我叫張志會(huì)，來自中科院自然科學(xué)史研究所。我想問一下，在大家印象里，是不是認(rèn)為中科院里基本都是自然科學(xué)家?其實(shí)不然，科學(xué)院還有很多的工程師，還有一些非常小眾的、像我一樣純粹文科背景的科研工作者。從這一點(diǎn)來看，我覺得自己還是蠻另類的。我主要研究的是中國的水利水壩工程的歷史、倫理和哲學(xué)問題，今天我就將從技術(shù)史的角度，帶領(lǐng)大家領(lǐng)略一下跨越千年的水壩智慧。

這是從空中拍攝的水壩的遙感圖，它位于加拿大安波塔省的濕地公園，它的寬度就有830米。這個(gè)水壩有什么獨(dú)特之處呢?

讓我們近一點(diǎn)看，這個(gè)圖就可以看得更清楚一點(diǎn)，大家可以看到這個(gè)水壩主要是用木棍和泥土建設(shè)的、結(jié)構(gòu)相對簡單的水壩，那么水壩主要是用來蓄水，形成水庫，壅高上游水位，這個(gè)壩其實(shí)已經(jīng)具備了水壩的基本功能。

請大家來猜一下這個(gè)水壩的建筑師是誰?這種小動(dòng)物叫什么名字?這種小動(dòng)物的名字叫河貍，被我們稱為自然界最杰出的土木工程師。這種小河貍天生就具有筑壩的本事，科學(xué)家們曾經(jīng)做過一個(gè)非常有趣的試驗(yàn)，就是故意給他們放那種“嘩嘩”的水聲，結(jié)果小河貍們就開始情不自禁地、不停地建壩。

大家可能要問小河貍為什么要建壩呢?主要是它們的眼神不太好，在陸地上行動(dòng)不便，經(jīng)常被敵人追，肯定要跑，跑不動(dòng)怎么辦?所以它們聰明的小腦袋就想出了這么一個(gè)辦法，就是在河上來建造一個(gè)堤壩，在壩上安家。

小河貍建壩固然是為了生存，那么我們?nèi)祟惸?早在一萬年前，我們的祖先就已經(jīng)開始進(jìn)入了農(nóng)業(yè)社會(huì)。我們經(jīng)常說中國幅員遼闊、地大物博，我們有滾滾長江、萬里黃河，但是老祖宗為我們挑選的這個(gè)地方，自古以來就不消停，水害災(zāi)害貧發(fā)，可以相信我們的老祖宗很早就開始建壩了。可是他們又不像小河貍一樣天生就會(huì)建壩，他們怎么辦呢?

所以我們有理由相信，我們的祖先可能從河貍老師身上受到了一些啟發(fā)，開始建壩了。到底有多早呢?據(jù)歷史書上來講，現(xiàn)存的世界上最早的水壩距今3000多年前，是古城加瓦的供水系統(tǒng)的一部分，在今天的約旦境內(nèi)。

可是歷史就是這么有意思，經(jīng)常會(huì)有一些反轉(zhuǎn)劇。在兩年前，中國的考古學(xué)家有一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)，改變了這個(gè)歷史。2016年的時(shí)候，中國有一些非常頂尖的考古學(xué)家、水利專家，他們齊聚在中國杭州，他們一起干了一件事。

科學(xué)家們有非常高超的科技手段，比方說像遙感、GID地理信息系統(tǒng)，他們發(fā)現(xiàn)我們的祖先在距今4700年到5100年前，就已經(jīng)開始在良渚古城建造一些水利系統(tǒng)了，不僅城內(nèi)有這種復(fù)雜的河系，在外圍還有一些非常復(fù)雜的水壩。

請大家看一下這個(gè)圖，左上方是高山峽谷區(qū)建了一些高壩，在下面有山前的長堤，往下方會(huì)有一些低矮的水壩。我們的祖先為什么在建設(shè)良渚古城的同時(shí)，一并建造水壩呢?

