于本节所说的闸坝一体的工程型式。申文针对当时长坝与区域水资源的的形势进行分析，建议统筹考虑长坝行船与蓄水的要求，将坝由土改为石砌并严格管理闸的启闭。《（光绪）慈溪县志》的记载证明，这个建议得到了实施，也进一步印证了关于当时长坝工程型式的推断。

丈亭是余姚江分入慈江的地方，慈江在历史时期主要作为灌溉引水渠，因此清代讨论在丈亭建闸控制引水。杨庆怀提出的建议非常明确：北岸一侧借助地质条件建四孔桥闸，旁筑石堰以通舟，如“长坝之例”。第一说明当时闸坝结合的工程型式已经比较常见和被接受；第二此处更为清楚的阐述了闸与石坝并列布置的设计，并且提出这是仿照长坝工程的型式，说明长坝长期保持了闸坝结合的工程型式，且应用的效果较好，因此被其他工程所借鉴。慈溪县东三十五里文溪上的李碶坝，“为坝以通舟楫，旁有平水闸”［21］，也是这种闸坝结合的工程型式。大江口坝即通明下坝，清末也改建这种型式的工程，光绪六年署余姚知县何兆恺作《重修立石记》载：“姚邑下坝旁建大闸，兼分设龙鬓闸一座。坝以过船，闸以蓄水。上保运河，下卫潮路，关系既重”［24］。即将原来的坝改建为闸坝结合的型式。

这种闸坝结合的工程型式此后在宁波地区特别是浙东运河东段上普遍建造使用，随着时代发展，其中的拖船堰坝在近现代大都改建为斜面升船机，拖曳过船的动力也由历史时期的人力畜力改为石化动力或电力。如今的浙东运河宁波段几处控制工程枢纽仍保留这种闸坝结合的控制工程型式。

图4 浙东运河闸坝结合的工程型式结构复原

5 主要结论

浙东运河是中国大运河体系的重要组成部分，与大运河其他河段相比，浙东运河水利工程及技术具有鲜明特征。

（1）浙东运河由人工河段与自然河段共同组成，运河与自然水系关系密切。西段人工河段运河走向与自然水系大体垂直相交，运河纵坡降平缓；东段运河利用主要自然河流行运通海，局部区段开凿人工河道作为复线，人工运河的大体走向与自然水系一致。浙东运河作为浙东地区东西贯穿的骨干水道整合区域水系，水利功能多样，在区域水利格局中占有不可或缺的重要地位。

（2）浙东运河的控制工程基本都分布在人工河道与自然河流交汇处，工程型式长期以堰坝为主、长期以“车拨过坝”作为主要通航方式，是浙东运河最显著的特征。主要原因是，浙东地区自然河流大都是山区型感潮河流，水位变化剧烈、频繁，而人工运河需要相对稳定的水位、水量条件才能保证航运的通畅和安全。在历史时期的工程技术水平下，利用堰坝来控制水位衔接、保障运河水位稳定、甚至作为通航工程，其结构和运行管理的可靠性都要优于需要启闭操作的水闸，这是浙东运河长期选用堰坝作为水位节制和通航工程的客观原因。

（3）宁波地区闸、坝功能的分划有其鲜明的地域特点，在这个水运发达的水乡，历史时期长期且普遍以堰坝“通船”、而闸则以“通水”为主，这得到了历史文献和水利工程遗产的印证。基于运河控制节点同时满足船只通航和水量蓄泄的双重功能需要，明代浙东运河宁波段创造性地开始建造闸坝结合型式的控制工程，它整合了闸和堰坝各自的“既定”功能及其优势特点，并在宁波地区特别是运河上普遍建造使用，这种工程型式在运河上至今仍能看到多处。