不只是古代经济大动脉，超级工程大运河的技术含量被低估

科学外史II（24）

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大运河，可能是古代中国作为“基建狂魔”留下的仅次于长城的第二大奇迹了。今天我们能看到的通常被称为“京杭大运河”，这实际上是大运河的后期形态。如今的大运河除了作为旅游景观，仍在发挥一部分运输功能，但和它的全盛时期早已不可同日而语了。

帝国中晚期的经济命脉

关于大运河的政治经济学，诸如为何要开挖大运河、大运河发挥着怎样的功能等，人们已经谈论得比较多了，关于大运河的一般性论述通常也主要集中在这个方面。

虽然大运河常与隋炀帝的名字联系在一起，但事实上在隋炀帝之前，运河建设早已开始。春秋战国时代，人们已经出于军事或经济目的而开挖区间水道，最著名的如魏国开挖的鸿沟——这个地名至今还在现代汉语中发挥着修辞功能；鸿沟后来成为隋代大运河的组成部分通济渠（公元605年）。而隋代大运河的另一组成部分永济渠（公元608年），则利用了曹操当年开挖的白沟（公元204年）。隋炀帝的大手笔是将前代各区域性的运河水道贯通成为一体。

隋炀帝开通大运河，固然有他好大喜功和想去江都（扬州）过糜烂生活的个人偶然性，但同时也有政治经济学大背景下的历史必然性。

至迟从隋代开始，位于中国北方的政治中心，仅靠周边地区的经济产出已经无法支撑。帝国政治中心包括费用浩繁的宫廷、数量不断增长的大量官吏、数以十万计的驻防军等，仅这些人员的口粮供应，就远非周边地区所能提供。在隋唐时代，政治中心是以长安/洛阳为轴心的区域，但朝廷越来越依赖富庶的江南地区的粮食和财富，所以必须有一条直接贯通北方政治中心和江南财富中心的运输动脉。于是大运河应运而生，成为中华帝国中晚期的经济命脉，长达千余年。

北宋为何选择汴京（开封）这样一个缺乏地理屏障的城市做首都？原因之一，是因为汴京正处于大运河系统的枢纽位置。表面上看，北宋只是将政治中心向东移动一点，但实际上这缩短了北方政治中心和江南财富中心的运输距离。南宋小朝廷固然偏安一隅，却直接控制了江南财富中心，连大运河都不需要了。

元朝再次统一中国后，元、明、清三朝的政治中心移到北京地区，连接江南财富中心的动脉再次需要贯通。由于北京地区位于当年长安/洛阳轴心地区的东北方，大运河可以取一个更为简捷、近乎南北垂直的方案，这就是留存至今的京杭大运河。

大运河惊人的技术含量

关于大运河的技术史，以往主要停留在水利史学术小圈子里，大众读物中很少涉及。造成这种现象的重要原因之一，可能是这些相关技术讲述起来难度大、趣味小，不容易适应大众传播的要求。但这次我打算冒险试一试。

中国的地势总体上西北高东南低，主要河流都是东西走向的，水向东流是常态。而大运河是南北走向，它穿越（沟通）了海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大河流。在古代开挖这样的大运河当然是极为浩大的工程，施工中需要克服种种技术困难，这不难想象。但人们容易想象穿越五大河流的难度，却往往忽视其中的技术含量。

开挖大运河是为了形成水上交通线，所以运河中必须长期保持足够的水量方可行船。那水从何来？就要从五大河流及附近的湖泊中引入。如果中国大地上没有这些河流，也就不可能有大运河。开挖大运河固然需要技术，但要让大运河这条水上交通线长期畅通，需要更多的技术。这些技术中最突出的，莫过于如何解决下面这个难题：

京杭大运河的两端，北京和杭州，海拔倒是差不多（都在海平面附近），但大运河全程流经之处，海拔相差最高达到约50米。按照常识，水必定向低处流，如果没有特殊技术，面对这50米海拔，只有三个解决途径：

