隋唐宋元拒咸蓄淡堰闸工程技术成就
——《中国古代灌溉工程技术史》第三编第二章第二节
第二节 拒咸蓄淡堰闸工程技术成就
我国东南沿海地区，地势平坦，潮汐差大，河流常受海水咸潮的倒灌，引起土地的盐碱化，严重危害农业生产的进行。唐宋元时期，随着沿海地区农业开发的加快，海堤工程系统的建成，为隔绝海潮的入侵，使内河咸淡分离，并蓄积淡水供给农田灌溉用水，在众多的通海溪河上相继修建堰闸，以拒咸蓄淡。拒咸蓄淡工程是我国东南沿海地区创建的特殊灌溉工程类型。
一、拒咸蓄淡堰闸的兴建
通海溪河上修筑堰闸，外以阻咸，内以蓄淡，具有双重的功用，浙闽沿海，独流人海的河流甚多，从唐代开始，兴修了众多的拦截海潮的堰闸。粤东沿海堰闸工程也有一定的规模。
浙东绍兴地区在唐代以前已在沿海修建了玉山斗门（亦称朱储斗门），它位于山会平原出海的干流直落江上绍兴城北30里的斗门镇。始建时斗门仅有二孔，无固定的闸门控制。唐代贞元元年（公元785年），浙东观察使皇甫政将玉山斗门扩建为八孔闸门[35]。吴庆莪《陡门闸考证》[36]称：“唐以前有斗门而无闸……斗门之有闸，始自唐德宗贞元初，浙东观察使皇甫政就玉山斗门而改建也。”闸址选择了“众浦之会”的关键位置。基础很好，岩基南北宽20步，将中闸凿子后，“植木为柱，衡木为闸，分为八间”。其旁设有水则测量水位，以便“时其启闭”[37]。以后嘉祐三年（公元1058年）在山阴县令李茂先主持下，将八孔木闸改建为石闸[38]。玉山斗门扩建设闸后，能有效地阻挡海水的侵入，不再咸化内河水质，使鉴湖以北，曹娥、钱清两江间的平原农田获蓄泄之利，增加了控制蓄泄的主动性和灵活性[39]。所以玉山斗门的改建在工程技术上有大的进步，是鉴湖水利发展中的一大成就。
宁波地区此类拒咸蓄淡的斗门堰闸甚多，如鄞县在唐代大和七年修筑了有名的它山堰；鄞县东一里许有江东碶闸[40]，始建年代不确，南宋淳熙二年（公元]175年）改建；慈溪的彭山闸，位于县西南五里，南宋淳熙十三年改建为石闸；茅洲闸，县东南15里，元至正元年创建；詹家闸，县东南25里，原为堰，元至正二十六年改为闸。奉化的进林楔，在县北，南宋绍兴十五年修筑。镇海的长山等五楔，筑于海堤千丈塘中，“外捍肉潴，应时宣泄”。象山自唐代以来建有朝宗、理川、灵长、会源四堰，以朝宗堰最为紧要，宋元祐元年改木闸为石闸。宁波沿海的堰闸后代修筑更多。故雍正《宁波府志》卷十四定海县下称“阻咸蓄淡，他邑皆恃乎塘碶，而在定为尤亟”。可见阻咸蓄淡工程在该地区的重要性，并明确指出了堰闸所起的作用是“阻咸蓄淡”。
台州地区的黄岩县共有耕地百万亩，其中三分之二为濒海斥卤田。该县在北宋时已建成灌溉面积为71万亩的官河灌区，干渠长90里，其下支渠936条。该灌区在泄水于海的溪河上筑埭（堰）200余所。但元祐以前未建闸，以埭堰水，这有利于高田灌溉，但低田易被淹，故常破埭排水，引起高、低田之人的争斗。元祐时提刑罗适改大埭为闸五所，南宋淳熙中浙东常平朱熹又增建六所闸，涝时可及时启闸排水，解决了高低田的矛盾，台州其余沿海河溪也设堰闸不少。
温州地区沿海也建有众多堰闸。如乐清县宋宣和间在县东40里建黄塘八埭。瑞安县有石冈斗门，山溪之水流为84条支河，总汇于石冈斗门，由其控制蓄泄人海，溉田两千余顷。斗门大约建于北宋之前，元丰时重筑，南宋绍兴末改木闸为石闸。宋代瑞安县还建了屿头斗门、周田陡门、塔山陡门等，作用与石冈斗门同。平阳县沿海有田四十万亩，南宋绍兴三年创建规模颇大的沙塘斗门，“上蓄尔流，下捍潮卤，有沙塘为之城垒，潴其不足泄其有余，有陡门为之襟喉”[41]。建初用巨木建闸，十年后木腐闸坏，乃用条石、石板砌筑闸墩和左右臂（翼墙），皆交错栉比砌之，中间用蜃灰锢之。胶结材料使用蜃灰是首次见于记载。
福建河流发源于闽西山区，多浊流人海，其中于流在20公里以上的河流有37条。沿海之地受咸潮影响多斥卤地，唐宋以后，人们大量在沿海筑堤，溪河上设置斗门和堰埭阻咸蓄淡灌溉农田。
福州地区拒咸蓄淡工程兴筑最早，数量又多。唐代大和二年（公元828年）闽县令李茸在县东五里筑海堤，隔断咸潮，潴溪水溉稻田。大和七年，李茸在长乐县东十里筑海堤，立十斗门以御潮，“旱则潴水，雨则泄水”，海滨斥卤遂成良田[42]。南宋时长乐县水利大为发展，建炎初大修塘垾陂湖。之后，乾道九年（公元1173年）知县徐暮又筑斗门及湖塘陂堰104所，溉田2023顷[43]；又筑大塘，抵海长1500丈，为斗门二，“旱则潴，潦则泄，溉田种千石”[44]。乾道末，长乐北面的连江县也增筑许多堰闸，知县曾模主持开浚东湖塘20余里，造水闸筑焊塍120余所，灌溉农田两千余顷[45]。福清县在唐代天宝年间筑有天宝陂，宋祥符年间重修，溉田种千余石；元符年间又修，“复铬铁以固其基”[44]，恢复灌溉效益，更名为元符陂。福清沿海有大塘，五代时修筑，长一千余丈，防海潮，蓄淡水，溉田种3600石（道光《福建通志》卷三三）。淳熙《三山志》卷一二《海田》称：“海田卤人盖不可种，暴雨作辄涨损，以故田家率因地势筑捍，动联数十百丈，御巨浸以为堤堘。又砌石为斗门，以泄暴水，工力费甚。”
