春秋战国至南北朝灌溉渠道工程技术
——《中国古代灌溉工程技术史》第二编第一章第三节
第二编 大型灌渠及陂塘技术的发展（春秋战国至南北朝）
第一章 引水渠系
第三节 灌溉渠道工程技术
春秋战国至南北朝时期，我国兴建了大量的引水灌溉渠道，涌现了一批大型渠道工程，因而灌渠工程技术迅速发展。在灌渠勘测规划技术方面，运用“表”、“准”、“度”技术进行水准高程、距离远近、地形地势等的测量，以布置渠首工程和确定渠道线路，并成功地绘制或利用地图进行规划；在渠首枢纽工程技术和渠道工程技术方面，有了合乎科学的规划设计技术思想，取得了许多杰出的技术成就；在施工技术方面也提出一些明确要求，以确保施工质量，石方技术已在工程上普及。此外，在灌溉技术方面多有创新，出现了淤灌改土、水温调节、遥润渗灌等技术，开始制定灌溉用水制度，按计划用水，合理调配水量，协调水利纠纷等。
一、灌渠勘测规划技术
兴建灌溉渠道，尤其是规模较大的灌溉渠系，要掌握灌区的水资源和自然地理状况，也就是要对水源大小、洪枯水位、水质清浊、河床状况、地势高低、地形变化、地质好坏、土地利用等情况进行具体的勘查测量，然后才能规划设计引水渠口和行水渠线，布置灌区内的各级渠道。春秋至南北朝时期，我国灌渠的勘测规划技术随渠道的兴修而不断进步。
（一）春秋至秦的灌渠勘测规划技术
我国在兴修水利工程时采用测量技术的历史很早，相传大禹治水已开始使用“准、绳、矩”等原始的测量工具。进入春秋时期后，水准测量已较为普遍。《庄子·天道篇》谓：“水静则明烛须眉，平中准，大匠取法焉。”战国时期，大型灌溉渠道工程漳水渠、都江堰、郑国渠能够建成，说明当时的勘测技术已具有相当高的水平。具体的测量技术在一些古籍中稍有反映，如《周礼·匠人》记载：“水地以县（悬）和置{執木}以县（悬）”，指的是用水准器和铅垂线等工具测地面的水平状况，通过水准测量可以知道地物的高程情况。
据近人调查研究（93），已发现秦代的水准方位仪实物，在灵渠分水塘大、小天平的交会处，伫立着一个外形酷似竖立石辘的东西，认定它是一件水准方位仪，为当初修筑大小天平的时候（约公元前219年）所使用的工程测量控制仪器。这应是我国目前发现的年代最早的一台工程用水准方位仪。其基座为长方形石座，长0．88米，宽0.72米，中央有轴孔；底座长边的南端伸出一梯形石尾，底边约0．70米，顶边约0．60米；底座北端伸出一三角形指向标，三角形底边为0．55米，高为0．29米。石尾加强了指向标的形象，使指向标、底座和石尾形成一个欲发的箭矢的形状。仪器上部是一个高出基座0．96米，直径约0．45米的石圆柱，有轴插入底座轴孔，可以旋转。圆柱顶端凿有通沟槽，宽约0．12米，深为0．16米，通槽下部在柱体上凿有一长方形孔，高0．30米，宽约0．165米，顶端沟槽有一壁破残。这一部分是水准支座，木制的水准仪使用时嵌入石槽中。见图2-1-3-1。
这一仪器的功能，由于它安置在大小天平的交会处，修筑大小天平时可用来测量和控制它们的方位和高程，能同时控制两条拦水坝的建造，一仪多用，既控制两个坝的方向，又控制两个坝的高程。估计使用该仪器时，要将木制的水准放置在石基上的水准支座内，即石柱顶端的石槽之中。木制水准挖有水槽，水槽两端略宽，形成水池，池中浮有照准齿标，注水人槽，即可进行水平测量。将杠杆插入石柱的方洞中，可旋转仪器上部，照准仪可指向不同方向的目标。当照准器指向第一条坝的时候，照准器与基座上的指向标之间的夹角可以用模板控制；当照准仪转向第二条坝，则照准仪与指向标之间的夹角发生变化，可以用另一个模板控制，于是该仪器又同时控制了坝体的方位。仪器用石制作，固定性好，保证了整个施工过程中测量的稳定，起到控制方位和高程的作用。见图2-1-3-2。
规划渠线不仅要有高程测量，还要了解地物的平面位置和地形情况，除实地查勘外，方便的方法是借助于地图。战国时所绘的地图已较详细。《管子·地图》称：“凡兵主者必先审知地图，輾辕之险，滥车之水，名山通谷经川，陵陆丘阜之所在，苴草林木蒲苇之所茂，道里之远近，城郭之大小，名邑废邑困殖之地，必尽知之。地形之出入相错者尽藏之。然后可以……不失地利。此地图之常也。”《周礼·地官·大司徒》谓：“大司徒之职，掌建邦之土地之图与其人民之数，以佐王安抚邦国。以天下土地之图，周知九州之地域广轮之数，辨其山林、川泽、丘陵、坟衍、原隰之名物，而辨其邦国都鄙之数，制其畿疆而沟封之。”当时地图上标示的内容丰富，这些地图既用于军事指挥，也用于土地规划。《周礼·地官·遂人》亦称：“以土地之图，经田野，造县鄙，形体之法。”土地规划中当包括农田水利规划。联系《战国策·赵策》记苏秦以合纵术向赵王游说：“臣窃以天下之地图案之，诸侯之地王倍于秦。”表明当时已有一种范围很广的七国总图。水工郑国估计原来并未到过秦国，他能向秦王提出修建引泾灌渠的建议，很可能是先从地图上进行规划的。
（二）西汉至南北朝的灌渠勘测规划技术
汉代测算方法有很大进步，《九章算术》中记载了勾股定理和立表法、连索法、参直法等先进的测量方法。表现在渠道勘测技术上，主要运用“表”、“准”、“度”等方法。西汉元光六年（公元前129年）开关中漕渠，预先进行了“表”的测量。《史记·河渠书》称：“令齐人水工徐伯表。”唐。司马贞《史记索隐》注：“表者，巡行穿渠之处而表记之，若今竖标，表不是名也。”“表”是竖立木标桩，以测定渠线。“准”就是水准，技术继承了前代又有发展，这时水工上已用于测量大面积地形的高低。《汉书·沟洫志》载汉武帝时齐人延年上书言：“案图书，观地形，令水工准高下，开大河上领，出之胡中，东注之海。”其建议的开河工程虽然宏大不现实，但反映当时水工已掌握“准高下”，在大范围内进行水准测量观测地形高低的技术。“度”是勘测地势、地貌及水源。如《汉书·息夫躬传》称：“京师土地肥饶，可度地势、水泉，广溉灌之利。”以上说明汉代时“表、准、度”的勘测技术在水工上运用较为普遍。
魏晋时期勘测技术更加精细，如这时刘徽撰有《海岛算经》（当时称《重差》），首次将测望之法系统地进行整理，书中运用了重表、连索、累距、三望和四望等测算方法。具体载有测望九种问题的解题方法，即望岛（山）高远、望松高远、望邑大小远近、望谷底深、登山测望平地楼高、遥望波口广度、望渊水深、登山望津（渡口）广度、登山望邑广长。对于复杂的地形和不能靠近的目标，可进行两次或两次以上的测量，再通过计算求得问题的解决。大体采用立表（标桩）、望准、量长度，然后从已知数求出未知的山高水深、城邑大小、河渡宽窄、距离远近，这就有了较精细的测量数据。
如“望海岛的高远”是采用重表法。作法：“立两表，齐高三丈，前后相去千步，令后表与前表参相直，从前表却行一百二十三步，人目著地取望岛峰与表木参合，从后表却行一百二十七步，人目著地取望岛峰亦与表末参合。”可求岛高及去表的距离。方法是“以表高乘表间为实，相多为法除之，所得加表高，即得岛高。求前表去岛远近者，以前表却行乘表间为实，相多为法除之，得岛去表里数”。公式如下：
