中国气象灾害史话：坎儿井的巧妙设计及功绩

坎儿井是一种结构巧妙的特殊灌溉系统，它由竖井、暗渠、明渠和涝坝四部分组成。总的说来，坎儿井的构造原理是：在高山雪水潜流处寻其水源，在一定间隔打一深浅不等的竖井，然后再依地势高下在井底修通暗渠，沟通各井，引水下流。地下渠道的出水口与地面渠道相连接，把地下水引至地面灌溉桑田。

据《清史稿》等资料记载：坎儿井多为清代以来陆续兴建的。由于清政府的倡导和屯垦措施的采用，坎儿井得到了大量发展。1845年正月，林则徐被贬新疆，他赴南疆踏勘垦地，途经吐鲁番城。当天，林则徐在日记中写道：“见沿途多土坑，询其名，曰‘卡井’，能引水横流者，由南而北，渐引渐高，水从土中穿穴而行，诚不可思议事！”他了解了坎儿井的奇妙之后，也大力推广这一引水灌溉的方法。1845—1877年，在林则徐的推动下，吐鲁番、鄯善、托克逊新挖坎儿井300多道。《鄯善乡土志》说，“用坎水溉田创之者林则徐，兰坡黄氏继之，迄今坎井鳞次利赖无穷焉”。鄯善七克台乡现有60多道坎儿井，据考证多数是林则徐来吐鲁番后新开挖的。为了纪念林则徐推广坎儿井的功劳，当地群众把坎儿井称之为林公井，以表达自己的崇敬仰慕之情。

光绪六年（1880年），左宗棠率大军入新疆平定叛乱，又发展增开185处。民国时期吐鲁番、鄯善、库车、托克逊、哈密等地已发展至1000余条，而以吐鲁番为最多。据统计，吐鲁番盆地现有坎儿井1237条，实际使用的有853条，总出水量每秒约10立方米，总长度超过5000千米，相当于从乌鲁木齐到哈尔滨的里程，或者相当于黄河的长度，比京杭大运河还长3000多千米，是苏伊士运河的28倍，是巴拿马运河的60倍。

坎儿井设置虽然简单，但构思奇巧，工程恢宏。它由竖井、地下暗渠、地面明渠、涝坝四个部分组成。

竖井是开挖或清理坎儿井暗渠时运送地下泥沙或淤泥的通道，也是送气通风口。井深因地势和地下水位高低不同而有深有浅，一般是越靠近源头竖井就越深，最深的竖井可达90米以上。竖井与竖井之间的距离，随坎儿井的长度而有所不同，一般每隔20～70米就有一口竖井。一条坎儿井，竖井少则10多个，多则上百个。井口一般呈长方形或圆形，长1米，宽0.7米。乘车临近吐鲁番时，在那郁郁葱葱的绿洲外围戈壁滩上，就可以看见顺着高坡而下的一堆一堆的圆土包，形如小火山锥，坐落有序地伸向绿洲，这些，就是坎儿井的竖井口。

暗渠，又称地下渠道，是坎儿井的主体。暗渠的作用是把地下含水层中的水汇聚到它的身上来，一般是按一定的坡度由低往高处挖，这样，水就可以自动地流出地表来。暗渠一般高1.7米，宽1.2米，短的长100～200米，最长的长达25千米，暗渠全部是在地下挖掘，因此掏捞工程十分艰巨。(www.xing528.com)

坎儿井始于西汉，而指南针在明朝时期才从中原传入西域，在开挖暗渠时，为尽量减少弯曲、确定方向，吐鲁番的先民们创造了木棍定向法。即相邻两个竖井的正中间，在井口之上，各悬挂一条井绳，井绳上绑上一头削尖的横木棍，两个棍尖相向而指的方向，就是两个竖井之间最短的直线。然后再按相同方法在竖井下以木棍定向，地下的人按木棍所指的方向挖掘就可以了。

在掏挖暗渠时，吐鲁番人民还发明了油灯定向法。油灯定向是依据两点成线的原理，用两盏旁边带嘴的油灯确定暗渠挖掘的方位，并且能够保障暗渠的顶部与底部平行。但是，油灯定位只能用于同一个作业点上，不同的作业点又怎样保持一致呢？挖掘暗渠时，在竖井的中线上挂上一盏油灯，掏挖者背对油灯，始终掏挖自己的影子，就可以不偏离方向，而渠深则以泉流能淹没筐沿为标准。

暗渠越深，空间越窄，仅容一个人弯腰向前掏挖而行。由于吐鲁番的土质为坚硬的钙质黏性土，加之作业面又非常狭小，因此，要掏挖出一条25千米长的暗渠，不知要付出怎样的艰辛。据说，天山融雪冰冷刺骨，而工人掏挖暗渠必须要跪在冰水中挖土，因此长期从事暗渠掏挖的工人，寿命一般都不超过30岁。所以，总长5000千米的吐鲁番坎儿井被称为“地下长城”，真是当之无愧。

暗渠还有不少好处是，由于吐鲁番高温干燥，蒸发量大，水在暗渠不易被蒸发，而且水流地底不容易被污染，再有，经过暗渠流出的水，经过千层沙石自然过滤，最终形成天然矿泉水，富含众多矿物质及微量元素，当地居民数百年来一直饮用至今，不少人活到百岁以上，因此，吐鲁番素有中国长寿之乡的美名。

坎儿井有很多优点，可减少水流蒸发，可避免风沙埋没，可利用地下深层潜水，可自流灌溉，可随地开挖独立成一灌区，施工比较简单，使用期长，等等。减少地下水的蒸发，对当地的环境也起到了保护作用。