一、将整条运河用堤坝拦起来，运河的大部分将修造成地上悬河，海拔最低的地方堤坝高度将超过50米。这将面临难以想象的土方工作量和水源需求量、长途地上悬河几乎无处不在的溃坝危险……肯定完全不可行。

二、将河道挖得很深，海拔最高之处河道深度超过50米——基本上就是第一方案的镜像，但这同样会面临难以想象的土方工作量和水源需求量，仍完全不可行。

三、绕路，让运河始终运行在海平面附近高度。即使在中国大地上找得到这样一条弯弯曲曲的等高路径，运河必将变得极长，也必将面临难以想象的土方工作量和水源需求量，而且完全违背了建立南北直达交通线的本意，同样完全不可行。

可是，一千多年来，古人竟以有限的土方工作量、有限的水源供给量、近乎南北垂直的运河路径，让大运河上的船队源源不断地运送粮食和物资！

原来，大运河根本不是我们通常想象中的河流，它实际上是由呈阶梯状的一段段水渠构成，每段水渠内的海拔基本相同，两个相邻的水渠用堰坝或可以启闭的船闸隔开。船只在大运河上航行，实际上是在水渠构成的阶梯中上上下下。

启闭船闸，当然会导致上阶渠水的流失，所以运河需要有足够的水源补充。北宋时代发明了“复闸”技术（如图所示），可以减少上阶渠水的流失。不过复闸的管理颇为不易，据水利史专家考证，大运河大部分时间仍使用单闸，因为实际上也够用了。比单闸更简单的技术是堰坝（埭）——可以理解为一侧有斜坡的、无法开启的固定闸，船只由下向上过堰坝时需要用人力或畜力拖曳。

在京杭大运河上，粮船从杭州出发，如果顺风顺水，两三个月可以到达北京，如遇水旱灾情，航程就会更长。虽然如此，只要大运河可以通航，帝国的经济命脉就不会中断。

大运河有负面作用？

明代曾规定，允许每艘大运河漕运粮船携带货物两成沿途贩卖，并允许漕船沿途代客运输大宗货物。有人认为这些规定促进了大运河沿途的商业活动，所以运河沿线的德州、临清、东昌、济宁、淮安、扬州……在明清时代都是繁华的商业城市。

今人谈到大运河，通常必从正面论述，首先赞叹工程奇迹，稍深入者则肯定它作为帝国经济命脉的社会功能，对于大运河带来的沿途商业繁华，通常也必作正面评价，对此大家都已习以为常。但是《中国国家地理》杂志的单之蔷主编，却在近年异调独弹，提出了“大运河在历史上的负面作用”这一新颖议题。

他认为，大运河是一条“没有峡谷绝壁，只有一处处繁华都市”“不需要与激流险滩搏斗，而只是不断地与闸官和税吏周旋”的河，他不喜欢这样的大运河。大运河沿岸繁华商业都市的歌舞升平，也让他感到“这种精致的文化里弥漫着一种休闲、享受、奢侈的情调，缺乏刚健、豪迈、宏大的气魄”。至于大运河沿途的船闸管理系统，则被视为滋生官僚主义和商业腐败的温床。

如果说上述意见有着浓厚的文学色彩，不像严肃的史学论证，那么他最后的猜想确实具有相当严肃的思想性：由于有大运河构成了南北交通动脉，就无需海运（元代曾尝试过），因此将东部沿海的发展推迟了一千年，“大运河阻挡了中国人奔向大海的步伐”。

上述猜想当然无法验证，东部沿海的海运也未必有决定性意义——今天取代大运河成为北方政治中心和江南经济重心之间动脉的，是与京杭大运河大致平行的铁路京沪线，仍然不是元代和清末都出现过的沿海海运。

（作者系上海交通大学讲席教授，科学史与科学文化研究院首任院长）