莆田平原地分南北两洋，拒咸蓄淡工程始建于唐代。唐建中年间（公元780—783年）吴兴主持在今北洋拦截延寿水筑延寿陂，塍海为田，“溉田四百余顷”，“其利几及莆田之半”[46]。迨至宋代，堤塘陆续增加，先后兴筑三步泄和濠塘等，又增置芦浦、陈坝和慈寿等斗门[47]。继后，又续修太平、南安等陂。至此，北洋基本被围垦。南洋大规模围垦是在元丰六年（公元1083年）木兰陂建成后。木兰陂是继鄞县它山堰后又一著名的拒咸蓄淡工程。
泉州地区唐宋以来沿海修筑的水利工程甚多。《读史方舆纪要》卷九九晋江县下载：“堰水曰埭，埭九十有四，烟浦最大，上承九十九溪之水，广袤五六里，襟带南乡之镜，出溜石六斗门人于晋江，宋时筑埠三万丈，斗门四，与陈埭斗门共为尾闾泄水。治平二年以后，屡坏屡修，绍兴六年，大加修治，今犹仍故址。”又称：“陂八十有二，（清）洋陂最大，邑南诸洋俱受溉焉。自烟浦而西，水之小者为溪，大者为浦，溪浦分流之际则筑土为陂，以溉溪旁之田。自南安县之九溪至府西南之高溪凡三十六水，合流数百里而为陂，自陂而下为拱塘、苏塘、萦迥复十余里，所溉田千有八百顷。宋熙宁初筑，淳熙七年累石为焊以防霖溢，且为三垛以泄水，长一百八十丈，广二丈有咫，修小陂于支流者五，为斗门于下流者七，陂之南北增筑长焊各三，倍其长之数焉。凡诸港浦埭塘，皆古人填海而成之，所谓‘闽在岐海中，也。”泉州共有埭九十四，陂八十二，虽然所记是明代的情况，但不少工程修筑在唐宋元时期而保留下来。
漳州地区两宋时大力经营沿海地区。乾隆《海澄县志》载：海澄县（治今龙海县东南海澄镇）临海，“澄之为邑，滨海苦盐卤，难施锄耒，不无需于陂与闸。陂以御咸，闸以蓄淡也”[48]。宋代有谢都官在海澄县筑陂，蓄引九十九坑之水灌田。继而陈太保又修理，灌田百余顷。之后郡守傅伯成在南溪垒石为堰，兴修广济陂，长130丈，溉田千有余顷[49]。工程规模较大，还兴修了不少海埭和斗门。广东雷州（治今海康县）地近海，东南有潮汐之患。南宋绍兴时始筑海堤，
起白海康白院渡，延袤于遂溪进德材，又修何公渠，分别建三闸，引西湖、特侣塘水“溉万顷洋田”。乾道五年（公元1169年）郡守戴之邵又增筑，海堤高广倍前，垦田数百余顷；又开戴公渠二条，一条在何公渠东（因何公渠近山易湮），下分八条支渠，“凡渠首尾悉为闸以出纳”，另一条在西湖东凿渠（因何公南亭渠闸湮废）灌东洋田[50]。元代大德六年（公元1302年），乌古孙泽任海北海南道肃政廉访使，在南宋基础上继续修筑拒咸蓄淡工程。在雷州城北，浚故湖，筑堤四千余丈，竭三溪之水潴之。堤旁置石闸七，凿渠长8760余丈，渠上置闸六所，通支渠以溉东南际海之田，以凿24支渠以溉西北之田，共长3650余丈。渠首尾都建有闸，视水之消长而启闭之，并修筑海堤，以障海潮，“计得良田数千顷，濒海广舄并为膏土”[51]。可见雷州的拒咸蓄淡工程技术也达相当的水平。到清代海康沿海堤防，北堤长12152丈，南堤长10344丈，遂溪堤长4502丈。
浙、闽、粤在唐宋元时期取得的拒咸蓄淡工程技术成就，可以鄞县的它山堰和莆田的木兰陂为典型代表。此两项工程建成已有千年左右的历史，至今完好，还在发挥效能，这在水利工程技术史上是值得大为称道的。
二、它山堰
它山堰位于浙江省鄞县境内鄞江桥镇西南鄞江上。鄞江源出四明山。有大蛟汗、小蛟汗溪流在密岩合流后称大溪（即章溪），过鄞江桥始有鄞江之称，至方桥下称奉化江，再流至宁波人甬江而出海。鄞江集山区351平方公里之来水，鄞江以西为平坦的鄞西平原，旧称西七乡。该地区降水丰富，年降雨量达1200毫米以上，但降水年内分配不均，常有洪涝旱等灾害发生。它山堰未筑以前，上游诸溪来水尽注入鄞江，白白地泄人大海；数天不雨，鄞江水低落，海潮可沿比降小的甬江及其支流奉化江、鄞江上溯到鄞江桥上三公里左右的平水潭，致使“泻卤之水，冲接人溪，来则沟浍皆盈，出则河港俱涸，田不可稼，人渴于饮”[52]，对农业生产和居民生活危害很大。虽然鄞西平原在贞元九年（公元793年）因故迹增修了广德湖，大和元年（公元827年）在县西南40里修筑了仲夏堰，解决了平原部分的蓄水灌溉问题，但仍不能满足农业发展的需要，特别是海潮溯河流深入内地的问题亟待解决。大和七年（公元833年），由郡县（治今宁波市）令王元<日韦>主持在鄞江上修建了它山堰，一举解决了拒咸蓄淡、农田灌溉和居民用水等问题。这一有坝引水工程距今已有1160多年，还依然屹立在鄞江上，发挥着阻咸、引流、泄洪的水利功能，实在是我国水利史上的一大奇迹。
它山堰工程主要由拦河堰、输水渠道、泄水竭等组成。
拦河堰是最重要的主体工程。它山堰能使用千余年与拦河堰选址合理，修筑技术高超有关。
拦河溢流堰位于郡县城南50里，鄞江桥镇西南鄞江上。鄞江自四明山腹发源，蜿蜒流至樟村，河谷展宽，宽处约一公里左右，水流趋缓，至鄞江桥出山峡。此处江南岸皆有山，而江北皆平地，只有一小山突兀，高十余米，因不与其他山相接，故称为它山。两岸岩石裸露，山势俯瞰，“二山夹流，钤锁两岸”，相距约150米。主流靠近南岸，然江的南部有小峙二，屹立于中流，“有捍防之势，人目为强堰”。由于它山处水流较缓，两岸又是岩基，中流还有二处牢固的天然岩屿（当地称为龙舌），因此从流态、地形和地质条件看，是很理想的堰址。所筑堰因位于它山旁，故名为它山堰。见图3—2—2—1，图3—2—2—2。