主要是因?yàn)樗麄冏〉牡胤讲惶踩麄冏〉牡胤绞翘倪吷希０沃挥?米。水稍微一來，就要被水淹了，特別是他們住的這個(gè)地方是天目山，是整個(gè)浙江省暴雨的中心。

大家可以設(shè)想一下，高山峽谷區(qū)有山洪，洪水會(huì)排山倒海的向你涌過來，第一反應(yīng)是什么?不是逃跑，是腿軟了，在你還沒有反應(yīng)過來的時(shí)候，很可能就被水給淹沒了，所以我們的祖先在那個(gè)時(shí)候開始，就已經(jīng)建造了這個(gè)復(fù)雜的水利系統(tǒng)。

我們通常來講，用現(xiàn)代的考古發(fā)掘來做一些現(xiàn)場的考察。這個(gè)圖片是2015年老虎嶺水壩的發(fā)掘現(xiàn)場。

這就是老虎嶺水壩的一個(gè)黃土剖面。憑什么說這就是水壩呢?大家來慢慢看一下，在這個(gè)泥土堆里有一些白線，這是爛掉的草。我們請大家腦補(bǔ)另外一個(gè)場景，我們老祖宗們在沼澤地的邊上，上面長滿了草，下面有瘀泥。他們先把上面的草給割掉，然后用鏟子把瘀泥鋪在草上，順勢一卷，用蘆葦一捆扎，OK，就形成了一個(gè)土包。我們現(xiàn)在叫它“草裹泥”，他們把一個(gè)一個(gè)的土包堆砌在一起就形成了水壩。

“草裹泥”有一個(gè)特點(diǎn)，就是體量小，而且非常柔軟，可塑性很強(qiáng)。一旦連接到一起，就可以使一個(gè)水壩完全不露水、密不透風(fēng)，所以這個(gè)水壩的質(zhì)量就會(huì)非常好。我們的祖先就地取材，家門口就可以解決這些事情。后來我們的專家們還發(fā)現(xiàn)，那些高壩甚至可以解決當(dāng)?shù)匕倌暌挥龅暮樗?/p>

如果我們講到中國水歷史的時(shí)候，我們首先想到的就是非常有名氣的“大禹治水”，不過大禹治水終究只是一個(gè)傳說，沒有真憑實(shí)據(jù)。可是我們的良渚古城的這些考古發(fā)現(xiàn)是實(shí)打?qū)嵉淖C據(jù)確鑿，它有一個(gè)特別特殊的意義，就是它把整個(gè)中國治水的歷史整整向前推進(jìn)了一千年，所以我們的老祖宗在很早的時(shí)候，就已經(jīng)get到“天人合一、人水和諧”的觀念，

我們順著歷史的長河，穿越到戰(zhàn)國時(shí)期來看一下。戰(zhàn)國時(shí)期當(dāng)時(shí)有非常出名的水利工程，一直到現(xiàn)在這個(gè)工程歷經(jīng)兩千年還在澤被著成都平原，就是圖上顯示的都江堰水利工程。

首先給大家一個(gè)idea，所有的水壩工程非常重要的一個(gè)事情就是選址。李冰為什么被朝廷任命來建設(shè)這個(gè)水利工程呢?當(dāng)時(shí)在秦國的蜀郡，也是非旱即澇，老百姓稱這個(gè)地區(qū)是“澤國”。朝廷就選拔了非常擅長治水的李冰，而取代當(dāng)?shù)卣渭覐埲魮?dān)任蜀郡的太守。李冰非常高超的地方，就是他給都江堰選的這個(gè)地方非常好。

都江堰工程位于岷江的彎道上，順著這個(gè)彎道動(dòng)力學(xué)，水很容易聚攏到這個(gè)渠首的位置，就是圖上看到這個(gè)魚嘴，顧名思義，長得像魚的嘴巴，很形象。當(dāng)水流到了魚嘴這個(gè)位置，江面驟然變寬，速度也慢下來了，魚嘴就可以利用這種條件，結(jié)合當(dāng)時(shí)的地形和地勢來實(shí)現(xiàn)水的分流，一部分流向內(nèi)江——圖的下方位置，最終經(jīng)過狹窄的渠道流向成都平原，上面就是外江。

