摘 要:河套灌区灌溉工程历史悠久、规模宏大、体系独特、布局巧妙、运行科学、功能多重。坚持历史与现实、传承与发展、全面与重点、挖掘与整理相结合的原则,探寻河套灌区灌溉工程起源,划定河套灌区灌溉工程发展历史阶段,阐释河套灌区灌溉工程运行原理,研究河套灌区灌溉工程科学治水智慧,展现河套灌区灌溉工程多重功能,发掘河套灌区灌溉工程人文精神,总结河套灌区灌溉工程发展历史借鉴和启示,这对于我们更好建设、保护和传承河套灌区灌溉工程这项千年基业,实现河套灌区新时代水利事业高质量发展,建设全国“一流现代化灌区”,为保障国家粮食安全和生态安全接续做出更大贡献具有重要意义。
关键词:千年基业;河套灌区;灌溉工程;发展历史;研究
河套灌区位于我国正北方、黄河“几”字弯顶端、内蒙古自治区巴彦淖尔市境内,呈折扇形,总土地面积1784.6万亩,现状灌溉面积1154.01万亩。河套灌区是黄河流域最大的灌区,是国内三个特大型灌区之一,是亚洲最大的一首制自流引水灌区。河套灌区灌溉工程历史悠久,2019年,入选世界灌溉工程遗产;河套灌区灌溉工程规模宏大,拥有灌排渠沟道10.36万条、6.4万公里,各类水工建筑物18.35万座;河套灌区灌溉工程体系独特,一首取水、总干输水、灌排配套、总排退水、乌梁素海调蓄、回归黄河,犹如生命有机体;河套灌区灌溉工程布局巧妙,借助地形,因势利导,自流灌溉;河套灌区灌溉工程运行科学,引、输、配、排、蓄、退,不可或缺,浑然一体;河套灌区灌溉工程功能众多,水资源、水生态、水安澜、水安全作用显著。2023年6月6日,习近平总书记在内蒙古河套灌区水量信息化监测中心考察时赞叹指出:“河套灌区灌溉工程是千年基业,花了很大功夫,也很值得!”
一、河套灌区灌溉工程的时间溯源
目前,国内对河套灌区灌溉工程的时间溯源研究结论主要有以下四种观点:一是河套灌区灌溉工程可以上溯到秦汉甚至更远古的时期。如张志国在其文《河套地区水利开发的历史演变与人文特征》中说:“河套灌区具有悠久的发展历史,它的灌溉起源可以上溯到秦汉甚至更远古的历史时期”[1](P.255)。二是河套灌区灌溉工程可以上溯到秦朝时期。目前,这是国内主流观点。如丁昆仑编著的《河套灌区——世界灌溉工程遗产丛书》“古渠今生”章中说:“公元前221年,秦始皇统一中国。公元前215年,蒙恬率30万大军北击匈奴,为了保证大军粮草供给,秦朝开始移民屯垦戍边,沿黄河设置郡县,引水灌田,这便是河套灌溉交响曲的第一篇乐章”[2](P.31)。三是河套灌区灌溉工程可以上溯到西汉时期。中国水历史学家、中国水利史学科奠基人姚汉源为《河套灌区水利简史》作序中说:“自西汉置郡县兴水利以后,……下至宋明亦应有水利,而记载缺略”[3](P.1)。陈耳东在其著《河套灌区水利简史》中说:“西汉这一农垦区一定会建有相应的灌溉系统,从而可以认为这里应当是河套水利开发最早的实证和先声”[3](P.37)。四是河套灌区灌溉工程可以上溯到北魏时期。如新中国成立后,1957年4月,水利部北京勘测设计院编制的第一个关于河套灌区的规划——《黄河流域内蒙灌区规划报告》中说:“内蒙灌区相传始于秦汉,但有史可考者最早为公元四世纪北魏时代,于五原郡引河水灌田”[4](P.9)。
遗迹是考古研究的第一手资料,最能科学证明河套灌区灌溉工程历史起源的准确时间。但是由于长期的战乱、风沙的侵袭、以及这块土地上农业和游牧业的交替发展,河套灌区这片土地上以土质结构为主的灌溉工程已经全无踪影。没有实证,研究者只能仅凭现有少量的、内容记载又严重缺略、时间发展脉络又断断续续的历史文献资料,结合自己对灌溉工程内涵的不同理解,得出各自关于河套灌区灌溉工程起源时间的结论。
灌溉工程是指为农田灌溉而兴建的水利工程,包括蓄水工程、引水工程、提水工程等。界定清晰灌溉工程这个科学内涵,是研究河套灌区灌溉工程起源时间的前提。
先秦时期或者更早以前,河套灌区虽然是少数民族游牧之地,但是少量的农业生产与畜牧业的发展肯定是伴生的。这一时期,关于河套灌区这一片土地上农业生产活动记载的文献寥如晨星,如有记载也是寥寥数语,更无农业发展灌溉工程的记载了。所以说,以这一时期关于农业生产活动寥若晨星的文献中的寥寥数语的记载,作为河套灌区灌溉工程的起源时间是不恰当的。