它山堰坝体是拦河砌石重力坝。由于记载不详，而现今堰体基本被泥沙埋没，堰的砌法和尺寸不很清楚，但据《四明它山水利备览》（以下简称《备览》）记载：坝是用巨石砌成，“堰脊横阔四十二丈，覆以石板，为片八十有半，左右石级各三十六”。“为片八十有半”已是南宋初周耆于堰上加一层石板后的情况，堰之原脊在周耆石下。堰是用整齐的巨石叠砌而成。唐僧元亮有它山堰诗谓：“截断寒流叠石基，海潮从此作回期。”[53]可见唐代人已称坝体是叠石而成。又宝庆《四明志》卷十二称：“唐太和中鄒令王公元晞始叠石为堰于两山间，阔四十二丈。级三十有六，冶铁灌之，渠与江截为二。”据此，堰不仅叠石而成，在石块与石块之间还冶铁注之，这一技术可能到宋代修堰时才采用。从现存的堰体上部看，堰体用长2—3．3米，宽0．5—1．4米，厚0．2—0．35米的条石砌成。堰长为113．6米，其中堰流段107米，面宽3．3米[54]。堰高据36级石阶推算为8—9米[55]。
1995年4月，杭州市水利建筑工程总公司对它山堰进行整治保护工程施工，为掌握堰体情况，委托电力部华东勘测设计研究院物探队，用美国S12高分辨数字地震仪等设备，对堰体及地基进行了浅层地震波勘探。当时在堰体上，共布置横河断面四个，顺河断面四个，根据物探数据整理的结果，发现石堰中部最大厚度（指高度，下同）为4．0米（以现有堰体中心高程3．O5米起算），一般厚度为2．3—2．8米，靠近河床的两端为1．8—2．2米。堰体露出的第二平台，高程为2．40米，是唐代始建的古堰，堰顶宽约4．0米，堰体最大砌石厚度在河床中心段为3．5米。砌石厚度若每层厚以0．15—0．20米估计，应为17—23级（两端应为9—12级）。堰底明显向河上游倾斜，一般倾角在8℃—10℃之间，惟在南段堰底因与河床基岩连接，故堰底平缓。在堰体底部，均用大量木桩作基础并回填黏土碎石，推测木桩桩底线应在一2．50米高程。宋代所修复增高的堰体，其中心轴线在原堰体的位置向上游移动了近2．0米左右，比唐堰顶高0．65米，堰体宽度为3．5米，堰长113．4米，堰体砌石厚度1．3~1．5米（估计有4—6层块石），堰体以下全部用木桩支撑并回填黏土夹碎石。而且后人在修复过程中，堰体自北向南的近70米范围内未采用直线平面布置，而是向上游稍微鼓出，而鼓出的最远点恰与河床深槽相对应[56]。
又1995年12月10日，为检验堰体上游混凝土帷幕灌浆效果，在堰体中段部位，打了一个检查孔，其孔显示堰底高程为—1．95米，而堰顶高程为3．O5米，则堰的高度为5．0米，这一高度与物探所测高度对照，则可以确定堰体最大高度应在5．0米左右[57]。但《备览》指有36石级，则堰的高度决不会是五米左右，这一疑点仍需进一步解决。
堰身内部的结构，《备览》称：“堰身中空，擎以巨木，形如屋宇。每遇溪涨湍急，则有沙随实其中，俗谓之护堤沙；水去沙子，其空如初。土人以杖试之，信然。”对这一记载，今人大致有两种看法：第一种认为，此堰始筑时可能上下游两边用条石砌，中间用沙砾石填筑充实，堰上部再覆以条石。这种混合结构当地沿溪沙塘中也有采用，特别是节制堰多采用此形式[57]。第二种认为，宋代维修它山堰时，对该堰加宽、增高、加固，曾在河床中打人木桩（估计桩长2—2．5米左右），然后在上面回填黏土及碎石以达到加固基础和防渗、防冲淘的目的，最后才铺设若下层石，“叠石为堰，冶铁而固之”。由于年长日久，石板下面的土层经常被上游来水冲淘，逐渐形成空隙，但木桩却难以被冲走而保持下来，故使后人看来，产生“堰身中空，擎以巨木，形如屋宇”的认识[56]。
它山堰筑法，先是筑简易坝截断大溪，导溪水从北山下古港流人下游，再戽于堰址基坑处水，然后筑堰。当时筑堰用了许多木材，相传“立堰之时，深山绝壑极大之木，人所不能致者，皆因水涨，乘流急至”。参照宋代以后四明地区方志所载修筑堰闸的方法，筑它山堰应是在河床中间沙砾石层打人许多木桩，木桩之间横扎巨木以防不均匀沉陷。然后再在处理过的基础上砌石。砌筑质量，“精致牢密，功侔鬼神”。
它山堰在堰体布置和构造方面颇合乎现代科学理论。首先，它山堰堰址选在河流出山处，流速较缓，地基坚硬，且又在潮区界附近，这样建堰后受潮汐涨落而引起的淤积影响会较小，可持久发挥堰的功能。第二，对堰体基础进行了处理。堰体筑于河流冲积层上，当时打人大量木桩对地基加以处理，以增大基础的承载力，这有利于堰体的稳定。第三，石堰堰底倾向上游，其倾角约8℃—10℃。这一构造措施，可以增加堰体的水平抗滑性能，据分析，堰体抗滑稳定性能增加一倍以上。这一措施在国内外的古代坝工建设中尚属首创。第四，石堰上游设置防渗铺盖。1995年在对它山堰加固施工中发现堰体上游均有大片石板广泛分布，一直延伸至堰上游10—15米远，石板之间结合甚密，其排列方向具有一定的规律性，显然是人工构建。不仅宋代维修堰体时铺设石板，同样，在唐代古堰体的上游面坡脚前，也曾发现有数层石板分布。