汉代利用地图规划兴修灌渠已有明确记载。《汉书·西域传下》称，征和年间（公元92~公元89年）桑弘羊建议在渠犁一带发展水利，提到“各举图地形，通利沟渠”。这一时期地图的绘制技术已经比较精细。如1973年，长沙马王堆三号汉墓出土了三幅绘在帛上的地图，其中地形图所示的湘江上游第一大支流深水（今潇水）流域、南岭、九嶷山及其附近地区的精度相当高，图上展示了深水等三十多条河流，大部分接近于今地图（94）。西晋裴秀有《禹贡地域图》，现从仅存的序文得知，当时已提出“制图六体”：“一曰分率，所以辨广轮之度也。二日准望，所以正彼此之体也。三日道里，所以定所由之数也。四日高下，五日方邪，六日迂直，此三者各因地而制宜，所以校夷险之异也。”这完全符合科学的制图原则。地图是人们地理知识形象准确的记录，又是测量、计算和绘制等项技术进步的综合成果，兴修大型渠道必须借助地图来进行规划，所以地图测绘技术的进步也从一个侧面反映了当时水工勘测技术的水平。
因此，可以得出，春秋战国之后大型渠道工程设计规划取得成功，必定进行了较好的勘测工作，从事过较为精确的水平测量和定线测量。步骤大体是通过实地查勘，结合利用地图，规划渠首位置，布置渠首工程设施，以及确定渠线走向，然后树表志，为施工定线放样。由于掌握了一套勘测技术，故而渠道的设计规划也能做到较为合理。
二、渠首枢纽工程技术
灌溉渠首一般由多项工程组成渠首枢纽。渠首枢纽亦称取水枢纽或引水枢纽。对于一个灌区来说，渠首位置的选择、渠首建筑物的布置，以及取水位置的确定，是关系整个灌区全局的重要环节。渠首的水源主要有河流（包括泉水）、湖泊等。在北方地区灌溉水源主要是利用河水。我国古代北方兴建的灌渠，水源大部分也取自河水。按是否筑坝，渠首可分为无坝取水和有坝取水两种形式，采用何种形式是根据河流的水位和流量能否满足取水的要求来决定的。由于水文状况、河床的冲淤、灌区用水量的变化，有的工程初创时可能为无坝取水，后代因取水困难或扩大灌溉面积的要求，也有改成有坝取水的。
（一）渠首枢纽规划布置的技术经验
战国秦汉直至南北朝时期，所兴建的大中型灌渠，在渠首枢纽的规划布置方面，已取得不少技术经验，大多符合现代布置取水枢纽的基本原则。
1．在渠首枢纽位置的选择上，一般都选在河流由山区进入平原的出口段。漳水渠、都江堰、郑国渠、河内秦渠、曹魏戾陵堰等皆是如此。出山口处地势高，河流水位也高，因此渠首的引水水位能满足灌区自流灌溉的要求；河流出山后，水流比较平缓，但河床也不是很开阔，工程便于修筑，河槽主流比较稳定，引水量能得到保证。也就是说在出山15段布置渠首能满足灌区对水位和水量这两个基本条件的要求。另外，出山口处一般地质条件良好，河岸比较坚实，引水口不易被洪水冲毁，使用的时间较长。如都江堰引水口位于坚硬的离堆，已运行了两千多年。
2．在渠首建筑物的布置上，注意工程的总体关系。渠首各项工程之间、各项工程与渠首系统整体之间配合协调，良好运行，从而发挥出整体的最佳效益，已具备朴素的系统工程思想，以都江堰渠首枢纽工程最为突出。
3．渠首取水的位置注意选在河道的凹岸顶点稍下游处。都江堰、郑国渠、河内秦渠引水处等皆如此布置，这符合现代水力学中弯道环流原理。在河湾处，由于流向的转变，水质点受到离心力的作用，使凹岸水面壅高，凸岸水面降低，形成横向坡降，在水位差的作用下，形成横向环流，表层含沙量较小的水流向凹岸，底层含沙量较大的水流向凸岸，选在凹岸可以减少泥沙人渠。由于在弯道处，河槽的主流总在近凹岸一边，这里主流稳定，水深流急，可以多引水。渠首位置放在弯道中点的偏下游处，这里环流的作用发展得最为充分，又避开了凹岸中点附近水流最急处，有利于渠口的稳定。见图2-1-3-4。从渠首取水位置的选择来看，说明我国古代劳动人民很早已认识弯道环流的现象，并巧妙地在工程实践中加以运用。
4．渠首工程建筑按照达到引水、防沙、排洪这三个要求布设。渠首引水口（有的建有水闸）与溢洪道等工程配合，较好地控制进水量，汛期浑水由溢洪道排走。如郑白渠，在船头村西北，有秦、汉退水渠遗迹，宽度与引水渠基本相等（95），使引泾渠首工程的规划布局有引有退，构成了一个较为完整的引水枢纽系统。都江堰的飞沙堰布设在凸岸一边，使内江过量的水漫过堰顶，成了宽广的溢洪道，由于在凸岸布置侧向溢流堰，水流在“弯道环流”和“正面取水，侧面排沙”的作用下，能把洪水挟带的泥沙卵石排到外江，兼具溢洪和排沙双重功能。我国北方许多河流含沙量大，洪枯水量变化大，河槽主流因泥沙淤积易变迁，从战国开始兴修灌渠已注意到这一情况，从而采取相应的措施。如漳水十二渠采用多首制渠首引水，当某一渠口淤塞时，能从其他的渠口引水，这种形式也便于轮流清淤各渠口。
5．采用当地建筑材料，因地制宜布置渠首各项工程。如李冰创建的都江堰工程量很大，采用的是当地材料竹笼卵石筑堰。唐代《元和郡县志》卷三十一彭州导江县下载：“楗尾堰在县西南二十五里，李冰作之以防江决，破竹为笼，圆径三尺，长十丈。以石实中，累而壅水。”渠首枢纽的其他工程，如飞沙堰、百丈堤、金刚堤和人字堤等也都用竹笼装石筑成，布置巧妙，这样施工技术较为简易，工程造价也低。
可见，从先秦时期起，人们在渠首枢纽规划布置的认识方面已达到相当高的水平，故而当时能兴建起灌田数千、数万顷的不少大型灌渠。
（二）无坝引水渠首工程技术
当河道的水位和流量能满足灌区取水的要求时，就不需要在河道中建坝抬高水位或形成蓄水库来调节水量，这种渠首称为无坝引水工程。无坝引水工程结构较为简单，造价低，古代广泛地采用这种取水方式。战国时期无坝引水的典型工程有都江堰、郑国渠；秦代有河内秦渠；西汉时期兴建的关中白渠、成国渠、龙首渠、河套的引黄灌渠；北朝东魏的天平渠等。
无坝引水一般应由进水闸、冲沙闸和导流堤三部分组成。进水处设闸可以较好地控制进入渠道的水量，洪水期可关闸，不致造成泛溢危害。进水闸的设置古代很早就已采用，以漳水渠兴建最早。《水经注·浊漳水》称漳水渠“一源分为十二流，皆悬水门”。在12条引水渠上，设置12座进水闸，但漳水渠是有坝引水工程。无坝引水工程设置进水闸史载以河内秦渠为早。河内引沁水的秦渠据说是秦代修建的”j，引水El在今河南济源县东北沁河出山处，史称枋口。据《水经注》卷九《沁水》记载：三国之前建有枋木为门的进水闸，故而称为“枋口”，曹魏时野王（今河南沁阳县）典农中郎将司马孚，因见木门朽败，汛期洪水夹石，冲毁了朽门，使稻田被淹没，于是改木门为石门。此石门规模较大，从去堰五里以外，运来方石数万余枚，“夹岸累石，结以为门，用代木门枋”。看来此石门不仅底部和边墩用石砌筑，还用石建有上下游翼墙和护岸等。这样的石门既坚固，又便于启闭操作，“若天亢旱，增堰进水；若天霖雨，陂泽充溢，则闭防断水，空渠衍涝，足以成河，云雨由人”。这时修建进水闸的技术已有很大的进步。古代有些引水渠口虽然未建闸，但因渠首兴建了分水、导流、溢洪等工程，渠口断面设计科学，故仍能较好地满足灌区对水位和水量的要求。如都江堰渠首枢纽利用鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口的有机配合，合理的平面布置和巧妙的高程控制，从而达到引取足够水量，避免洪水和砂石过多进入渠道的目的。