“二十四史”是中国古代二十四部正史的总称。《史记》为二十四史之首,与司马光的《资治通鉴》并称“史学双璧”。《汉书》是二十四史中的第二部正史。研究西汉和西汉之前的历史,《史记》和《汉书》应是首选。秦朝时期,《史记·秦始皇本纪》有:“始皇乃使将军蒙恬发兵三十万人北击胡,略取河南地”[5](P.216)“西北斥逐匈奴。自榆中并河以东,属之阴山,以为四十四县,城河上为塞。又使蒙恬渡河取高阙、阳山、北假中,筑亭障以逐戎人。徙谪,实之初县”[5](P.216)“迁北河、榆中三万家,拜爵一级”[5](P.221)等记载,但从秦逐匈奴略取河南地到蒙恬死,诸侯叛秦,匈奴复占河套地区,前后仅五年时间。这短短的时间内,秦在河套灌区这一地区是否有开渠灌田,兴修水利,发展农业之举?若无确实可靠的文献或实物依据,而依靠分析推论,即使是合理的推论来确定,亦非所宜。《史记·平津侯主父列传》记载:“秦皇帝不听,遂使蒙恬将兵攻胡,辟地千里,以河为境。地固泽(咸)卤,不生五谷。然后发天下丁男以守北河。……又使天下蜚刍挽粟,起于黄腄、琅邪负海之郡,转输北河,率三十钟而致一石”[6](P.2569)。从这一段记载来看,当时的河套灌区“地固泽(咸)卤,不生五谷”,秦军粮食也为今天山东烟台市一带地区转运而来。所以说,河套灌区灌溉工程始于秦代之说尚需深入研究和考证。
公元前216年,西汉政权建立。《汉书·武帝纪》记载:公元前127年,武帝“遣将军卫青、李息出云中,至高阙,遂西至符离,获首虏数千级。收河南地,置朔方、五原郡”[7](P.42)“夏,募民徙朔方十万口”[7](P.42);《汉书·食货志》记载:公元前112年,“武帝元鼎五年,初置张掖、酒泉郡,而上郡、朔方、西河、河西开田官,斥塞卒六十万人戍田之”[8](P.170);公元前100年秋,武帝“发谪戍屯五原”[8](P.42)。公元前109年,《史记·河渠书》记载:包括今河套灌区这一片地区“用事者争言水利。朔方、西河、河西、酒泉皆引河及川谷以溉田”[9](P.1309)。西汉朔方郡先后设10县,其中4县在今河套灌区中西部。这4县中的三封、窳浑、临戎3县均处于朔方郡最西部的古黄河以西地区,位置为今河套灌区乌兰布和灌域西部。这3县,现在都有古城废墟,地理位置鼎足而立,其南面、东面都临近古黄河,北面紧挨屠申泽。从汉武帝元朔二年(前127年)设置朔方郡,至汉新莽(公元9年)朔方郡逐渐衰落。这3县历时136年。对这一带地区,《汉书·匈奴传》记载:“北边自宣帝以来,数世不见烟火之警,人民炽盛,牛马布野”[10](P.947)。陈桥驿著《<水经注>研究》中说屠申泽:“在西汉时代为一个繁荣的边疆垦区提供灌溉的大湖”[11](P.74)。陈耳东著《河套灌区水利简史》中说这一农垦区:“一定会建有相应的灌溉系统,从而可以认为这里应当是河套水利开发最早的实证和先声”[12](P.37)。特别是据《水经注》记载:“河水又北,有枝渠东出,谓之铜口,东经沃野故城南”[13](P.174)。铜口渠灌区位置大概为今河套灌区乌兰布和灌域和解放闸灌域部分地区。关于铜口渠修建时间,经过近些年研究,专家学者多认定为西汉时期。由此可以判定,西汉时期,今河套灌区乌兰布和灌域这一带地区出现的灌溉工程已经具备现代灌溉工程定义的基本内涵,将西汉这一时期作为今天河套灌区灌溉工程的源头和摇篮是经得住推敲和验证的。
二、河套灌区灌溉工程的发展历史
回顾河套灌区灌溉工程漫长的发展历史,可以划分为两个阶段。第一个阶段是西汉至清朝末期;第二个阶段是清朝末期直至今天。河套灌区灌溉工程历史发展之所以会出现两个鲜明的发展阶段,这是因为河套灌区灌溉工程的自然条件这个决定性因素发生了根本性变化。清朝道光年间(1850年左右),黄河北河因上游泥沙淤塞,黄河南北河变迁,黄河南河成为黄河主流。这一变迁,为河套灌区借助西南高、东北低地势发展自流灌溉提供了天然条件。同时,断流的北河形成的天然河槽,为未来的河套灌区提供了一个总退水通道。可靠的水源、有利的地形、天然的河沟、广袤的冲积平原、独特的光热条件、勤奋的移民,加之清朝政府禁垦令的废止,即将孕育着一个崭新的河套灌区。南北河变迁这一自然条件的重塑,成为河套灌区灌溉工程发展历史阶段划分的分水岭,也是河套灌区灌溉工程形成现今布局的先决条件。从此,河套灌区灌溉工程进入了全面、系统、连续的发展阶段。
(一)第一阶段,西汉至清末