这说明唐宋时已掌握堰前修筑防渗铺盖的技术。它山堰的河床，在基岩上分布有数米高的透水砂砾石，堰体筑于砂砾石之上。修筑铺盖可减少上游水流的渗透量。铺盖上层设置石板，对堰基还起较好的防冲作用。石板下分布有较厚的黏土夹碎石层，这是利用透水性小的黏土作防渗材料，还在黏土中掺和碎石来增加土的抗剪强度和加大其固结度，这一经验符合现代土力学理论。第五，堰体在平面上未采用直线布置，而是向上游稍鼓出成弧形。当溢流时，尤其在宣泄洪水时，水流将向河床中心集中，减轻了对两岸的冲刷，保护了堰体的稳定。第六，堰体有较好的消能设施。堰身上下游面砌成台阶形，形成的梯形断面稳定性好，同时，溢流时，又有良好的消能抗冲性。又堰下游护坦修成多级，采用逐级消能，符合近代水力学中分散消能的原理[58]。它山堰溢流消能的景象煞是壮观。《备览》称：“大溪之水，从堰人江，下历石级，状如喷雪，声如震雷。”
南塘河是它山堰枢纽工程的输水干渠，位于鄞江北岸，大体与鄞江平行。由于筑堰后提高了大溪的水位，“江、河（渠道）分流，截然为二”[59]。初筑堰时渠口无闸门控制，因堰的高度与干渠引水口的布设相适宜，故能“涝则七分水人于江，三分水人于溪，以泄暴流；旱则七分人溪，三分人江，以供灌溉”。引入南塘河的水通过分布于鄞西平原的纵横河网，灌溉平原大片农田。广德湖、仲夏堰废后，鄞西平原全部24万亩农田，“悉仰它山堰之水”。南塘河水还从郧县南门人城，潴蓄于日、月二湖（日湖宋代淤湮），以供民用和航行，大大改善了城市水利条件，美化了环境。
泄水竭（溢流堰）设在南塘河南侧，以排除灌区的洪涝水，旱时兼有引纳淡水的作用。起初设有乌金、积渎和行春三竭。乌金竭俗名上水竭，距它山堰15里；积渎竭俗名下水竭，距堰18里；行春竭俗名石竭，距堰35里。各竭开始末设闸门，多余水流越过溢流堰顶排泄。北宋时三竭先后改建成三碶，均设有闸门，“以启闭蓄泄”。灌区水太多，则开闸排泄人江；缺水季节，利用涨潮时高潮水位的顶托，引纳壅高的江中淡水，以补充灌区水源的不足。之后，因行春、积渎二碶相距17里间无排水闸，为了更好地排灌，宋代熙宁中县令虞大宁在二碶之间地势最低处，又增建风棚楔。风棚楔因“势独下”，排洪涝效果最大。从纳淡水的功能看，行春楔居江下流，咸湖容易到达，纳淡时间短；乌金、积渎处上流，咸潮虽在海潮盛涨时才能到达，但因地势较高，淡水进的水少；故以中间的风棚楔纳淡水最佳。
它山堰建成后在泥沙处理方面也取得突出的技术成就。唐代它山堰上游环境良好，“巨木高森，沿溪平地，竹木蔚然茂密，虽遇暴水湍激，沙土为木根盘固，流下不多，所淤亦少，闾淘良易”。宋代，特别是南宋以后，由于四明山区的日益开发，沿溪竹木大量砍伐，“致使浮沙随流而下，淤塞溪流，每年要用数万工清淤。淳祐时沙淤尤甚”，“大小溪而上夹岸皆沙，水为不流，井泉斥卤，农田失溉，民甚苦之”。它山堰“上下三十六级，其上沙没殆尽，下不没者五六”。淳祐二年（公元1242年）知府陈垲“利用水轻清居上，沙重浊居下”的原理，在它山堰上游西北约150米的吴家桥渠口处建三孑乙“回沙闸”，以阻沙人港。中一孑乙，阔一丈二尺八寸（实测宽3．57米），两旁孔各阔一丈一尺（实测宽3．02米），皆设闸版七片，平时中间常留一版，东西闸留两版，这样中间可以通舟，并视水位高下随时增减闸板，“水溢则闭，平则启”[53]。可见这闸是顾名思义的“回沙闸”，常令水自闸版上人渠，把沙隔于闸外，淘之较易。如淳祐三年七月，只需淘闸外淤沙50余丈，大大地节省了淘沙工作量。此闸元明时还存在。之后因水势改流，大溪水直接从闸后进入南塘河，闸渐废弃，现闸柱尚存。又明代嘉靖三年（公元1524年）在洪水湾的光溪桥建一角尺型石塘，名为官塘，用条石砌筑，塘长80米左右，宽3．5米。小水从光溪桥桥拱流出，洪水时漫塘而过；石塘的另一个作用是能阻沙人港，以免淤塞南塘和小溪港。
总之，它山堰首创了我国东南沿海地区具有拒咸蓄淡功能的大规模砌石溢流堰，在坝工科学技术方面取得了杰出的成就，其选址确当，设计合理，布置巧妙，构筑牢固，施工先进，构造科学，效益显著，影响深远。它历经千余年的岁月，现在仍然发挥引水灌溉，防御咸卤，宣泄洪水的作用，确实是我国乃至世界水利建设史上的一朵奇葩。
三、木兰陂
福建省莆田县的木兰陂，是北宋期间为发展兴化平原的农业生产，而兴建的拒、咸蓄淡工程。
兴化平原为海湾冲积平原，宽广30多华里，木兰溪自西而东横贯其间，两岸地势平衍，北称北洋平原，南称南洋平原。古代兴化湾的海潮常溯木兰溪而上，南北洋一带受潮汐威胁。隋唐时处处斥卤，不生稻苗，“惟蒲生焉”，因“以蒲名邑”[60]。天旱时庄稼又缺淡水灌溉。唐代开始筑海堤围垦南北洋平原，北洋筑延寿陂灌溉，南洋仅靠修筑的几个小水塘储水灌溉，其时“莆田壶公洋三面濒海，潮汐往来，泻卤弥天，虽有塘六所，潴积浅涸，不足以备旱嘆，岁歉无以输官，民则转徙流移”[61]。宋代莆田开发加快，相继在北洋木兰溪支流荻芦溪上建成南安、太平、使华等三陂，而南洋水利面貌仍未改进，因此阻绝咸潮上溯和蓄引溪水灌溉，就成了进一步开发兴化平原的关键举措。