古代为了改善无坝引水的条件，建有帮助取水的建筑，如分水堤、湃水堤、顺水堤等导流整治工程。
分水堤——是引水工程中用以分流的建筑，其坝体不是横截河流，而是与水流方向大体一致，以进行分水导流。如都江堰渠首的分水鱼嘴就是这类工程的典型代表。鱼嘴与内、外金刚堤组成一个分水堤，这是利用岷江中的沙滩为基础，再加竹笼卵石构筑而成。其作用：①将岷江一分为二，即分为内江、外江两部分，并起调节内外江分流比和分沙比的作用。②有一定的抬高引水水位的作用。分水鱼嘴前水位有一定程度的壅高，又通过长堤保持内江河床和水位皆比外河高。
到东汉时，分水堤的建筑技术益加讲究，出现了桩基堆石坝。东汉时在泾水下游阳陵县（今咸阳县东北）建有一个引泾灌溉工程，名叫樊惠渠，光和五年（公元182年）由京兆尹樊陵主持建成。蔡邕《京兆樊惠渠颂》（97）记述了该渠的工程情况。其分水堤是“树柱累石，委薪积土，基肢功坚，体势强壮。折湍流，款旷陂，会之于新渠”。从“树柱累石，委薪积土”可知，是在河床中打有基桩，基桩上垒石，石上堆有埽土，成为一种桩基堆石结构的分水坝，其基础坚固，坝体强壮，分引湍急的泾水人沉沙池（旷陂），然后引入渠道。
湃水堤一一亦称迎水湃，即导流堤，能引导水流顺畅地进入渠口，并取得较高的渠首处水位，而洪水时多余水量从导流堤上溢流。宁夏引黄灌渠古代都是无坝引水，由于黄河主流的摆动，引水量不易稳定，因此灌渠引水口河段处大多建有湃水堤。湃水堤始建年代阙如。而汉延渠、汉渠史载认为建于汉代，它们兴建湃水堤的历史应当很早，否则不能满足引水的需求。乾隆《宁夏府志》卷八《水利》载引黄灌渠正闸外建有迎水湃、滚水坝及退水闸等，并说：“唐汉二渠闸坝皆元郭守敬、董文用旧制。”《元史》卷一六四《郭守敬传》说：元至元元年（公元1264年），郭守敬修整唐来、汉延各渠，“更立闸堰，皆复其旧”。说明宁夏古渠有很长时期的传承历史。民国《河套新编》卷十《渠工考》始载有宁夏各渠湃水堤的长度，其中汉延渠的迎水湃“长约五里”。湃水堤修得很长，是为了伸到黄河主流处，有利于引水人渠。由于导流堤内水流速度减小，其水力比降比河中水力比降为小，因而使导流堤内渠首处的水位较堤外河中水位为高，可以引取更多的水量。湃水堤上设有缺口，用以分泄进入湃水堤内侧的多余水量。湃水堤大体与河岸乎行布设，水流较顺。同时湃水堤与主流的夹角不大，能减少洪水对堤的冲击损坏。见图2-1-3-5。当然湃水堤的修建技术有一个不断发展的过程，始建时未必如此完善，但基本原理是相似的。
北魏时兴建的宁夏引黄灌渠艾山渠，为改善引水条件，在渠首汶河处筑坝，成为一种较为特殊的导流整治工程。据《魏书》卷三八《刁雍传》记载，宁夏平原河西地区原来建有引黄渠道“高渠”，因黄河河床下切，渠底高于河水二丈三尺，渠口又受河水冲坍，无法引水。太平真君五年（公元444年），刁雍为薄骨律镇（今宁夏灵武县西南）将，于原渠口北面重新修建新渠口。艾山（青铜峡一带）北面黄河河道中有一个沙洲，分河为东西两道，西河水狭，宽140步。当时巧妙地利用这一地形条件，在西河筑壅水坝，坝体自东南斜向西北，使西边河水尽人新渠。坝长270步，宽十步，高二丈。在壅水坝前的西南河岸，旧渠之北八里，沙洲分河处下游五里，开新渠渠口，宽15步，深五尺，渠两岸筑堤高一丈。这条渠北行40里，复合旧高渠。在西河上筑拦河坝，是因为所凿新渠口高于河水五尺，水不能人，故而筑坝壅高水位引水。由于西河之水尽人新渠，故渠水充足，“溉官私田四万余顷”。可以说，西河上的拦河坝实际是与沙洲共同组成了一个导流坝。坝体的溢洪设施未提，水大时可能从沙洲上（或低处）通过。见下页图2-1-3-6。
顺水堤——起顺导水流和保护河岸的作用，是一种整治河道的建筑物。渠道引水时，会将主流引到渠首一边，形成水流对渠首附近河岸的淘刷，这种现象在凹岸尤其严重，往往造成河岸大段坍塌，威胁进水建筑物的安全；另外，由于河岸的改变，也会引起主流方向的变化，从而影响引水。故要修筑辅助工程，以保护渠首附近的河岸和河床。顺水堤是古代早期运用得较多的一种河道整治建筑物，如都江堰渠首的百丈堤就是顺水堤，起护岸的作用，并使水流顺直，有利于鱼嘴的分水和排沙。
早期渠首还未见有冲沙闸的设施记载，但对防洪、泄沙、除沙仍相当重视，采取的技术措施：一是取水口设置在凹岸一侧，以减少泥沙人渠。二是在导流堤上设溢洪口，侧面排沙。如都江堰的飞沙堰就布置在内江侧面，具有很好的排沙效果。三是采用多首取水口，对淤积在渠首的泥沙，可分期疏浚各引水渠，保证浚渠与灌溉两不误。如漳水十二渠就是采用此种方法。早期因未设冲沙闸，对渠首淤积的泥沙主要还是采用人工清除的方法。
此外，古代无坝取水工程还注意到了取水角的选择。取水角是河水流向与引水渠轴线的夹角，角度愈小，引取的流量愈大，取水口的稳定也愈有保障。从都江堰等渠首布置来看，古代设置的引水渠取水角不大，这有利于水流顺畅地进入引水渠。渠首的分水堤、湃水堤等导流工程，也与水流方向大体平行，伸入主河槽。
当然，无坝取水的形式对有一些渠道来说不是一成不变的，当水位和流量减少，不能满足取水要求时，会采取临时筑坝措施，或改建成有坝取水形式。如河内引沁灌渠，《水经注》卷九《沁水》记载，三国曹魏改建进水闸木门为石门后，“若天亢旱，增堰进水”。即在枯水期，临时修拦河堰或导流堤，抬高河流水位引水。这种临时筑堰的方法，在中、小型渠道工程上多有采用。就是在大型渠首工程上，也常采用这种措施。如都江堰在枯水期，于外江上用杩槎封堵部分河道，增大人内江的水量。郑国渠初建时为无坝引水，后代因泾河河床刷深引不上水，
（三）有坝引水渠首工程技术
河水水位不能保证自流取水人渠时，须修建拦河坝拦断整个河道以抬高水位，或形成蓄水库，然后引水人渠，这种渠首工程型式称为有坝引水。有坝引水能保持较高的水位，引水更加可靠。古代有坝引水的灌渠兴建甚早，并建有多种类型的坝，体现了古代劳动人民的技术才能。有文献记载可查，最早的有坝引水工程是战国初兴建的智伯渠坝，之后有引漳十二渠坝、白起渠坝、汉代新疆楼兰注滨河坝、曹魏的戾陵堰、南朝梁的丽水通济堰等。古代称所筑的拦河坝为“竭”、“遏”、“磴”、“堰”等。
有坝引水以筑坝后是否形成库区，可分为有蓄水库和无蓄水库两类。拦河坝筑得不高，则形不成蓄水库，主要起抬高河流水位的作用；拦河坝筑得较高，则不仅能抬高水位，形成的水库还有调节径流的作用。最早建成带有库区的坝为智伯渠坝。公元前453年，晋国的智伯联合韩、魏两家攻打赵，在晋水上修筑拦河坝，引水攻晋阳城。《水经注》卷六《晋水》载：“昔智伯之遏晋水以灌晋阳（今山西太原市南）。其川上溯，后人踵其遗迹蓄以为沼，沼西际山枕水……沼水分为二派，北渎即智氏故渠也。昔在战国，（赵）襄子保晋阳，智氏防山以水之，城不没者三版。……其渎乘高，东北注入晋阳城，以周灌溉。”所说“遏晋水”，“防山以水之”，是在山谷建造拦河坝。“蓄以为沼”，是筑坝后形成蓄水库“沼”。“其渎乘高”，因建拦河坝后河道水位抬高，能从库中引水，故渠道引水位置提高，从而能引水东下，水攻晋阳城。战后人们进一步加修大坝，利用渠道灌溉农田。这座坝的构造与尺寸文献记载阙如，从现在当地的地形条件看，坝不会筑得太高，蓄水库“沼”也不会太大，但战国初已建成如此有坝引水工程也很不简单了。