这一阶段,河套灌区灌溉工程发展主要集中在三个朝代,一是西汉。这一时期,有了河套灌区最早水利开发活动的记载,并且有从黄河“枝渠东出”——铜口渠和“为一个繁荣的边疆垦区提供灌溉的大湖”——屠申泽的具体渠道和水源(湖泊)名称的记载。二是北魏时期。这一时期,有了“各修水田,通渠灌溉”[3](P.39)和今河套灌区乌拉特灌域三湖河干渠的记载。三是唐代。这一时期,在河套灌区内有了陵阳渠、咸应渠、永清渠三条渠道和主持开渠地方官吏姓名的具体记载。清朝乾隆年间,陈履中著《河套志》记载:“丰州屯田娄师德、唐休璟、李景略、卢坦最有名。咸应、永清、陵阳三渠溉田数百顷至四千八百顷之多,岁收谷四十余万斛,边防永赖,士马饱腾,自来经营塞北,未能与之京(竞)也。”[3](P.42)。这一时期,是河套灌区在古代社会水利发展的最高峰。
(二)第二阶段,清末至今
这一阶段已有近200年,从未中断。这一阶段又可以划分为三个阶段。分别是清朝末期地商竞相开挖八大干渠阶段、民国中期河套灌区十大干渠形成阶段、新中国河套灌区灌溉工程进入全面创建和发展阶段。其中,新中国河套灌区灌溉工程进入全面创建和发展阶段,是重点研究阶段。这一阶段又可以划分为五个阶段,分别为:
1、筑坝引水阶段(1949—1967年)。1961年5月13日,三盛公水利枢纽工程截流放水。三盛公水利枢纽工程的建成,结束了河套灌区多口自流引水的历史,成为河套灌区全面创建的起点,也是河套灌区灌溉工程发展历史上的里程碑,标志着河套灌区开始迈向创建千万亩特大型灌区的新征程。1967年,总干渠全部完工。同时,河套灌区13条干渠正式形成。河套灌区彻底解决引水问题。
2、排水建设阶段(1965—1979年)。有灌无排,又导致河套灌区土壤次生盐碱化迅猛发展。1965年,河套灌区开挖总排干。1974年冬至1975年春,扩建总排干。1977年8月19日,总排干红圪卜扬水站一站建成运行。同时,打通乌梁素海进入黄河通道。1979年,河套灌区各干沟、分干沟和田间配套沟道工程基本完成,排水工程初具规模。
3、灌排配套阶段(1989—1997年)。为进一步健全完善灌排配套工程,推进灌区盐碱化治理,河套灌区积极引进世界银行贷款6600万美元。1989年,灌排配套工程开工,灌排配套面积315万亩。1997年,全部完成。灌排配套工程的完成,河套灌区盐碱化不断发展的趋势得到有效扼制,农业生产也逐年实现稳定并得到长足发展。
4、河套灌区续建配套与节水改造阶段(1998—2020年)。按照以节水为中心的原则,河套灌区重点选择输水损失严重的部分渠段及影响安全运行的病险建筑物进行节水衬砌和重建维修。项目投资43.17亿元,工程建设效益显著,水资源利用率得到提高,灌区灌溉条件得到改善,地区农业经济再次得到长足发展。河套灌区灌溉净引黄水量由1998年的52.84亿立方米,减少到2020年的净引黄水量47.77亿立方米,减少5.07亿立方米;引黄灌溉面积由1998年的861.54万亩增加到2020年的1154.01万亩,新增引黄灌溉面积292.47万亩;粮食总产量由1998年的15亿公斤增加到2020年的27.6亿公斤,增长84%。[14](P.85)
5、河套灌区续建配套与现代化改造阶段(2021—至今)。按照建设“设施完善、节水高效、管理科学、生态良好”的现代化灌区要求,河套灌区“十四五”续建配套与现代化改造项目总投资18.4亿元,投资规模位列全国列入现代化改造灌区124个中第二位、内蒙古自治区列入现代化改造两个灌区中第一位。项目区集中在河套灌区的永济、义长两个灌域,改善面积为298.9万亩。主要建设内容:渠道衬砌29条、455.16公里;配套渠沟系建筑物793座;完善量测水及监测设施。项目实施后,项目区骨干渠道衬砌率将达到50.8%,建筑物完好率将达到64.3%,信息化覆盖率将达到80%以上,实现年工程节水1.48亿立方米,年灌溉效益预计提升3.15亿元。[15](P.7~8)
三、河套灌区灌溉工程的运行原理
河套灌区灌溉工程是河套灌区农业发展的根基。它由引水工程——三盛公水利枢纽工程,输配水工程——总干、干、分干、支、斗、农、毛渠七级渠道,排水工程——总排干、干、分干、支、斗、农、毛沟七级沟道,调蓄工程——乌梁素海和退水出口工程构成。其运行原理:依托地势,因势利导,从黄河干流筑闸坝分水、总干渠输水、干渠及以下渠系供水、自流灌溉;干沟及以下沟系排水、总排干退水、乌梁素海调蓄、出口入黄,完成灌排使命。这一庞大而完整、独立且相对封闭的灌排体系中,引水工程——三盛公水利枢纽工程、输水工程大动脉——总干渠、灌排配套工程、排水系统主体工程——总排干沟、调蓄工程——乌梁素海和总排干沟出口工程这六个关键组成发挥着至关重要的作用。