水量的變化還跟季節(jié)非常有關(guān)系。在春季的時(shí)候，農(nóng)民伯伯要做一件非常重要的事，就是灌溉農(nóng)田。本來水量很少，“魚嘴”就把六份的水量引向了內(nèi)江來澤被成都平原，保證農(nóng)田灌溉。到了夏季的時(shí)候，雨量非常的豐富，為了使成都平原免受水災(zāi)，“魚嘴”就利用彎道動(dòng)力學(xué)，把六成的水引向了外江。

這個(gè)圖顯示的是飛沙堰，岷江的水以時(shí)速四五百公里的速度向下流，中間會(huì)夾雜著大量的泥沙。飛沙堰的一個(gè)主要功能就是排水、排沙，它可以利用這個(gè)離心力的原則，把重達(dá)1000斤的石塊翻回到外江里面去，非常非常的厲害。

這幅圖的左下角叫寶瓶口，它原來是不存在的，當(dāng)時(shí)的人們完全用人工在山體中間開鑿了一個(gè)水道，使這個(gè)水可以注入成都平原。如果我們把整個(gè)成都平原比作一個(gè)瓶子，這個(gè)寶瓶口就是一個(gè)進(jìn)水口，山體中間的寬度是恒定的，最終有多少水能注入成都平原，由這個(gè)寶瓶口來決定流量。

如果水一直往下流，到了飛沙堰，再往寶瓶口的時(shí)候，水量依然超限，水就可以往上返，飛沙堰就會(huì)進(jìn)行二次分控。這個(gè)寶瓶口的左上方還有一個(gè)水道是泄洪道，也可以把多余的洪水排向外江。有沒有感覺非常驚嘆、巧奪天工。

歷經(jīng)千百年來，水利發(fā)揮著它獨(dú)特的魅力，我們可以想像，李冰依然站在岷江的江邊，指揮著成都平原水勢的流向。

幾乎是跟都江堰同一個(gè)時(shí)期，稍微晚幾十年的時(shí)間，還有一個(gè)非常出名的水利工程值得一提，它就是位于當(dāng)今廣西興安縣內(nèi)的靈渠。這個(gè)圖上顯示的是兩個(gè)交叉的壩體，就是大小天平壩，中間有一個(gè)108度的弧度。

公元前221年，具有雄才大略的秦始皇統(tǒng)一了六國，但是他沒有就此罷休，他的目光盯向了嶺南，他想南下征服百越，最終統(tǒng)一全國。可是在南下的過程中，他遇到了預(yù)想不到的困難，當(dāng)時(shí)有重重山林的阻隔，使得運(yùn)輸糧草和兵馬都變得非常困難，這樣怎么能打勝仗呢?所以他就命令部將史祿負(fù)責(zé)開鑿靈渠，于是30多萬秦兵和當(dāng)?shù)乩习傩臻_山辟石，最終修建了這么一個(gè)大規(guī)模的水利工程。

簡單給大家介紹一下靈渠的基本原理。大家看一下右下角紅色箭頭所指的地方是鏵嘴，再往上走，兩個(gè)小箭頭對的地方就是剛才提的大小天平壩。大小天平壩主要就是在鏵嘴的幫助下，使下面的海洋水實(shí)現(xiàn)三期分游，一部分注入右邊彎彎曲曲的北渠，一部分注入南渠。北渠最終溝通了湘江，南渠最終溝通了漓江，這樣就實(shí)現(xiàn)了跨流域的調(diào)水。

請大家注意下我腳下的地面，它是由參差不齊的條石來構(gòu)成的，看起來就像魚鱗一樣，所以老百姓親切的稱它為“魚鱗壩”。真正的奧秘在哪里呢?它其實(shí)并不是我們現(xiàn)在看到的好像平鋪在上面的，而是由很多長達(dá)一兩米的條石豎直的插立而成的。