以拦河坝是否溢流，又可分为溢流坝和非溢流坝。战国时魏国的西门豹主持修建的引漳十二渠，“竭漳水”，“二十里中作十二磴，磴相去三百步”，是横拦漳河，在20里中顺次修筑12座梯级低溢流堰（磴），溢流堰结构可能是堆石坝。漳水渠通过筑堰抬高河中水位引水，是古代成功的多级筑坝，多口引水的渠首工程型式。
秦代所建的灵渠，渠首在广西兴安县东南2．5公里湘江上游的海阳河上，建有拦河溢流大坝，坝高3．9米。坝型呈人字形布置，斜向南渠一侧的叫小天平，斜向北渠一侧的叫大天平。当上游来水超过渠道需要的水量时，从坝顶自动溢流，可以控制引水人渠的水位，及平衡南渠、北渠的水量，故而称为“天平坝”。大小天平呈人字形布置，近似拱形，受力状况良好。现存天平坝临水面以石灰岩条石平铺砌筑，每块宽约2米，石块间有锲形铁锭相连，坝下游溢流面用页岩片石竖砌，紧密排插，形如鱼鳞，故称鱼鳞石，其抗水流冲击性能强。基础密排木桩。天乎坝的顶端有向前伸出130米长的铧嘴，能帮助大小天平分水，并使水流平顺（98）。
曹魏嘉平二年（公元250年），由镇北将军刘靖主持，在今北京西郊的永定河上建戾陵堰，堰上游开车箱渠，浇灌蓟城一带农田。《水经注》卷十四《鲍丘水》记载：刘靖“登梁山以观源流，相湿水以度形势……以嘉平二年立遏于水，道高梁河，造戾陵遏，开车箱渠。……长岸峻固，直截中流，积石笼以为主遏，高一丈，东西长三十丈，南北广七十余步；依北岸立水门，门广四丈，立水十丈（按：“十丈”，为十尺之误）。山水暴发，则乘遏东下；平流守常，则自门北人，灌田岁二千顷”。“湿水”即今永定河，“梁山”即今石景山。堰址在湿水出山处，两侧“长岸峻固”，经现代勘测，两岸都是灰绿岩，地质条件良好。堰“直截中流”，是拦断河流作坝，用木笼或竹笼装石作成“石笼”，垒砌石笼做成堰体“主遏”。堰高一丈，长30丈，广70余步（合42丈）。坝不高，边坡很缓，约为1：15。据近代水文资料，永定河流量最大时曾达每秒五万立方米（99）。戾陵堰是典型的溢流堰，洪水时期，山洪“乘遏东下”，全由堰顶溢流；平水时期开进水闸门引水入渠。见图2-1-3-7、图2-1-3-8。
建造溢流坝工程量大，技术要求高，且易遭受洪水冲毁，需经常进行修理。
再以筑坝材料分，古代有土坝、草上坝、柴木坝、堆石坝、砌石坝、土石混合坝、石笼坝等，基本以当地材料修筑。土坝、草土坝一般不能溢流，多修筑在小型灌渠渠首，或用于修筑临时的拦河坝。南朝梁时在浙江丽水修筑的通济堰，于瓯江上游松阴溪上筑拦河堰，初创时建的是柴木坝，宋代开禧元年（公元1205年）才改建成拱形石坝。堆石坝、砌石坝和石笼坝的坝面上能溢流，基础下打人木桩，以增大地基的承载力。如漳水十二渠坝为堆石坝，灵渠天平坝为砌石坝，戾陵堰为木笼装石坝。它们拦断河床，抬高水位，过量的洪水从坝顶溢流而下。
三、渠道工程技术
灌溉渠道是将灌溉水源输送、分配到灌溉田地的水道，往往分为若干级，组成渠道系统。渠道系统还包括渠道上的一系列建筑物。古代在渠道规划、渠道布置等方面取得不少成绩，也修建了各种渠道建筑物，以调配灌溉水量，排泄多余之水，还使渠道能通过各种地形障碍。
（一）渠道规划布置的原则
灌溉引水工程不仅要重视渠首枢纽工程的位置选择和布置，还要搞好渠道的规划布置，使灌区广大的农田能浇上水。战国至南北朝时期修建了不少大型灌区，灌溉面积达数十、数百万亩，中小型灌区就更多了，在渠道的规划布置方面达到相当高的技术水平，主要遵循了以下一些原则：
1．干渠布置在较高地带，沿等高线布置，使控制的自流灌溉面积最大。如郑国渠干渠西引泾水，“并北山东注洛三百余里，欲以溉田”，建在渭北平原二级阶地的最高线上，沿北山南麓等高线自西向东布置，渠南广大平原皆在它的控制范围之内，从而保证了灌区最大的自流灌溉面积。
又如成国渠西汉始建时渠线较低。据勘查，该渠是从今眉县常兴镇孙家西南引渭水向东北流，经扶风原下龙渠寺，向东经川口越漆水河谷，经武功普集，薛固水渠，至兴平县境人渭（100）。曹魏时对成国渠进行改建，《水经注》卷十九《渭水》载其渠线“其渎上承沂水于陈仓东，东径郿及武功、槐里县北……又东径汉武帝茂陵南……又东径姜原北，渠北有汉昭帝陵，东南去长安七十里，又东径平陵县故城高……又东径汉大将军魏其侯窦婴冢南，又东径成帝延陵南……又东径长陵南……故渠又东径汉丞相周勃冢南，冢北有亚夫冢……又东南，径汉景帝阳陵南，注于渭”。其漆水河西段已向西上延引千水，扩大了水源；其漆水河东段的布局与今渭高干渠略同，稍偏南，沿等高线布置，这说明当时人们的设计思想已力求把渠线布置在控制最大灌溉面积的位置上。见下页图2-1-3-9。
2．干渠布置在灌区地形脊背上，垂直等高线布置，从干渠向两面开支渠自流灌溉。如都江堰灌溉着广袤的成都平原。成都平原是岷江冲积而成的扇形平原，灌县为冲积扇顶点，地势最高，以5％一3％的地面坡降向东南方向倾斜。冲积扇两边最低，东边是今清白江至金堂峡一线，西边是今金马河至新津一线，而灌县至郫县至成都一线处于冲积扇的扇脊上。灌县至郫县直线距离36公里，平均坡降4．8‰，郫县至成都20公里，平均坡降2．7％。李冰“穿二江”（《史记·河渠书》），建成都江堰的两条干渠，此二江大致相当于今走马河和柏条河，处于冲积扇的扇脊上，也就是垂直等高线方向布置干渠，然后向东南和西南两个方向平行等高线开凿支渠，使整个成都平原实行自流灌溉，这是根据地形布置干渠的又一种类型的设计思想。
3．不断完善渠系和扩大灌溉面积。由于实践认识的提高和社会经济发展的需要，渠系的规划布置逐步趋向合理，或分阶段扩大灌区。如汉代白公渠的干、支渠布设比郑国渠更合理，灌溉面积更有保证。都江堰渠系在汉代已有扩展。一是向东北发展。汉景帝末年（公元前143—公元前141年）蜀郡守文翁“穿湔江口，溉灌繁田千七百顷”（《华阳国志·蜀志》）。繁，今彭县西北，扩大的灌区相当今蒲阳河和青白江一带。二是渠系还从平原向台地发展。《续汉书·郡国志五》注引《益州记》称：广都“县有望川原，凿石二十里，引取郫江水灌广都田，云后汉所穿凿者”。望川原，今牧马山高台地，广都，今双流县东南。当时新开渠道20里，引原李冰所开郫江水灌溉台地，扩大了灌区范围。都江堰灌区历代都不断在发展。
4．灌溉系统一定要有相应的排水系统，以排除农田的降雨径流和灌溉余水，并控制地下水水位。我国北方灌溉和排水系统往往分开布置，排水渠道多利用天然河道。如郑白渠灌区，灌溉渠道位置高，可实行自流灌溉；排水河道位置低，可迅速排除涝水，并将含盐量高的灌溉余水单独排走，并起控制地下水位的作用，防止次生盐碱化（这从后代引泾灌排状况可推知）。由于郑白渠灌排系统是分开的，故而灌溉后灌区盐碱程度逐渐减轻，成为膏腴良田。在南方平原地区，因为河道多，组成河网系统，地形又较乎坦，骨干河渠往往灌排相结合。如都江堰灌区的渠系就是这样布置的，这节省了工程量，减少了占地面积，还有利于航运。