(一)引水工程——三盛公水利枢纽工程。三盛公水利枢纽工程是新中国成立后,国家确定的根治黄河水害、开发黄河水利的大型水利工程之一。三盛公水利枢纽工程的主要作用是固定引水段河床、调节黄河水位、分水进入总干渠,同时,减少泥沙入渠。三盛公水利枢纽工程于1959年6月破土动工,1961年5月投入使用,由拦河闸和土坝连接组成。拦河闸从黄河左岸向右延伸,闸分18孔,孔径16米,闸身总长325.84米。枢纽工程包括北岸总干进水闸、南岸进水闸,沈乌(一干)进水闸、库区围堤、导流堤、总干渠水电站、电站以上总干渠、截渗沟等8项工程。
(二)输水工程大动脉——总干渠。总干渠是“黄河三盛公灌溉工程黄河北岸输水总干渠”的简称,是河套灌区一首制引水工程的重要组成部分。总干渠从三盛公水利枢纽工程北岸进水闸起,至刁人沟涵洞止,全长180.85公里,横跨巴彦淖尔市4个旗县区,担负着河套灌区农田灌溉输配水总任务。总干渠始建于1958年11月15日。1967年,总干渠接通三湖河干渠,总干渠工程完工。总干渠工程主要包括进水闸、跌水电站、分水枢纽4座、总干渠与总排干交叉工程、总干渠与刁人沟山洪交叉工程、公路桥23座、泄洪闸3座。
(三)灌排配套工程。河套灌区灌溉渠系共设七级,其中1条总干渠、13条干渠、48条分干渠、339条支渠、85522条斗、农、毛渠;排水系统与灌溉系统相对应,亦有七级,其中1条总排干沟、12条干沟、64条分干沟、346条支沟、17322条斗、农、毛沟。庞大且复杂的灌排配套工程将黄河水输送到河套灌区每一片耕地,保证农作物用水需求;同时,将土壤中盐分进行充分冲洗,汇入地下水中,通过沟道退出河套灌区。河套灌区灌溉工程从有灌无排,到逐步实现灌排配套,最终成为中国灌区中灌排工程体系最大、最全、级别最多、类型最丰富、最具典型性的一个演化过程,充分说明了这一灌排配套工程是河套灌区改土治碱、实现农业稳定发展最富成效和最独具特色的一项水利工程措施。目前,河套灌区灌溉工程控制灌溉面积1154.01万亩,排水工程控制排水面积1138万亩。河套灌区排水工程是全国灌区中控制排水面积最大的农田排水系统。
(四)排水系统主体工程——总排干沟。总排干沟是黄河故道——北河的改造利用。总排干沟主要作用是接纳灌区退水和承泄山前洪水,并排入乌梁素海。总排干沟主体工程主要包括203公里主干段。总排干沟于1965年开挖,1967年完工投入运行,1975年按照远期方案扩建。1977年8月,总排干沟水进入乌梁素海的关键性工程——红圪卜扬水站一站建成运行。总排干沟运行50多年来,累计排入乌梁素海水量约245亿立方米,排盐近4063万吨,对控制河套灌区地下水位,防治土壤盐碱化,减轻山洪对灌区的破坏发挥了至关重要的作用。
(五)调蓄工程——乌梁素海。清道光年间,黄河北支通过现今乌梁素海处,以后北支被泥沙淤断,遗留黄河故道一段,是为乌梁素海之前身。河套灌区通过12条干沟排水,其中,9条干沟连接总排干沟,通过总排干沟汇入乌梁素海;3条干沟直接连通乌梁素海。乌梁素海为河套灌区唯一的农田排水承泄区。乌梁素海作为河套灌区灌溉工程的主体工程之一,不仅承担着灌区农田和山洪以及其他排水的承泄功能,而且还承担着候鸟迁徙通道安全、鱼类保护、芦苇发展以及生态旅游等重要功能。为此,必须维持乌梁素海在一定水位。地处干旱半干旱地区,加之蒸发强烈,生态补水对于乌梁素海综合价值功能的实现意义重大。
(六)总排干沟出口工程。总排干沟出口工程由乌毛计泄水闸、出口退水渠和挡黄闸三部分组成。其主要作用是将乌梁素海泄水退入黄河,同时,也防止黄河汛期高水位时倒入河套灌区。1983年8月,开工建设乌毛计泄水闸,当年完工并投入使用。2002年6月,开工建设挡黄闸,同年11月完工。2013年至2018年,先后完成出口一、二泵站建设。挡黄闸和出口一、二泵站共同构成河套灌区入黄水利枢纽工程。至此,总排干沟出口工程建设结束,河套灌区排水出路问题得到根本解决。
四、河套灌区灌溉工程的治水智慧
河套灌区灌溉工程,是河套人民,特别是新中国成立后,在中国共产党的领导下,基于河套灌区特殊的工程环境,对河套灌区总体认识逐步深化的基础上,以高超治水智慧以及生动治水实践而形成的一个人工杰作。
从清朝末期到民国,河套灌区每条干渠的开挖,都经历了一个从“河化”到“渠化”的转变。如永济渠,原为临河境内一条天然黄河岔流,名叫刚目河,也叫刚毛河;通济渠,原为五原县境内一天然河流,叫短辫子壕,长20里;长济渠,原为乌拉特前旗境内一段天生壕,等等。河套人民借助这些天然河道,利用简单工具,采取人工裁弯、固化河岸、平衡比降等工程措施,将这些天然河流改造成两岸近乎平行、较为规则、冲淤平衡、通水自如的人工渠道。
