京杭大运河广为人知,其历史起源于隋唐时期的大运河,由隋朝的隋炀帝杨广于公元610年贯通,起始于隋东都洛阳,南至杭州,北至北京,由通济渠、永济渠、山阳渎和江南运河四大部分组成,总长达2700多公里。

隋朝覆灭之后,唐朝的建立以及隋唐大运河对唐朝的繁荣都有巨大贡献。唐朝衰落后,经历五代十国的乱世,直至北宋的兴起,统一了中原大部分地区。尤其是通济渠,不断地将江南的粮食和财富运输到开封,成为北宋的政治和经济支柱,在开封人口达到百万的高峰期,全依赖运河的输粮。

北宋结束后,南宋时期的东京留守杜充为阻挡金兵向南进攻,故意破坏黄河渡口,导致黄河沿着通济渠泛滥,结果通济渠被淹没。到了公元1194年,黄河彻底改道,从夺淮南下,开启了一段长达600多年的南流历程。南宋迁都至临安之后,运河的需求减少,管理也因此松懈,金朝对此也不再关注,导致隋唐大运河的西端逐渐废弃。

黄河改道,从北宋后开始南流

元朝建立并将都城定在北京之后,南运北粮的需求促使重启大运河的建议被提出。那时的隋唐运河中的通济渠和永济渠大部分已经淤塞废弃,重建运河的路线选择绕过洛阳、开封,因此选择了更直接的路径,开通了鲁运河、中运河,并与里运河、江南运河连接,总长约1700多公里,自此,连接南北的京杭大运河便出现了。

元代的京杭大运河采用直接路径

京杭大运河经历了元、明、清三代,成为了帝国的南北生命线。直到公元1855年,黄河再次改道,流向山东北部入海,这一变化使得运河段被切断,自此断流已逾百年。

如今,京杭大运河在山东的黄河岸边止步,南北两端均至黄河之畔,那么,为何京杭大运河还未能连通呢?面对地上的悬河黄河,运河应如何穿越?古时候面对黄河和长江这样的大河,又是如何实现运河的连通的呢?

当前的京杭运河在黄河处止步

古代京杭大运河贯穿了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系,值得注意的是,明清时期黄河南流入黄海,下游占据了淮河的河道。其中,长江是最大的河流,水量充沛,黄河则是含沙量最高的河流,也被称为地上

的悬河。对这两条河流,古人是如何处理的呢?

首先,运河虽是一体,却分为多段,每段的水文情况各异。

京杭运河地势剖面展示

这里有一张京杭运河的地势剖面图,显示运河在山东东平湖附近地势最高,运河水从东平湖向两侧流出,北边的海河较低,南边的长江也是一个低点,丹阳南边的钱塘江是另一个低点。

由于地形和其他因素,运河和自然河流交汇处常有落差,有时形成急流,甚至可能出现瀑布,对航行安全构成威胁。因此,古人发明了船闸系统。

船闸系统,连接不同水平高度的水面

船闸通过分段将交汇处的水面连接起来,允许船只从低水位逐级上升到高水位,或从高水位逐级下降至低水位。水位差异小时可能分为三段,大时则分为四段或五段,甚至更多。船闸至今仍是全球运河系统中最普遍的调控方式。例如,中国的三峡船闸就是五级调控系统,而巴拿马运河包含了三级六组共12个船闸。

在长江和运河交汇处,南部的镇江与北部的扬州,运河的南北两端汇入长江。除了在运河出口设船闸外,古人还将运河设计成多个斜对的出入口,利用长江东流的势力,轻松地切换到对岸的水道。

古代智慧的展现,利用长江东流水势过江

长江与运河的水头差相对较小,相对简单。对于黄河,情况则更为复杂,由于其高含沙量,不仅成为地上河,还容易倒灌造成运河淤塞。因此,运河与黄河相交的航运系统极为复杂。

明清时期,运河与黄河在淮安市淮阴西部的清口交汇。现代运河经过改造,与古代的河道大为不同。

淮安清口运河局势图展示

这是一张清朝乾隆年间的淮安清口运河局势图,显示了运河系统的复杂性。在里运河出口,设置有福兴闸、通济闸和惠济闸三座闸门,以及为了减少黄河水头的多条引河。此外,设置了多道拦沙坝和拦水坝,将黄河的泥沙和洪峰水位隔离在运河外,过坝时需要人力或畜力牵引。

古代运河过坝,通过畜力牵引

清口运河作为京杭大运河中最复杂的一段,对整个运河系统的运行至关重要,成为京杭运河的关键枢纽。

京杭大运河运行了超过500年,直到1855年黄河改道,流向渤海,从北部切断了运河。初期,黄河的水面与运河水面大致持平,通过建立船闸一度维持运行,但随着黄河水位的升高和水患的频发,运河最终断流。当时大清国内外困难重重,缺乏重建的能力,随着海运的兴起,大运河逐渐被放弃,至今已有160多年。

新中国成立后,对京杭运河进行了再次清理和改道。如今,济宁至杭州的运河已经全线打通,可以通航2000吨级以上的货船。2022年,运河全线通水,但由于北方缺水的问题,南北两端的通航能力仍有差异。如何穿越黄河仍然是个问题,目前考虑的方案有建船闸、打隧洞和建渡槽三种。

运河如何穿越黄河

建设船闸类似于长江三峡过坝的方式,设立三级或四级船闸,从南侧进入黄河后再从北侧出来。但黄河的高含沙量易堵塞闸门,维护成本高。

运河通过隧洞穿越黄河

隧洞方案则是从黄河底部穿过,无需经过黄河水面,直接连接运河两端。尽管这种方式较为直接,但由于黄河底部土质疏松,挖掘隧洞风险较高。如果挖得更深,则形成U型管道,无法通航。

运河通过建渡槽穿越黄河

最后的渡槽方案则是在黄河上方建设渡槽,相当于提升了运河航道,两端需接入闸门系统。黄河跨度达300至500米,长渡槽的建设成本非常高。

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