每當(dāng)水漫過壩面的時(shí)候，就像很多小魚在上面彈跳不已，非常有意境。所以我非常推薦大家有空去看一下兩千多年的水利工程，而且一定要趕在水多的時(shí)候去看，特別特別美。

壩面上的水流經(jīng)過的時(shí)候，水里裹挾的泥沙會(huì)慢慢滲透到這個(gè)條石的縫隙里面去，隨著時(shí)代不斷的推長，水量加大，反而使這些泥沙更緊密的把大壩弄得更結(jié)實(shí)。

后來人們還發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)，就是大小天平壩的上下游都有很多浮沙，隨著水的推進(jìn)，會(huì)對壩體造成侵蝕。所以人們不禁要納悶了，為什么進(jìn)行了兩千多年的風(fēng)霜，這個(gè)壩體還是這么堅(jiān)實(shí)呢?因?yàn)槿狈τ邢薜奈淖钟涊d，人們一直覺得這是一個(gè)千古之謎。

1979年的時(shí)候，靈渠當(dāng)?shù)厮麑＜医M織來重新修葺大小天平壩，發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)驚人的事實(shí)。他們發(fā)現(xiàn)早在2000多年前，我們的祖先就發(fā)明了這樣一種方法——用松木來鞏固壩基。在沙石上首先用豎直的松木來打樁，像蓋房子一樣平著鋪、縱著鋪，再修建石壩，這樣的話水壩就可以歷經(jīng)千年而不倒，是不是真的非常神奇?

歷史的車輪總是滾滾前進(jìn)，隨著歷史長河不斷向前推演，水壩的筑壩技術(shù)也在不斷完善，我們古代的水壩要么是像都江堰一樣無壩引水，要么只是非常低矮的堰壩，對環(huán)境生態(tài)影響也是非常小的。

后來到了20世紀(jì)30年代的時(shí)候，我們出現(xiàn)了非常標(biāo)準(zhǔn)的拱壩，還有非常結(jié)實(shí)的重力壩，水壩的功能也在不斷地向前發(fā)展，日益綜合化。

到了1936年的時(shí)候，人類歷史上出現(xiàn)了第一座現(xiàn)代意義的大壩，就是圖上的胡佛大壩。大家有沒有感覺有點(diǎn)印象呢?給大家舉兩個(gè)小例子，在電影《變形金剛》里有一個(gè)第七區(qū)，威反派代表震天就是被囚禁在這個(gè)大壩之下。還有在電影《007》里，有沒有人記得那個(gè)大帥哥主角詹姆斯邦德，就曾經(jīng)在這個(gè)壩身上一躍而下。

這個(gè)水壩有一個(gè)什么樣的特點(diǎn)呢?它是一個(gè)主壩高220米的混凝土重力拱壩，我們經(jīng)常把這個(gè)拱壩稱為“壩中美女”。我在2013年的時(shí)候去過一次，也感受到了非常壯觀的場景。

這個(gè)水壩建成之后，以前非常兇猛的科羅拉多河就被徹底制服了，非常溫順地滋潤著美國干旱的西部，創(chuàng)造美國西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的奇跡。這個(gè)水壩在歷史上創(chuàng)造了很多第一，發(fā)明了很多大規(guī)模的混凝土筑壩技術(shù)，短時(shí)間之內(nèi)用混凝土澆鑄這么多壩是需要散熱的，否則就成了大疙瘩，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的工程質(zhì)量問題，但是它都很好的解決了這一點(diǎn)。

后來這個(gè)水壩上了美國的郵票，成為美國國家精神的象征，對很多世界上的國家都產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的影響。像巴西巴拉圭境內(nèi)的依泰普水電站、埃及的阿斯旺大壩、荷蘭的攔海大壩。

還有塔吉克斯坦的羅貢壩，它是在蘇聯(lián)解體40多年前就開始建設(shè)，直到現(xiàn)在還沒建完，本來是想建成世界上最高的大壩，有300多米，我們期望它在將來能夠成功竣工。

我們國家在1949年成立了中華人民共和國，從那個(gè)時(shí)候開始，中國開了史無前例的大壩工程的建設(shè)。我們在文化大革命，還有此前的大躍進(jìn)時(shí)期，出現(xiàn)了兩次筑壩高潮。