王同春一生独挖5条干渠和270多条支渠。所开之渠,水流畅通,灌溉自如。为此,民众称他为“独眼龙王”。“识天时”“察地势”“谙水性”“辨土壤”“精疏浚”“重整修”是王同春治水经验的主要内涵。“识天时”,是指王同春对河套地区气候、水文、地质、地形、土壤、自然河沟湖泊分布等了然于胸,并加以充分利用。“察地势”,是指王同春掌握了河套灌区总地势的特点是“西南高,东北低”,这和当时一般人的看法恰恰相反。“谙水性”,是指王同春已经掌握一些基本水动力学常识。如在黄河上选择渠口时,他充分利用进水的冲击作用而开“迎水”渠口,以达到水流畅通的目的。“辨土壤”,是指王同春依据土壤类型决定渠道开挖路线。如看到地蚁穴口有积沙,他就知道此处地下有明沙,不好挖渠引水。“精疏浚”,是指王同春已经将渠道开挖作为系统性工程来考虑,渠口选择、渠线布置、灌田多少、退水选择,等等,统筹谋划实施。“重整修”,是指王同春重视渠道整修维护,还有一年春秋两次清淤。这也是延续到今天所说的河套灌区灌溉工程的“岁修”。
草闸,是民国至新中国前后,河套人民在没有钢筋水泥的条件下,用柴草做闸,结束了河套灌区渠道行水没有水工建筑物控制的原始状况。从清朝道光年间到民国前后,河套灌区各干渠皆是从黄河直接开口引水,各渠道平口承流,无进水闸节制,常常出现水小时引水不足,水大时漫溢成灾窘况。草闸的具体作用有以下三个方面:一是控制洪水进渠,减少决口灾情;二是分水提水,提高灌溉效益;三是用以关口不流冬水,防止土壤盐碱化。陈耳东著《河套灌区水利简史》中对草闸这样写到:“以草木之力”能够战胜洪水,调节灌溉,实是灌区人民的一项伟大创造。
三盛公水利枢纽工程兴建前,河套灌区四大灌域引水渠口,特别是在大旱之年,为加大引水量,每年都在利用特制的弓形木质导流浮箱进行导流,成数组单行或数组双行安装。浮箱弓背与水流方向成15°角,并固定在河岸上。1958年7月,北京水科院,武汉水利学院和河套行政区水利局共同编写完成《河套灌区渠首导流浮箱运用总结》,在全国推广这一作法。
新中国成立后,河套灌区直接从黄河多口引水问题很多,“天旱引水难,水大流漫滩,耕地年年变,荒草长满田”是生动写实。1957年4月,河套灌区“五七规划”面世,“一首制”方案跃然而出。“多首制”向“一首制”演化,结束了河套灌区千百年来多口自流灌溉的历史,至此河套灌区岁岁安澜。同时,河套人民利用天然地形和旧有渠沟道,形成今天河套灌区灌溉工程一首制引水、灌排配套、有进有出的总体布局轮廓。这是新中国成立后,中国水利人和河套人民对河套灌区整体认识升华和治水能力提升的极致表现。
打桩编柳和冲桩挂笆,这是河套人民针对灌区渠道边坡冲刷和沟道塌坡的通病而采取的一种简便易行、造价低廉、效果较好的护岸工程措施。清末民国时期,河套人民将柳桩打入渠道岸边,桩柱之后采用新截取的柳条十字交叉编织,形成柳笆,并笆后填土。柳桩和柳条发芽后,与边坡土壤紧密结合,这既能够稳固坡面,又能提供生态效益。新中国成立后,冲桩挂笆逐步取代打桩编柳。将钢筋混凝土预制桩沿岸边向渠道中央进占,桩与桩之间横拉镀锌铅丝数道,并固定两面涂刷沥青的柳芭或竹笆,然后芭后填土,进行护岸。目前这一技术仍然在灌区主要干渠,特别是在主要排水沟道普遍使用。
“总排干与总干渠西山咀斜拱渡槽”工程,简称“双总交叉渡槽”。渡槽槽身连接总干渠,输送总干渠过水,保证下游农田灌溉。槽下保证总排干出口通水,排泄总排干上游来水,发挥灌区排水效益。双总交叉渡槽是我国第一座斜渡槽水利工程,轴线夹角呈54度,工程规模为当时黄河流域最大,属二级水工建筑物。该项设计是在国内无工程实例和无完整理论依据的情况下进行的,其斜拱结构的理论分析及计算方法当时在国际上还处于研究试验阶段。双总交叉渡槽为我国水利工程斜拱结构深入研究提供了实例,迈出中国斜拱渡槽水利工程建设的第一步,填补了国内斜拱渡槽水利工程建设的空白。
“十四五”,河套灌区建设进入续建配套与现代化改造阶段。之前,河套灌区渠道防渗衬砌结构型式多为膜袋混凝土、预制混凝土板+聚苯乙烯保温板、膨润土防水毯等,其中,以膜袋混凝土为主。2021年度河套灌区续建配套与现代化改造项目国管渠道防渗衬砌上首次采取“现浇钢丝网片混凝土与保温一体化”结构型式。通过近4年运行,该结构型式具有的防渗抗冲、保温抗冻、运行可靠、造价合理、后期运行维护成本低、设计使用年限长的优越效果已经体现。河灌中心关于这一结构关键技术研究与应用的课题分别在2022年、2023年被水利部和巴彦淖尔市科技局列为年度重大科技项目予以立项。