木兰溪发源于德化县戴云山，流经永春、仙游等县，流人莆田，至三江口人兴化湾，蜿蜒200多里，汇合360多条山溪之水，流域面积达1832平方公里，是一条水量丰富的河溪。
木兰陂筑在莆田县城西南8里的木兰溪上，它拦河筑坝绝断咸潮，并具有一定的蓄水库容。先后经过三次施工，历时20年才营建成功。第一次在治平元年（公元1064年），由长乐县女子钱四娘筹款，在今樟林村附近的将军岩山麓，堰溪为陂。此处地高溪狭，水势湍急，大坝建成后，即被暴涨的洪流冲毁，钱四娘愤而投水与坝俱殁。第二次，长乐进士林从世又集资十万缗来莆田，改在前一陂址下游七里的温泉口筑坝堰溪。但此处靠海，且在急弯处，港窄潮急，陂将成时，又被凶猛的海潮冲毁。第三次，在王安石推行《农田水利法》的促进下，熙宁八年（公元1075年），侯官县李宏应诏来莆田筑陂，得到僧人冯智日的帮助，他们经过实地勘察，总结了前两次筑坝失败的原因。“将军滩居上游，与水争势，是以不遂”，“温泉口隙扼两岸，涛怒流悍，是以再毁”。于是将坝址选在前两次坝址之中，木兰山与北山山麓之间筑陂，此处“溪面宏阔，水势迂缓，两岸狭峙”[62]。水底岩石联亘，宜于建造大坝。在李宏等人的主持下，经过八年的努力，终于在元丰六年（公元1083年）工程全部竣工。“于是陂立水中，矫若龙翔，屹若山崎，下御海潮，上截永春、德化、仙游三县流水，灌田万余顷。”[63]见图3—2—2—3。
木兰陂建成初只灌溉南洋平原，北洋依靠唐代建成的延寿陂及宋代建成的南安、太平、使华诸陂灌溉。由于水量常感不足，元代延祐二年（公元1315年），由兴化路总管郭朵儿和张仲仪先后完成“万金斗门”的修建，引水汇人延寿溪，灌溉北洋农田，南北分水大体为南七北三，木兰陂的效益更加显著，共灌溉南北洋二十多万亩的农田。见下页图3—2—2—4。
木兰陂的建成，对兴化平原农业生产的发展和经济的繁荣起了很大作用。宋人徐鉴称道：“莆邑负山滨海，中间平畴数十里，古皆斥卤沮洳不毛之土，变斥卤为膏腴，易沮洳为肥美，稻收再熟，岁屡丰收，地狭民稠，卒不忧其不给，则曰繫水之故。”[64]南宋时灌区每年提供军用米即达3．7万斛。
木兰陂水利工程主要由陂首工程、渠系工程和沿海堤防涵闸工程三部分组成。
1．陂首工程。包括一座拦河坝、二道导流堤、南北洋进水闸和一座冲沙闸。拦河坝建在距县城西南8里的陂头村，是一座砌石溢流坝，全长232米，高7．25米。南半部为低堰闸坝，长113米，分为32孔（元至正间改为29孔，至解放前为28孔），孔宽1．85—3．1米；靠北部分为重力式拦河坝，长119米[65]。为了引导水流，避免暴洪冲击大坝和两岸，在坝的南北两端建导流堤，北端长150米，南端长292米。坝上游设置南北进水口，南渠进水闸“回澜桥”双孔，闸宽为2．35米和3．35米；北渠进水闸“万金陡门”单孔，闸宽2．6米。坝的南端设冲沙闸一孔，门宽4．2米，闸底比其他闸孔低0．5米，用以排除淤积泥沙。见图3—2—2—5。
2．渠系工程。从进水闸下游开引水渠，南渠有“大河七条，横阔二十余丈，深三丈五尺，支河一百有九条，横阔八丈，深二丈有奇，转折旋绕至三十余里”[66]。经过历代陆续扩展，现在南洋平原沟渠总长达199．8公里。北洋渠道，是利用原有延寿陂的沟渠加以扩展，现在总长达109．7公里。
3．堤防涵闸工程。南北洋沿海都建有海堤，历代加以维修整固，现有海堤总长87．48公里。沿堤建有泄洪涵闸。李宏筑木兰陂时，“立林墩斗门一所，洋埕、东山水泄二所，东山石函一所”，“又恐泄水不足，立东南等处木涵二十九口，以杀其势”[66]。以后历代有所增减，今有大型排水闸17座，泄水涵洞91座，控制闸55座，进水涵洞152座。这些海堤涵闸工程，与陂首和渠系工程有机地连成一体，共同发挥着引水、蓄水、灌溉、排涝、挡潮的作用。
木兰陂工程规模大，是福建省古代最大的拒咸蓄淡有坝引水工程。工程的主体拦河大坝，经受了900多年洪水潮汐的冲击，至今仍巍然迄立，发挥着泄洪、灌溉、挡潮的巨大作用。这与创建时陂址的选择、工程的布局和结构，以及施工等技术水平高超有关，也与历代重视工程的管理和维修是分不开的。木兰陂卓著的工程技术成就可归结为以下几方面：
1．坝址位置选择确当。拒咸蓄淡工程的挡水闸坝是“截溪海混流之陂”[67]。与一般截溪水灌溉之陂在位置的选择上相比，有其特殊的要求。挡河坝如靠溪河上流设置，则工程拒咸作用不大，如选择溪河临海位置，则工程施工比较困难，运行时闸坝受海潮的冲击破坏力较大。所以大坝选择的位置要使“水之咸者归海，水之淡者归溪”，又要使受洪流和海潮的冲击力较小。除此之外，还要符合一般建大坝的地质、地形、水流条件。
木兰陂坝址的选择吸取了2次建坝失败的教训。钱陂坝址在鼓角上将军岩，右岸有露头岩盘，直趋河中，对岸为河谷平地，水势右缓左急；林陂坝址在上杭温泉口，河面狭窄，宽仅160米，又是急弯所在，水流怒涛湍急，选择坝址不当造成了建陂的失败。为使建坝取得成功，李宏和冯智日慎重选择坝址，道光《福建通志》卷三四《水利》记载：僧冯智日“涉水插竹教宏以造陂处，其所定基视钱陂在下流，视林陂在上流，溪面宏阔，水势迂缓，其下山势迥合”。将坝址选在木兰山与北山山麓之间，河面较宽，又是直段，水流较缓，河床下有基岩，地质基础好，具有良好的建坝技术条件，这使大坝的安全度大为提高。
