坎兒井的原理(坎兒井的原理動畫演示)

在我國有一個地方，一年里氣溫高于35度的時間在100天以上，夏天的極端高溫達到50度，地表溫度多在70度以上，甚至創下過82.3度的紀錄。而且全年幾乎不下雨，平均年降雨量只有16毫米，蒸發量卻高達3000毫米，這里就是新疆的吐魯番盆地，雖然極度干燥，人送外號“火洲”，卻是瓜果飄香，孕育了一片片綠洲，生命的源泉從何而來呢？這一切都與古代超級水利工程坎兒井密不可分。

坎兒井

坎兒井并不是真正的水井，它的真實身份是人工開鑿的地下暗河，可以把地下水引到地面上來，用于人們的生產生活。其主要分布于新疆，一共約有1800條，其中有1200多條都位于吐魯番盆地，總長度高達5000公里，規模非常龐大。因此坎兒井與萬里長城、京杭大運河，并稱中國古代三大工程，也被稱為地下長城。

吐魯番地勢北高南低，四面環山，氣候干燥無比，每到夏季，炎熱的天氣就可以融化天山的冰雪，源源不斷地流向盆地。但不幸的是，當水流出山口后，大量的水就很快滲入戈壁，成為地下水，長久積聚，戈壁下面的地下水就不斷增多。因此，雖然吐魯番的地面水流很少，但地下水的儲量非常大，如何將這些水用于灌溉呢？兩千年前的新疆人民，就用勤勞和智慧，研發出了這一款古代超級水利工程——坎兒井。

坎兒井主要由四個部分組成，豎井、暗渠、明渠和澇壩。從需要用水的村莊逆向往高處挖暗渠，類似于地道戰使用的地道，為了方便施工，每隔20~50米，還需要挖一個向下的豎井，為挖掘暗渠運輸泥土，通風供氧。當暗渠不斷接近山體時，就可以連通地下水暗流，形成一個引水通道，大量滲入戈壁的冰雪融水就通過這樣的通道，流向用水的村莊，到達村莊以后再通過明渠接入蓄水的澇壩，供灌溉和生活使用。

坎兒井組成結構

看到這里，很多朋友會納悶，這也太簡單了吧，還不如現在城市的地下排水系統復雜。沒錯，坎兒井就是一種簡單易行的取水方式，也正是如此，才體現了當時勞動人民的智慧。坎兒井最長的暗渠長達25公里，豎井深達100米，在成百上千年以前，可沒有先進的挖掘機械，都是使用鐵鍬、鋤頭、籮筐等原始工具，挖掘難度也是不小。

就拿如何挖掘暗渠，直線連接兩個豎井來說，勞動人民想到的辦法是在暗渠的中央放一盞油燈，人背對油燈對著自己的影子往前挖，學過小學物理的都知道，借助光線的直線傳播原理，就可以挖出筆直的暗渠了，同時還可以用油燈判斷地下的氧氣含量。其實挖掘坎兒井還用到了很多奇奇怪怪的辦法，都是古代勞動人民智慧的結晶。

地下暗渠

那在地底下挖暗渠難道不會塌方嗎？大自然是相當照顧了，吐魯番的土壤屬于鈣質黏土，強度很高，十分堅固，很適宜挖掘地下洞穴。在土壤松軟的地方，可以用木頭等材料進行特殊加固。即使個別地方出現垮塌，通過密集的豎井也能快速檢修。

另外還有一個問題，為什么不直接在需要灌溉的地方打水井呢？和直接打水井灌溉相比，坎兒井可以利用地下水進行自流灌溉，在沒有抽水機械的古代，避免了人工抽取地下水的復雜過程。在吐魯番這樣極度干旱的地方，坎兒井采用的暗渠形式，還可以避免沙塵掩埋，也大大降低了水流在輸送過程中的滲漏、蒸發帶來的損失，以最大程度保存水量，其灌溉面積曾高達到吐魯番總灌溉面積的70%。一旦有了水，吐魯番的極端氣候便成了這里的優勢，高時長的日照，孕育了一個瓜果之鄉，吐魯番的葡萄也因此享譽全球。

時至今日，不少坎兒井仍然在灌溉中發揮著重要作用。但下面我要說一個沉重的話題，如今的坎兒井正在慢慢地離開我們。1957年吐魯番盆地有水坎兒井的數量為1237條，2010年減少至103條，減少了90%多，大量坎兒井干涸甚至消失，平均每20天就要消失一條，如果繼續按這樣的速度發展下去，在將來不到 20 年的時間內，坎兒井將全部干涸。

正在消失的坎兒井

具體是什么原因導致呢？主要就是人口的擴張和耕地面積的增加，加大了對水資源的需求，大量利用現代機井開采地下水資源，造成地下水位下降，比較淺的坎兒井也就沒有了水源。其次就是水源補給下降，大量修建的水庫和防滲渠，截獲了上游本應下滲水量，沒有水補充，坎兒井自然也就干涸了。坎兒井的大量消失，正在不斷地影響當地人民的生產生活和生態環境，因此保護坎兒井的呼聲也越發強烈。

2006年，坎兒井成為第六批全國重點文物保護單位，如果有機會去到吐魯番，大家可以近距離參觀一下。珍貴的文化遺產需要保護，這種古老的灌溉手段還有沒有必要保留呢？留給大家思考。