五、河套灌区灌溉工程的多重功能
河套灌区灌溉工程功能众多,可以概况为:农业供水功能、生态安全功能、淋盐洗碱功能、防凌分洪功能、水安全功能、防洪排涝功能和服务城市居民生活用水功能。
(一)农业供水功能。黄河北,阴山南,八百里河套米粮川,渠道交错密如网,阡陌纵横似江南。“黄河百害,唯富一套”。河套灌区通过庞大而完备的灌溉工程体系,年均农业供水46亿立方米,为地方农业增产、农民增收和保障国家粮食安全提供坚实的水资源保障。
(二)生态安全功能。灌区是一个半人工的生态系统。河套灌区是我国“两屏三带”生态安全战略格局的重要组成部分,是黄河流域生态保护重点区域,是阻止乌兰布和沙漠、库布齐沙漠和蒙古戈壁连成一片的重要生态屏障。河套灌区渠道两侧林带,如条条绿色飘带在河套灌区大地上随风摇曳。同时,河套灌区通过灌溉,补给灌区地下水,使地下水保持在一个适宜的生态水位,维系着天然植被的生存,发挥着灌区生态绿洲的功能。所以说:河套灌区没有引黄灌溉就没有农业,没有引黄灌溉也就没有生态。
(三)淋盐洗碱功能。河套灌区坡降平缓,又为一断陷盆地,地下径流无自然排泄出路,加之地处干旱半干旱地区,蒸发强烈,形成垂直交替的水盐运动,导致盐分不断向地表积累,产生次生盐碱化。河套灌区土壤积盐是在这种地质和水文地质以及气候条件下的必然产物[16](P.6)。河套灌区灌排体系较为完善,通过引黄灌溉,土壤表层盐分可以淋洗到土壤下层,并在土壤水重力势的作用下进入到地下水中,再通过各级排水沟道将水分和盐分同时排入总排干沟后进入乌梁素海。河套灌区灌溉工程这种淋盐洗碱的功能,保持着灌区土壤盐分的相对平衡,保障着河套灌区的肌体健康,促进着河套灌区农业的可持续发展。
(四)防凌分洪功能。河套灌区拥有黄河流域乌兰布和沙漠、乌梁素海两个极其重要的分洪区以及河套灌区2652千米的可作为分洪通道的国管渠沟道。在防凌方面,当黄河发生冰塞、冰坝等严重凌情时,分洪区通过提前分滞凌汛洪水,减少槽蓄增量,削减凌峰,降低下游河道水位,预防和减轻凌汛灾害,缓解黄河开河压力。在分洪方面,灌区现状分洪能力为903 m³/秒,当黄河达到2000 m³/秒以上的流量时,河套灌区开始分洪,每天可分洪引水0.7亿立方米。河套灌区发挥着显著的防凌分洪能力,是黄河内蒙古段防凌分洪的最后一道防线。近年来,河套灌区年均分凌分洪水量约10亿立方米,有力确保了黄河安澜,确保了地方人民群众生命和财产安全。
(五)水安全功能。乌梁素海南北长35—40千米,东西长5—10千米,水域面积293平方千米(约44万亩),最大库容5.5亿立方米,是黄河流域最大的淡水湖,也是地球同一纬度最大的自然湿地。乌梁素海作为河套灌区生产生活唯一的排水承泄区,每年接纳河套灌区90%的农田排水。这些携带大量未被分解吸收农药化肥的排水,进入乌梁素海后,经各种沉水植物及浮游生物的降解净化后排入黄河,从而保证了黄河水质安全。由此,乌梁素海被比喻成黄河内蒙古段生态安全的“自然之肾”。
(六)防洪排涝功能。河套灌区的总排干沟、12条干沟、64条分干沟、346条支沟以及17322条斗、农、毛沟,构成的总长1.4万千米的七级配套排水系统,发挥着接纳各类排水的作用。如河套平原北部为狼山、乌拉山,有大小山洪沟175条,集水面积1.3万平方公里,汛期时有山洪发生。山洪通过蓄滞洪区或者各级排沟汇入总排干沟后,退入乌梁素海调蓄。多年来,总排干沟年均接纳山洪水约5000万立方米、城市雨季集中排涝约1000万立方米、工业退水和城镇达标排放污水约5000万立方米。
(七)城市生活供水功能。巴彦淖尔市中心城区黄河水厂从总干渠第三分水枢纽泄水区取水,年均取水约2000万立方米,为中心城区41.2万居民提供生活用水。总干渠也被誉为河套人民的“家乡河”和“幸福河”。
六、河套灌区灌溉工程的人文精神
水脉牵系着文脉。河套灌区灌溉工程在近2200年的形成发展过程中,不仅形成了河套灌区灌溉工程这项千年基业的物质财富,而且也形成了“自强不息、科学创新、苦干实干、开放包容、团结互助”的河套灌区灌溉工程人文精神。