同时，坝址位于南北洋平原的顶端，渠首接近灌区，干渠引水段不长，节省开渠经费。坝址附近河面宽阔，利于蓄水，坝址以上河谷平原狭长，蓄水库淹没损失少，洪水期间回水淹没损失亦少。因此，从经济上说也是合理的。
2．枢纽工程的布置和结构合理。木兰陂枢纽工程的布置符合现代有坝引水工程布置的原则，将拦河坝、南北渠进水口、冲沙闸、导流堤、护坦等合理地组成一个水利枢纽，解决了咸淡分开、枯水期蓄水引水、洪水期泄洪、坝前和渠口冲淤等问题。
拦河坝是枢纽的主体工程，长232米，其北段采用重力坝型，这种坝型莆田县在此之间的太平、南安、使华陂都采用过，但木兰陂的南段则不同，采用堰闸坝型，正向主流布置，其宽度接近北山下河段的最窄宽度，堰闸达32孔之多，这样，过闸的单宽流量减少，对堰闸的冲击力减小，增加了大坝的安全度。采用插板闸门，利于洪启旱闭，启闸时可增泄流量400立方米／秒。因木兰溪是一条洪枯流量悬殊的河流，据现有观测资料，其最大洪峰流量达3620立方米／秒，枯水时因上游拦溪截水，流量最少出现过0．038立方米／秒的情况。大坝采用堰闸结构，枯水时闭闸，控制全部枯水流量，抬高水位，满足引水灌溉的需要；洪水时启闸泄洪，增加泄洪量，减少上游淹没损失。而且闸孔的尺寸大小合适，启闭并不笨重。这种带有泄水闸的大型砌石重力坝，在我国的水利史上木兰陂是首创。
3．泥沙处理的技术高超。木兰溪在陂址以上300余米，溪河奔流在两山峡谷间，宽仅130米，一出峡口河面扩展，到陂前达210米左右，河道变宽，水流变缓，泥沙易于沉积于陂前。为解决这一问题，初建时即在陂的南端渠道进水口附近设置冲沙闸，闸底高程低于渠道进水闸，开启冲沙闸即能冲洗沉淀的泥沙，加上坝南端采用堰闸结构，汛期泄洪有利于排沙，解决了南洋进水口和陂前淤积的问题。北洋进水口在坝北端的上游，进水角度与溪水流向成锐角相交，有利于取水防沙；进水口处有底岩露头，并建有长150米的导流堤与拦河坝相接，河段流速较大，因此进水口也不淤积。木兰陂运行了900余年，陂前基本无淤积问题，南北洋进水口引水顺畅，这也可谓是一项奇迹。
4．施工技术科学，质量牢固。大坝建在250米宽的河道上，工程艰巨浩大，建筑技术复杂。当时施工分两期进行。第一期，在河道南半部筑“上下游围堰，以障溪海之流，引水从别道人海”。即在河道南半部围堰建闸，以北半部河道作为施工导流沟。堰闸坝基处挖了河床基坑，对软弱地基进行了处理，然后、“累石其中，以为基础，钩锁结砌，鳞次栉比，渐高渐杀，至石梁乃分为三十二门。每门各竖两巨石为将军柱，厚四尺五寸，长一丈二尺，高出水上，叠板为闸，涝则纵，旱则闭”[63]。第二期，闸堰建成后，拆除围堰，开闸通水，于枯水季节，一举把北半部河道堵口合龙，然后砌石加固，建成溢流坝。
从完好保存至今的坝体看，大坝均由花岗岩条石垒叠砌筑，每块条石都在二吨以上，砌筑平整密合。坝闸墩上游的半个墩用条石砌筑，顶上用90厘米×50厘米X200厘米大条石压顶，下游半个闸墩用四条断面为60厘米×60厘米的石柱（俗称将军柱），自上游向下游紧靠成排，竖插嵌入坝基，第一根高度与墩顶齐，其后一根比一根低。柱基灌注铁水扎牢，再以条石砌筑石柱周围成墩，并与上游的闸墩连成整体。可见闸墩砌法的特别处是采用了长条的石柱，利用石柱顶住上游的闸墩，增加稳定性。顶面大条石之间用元宝形铁锭相连，成为一牢固的整体。
拦河坝与河岸连接处，南北两端皆砌有条石，形成的上下游导流堤，除引导水流外，上游（北岸）导流堤还具有挡土、防冲和防渗等作用；下游（南岸）导流堤亦起挡土和保护坝体的作用。堰闸式坝段下游砌长条石为护坦，呈阶梯跌水形式，这种形式消能效果较好，可保护河床免受冲刷及淘蚀坝基。
5．灌区水利设施配套，能有效、综合地利用水资源。木兰陂灌区内大小河沟组成灌排系统，大沟多利用原来的天然港道，小沟多为人工开挖，组成纵横交错的平原河网，起引、蓄、灌、排的作用。又在沿海修建陡门涵闸。“陡门之设，旱则障溪水使不得出，潦则泄溪水使不得溢，是陡门者又木兰（陡）之大通大塞也。”[68]南洋以林墩、洋城、赤山三座陡门最为重要，北洋以芦浦、陈坝、泄口等陡门最为重要。在沿海海堤上还设有数十个泄水涵洞，涵洞有木、石二种，石涵比木涵大，“潦开晴塞”。由于“有堤有港，有塘有沟，有圳有泄，因天时与地形以纵闭”[69]，灌区建有灌排河网、排水闸涵、海堤等组成配套的水利系统，通过水量调度，合理地进行“引、蓄、灌、泄”，提高了灌溉保证率，旱、洪、涝、潮灾大为减轻，又可发展水产养殖和水运业，从而充分地利用了当地的水资源，将盐碱遍野的南北洋改良为沃壤。
6．重视工程的管理和维修。李宏建成木兰陂后，设陂司管理机构，拨出专门田地，以其收入作为维护经费。设有陂正一人，陂副一人，甲头一人，小工八人，水手一人，从事常年性的管理和维修。历代大修、小修不断，从宋代至明清，维修不下40余次。为防止南北洋争水，规定以三、七分水，南得七分，北得三分，其进水口高低广狭皆有定数（弘治《兴化府志》卷五三《水利志》）。