5．渠道设置退水出路。尤其在于渠段，古代注意在渠道上布设退水渠，使进入渠道过量的水从退水渠排走。如郑白渠在船头村西北，总干输水渠堤的南岸，现存一北高南低的退水渠遗迹。又在与冶、清二水“横绝”处，设置泄洪道。
6．引浑灌溉设计的渠道坡降较陡。因为浑水中含泥沙量大，增加坡降，泥沙不易沉积渠中。如郑国渠的平均坡降达0．64‰。现在陕西省泾惠、洛惠、渭惠各灌区的干渠坡降在0．5‰—0．4‰之间，因现在灌溉是引“清”灌溉，古代引浑灌溉，故坡降更陡些。
以上这些渠道规划布置的设计思想是符合现代渠道的规划布置原则的，体现了古代较高的技术水平。
（二）灌排渠道的结构设计要求
对灌区的渠道进行规划布置后，就要对灌排渠道进行结构设计，确定渠道的纵坡、水位和横断面，以及确定沿渠需要修建的跌水和陡坡等。古代早在先秦时已对这些技术经验进行了一些理论总结，集中反映在《管子·度地》和《考工记·匠人》等著作中。
1．对渠道进水口的水位，要求尽量使整个灌区实行自流灌溉；渠道的纵坡，要做到不冲不淤。这两方面的要求古代很是重视。
《管子·度地》谓：“水可扼而使东西南北及高乎？……曰：可。夫水之性。以高走下，则疾至于<氵剽>石；而下向高，即留而不行。故高其上，领瓴之，尺有十分之三，三里满四十九者，水可走也。乃迂其道而远之，以势行之。”
古人认识到水性向下的特性，“夫水之性，以高走下”。所以在确定进水口的水位时，要“高其上，领瓴之”，进水口的位置要高，有建瓴之势，利用水流向下的特性，把水源顺流向下地送到灌区。如果在较近处取水，进水口水位不能保证灌区自流灌溉的要求时，“乃迂其道而远之，以势行之”，进水口移向河流的上游。这样渠线虽然延长，但进水口水位能得到保障，控制的灌溉面积最大，这就是许多大型灌区引水渠很长的缘故。还可以采用“因而扼之”、“激而行之”的办法。《管子·度地》提出“水可扼而使东西南北及高”。其《地数》篇也说：“夫水激而流渠。”《孟子·告子上》提出：“今夫水，搏而跃之，可使过颡；激而行之，可使在山。”“扼”是控制的意思。“激”是阻遏水流使之壅高。就是在河中筑坝拦水，壅高水位。水位抬高了，从而能引水至东西南北，及灌溉高仰的农田。《后汉书·西羌传》记载，汉顺帝时使谒者郭璜，“既而激河浚渠为屯田，省内郡岁费一亿计”。此处“激”也是在河流中修建拦河坝或湃水坝，用以抬高水位，引水人渠。
渠道的坡降要合理，过大，水流过急，引起冲刷，“疾至于瀏石”；过小，流速过缓，泥沙会淤积，“留而不行”。《管子·度地》依据当时渠道引水的经验提出明渠的纵坡：“尺有十分之，三里满四十九者，水可走也。”用尺的十分之一，即一寸作单位，三里为5400尺，在5400尺的长度内，渠底坡度降落49寸，即大约相当0．9‰的坡降。此作为流量较小的渠道坡降是合理的，如作为大流量的干渠坡降则稍大些，当时可能是按引洪灌溉需要较陡的坡降设计的。
2．排水沟的设计要求。《考工记·匠人》记载：“凡沟，必因水势……善沟者水漱之。”“凡沟逆地防，谓之不行；水属不理孙，谓之不行。梢沟，三十里而广倍。”郑玄解释：“漱”为“啮”也；“防”为脉理；“属”为注；“孙”，顺也；“不行”是决溢之义。排水沟也要按水流运动的规律设计，从高向低处排，并能冲走沟中淤泥。沟道要开挖得顺畅，不能高低不平，不光滑，否则要影响排水，水排不出就要泛滥。“梢沟”，郑玄解释为“水漱齿之沟”，应为排水沟。排水沟随着它所控制的排水面积的逐渐增加，水量渐渐增大，其断面也当相应扩大。古人根据经验得出，排水沟每延伸30里距离，其横断面要扩大一倍。前述沟洫制中的遂、沟、洫、浍，其断面就是依次倍增的。
3．进水口和跌水设计的技术要求。《考工记·匠人》称：“凡行奠水，磬折以三五；欲为渊，则勾于矩。”“奠”，郑玄解释为“停”，通过筑坝等工程措施，使灌渠进水口前的水稍有停滞。进口段做成什么形状呢？要做成“磬折”之形。据《考工记·车人》记载的角度数，磬折的夹角约为150。左右，其横段与折段的长度是3：5，采用这种形状水流比较平顺。见图2-1-3-10。
“欲为渊”，即水流跌人渊中，当指渠道中的跌水，此建筑物做成什么形状？要“勾于矩”，“矩”为直角，即跌水建筑物做成直角形，这样能很好地消能，这种形式跌水中常常采用。见图2-1-3-11。
（三）灌区各级渠道的布置
灌区的渠道一般分为干、支、斗、农、毛等级，组成渠道系统。干渠主要起输水作用，把从渠首取得的水输送到各灌溉地区。支渠是把从干渠取得的水分配到下级渠道，主要起配水作用，支渠以下是田间灌溉渠道。古代灌区的渠道也是分为多级。如汉代关中白渠，在干渠下分为两条支渠，唐代增为三条支渠，又在干渠和支渠上开斗灌溉农田。下面以新疆汉代米兰灌区为例来看当时渠系布置达到的技术水平。（101）
新疆米兰地区，汉代时称为伊循，元凤四年（公元前77年）派遣“司马”和“屯士”到该地屯田，开始兴建灌渠工程，直到唐代仍在此设置屯田，利用渠道灌溉。后来因引取的水源米兰河改道，灌区才废弃。20世纪60年代，通过多次查勘，才发现戈壁滩上的这一古灌溉渠系，从这一遗迹可窥见汉代灌溉渠道网的布置技术水平。见下页图2-1-3-12。
伊循干渠的引水口，布置在古东支米兰河转向东北拐弯处，与东支米兰河成35。夹角引水，干渠全长8．5公里，渠身一般宽10一20米（包括渠堤宽度），渠高3—10米，纵坡1／100—1／170。干渠下分七条支渠，呈扇形分布。支渠总长28．4公里，渠身一般口宽3—5米，渠高2~4米，纵坡一般为1／200。支渠全部布置在脊岭上，垂直等高线布置，采用双向灌溉。斗、农渠沿支渠两侧对称开设，有效地控制着整个灌区。小的斗、农、毛渠，阡陌纵横，密布于各支渠间的农田上，使全灌区没有不能灌上水的土地。灌区控制面积4．5万余亩，开垦的农田为1．7万亩。灌区下部与支渠尾端，或两条支渠尾端之间，有着较深的洼沟，沟内分布着砂砾石，应是当时的退水渠道，因灌区的退水冲刷而成。可见，整个灌溉渠道系统的布置较为合理，干渠线路平直整齐，渠道引水势顺，进入灌区后，根据地形条件，采用集中分水的方式，由一处分出多股支渠。内部渠系分布均匀，双向对称。由于米兰河含泥沙量较多，所以渠道的纵坡较陡。米兰灌区渠道因地制宜的规划布局，良好的水头控制，以及渠道网系的完整性，在古代灌区中很是突出。两千年后的今天，为了重新开发利用这一地区，人们曾作古城灌溉区渠系规划，在精确进行地形测量后，全面采用现代的混凝土护面渠道，及钢筋混凝土建筑物的条件下，主要干支渠基本上仍布置在原渠位置，并仍旧采用双向灌溉和集中分水的方式。米兰古灌区是西汉时由内地派屯士去规划创建的，可代表当时社会的技术水平。由此可知，汉代时期渠系布置已达到相当高的技术水平。
（四）渠系建筑物
战国至南北朝时，渠系建筑物的种类已很多，如调节、配水的建筑物有分水闸、节制闸和放水闸涵等；交叉建筑物有隧洞、渡槽、倒虹吸管、涵管等；落差建筑物有跌水等；还有泄水、退水建筑物，量水建筑物等。渠道通过这些建筑物能较好地进行水量的调节、分配和控制，穿过复杂的地形，确保渠道安全不被冲毁。