(一)河套灌区灌溉工程——自强不息的见证。河套灌区灌溉工程在近2200年发展历史中,历经四次兴盛:一是西汉,河套灌区灌溉工程诞生。这一时期,河套灌区水利开发主要集中在西部。二是北魏时期,河套灌区水利开发主要集中在东部。三是唐代,河套灌区水利开发主要集中在中部和东部。四是清末至今,河套灌区灌溉工程再次复兴,历经近200年。特别是新中国成立后,在中国共产党的领导下,河套灌区大破大立,掀起五次大规模建设,锻造成今天的千年基业。河套灌区灌溉工程在近2200年的发展历史中,虽然历经兴衰,但却阻碍不了它在跌宕起伏中奋然前行的步伐。近2200年的发展历程,充分证明:河套灌区灌溉工程每一次兴盛绝对不是一个简单的春荣秋枯的历史轮回,每一次兴盛都是一个河套人民在几乎无所凭籍的情况下,从零开始,自强不息,再造人间奇迹的辉煌灿烂的一个过程。
(二)河套灌区灌溉工程——科学创新的标杆。河套灌区灌溉工程发展史,也是一部河套人民科学治水创新史,无不体现着河套人民孜孜不倦的科学治水精神,彰显着河套人民建设幸福家园的无穷智慧。晚清时期,以王同春为代表的地商发明了土法测量技术,认识和遵循了河套灌区“西南高、东北低”的地形特点,实现了引黄自流灌溉。民国时期,以王文璟为代表的水利科技人员发明了“草闸”,结束了河套灌区渠道行水没有水工建筑物控制的历史。新中国成立后,河套灌区历经6次科学的水利规划,开展了引水工程、排水工程、灌排配套、节水改造4个阶段的大规模水利建设,实现了从无坝引水到有坝引水、从有灌无排到灌排配套、从粗放灌溉到深度节水控水的历史性跨越。目前,正在进入全面建设现代化灌区新阶段。每一次大规模水利建设都涌现出一批重大科技创新成果,如“四首制”到“一首制”的跨越、总干渠“小断面开挖、大流量冲刷”的实践、总排干与总干渠西山咀斜拱渡槽水利工程填补国内空白、现浇钢丝网混凝土与保温一体化渠道防渗衬砌结构设计关键技术研究与应用课题水利部重点立项等。这些实践充分彰显了河套人民建设灌溉工程的科学创新精神和无穷智慧。科学创新——这是河套灌区灌溉工程基业长青的强大动力和天然基因。
(三)河套灌区灌溉工程——实干苦干的载体。“王同春几乎每天乘马出外,巡视渠地,数十年如一日,平均日行在百里之外。一年之中,除了过大年初一外,均不休息。到了腊月三十才回家,过了大年初二就要在住处附近视察渠道和土地,不知端阳与中秋”[17]。开挖杨家河,杨氏一门,子承父业,心身倾注,经历了10年筹备、10年挖河、10年配套的漫长曲折过程,终至功成。新中国成立后,1958年—1967年,历时10年,开挖了全长180公里的总干渠,建成了三盛公水利枢纽工程。特别是 1959年—1962年主施工期,正值国家三年经济困难时期,河套人民以昂扬的斗志,勒紧腰带,战天斗地,硬是拿下了这两项事关河套长远发展的命脉工程。1965-1975年,河套人民开挖全长203公里的总排干,15万人日夜奋战,全部工程1150多万土方,如果一方一方连起来,长达1.15万公里,可以从内蒙古到海南岛铺个来回。开挖总干渠和总排干是建国以来在中国一个地级市发生的典型的艰苦创业、建设家园的历史壮举。今天,河套水利人,特别是“水一代”、“水二代”、“水三代”,扎根河套,愚公移山,献了青春献终身,献了终身献子孙,把美好年华都奉献给了河套灌区水利事业。河套人民用锹挖肩担完成的河套灌区七级灌排体系,开挖的土方如果以1米高、1米宽的方式堆砌延伸,可以绕地球赤道33.7圈。习近平总书记赞叹道:“开渠的人,千古留名、青史留名啊!”“它将来会作为百年、千年基业留下来的”[18]。
(四)河套灌区灌溉工程——开放包容的样板。历史记载,河套灌区这一块土地上先后发生过五次大规模的移民活动。一是秦朝时期。公元前210年,“迁北河、榆中三万家,拜爵一级”。二是西汉时期。汉武帝共移民三次。公元前109年,河套地区西部,今河套灌区乌兰布和灌域已经成为汉朝北部边疆重要的农垦区。三是走西口大移民时期,特别是清朝中晚期,各地移民纷纷进入河套灌区,从此掀开了河套灌区至今连绵不断的开发史。四是抗日战争军队屯垦时期。阎锡山、傅作义“御侮实边、屯垦西北”,驻军队10万人,屯垦耕地200余万亩,产生了河套灌区水利发展史上独特的“军事水利”。五是1969年兵团屯垦时期。来到巴彦淖尔市的兵团战士达到7.7万人。1969年到1975年七年间,兵团战士仅在乌兰布和沙区就开挖干、支、斗、衣、毛渠574条,总长817公里,可灌溉土地30多万亩[19](P.88)。经过千年的发展,在这片土地上,形成了河套灌区灌溉工程包容开放的人文精神,造就了河套灌区“海纳百川、厚德载物”的博大胸怀和宽容大度的性格禀赋。