总之，木兰陂这一拒咸蓄淡工程体现了我国古代人民的高度智慧和卓著的创造能力。
四、拒咸蓄淡堰闸工程的特点和技术要求
唐宋元时期在东南沿海通海溪河上修建了许多堰闸，以拒咸蓄淡。因其要解决的水利问题和所处的地理环境和水流动力条件的特殊性，使这类工程有以下一些特点和技术要求：
（一）要根据沿海灌区的规划选择好挡水工程的位置
如果堰闸过于近海设置，则近海地多淤泥，海潮强劲，修筑较为艰巨，所以筑闸一般离海有一段距离。然而沿海有些海岸，处在淤积状态，闸下潮沙壅高，将河道堵塞，使积水无法下泄，因此有人提出“置闸莫利于近外”的主张。北宋赵霖说：“置闸必近外，去江海止可三、五里，使闸外之浦日有澄沙淤积，假令岁事浚治，地里不远，易为工力。”[70]浙东黄岩县官河灌区宋代在沿海建闸11所，由于开少闭多，潮汐淤塞，使闸下河道几乎淤平，下田水排不出去被淹受害。有人建议：“因各闸去海颇远，潮淤日积，未免有尾塞不通之患，乃请……近海之地建闸一所。”[71]这类拦潮闸，闸上未建引水渠，泄水的功能大于拦水灌溉的功能，应该较为近海设闸。而如它山堰和木兰陂，堰闸上游开有引水渠，则要稍靠内设置，以居高临下控制整个灌区。因此，拒咸蓄淡堰闸的位置要慎重选择，以使建筑物发挥应有的功能，使运用的时间长，维护费用节省。
（二）要求工程构筑牢固
因堰闸处于咸淡水流夹击之地，东南沿海地区人海河道多发源山区，汛期山洪暴发，疾驶而下冲击堰闸，台风海潮又席卷而上，上下夹击，堰闸容易受损，因此，对其结构和材料的要求更严。重要的堰闸皆用大块条石纵横垒砌，用蜃灰锢之，甚至铬铁胶结，堰基打人木桩进行专门处理，力求修筑牢固。如宋代华亭县（今上海市松江县）张泾闸，《宋史·河渠志七》载：乾道二年（公元1166年），“张泾堰两岸创筑月河，置一闸，其两柱金口基址，并以石为之，启闭以时，民赖其利”。修建的是石闸。又据绍兴《云间志》载，张泾闸闸孔宽四尺，高十八板（即l9尺8寸），修筑时在闸基和闸座甃巨石，“增故土七尺”，加筑七尺高闸墙与海塘衔接。修筑步骤先在平地建闸，再开挖上下引河（月河），长3355尺，宽6尺，与原河接通，这样施工较易，质量有保证。如宋代绍兴三年（公元1133年），在浙江平阳县建沙塘陡门，雍正《浙江通志》卷六一载，起初用巨木交错做成重屋（似木笼）七间，四周以厚板拼严，成为木柜，实土其中，作为心墙，左右上下又沉石打桩联结，中间三间空出置闸。十余年后木腐土溃，水流泛溢。又重购求巨材修之，坝内仍作成黏土心墙，外面交错砌以条石板石，“凿石为条为板为<扌牵>为碗，自斗两吻及左右臂闸之上下，柜之表里牙错鳞比，以蜃灰锢之”。建成黏土心墙砌石坝，深广超过旧制三分之一，牢固性大大提高，起到“上蓄泉流，下捍潮卤”的作用，受益农田达40万亩。
（三）重视堰闸上下游泥沙的处理
宋代之后，东南沿海山区开发加快，水土流失逐渐加重，溪流挟带大量泥沙，易淤积在堰的上游。对此它山堰和木兰陂分别设有“回沙闸”和“冲沙闸”，防止了泥沙淤积渠口。对堰闸下游潮沙的淤积，一是溪水大时开闸冲淤，二是用“爬梳之法”[72]，即以铁齿耙随潮进退刷之。
（四）拒咸蓄淡堰闸往往与海堤、灌排渠道等组成一个整体的水利系统，发挥引、蓄、灌、排及挡潮的作用
唐、宋、元时在东南沿海大力围垦海涂，为此修建了不少拒咸蓄淡的堰闸，以隔离咸潮，拦蓄淡水。堰闸必须与海堤、灌排渠道等水利工程配合起来，共同起作用，才能把海涂改造成为良田。这一时期开发的许多海涂垦区，如木兰陂灌区等，其水利工程设施主要由堰闸、海堤、灌排渠系三部分组成，由于水利措施得力，所以开发海涂田的效果显著。
参考文献：
[1]吴越·范垌、林禹：《吴越备史》卷一。但有人对此史料有不同意见，见张修桂《金山卫及其附近一带海岸线的变迁》，《历史地理》第三辑。
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[3]《资治通鉴》卷一一一。
[4]南宋·绍熙：《云间志》认为是防御海寇的军事防御工事，明末顾炎武认为沪渎垒“筑于沿海一带，以遏潮冲”（《天下郡国利病书》卷二○）。据近人谭其骧考证（《长水集》下册），沪渎垒即今上海市青浦县东北的旧青浦镇（青龙镇）西之沪渎村。
[5]海堤长度记载不一，郏侨《水利书》引《新唐书》作214里。
[6]黄宣佩：《从考古发现谈上海成陆年代及港口发展》，《文物》1976年第11期。
[7]明·曹印儒：《海塘考》，嘉庆《松江府志》卷一○。
[8]光绪《华亭县志》卷四《海塘》。
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[10]《新唐书》卷一四三《李承传》。
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[12]嘉庆《东台县志》卷一一。
[13]《宋史》卷三○○《俞献卿传》。
[14]《嘉庆重修一统志》卷二八二《浙江统部二》。
[15]咸淳《临安志》卷三一丁宝臣《石堤记》。
[16]《元史》卷六五《河渠志二》。
[17]《两浙海塘通志》卷二引宋代鲁应龙《闲窗括异志》。