1．调节、配水建筑物。上一级渠道向下一级渠道分水，需要修建调节和配水的建筑物。战国至南北朝时期，渠道上修建木闸、石闸已较为广泛，主要用于渠道进水处，如漳水十二渠、河内秦渠等。干渠向支渠分水及渠中水位调节也有修建闸门的，如新疆米兰汉代灌溉渠系，干支渠上都设有闸门（102）。还有一些灌区是在分水处采用分水堰分水，如都江堰灌区。大灌区因渠道众多，设置的水门数量也可观。如出土的居延汉简中，在肩水候官（驻地湾）下有“水门漀”，说明此<隊火>附近有水门。有一条简文专指制作水门之事，“作门，七十付口，成贤。右水门凡十四”（103）。简文中的“门”，应指作渠道上的木闸门，水门数达70，数量是较多的。所作的水门可能是支渠上的闸门，已定型制作。
2．交叉建筑物。这是渠道与渠道、河流、洼地、山梁、道路相交时所修建的建筑物，分为平交建筑物和立交建筑物两类。
早期渠道在与河流相交时多采用平交的方法。如郑国渠与冶峪河、清峪河、浊峪河和石川河等溪谷水相交时，采用了“横绝”、“注入”、“揽合”等平交技术措施。关中成国渠在西魏大统十三年（公元547年）进行过改建工程。《太平寰宇记》卷二十七武功县下记载：“六门堰，西魏文帝大统十三年置六斗门节水，因名之。”六门堰是成国渠与漆水相交处所做的工程。据今人调查研究，成国渠过漆水的位置延伸至今王家窑、毛家嘴的峡谷处，此处峡谷窄深，又是沛、漆两个支流交汇处，颇为适宜（104）。见下页图2-1-3-13。在该处建堰工程量小，堰上设置六个斗门，根据需要视来水量的多寡进行调节，平时关闭斗门，引水人渠；洪水时打开斗门泄洪。西汉时成国渠过漆水河大概是在河中筑土坝堵水，使渠、漆汇合，待壅高水位后，自动向渠道的东面流去，但土坝在洪水时易冲毁，需要频繁修筑。曹魏建六斗门后运行管理方便，平交技术有了较大进步。
立交建筑物有隧洞、渡槽等。隧洞是渠道通过山体时开挖的工程。西汉时已在渠道线路中开凿了大规模的隧洞工程。《史记·河渠志》记载，汉武帝为了引洛水灌溉改良重泉（今陕西蒲城县南）以东万余顷的盐碱地，“发卒万余人穿渠，自征引洛水至商颜山下。岸善崩，乃凿井，深者四十余丈，往往为井，井下相通行水。水颓以绝商颜，东至山岭十余里间。井渠之生自此始。穿渠得龙骨，故名日龙首渠”。
龙首渠口选在商颜山（今称铁链山）以北的征县（今陕西澄城县西南避难村） 西二公里处引洛河，引水高程约421米，顺着北高南低的地势开渠。由于洛河以东 是海拔500米左右的高塬，仅沿河一公里左右有平坦地，因此渠线首段沿洛河东岸 布设，向南行二十余公里，即遇商颜山的阻挡。开始先开挖明渠，但工程量过大， 山岭土质又是黄土，渠岸容易崩塌。之后，改用井渠施工方法，即沿渠线布点开挖 若干竖井，井与井之间凿隧道相通，构成穿过山岭的行水隧洞。竖井“深者四十 余丈”（合今九十多米）。隧洞成为暗渠，长达十余里。见图2-1-3-14。
汉代龙首渠所开凿的隧洞，民国时期在开凿洛惠渠五号隧洞时已经发现，渠底高程比洛惠渠渠底高出20米左右，隧洞用柏木作支撑（105）。新中国成立后考古工作人员对汉代井渠工程遗迹进行了初步调查和试掘。龙首渠自今澄城县北头村附近引洛水人渠，南流十余里，越过大峪河，进入永丰境内。由河城塬到温汤的缓坡地带为第一段井渠，总长度约2600米；由王武至大荔县义井为商颜山的山脊地带，为第二段井渠，总长度约4300米。重点调查的第一段井渠，共发现竖井7个，井间距离不等，一般在160米—260米之间。一号竖井位于崖窑子村东南约30米，井口直径约1．26米。井中发现汉代的陶罐、瓮、盆、釜等残片。七号井位于河城塬村西约20米，井口直径1．24米，井深约27．80米（106）。
龙首渠用井渠法开挖水工隧洞，是先民的一大创造。在技术方面：一是掌握了凿深井的技术。竖井深达40丈，这记录处于当时世界的前列。开挖竖井，增加了工作面，又有利于出土，加快了开挖的进度；改善了隧洞中采光和通风的条件。二是掌握了隧洞定线的技术。十余里长的隧洞能打通，有一个复杂的定线技术问题。既要了解隧洞经过地区的地形、地质条件，又要能够准确地定出竖井的深度、隧洞的方向和坡降，使若干个竖井下的隧洞能准确交会，说明西汉时测量技术达到了相当高的水平。
龙首渠工程开了十余年，“渠颇通，犹未得其饶”。其原因可能是铁链山地质结构复杂，隧洞防护衬砌措施不过硬的缘故。井渠经过流沙潜泉地带时，仅靠柏木板和木支架支撑洞身，就会出现坍塌。直到近代在开挖洛惠渠通过铁链山的五号隧洞时，因遇到流沙涌泉，不得不四次改变施工方法，又进行一次大改道，历时十三年勉强打通，然仍未能通水，到1950年才放水浇地。所以龙首渠在两千一百多年前能开通长十余里的隧洞，是很了不起的。
龙首渠创造的井渠施工方法，对后世产生深远的影响。司马迁说：“井渠之生自此始。”（《史记·河渠书》）这种方法在汉武帝以后还传人西北地区。《汉书·西域传》记载：汉宣帝时，破羌将军辛武贤率兵15000人至敦煌，“遣使者案行表，穿卑韆侯井以西，欲通渠转谷，积居庐仓以讨之”。三国时人孟康在卑韆侯井下注曰：“大井六通渠也，下泉流涌出，在白龙堆东土山下。”白龙堆在今罗布淖尔东北，帝武贤遣使穿卑韆侯井以西，正好到达罗布淖尔北岸。当时采用井渠法引泉通渠，其结构与今天新疆吐鲁番盆地的坎儿井应相同。又20世纪80年代，在新疆托克逊河加依乡境内盘吉尔山，发现了一处很大的岩画。岩画上除刻有动物图形外，还刻有类似于渠道、湖泊、坎儿井、农田及村落等的图形。画面上有许多按规律整齐排列的圆坑，并有浅槽将圆坑互相连接起来，最后一个圆坑下游为深槽。据分析，这些圆坑就是坎儿井的竖井，浅槽表示暗渠，深槽表示涝坝与明渠，画面描述了完整的坎儿井体系。据新疆博物馆考古研究所研究人员鉴定，岩画形成于古突厥王朝时代”（107），年代最晚不超过公元2世纪，说明新疆坎儿井修建年代可能很悠久，坎儿井的修建技术应导源于关中井渠法的西传。
渡槽，是渠道与河流、道路、沟谷等相交时修建的建筑物，也就是过水的桥，古代称为飞渠、架槽等。《水经注·渭水》载，西汉时从沆水向都城长安供水，“飞渠引水人城”，已经采用了渡槽工程。这是向城市供水，后来推广运用到灌溉渠道上。如东汉时都江堰灌区向望川原发展灌溉，新开渠道20里，《水经注·江水一》称：“凿山崖度水，结诸陂池。”此处“度水”，很可能是渡槽工程。
倒虹吸管，当渠道欲穿过其他渠道，以及山沟、道路时修建。它是两端连接明渠，而位置较渠底为低的压力水管，类似倒置的虹吸管，故称为倒虹吸管。其输水原理借助于上下游水位差。据已有的考古成果，古代城市建设中早已使用倒虹吸管。早在殷代，在当时的都城（今河南安阳小屯）已修建有陶制下水管道了。战国时期的阳城（今河南登封县东南）的城市供水系统中明确设置了倒虹吸（108）。秦汉时期灌溉渠道工程大量修筑，交叉建筑物设置很多，倒虹吸管也会用到灌溉工程中，这有待于今后的考古发现。
3．落差建筑物。渠道设计要满足不冲不淤的要求。当地形过陡时，为避免大挖方和大填方，可以把渠道做成一段段缓坡，并在缓坡之间形成集中落差，修建的落差建筑物一般采用跌水和陡坡。关于跌水的技术战国时已有记载。上文讲到《考工记·匠人》载：“欲为渊，则勾于矩”应指跌水。跌水建成直角形，消能好，与现代的要求是一致的。