在北京周邊的水庫，像十三陵、密云、官廳水庫，直到現(xiàn)在還對北京這個(gè)城市供水發(fā)揮著非常重要的作用。因?yàn)榇髩沃饕幵诟呱綅{谷區(qū)域，或者是人跡非常罕見的山溝溝里，我們平常是見不到它們的。可能很多人去過懷柔雁棲湖，就是懷柔水庫形成的。現(xiàn)在我們中國已經(jīng)當(dāng)之無愧的成為了世界建壩的中心，一共有9.8萬座水壩。

提到中國當(dāng)代的水壩，無論如何都繞不開三峽工程，三峽工程也是我自己非常有感情的一座大壩，雖然我走過世界上許許多多的水壩，三峽工程跟我們前面提到的水利工程一樣，非常重要的一個(gè)問題就是選址。

三峽大壩的選址是非常漫長而復(fù)雜的過程，從1955年開始一共歷時(shí)24年，到1979年我們國家才選定三斗坪作為三峽大壩的壩址。本來人們覺得三峽大壩不太適合建在這個(gè)區(qū)域，因?yàn)檫@個(gè)地方主要是喀斯特地貌，后來人們發(fā)現(xiàn)在三斗坪地區(qū)有長達(dá)9公里的、連續(xù)的花崗巖地基，可以做混凝土重力壩的壩基。江面非常開闊，可以放很多發(fā)電廠房，這個(gè)地方還有一個(gè)小島叫中堡島，非常適合實(shí)現(xiàn)難度很高的大江截留。

三峽大壩現(xiàn)在成為世界上最大的水電站，也是世界上非常重要的清潔能源基地。它自己有很多的技術(shù)創(chuàng)新，我僅舉一個(gè)例子，三峽大壩建完之后，左邊是上游，右側(cè)是下游，中間有100米的落差，那么一個(gè)大船怎么攀過100米的高度?中國創(chuàng)造性的實(shí)施了雙線五級船閘，很好地解決了這個(gè)問題。

前兩天有臺灣人說，如果大壩遭遇原子彈的襲擊會(huì)怎么樣?首先，這個(gè)人說話是非常不負(fù)責(zé)任的，現(xiàn)在很少有國家把民用設(shè)施，特別是這種大壩作為攻擊的對象。而且從技術(shù)來講，也是大家不用擔(dān)心的，因?yàn)槿龒{大壩本身是混凝土重力壩，即使被擊中倒下了，依然是一個(gè)巍峨大壩，不會(huì)造成短時(shí)間之內(nèi)潰壩而造成嚴(yán)重的影響。

我之所以研究三峽工程、研究水壩，跟我的導(dǎo)師有非常密切的聯(lián)系，我的導(dǎo)師是中國工程院的陸佑楣院士，他曾經(jīng)長期主持三峽大壩的建設(shè)，并且一直堅(jiān)持為三峽大壩奔走和呼號，我見證了他很多努力和辛勞。我身邊有很多像他這樣的水壩工程師，我的導(dǎo)師現(xiàn)在已經(jīng)85歲高齡了，他前兩天還坐飛機(jī)專門到宜昌參加了一個(gè)黃金水道的論證會(huì)。

很多水壩的建設(shè)周期要十幾年的時(shí)間，我們很多水壩工程師在深山峽谷中，經(jīng)常是一年只有一兩次的機(jī)會(huì)才能跟親人團(tuán)聚。我的一個(gè)工程師朋友曾經(jīng)告訴我這樣的一件事情，他們會(huì)給大齡男青年提供一種優(yōu)待，每年給他們兩個(gè)月的時(shí)間下山結(jié)婚、生孩子。

古有大禹治水，三過家門而不入;后有李冰治水，積勞成疾，病死在治理石亭江的工地上。還有很多大壩工程師在為我們祖國的水利建設(shè)事業(yè)默默奉獻(xiàn)、扎根深山，我希望大家能夠記住這些故事，記住這些人。