[18]《宋史》卷四二一《常楙传》。
[19]《天下郡国利病书》卷八四《浙江二》。
[20]以上见楼钥：《攻媿集》卷五九《余姚县海塘》；《农政全书》卷一六《石海塘记》。
[21]康熙《绍兴府志》卷一七《堤堰》。
[22]光绪《镇海县志》卷八《水利》。
[23]雍正《浙江通志》卷六二《海塘》。
[24]万历《上虞县志》。
[25]光绪《永嘉县志》卷二《舆地志二·水利》。
[26]民国《平阳县志》卷七《水利上》。
[27]民国《续修盐城县志》卷二引宋·周辉《清波杂志》。
[28]浙江省文物考古研究所：《五代钱氏捍海塘发掘简报》，《文物》1985年第4期。有人认为此塘后人做了维修，已不是钱氏时的原貌了。又淳祐《临安志》卷一○“捍海塘铁幢浦”条记云：“土人相传云：吴越王射箭止处，尝立铁幢，因以名。”万历《钱塘县志·纪都》引徐一夔《辨铁幢》载，钱镠筑海塘时曾立三个铁幢，以为水则，“幢制首圆如杵，径七八寸许，出土约三尺余”。一在候潮门东南旧便门街东南小巷，一在旧荐桥门（今城头基北口）外。这二处铁幢明时已湮没，惟存利津桥（今南星桥东）北一处。
[29]《元史》卷六二《地理志五》。
[30]咸淳《临安志》卷三一《山川十》。
[31]《宋史》卷九七《河渠志七》。
[32]《宋史》卷三二七《王安石传》。
[33]咸淳《临安志》卷三一《捍海塘》。
[34]明·徐光启：《农政全书》卷一六引《石海塘记》。
[35]《嘉庆重修一统志》卷二九四；《新唐书·地理志五》也有记载。
[36]《绍兴县志资料》第一辑第三册。
[37]宋·邵权：《越州重修山阴县朱储斗门记》，载《绍兴县志资料》第一辑第三册。
[38]宋·沈绅：《山阴县朱储石斗门记》，载《会稽掇英总集》卷一九。
[39]宋·徐次铎：《复鉴湖议》（嘉泰《会稽志》卷一三）说：“玉山斗门八间，曾南丰所谓朱储斗门是也，去湖最远，去海最近，地势斗下，泄水最速。”宋·沈绅《山阴县朱储石斗门记》（载《会稽掇英总集》卷一九）说：玉山斗门“以节二县墉北之水……溉田三千一百十九顷有奇”。
[40]“碶”即堰闸，是浙东人对这一水利工程的专有称呼。曾巩《广德湖记》（《元丰类稿》卷一九）称：“鄞人累石堙水，缺其间而扃以木，视水之小、大而闭，纵之，谓之碶。”
[41]以上浙东堰间皆见雍正《浙江通志》卷五八～六○。
[42]《新唐书》卷四一《地理志五》。
[43]淳熙《三山志》卷一六《水利》。
[44]乾隆《福建通志》卷七《水利》。
[45]《宋会要辑稿》食货六一之一二三。
[46]道光《福建通志》卷三四《水利》。
[47]陈池养：《莆田水利志》卷八引宋·傅淇：《陈坝斗门记》等。
[48]乾隆《海澄县志》卷二三引唐朝彝：《提督许公重修陂闸碑记》。
[49]乾隆《海澄县志》卷六、卷一二。
[50]康熙《雷州府志》卷二《水利》。
[51]《元史》卷一六三《乌古孙泽列传》；《新元史》卷一七四《孙泽列传》。
[52]宋·魏岘：《四明它山水利备览》。以下引文未注者皆引自该书。
[53]宝庆《四明志》卷一二《鄞县志·渠堰碶闸》。
[54]《鄞县水利志》，河海大学出版社，1992年，第325页。
[55]叶仲龙：《它山堰考略》，《中国水利》1982年第1期。
[56]以上见王一鸣、陈勇：《从它山堰现场勘探情况谈其结构》，载《它山堰暨浙东水利史学术讨论会论文集》，中国科学技术出版社，1997年。
[57]缪复元：《它山堰考疑》，载《它山堰暨浙东水利史学术讨论会论文集》，中国科学技术出版社，1997年。
[58]沈之良、陈万丰：《再谈我国水利史上的奇迹——有关唐代它山堰的千古之谜》，《科学导报》1995年第11期。
[59]乾道《四明图经》卷二《渠堰·它山堰》。
[60]乾隆《莆田县志》卷二《邑人太仆卿林源记》。
[61]宋·林大鼐：《李长者传》，弘治《兴化府志》卷二九。
[62]乾隆《莆田县志》卷二《水利》。
[63]宋·余飏：《莆阳木兰水利志》。
[64]宋·徐鉴：《募修木兰陂引》，载清·陈池养：《莆田水利志》卷七。
[65]福建省水利史志办：《莆田木兰陂》，《福建省水利史志资料》1985年第六期。以有关木兰陂的状况多参阅该文。
[66]宋·方天若：《木兰水利记》。
[67]乾隆《莆田县志》卷二《水利》称：“吾地之陂其名一，而其类有二：一曰截溪水高下之陂，若北洋两溪逐层樽节而横截之，垒石与水面平而止，蓄水以溉高田，其大水仍弥漫而过，使下陂有所受。……一日截溪海混流之陂，若南洋木兰陂，溪与海接，非中分而截之，何以使水之咸者归海，水之淡者归溪乎。其设陂也必用巨石立柱，犬牙相掣，堰高于岸而止，然后海涛上有所捍，而溪流得旁趋以入沟，故止设此一陂，而南水之大势以定矣。”
[68]乾隆《莆田县志》卷二《水利》“余飏记”。
[69]宋·郑寅：《重修濠塘泄记》；清·陈池养：《莆田水利志》卷八。
[70]宋·赵霖：《体究治水利害状》，载《吴郡志》卷一九。
[71]宋·周志伟：《请开河流》，雍正《浙江通志》卷五八《水利》。
[72]宋·王居安：《重浚官河记》，雍正《浙江通志》卷五八《水利》。