4．泄水、退水建筑物。战国时修建的渠道已明确有退水的设施，渠中过多的水由退水渠泄人河道，如郑国渠干渠就存有几处退水渠遗迹。
5．量水建筑物。为了合理地从水源引水，以及按计划向渠道配水，需要布设量水设施。战国时期已经开始对河流进行水位测量。据《华阳国志·蜀志》记载，秦代在都江堰白沙邮做三石人，这是见于记载的最早水尺。“三石人立三水中”，三水可能指内江、外江和未分流前的岷江。当时在实践的基础上，不仅掌握了岷江水位涨落的规律，还认识到河流水位与渠首流量之间有相关关系，“水竭不至足，盛不没肩”，水位在这个范围内，进入渠首的水量才不会过少或过多。如水位过低或过高，可采取一些措施进行调整。东汉建宁元年造的三神石人，也是测量河流水位的“水则”，作用与秦代的三石人同。
四、施工技术
在渠道施工技术上，由于实践经验的积累，这一阶段也出现一些明确的规范和先进的技术。
1．作沟渠样板。控沟渠和筑堤要先做好样板断面。《考工记·匠人》称：“凡沟防，必一日先深之以为式，里为式，然后可以傅众力。”在施工前一日先做好“式”，即标准断面，每一里做一处样板，这样开工后大量的劳力有样板作标准，可以做到工程规格的统一，提高施工的质量和效率。
2．选择合适的施工季节。《吕氏春秋·季春纪》谓：季春之月命司空，“循行国邑，周视原野，修利堤防，导达沟渎，开通道路”。《淮南子·时则训》也有同样的说法。为什么筑堤开沟要在季春三月进行呢？《管子·度地》有较详细的说明：“春三月，天地干燥，水纠列之时也，山川涸落。天气下，地气上，万物交通。故事已，新事未起。草木荑生可食。寒暑调，日夜分。分之后，夜日益短，昼日益长。利以作土功之事，土乃益刚”，并分析了夏、秋、冬不利作土功的原因。
《管子》所指的春三月是夏历的月份，是针对黄河中下游的情况而说的。首先，春三月气候干燥，河川水位降落，便于施工，还可在河滩地取土，既浚深了河床，又不需到远处运土。直到现代水利施工也都利用枯水期进行。第二，土壤春冻初解，挖出的土壤不是大块冻土，但又未完全干燥，这时土壤的含水量最适宜，能保证施工质量，“土乃益刚”。第三，此时上一年农事结束，新一年农事还未开始，处于农闲时期，水利施工不会影响农业生产。第四，春分（夏历二月）后，黑夜日益短，白天日益长，利于做土功。而夏三月，“天地气壮，大暑至，万物荣华”，农活正忙，不利做土功之事，是谓“防农焉”；秋三月，“山川百泉涌，降雨下，山水出”，土壤含水量大，“濡湿日生，土弱难成”，亦不利做土功之事；冬三月，“大寒起”，天寒地冻，取土困难，土硬不能捣实，“土刚不立”。因此做土功只有一年中春三月最为合适。当时确定施工季节考虑了多方面的因素，其中最重要的是要确保工程的质量。
3。采用石方施工。这一时期，渠道施工中大量采用的是土方工程。但由于铁工具的普及，石方工程施工也逐渐运用和普及。如修筑漳水渠坝、戾陵堰等都用了大量的石方。河内秦渠的水门曹魏时改建为石闸座。石坝比土坝结实，坝面还能过水。石质闸座坚固，使用时间较久。渠道亦出现了石渠，如汉代汝南建有“石洫”（109）。车箱渠是因渠道断面像车箱形而名，渠首干渠可能开凿石山或用石砌筑成渠。石砌渠道防冲和防渗作用增强，石方施工技术的进步使渠道工程更加坚固耐久，减少渠水渗漏，提高渠道水量有效利用系数。
4．火爆法的运用。战国后期李冰在四川凿山崖，采用“积薪烧之”的方法 （《华阳国志·蜀志》），再加以水浇，石即坼裂，后代多所运用。如《后汉书》卷五八《虞诩传》引《续汉书》称：虞诩开漕道，自沮（今陕西略阳县东）至下辩（今甘肃成县西），为凿通峡道，“诩乃使人烧石，以水浇之，石皆坼裂，因镌去石，遂无泛溺之患”。这种开采石料的施工方法可能创始于新石器时期（110），战国以后运用于水利工程上。
五、灌溉技术和灌溉管理
兴修灌渠把水引到田间，还要讲究灌溉技术，才能更好地满足作物对水分的需求，以达到改良土壤的目的。春秋时已有畦灌、沟灌和淹灌等灌水技术【1】。战国至南北朝时期，灌溉技术又有创新，如淤灌改土、水温调节、遥润渗灌，以及制定灌溉用水制度等，这些技术在当时是较为先进的。
（一）淤灌改土
我国北方很多地区分布有盐碱土。如古代黄河中下游内陆地区的盐碱土，主要分布在黄河及其支流等河流的泛滥区。《尚书·禹贡》记载，冀州（今山西和河北的南部）的土壤是“白壤”，是为盐渍土。《史记·河渠书》称，关中平原有“泽卤”。而北方许多河流的含沙量又很高，如黄河，汉代就有“河水重浊，号为一石水而六斗泥”（《汉书·沟洫志》）的说法。在汛期，河流挟带的多是悬移质细泥，有机质含量丰富。战国时劳动人民已大量引用多泥沙的水流进行淤灌，不仅满足了作物对水分的需求，沉淀在农田的淤泥又有肥田的作用，灌溉淡水还溶解洗去土壤中的盐分，起到改良盐碱地的作用。淤灌改土方法大致可以分为稻田和旱地两种。
1．种稻淤灌洗盐。漳水渠灌区是漳水泛滥的地区，有大片“终古舄卤”之地。“卤”，许慎《说文解字》谓：“卤，西方咸地也。……东方谓之彦（斥），西方谓之卤。”漳水含泥沙量很大，通过引漳河水淤灌，可达到灌溉、肥田、改土的目的。《汉书·沟洫志》称：“决漳水兮灌邺旁，终古舄兮生稻粱。”瘠薄的盐碱地上长出了丰盛的“稻粱”。东汉顺帝时崔瑗任汲悬令，“为人开稻田数百顷，通过开渠灌溉”将“泽田”改造成稻田，于是“斥卤之地，更为沃壤”（111）。
北方种稻改良盐碱地的方法，一般选择低洼之地开辟为稻田。据《水经注·浊漳水》引晋人陆翔《邺中记》载，漳水渠“水所溉之处，名曰晏陂泽”，应是一片低湿洼地，宜开辟为稻作区。因此，晏陂泽可能是漳水渠灌区种植水稻的主要地区。崔瑗也是将低洼的泽田种稻。水稻田灌溉采用淹灌法，田块作有低埂，通过灌水泡田冲洗和水稻生长期的灌溉、排水和换水，盐分逐渐洗淋下渗或随水排走，而淤泥沉积下来肥田，因此淤灌种稻改良盐碱地的效果显著。
2．旱地淤灌洗盐。漳水渠灌区在低洼地种稻，在较高的土地上则种“梁”等旱作物。王充《论衡·率性篇》载，漳水渠所在舄卤之地，“灌以漳水，成为膏腴，则亩收一钟”。郑国渠引用泾水，泾水是黄河的支流，含沙量大，据现代实测，多年平均含沙量高达每立方米180公斤，且富含有机质。《汉书·沟洫志》称：“（郑国）渠成，而用注填阏之水，溉舄卤之地四万余顷，收皆亩一钟。”颜师古注曰：“注，引也。阏读与淤同，音于据反。填阏谓壅泥也。言引淤浊之水灌咸卤之田，更令肥美，故一亩之收至六斛四斗。”之后建成的白渠亦引泾水灌溉。《汉书·沟洫志》载民歌赞此两渠：“泾水一石，其泥数斗，且溉且粪，长我禾黍。”东汉时开的引泾水的樊惠渠：“流水门，通窬（即窦）渎，洒之于畎亩。清流浸润，泥涝浮游，曩之卤田，化为甘壤。粳黍稼穑之所人，不可胜算。”（112）通过灌水和放淤，既浇灌作物，又改良了土壤。
旱作淤灌改土的技术方法：
一是采用“甽浴土”的方法。战国末年的著作《吕氏春秋·任土篇》提出：“子能使吾土靖而甽浴土乎？”的问题。“靖”是洁净，“甽”是田间水沟，“浴”是洗涤。此“甽浴土”大约是从畎亩法发展而来，须在田中开沟，通过降雨淋洗，使土壤中的盐分溶解于淡水中，再从沟道排走，逐步降低土壤耕作层的含盐量，达到脱盐的目的。《吕氏春秋·辨土》还提出“亩欲广以平，甽欲小以深”。这既有利于作物的栽培生长，同时开挖深沟，也利于降低地下水位，防止土壤返盐。战国以后，随着灌排渠道的大量兴建，农田中也会“洒之于畎亩”（蔡邕《京兆樊惠渠颂》），采用沟灌法，用“填淤”之水且灌且粪，多余之水通过排水沟道排走，这加速了土壤的脱盐过程，比仅依靠降雨脱盐技术又有很大进步。