(五)河套灌区灌溉工程——团结互助的模范。长期以来,河套灌区各族人民,特别是蒙汉人民面对这片极具生存和发展优势的热土,在河套大地绘就了一幅同顶一片天、同耕一块田、同饮一河水、同建一家园,心手相牵、守望相助、和谐共处、团结奋斗、共同建设河套灌区灌溉工程这项千年基业的和谐和睦和善和美景象。清朝时期,河套灌区虽然为蒙古民族牧业地区,但对这一地区的农业生产,清朝采取提倡和扶持的积极政策。《清圣祖实录》记载:公元1698年,康熙派原任内阁学士黄茂前往教养蒙古,临时指示:“蒙古地方多旱少雨,宜教之引河水灌田,朕于宁夏地方取能引水者数人遣至尔所”[20](P.16)。清政府的积极政策,出现了内地人民纷纷到河套灌区开发水利的热潮,特别是内地一批地商带来的资金和技术,加速了河套灌区水利开发的进程。历史以无可辩驳的事实证明:河套灌区是各族人民共同缔造的幸福家园,河套灌区灌溉工程牢牢印记和闪耀着各民族人民犹如石榴籽紧紧抱在一起团结奋斗的人文精神。
七、河套灌区灌溉工程发展历史的借鉴和启示
河套灌区灌溉工程是一项千年基业,它所带来的借鉴和启示无疑是全方位和多角度的,我们今天站在新的历史发展起点上,认真总结研究河套灌区灌溉工程发展历史的借鉴和启示,这对于进一步保护、建设和传承好河套灌区这项千年基业的物质财富和人文精神,促进新时代河套灌区灌溉工程高质量发展具有重要的现实意义。
(一)全力实施河套灌区现代化改造工程。针对灌区点多、线长、面广实际,重点打造“中心(内蒙古河套灌区水利发展中心)全面负责、负首要责任,各分中心(内蒙古河套灌区水利发展中心所属各分中心)具体实施、负直接责任,分级分工负责”的灌溉工程建设管理体制,实现科学分权、明晰职责、流程再造、奖优罚劣、激发活力,形成河套灌区现代化改造建管合力。同时,依据《建设工程质量管理条例》等规定,形成项目法人负责、监理单位控制、施工单位保证和行业主管部门监督结合的质量管理体系,使工程质量得到有效控制,为现代化灌区建设夯实工程基础。
(二)认真做好河套灌区灌溉工程管理和保护工作。一是积极推进灌区标准化管理工作,确保工程设施和设备状态完好,工程效益持续发挥。二是积极开展国管灌溉工程划界确权工作,严格划定国管水利工程管理范围和保护范围,并采取多种形式做到“守土有责”。三是试行管养分离,实现灌区工程养护管理由传统管理模式向市场管理模式迈进,逐步实现专业化、物业化和社会化。四是严格落实《巴彦淖尔市河套灌区水利工程保护条例》,严厉打击各类破坏水利设施行为,加大水利工程设施保护力度。五是积极推行水利工程信息化管理工作,加大工程建设和管理全过程信息化应用力度,为河套灌区水利工程智慧建设和管理提供有力支撑。
(三)切实加大河套灌区灌溉工程技术创新。工程环境复杂、投资大、任务重、工期紧,这是河套灌区灌溉工程建设最大的特点。高度重视开展河套灌区灌溉工程重点技术创新研究工作,特别是要针对河套灌区地面坡降平缓,黄河水泥沙含量大,易淤积;渠沟道和建筑物土壤基础质地松散,加之地处季节性冻土区,冻胀破坏严重;地下渠道衬砌后,地下水排水措施设置难度大且复杂;大面积渠道衬砌后,混凝土坡板易开裂;工期紧张,工效更高的新设备开发缓慢等关键问题开展技术攻关工作。
(四)传承弘扬河套灌区灌溉工程人文精神。河套灌区灌溉工程人文精神是河套灌区的宝贵精神财富,也是推动河套灌区各项水利事业高质量发展的强大精神动力。成立河套灌区灌溉工程研究会,继续深挖河套灌区灌溉工程人文精神内涵,并进一步整理完善,总结提炼,加以定型。加大河套灌区黄河水利文化博物馆建设,研究丰富布展内容,采用现代化技术手段,增强受众体验感。积极“搭台唱戏”,与国内外水文化相关群众组织、社会团体和专家学者加强沟通交流,并利用各种载体和形式,广泛宣传河套灌区灌溉工程人文精神。
(五)加大河套灌区灌溉工程人才建设力度。“十五五”“十六五”未来十年,是河套灌区现代化改造的关键时期,也是河套灌区第五次大规模水利建设的高峰时期,建设一支爱灌区、懂工程、善管理的工程建设管理专业人才队伍至关重要。继续加大优秀大学生遴选力度,特别是加大水利工程建设和管理等相关专业优秀大学生遴选力度,努力建设一支专业结构齐全、业务精湛、素质优良、年龄梯次合理的工程建设管理队伍,为河套灌区现代化改造提供人才保障。
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[基金项目] 内蒙古自治区社会科学基金盟市专项“千年基业——河套灌区灌溉工程发展历史研究”(编号:2023M34)。
[作者简介]
闫晋阳,男,内蒙古河套灌区水利发展中心副主任,正高级水利工程师,研究生。
阮持领,男,内蒙古河套文化研究所所长,正高级记者,本科。