二是采用畦灌法，关中郑渠、白渠的灌水方法，是在洪水时期引浑水灌溉。历史上引泾灌区多是修筑大畦灌溉，因此早期淤灌也很可能采用大畦灌溉，灌水地块的大小因记载缺乏无从知晓。当然也必须要有排水系统相配合，否则会引起次生盐碱化。从“关中为沃野，无凶年”（《史记·河渠书》）看，其淤灌取得了很好的成效。
对淤灌改土的作用，西汉贾让在“治河三策”中说：因黄河泛滥，“水行地上，凑润上彻，民则病湿气，木皆立枯，卤不生谷”。而“若有渠溉，则盐卤不湿，填淤加肥；故种禾麦，更为粳稻，高田五倍，下田十倍”（《汉书·沟洫志》），肯定了浑水淤灌改土的作用，肯定了利用黄河水沙资源的积极作用。淤灌，同时利用了河水中的水和泥沙，变害为利，这种技术经验对后代产生了深远的影响，在世界水利技术上也有着特殊的地位。
古代埃及尼罗河和美索不达米亚平原引洪淤灌的历史可以追溯到公元前4000年以前，开始任凭河水泛滥，水退后再种庄稼。以后才修灌渠或堤围淤灌。而我国很早就采用工程措施淤灌，对淤灌的技术经验似总结得更丰富些。
（二）水温调节
灌溉水温与作物生长期所需的水温并不一定适宜，灌溉水过冷或过热都会影响作物生长，这就需要对水温进行调节，这在西汉时已有较好的总结。汉成帝时成书的《汜胜之书》在“稻”篇中说：“始种稻欲温，温者缺其塍，令水道相直；夏至后大热，令水道错。”这是对水稻田采用“水道相直”来保温，用“水道（相）错”来降温，即利用水流进出口方位的变换来控制稻田的水温。见下页图2-1-3-15。《汜胜之书》记述的是2000年前关中地区的情况，“冬至后一百一十日可种稻”，也即清明之后种稻，此时北方气温尚低，灌溉水温也低，而稻田中水层浅，受日照后易提高温度，有利于稻苗生长。因此，早期稻田灌水，应把田埂上的进水口和出水口安排在田块的一边，这样对整个田块中的水牵动较少，有利于保持稻田水温。夏至以后，天气炎热，稻田水层经日晒后温度过高，于水稻生长不利。此时灌溉水温低于稻田水温，应把进水口和出水口错开，使水流斜穿过田面，利于降低田块中的水温。这虽然用了串灌，易使肥料流失一部分，但在控制水温方面有着良好的作用。
汉代对旱作物的灌水，也注意到水温调节问题。《汜胜之书·麻》谓：“天旱，以流水浇之，树五升；无流水，曝井水，杀其寒气以浇之。”热天用井水浇麻，因井水温度低，要经过日晒提高水温后才能浇田。此虽讲的是井水，但其原则对引泉灌溉进行水温调节也是适用的。夏天，泉水温度低，也要晒过处理后才能浇田，这一技术后代地方志中多有记载。
（三）遥润和渗灌
遥润、渗灌都是节水灌溉的方法，并配合区种法实施。区种法西汉时创造，是一种经济用水、集中施肥和配合深耕的抗旱丰产农作技术，遥润、渗灌皆是为区种而设计的省水抗旱技术。
遥润实际是沟灌的一种方法。《汜胜之书·瓠》讲到区种瓠时，“旱时须浇之，坑畔周匝小渠子，深四五寸，以水停之，令其遥润，不得坑中下水”。这是在种瓠的坑（小区）周围开挖小沟，深四五寸，注水人沟中，通过“遥润”供给瓠株水分。这种小沟灌水法，既能保持土壤的团粒结构，不使瓠根处土壤板结，影响植株生长，又比大沟灌水节省水量。
渗灌是灌溉水从地面以下一定深度处浸润土壤的灌水方法。《汜胜之书·瓜》记载了一种埋设瓦瓮进行渗灌的方法：区种瓜时：“以三斗瓦瓮埋著科中央，令甕口上与地平，盛水瓮中，令满。种瓜瓮四面各一子，以瓦盖瓮口。水或减，辄增，常令水满。”就是通过瓦瓮的渗透作用，均衡地供给瓜株水分，这样土壤就不会产生板结现象，避免了水分流失，减少了水分蒸发，节省了灌溉水量，这在干旱的北方地区来说确实是一种简便易行又合理的灌溉方法。
（四）灌溉管理和灌溉用水制度
我国进行水利灌溉管理的历史很早。相传虞舜时就令伯禹作“司空”，从事“平水土”的工作（《尚书·舜典》）。夏、商、周时也都设“司空”职官，主管水土等工程。《荀子·王制》说司空的职责是“通沟浍，行水潦，安水藏，以时决塞”。《管子·立政》也有类似的记载。《管子·度地》中载有水官的机构和其具体的职责。文中载：“除五害之说，以水为始。请为置水官，令习水者为吏。大夫、大夫佐各一人，率部校长官佐各财足，乃取水（官）左右各一人，使为都匠水工，令之行水道城郭堤川沟池官府寺舍及洲中当缮治者，给卒财足。”水官冬季要巡视堤防沟道，春季进行修治，雨季要及时抢护加固。秦汉时期，适应大规模水利建设的需要，水利职官的设置渐趋完备。中央有司空，“掌水土事，凡营城起邑，浚沟洫、修坟防之事，则议其利，建其功。凡四方水土功课，岁尽则奏其殿最而行赏罚”（113）。司空之下，太常、少府、大司农、水衡都尉等部门分别设有管理水利的都水官。如汉代水衡设都水使者。太常下设“有都水长丞，主陂池灌溉，保守河渠”（114）。此外，在京师所在地的京兆尹、左冯翊、右扶风等三辅地区及各郡国也皆有都水官的设置。有些灌溉水利发达的地方，亦专设水利官员。如据1974年都江堰渠首出土的李冰石像题刻，东汉蜀郡设有管理水利的“都水掾”。三国蜀汉时，诸葛亮在都江堰设“堰官”，专门管理都江堰，常年有1200人护堰（《水经注·江水一》）。可见我国很早就重视水利的管理，大的灌溉工程的修建多由国家主持，地方各级政府也有专官负责灌溉水利，有的规模大的灌溉工程设有专官管理，形成中央、地方、基层多级管理体制，有力地促进了灌溉工程的兴建和维护。灌溉用水制度的制定明确记载始于西汉时。《汉书》卷五八《倪宽传》记载，汉武帝元鼎六年（公元前111年），倪宽主持兴修关中六辅渠，在灌区“定水令，以广溉田”。颜师古注曰：“为用水之次具立法，令皆得其所也。”可见水令就是灌溉用水制度，这是首次见于记载。北魏时，刁雍在河套地区开引黄灌渠艾山渠，亦制定了灌水制度：“一句之间，则水一遍，水凡四溉，谷得成实。”（115）对作物的灌溉次数作了规定。灌溉用水制度的制定，好处是多方面的：一是实行计划用水，合理调配水量，利于节约用水，“以广溉田”，使有限的水资源灌溉更多的农田。二；是可避免滥施灌水，以抬高地下水位引起次生盐碱化，这在北方地区尤其重要。三是按作物生长规律制订灌水计划，科学性更强，“谷得成实”，增产效果明显。四是有助于解决水利纠纷，“以防纷争”（《汉书·召信臣传》），使上下游、旱区和稻区等灌溉能统筹安排。
注释：
【1】畦灌：《说苑·反质》“卫有五大夫，俱负缶而人井灌韭，终日一区。”“区”，据《史记·货殖列传》“千畦姜韭”之下王逸注：“畦，犹区也”，所以“区”可作为“畦”解。沟灌：西周时盛行“畎亩法”，一直延续到春秋之时。畎亩法即农田采用垄作结构，沟垄相间，有利于排水。但在干旱时可能会利用畎进行灌溉．春秋时开始重视灌溉，所以利用垄作结构进行沟灌应起始于这一时期。淹灌：淹灌多用于稻田灌溉。《诗经·小雅·白桦》：“滮池北流，浸彼稻田。……浸彼稻田”就是淹灌。
