第八十七章 工程藝術
如果翻開中國地圖,對比一下隋朝運河和元明運河的走向差異,可以看到隋朝運河縱然為了以洛陽為中心,導致大段大段的河段沒法取直,但是即使如此,依然沒法解釋隋朝通濟渠在到了黃河以南的滑州之後,為什麼還有兩三百里的與黃河平行的河段,直到汴州才匯入黃河。
元明時候的運河之所以取直,從動機上來說,是因為政治中心北移到大度,洛陽不再有大量駐軍,也不需要南糧漕運囤積至此。但是從技術角度來說,倒也不是因為元明時候修運河的技術進步了,導致他們可以節省這個距離;而是因為南宋末年時(1194年),金國土地上的那次史上最大黃河改道、奪淮入海,改變了黃淮流域的水文環境,客觀上降低了運河取直的技術難度。在華夏大湖中排得上號的洪澤湖,以及其他相對不那麼有名的高郵湖等等,就是淮河失去入海口後淤積出來的堰塞湖。如果沒有那次黃河改道,以元明兩朝的工程技術,要把大運河修成京杭直通,依然是不太容易做到的。
所以,隋朝的時候,從技術上,根本不存在解決大落差河流之間的人工運河溝通技術,這個時代沒有船閘,沒有任何調蓄水位的大型工程機械機構。隋朝大運河到了滑州之後不得不再沿著黃河挖平行渠直到汴州,多出來的這部分工作量,就是因為只有到了汴州附近,通濟渠和黃河的水位才能差不多持平,而如果直接在滑州就打通的話,大運河就會因為水位高於黃河而導致運河水直接全部灌進黃河,把運河抽乾。從這個角度來說,後世的人不得不感慨隋朝那位將作大匠宇文愷的驚人藝業——宇文愷在運河選址的時候,其實是相當於做了非常詳盡的勘測工作,瞭解了數千裡河段上黃河、淮河、長江每一個點的水位海拔,然後找出了黃淮江水水面等海拔的點,將其連線起來,實現了運河的靜水。
仁壽二年末這個時間點,通濟渠的修建議案還沒提上日程,但是工程技術的天然原理並不會改變。蕭銑在打通長江與浙江之間最後一環這個問題上,遇到的技術難點,和宇文愷不能在滑州就把大運河打通入黃河,是基本一樣的,但是又略有不同。不同之處,便是錢塘潮帶來的水位差,不是一種持續地絕對水位差,而是一種短時間的相對水位差——每天,只有那麼**個時辰,江河水位差很明顯,但是也有那麼兩三個時辰的最低潮期,是水位幾乎沒有差異的,這就為某一種特殊人字閘的施工提供了可能。
人類歷史上,直到16~17世紀,當遠在西歐的荷蘭人,開始爭取他們從西班牙統治下獨立的事業時,在尼德蘭和弗蘭德斯的土地上,他們首次發明了人字閘這種機構,讓人類的運河工程進入了一個新的時代。那種人字閘需要人們對於大型水力推動機械地技術應用達到一個很高的高度才能應用,按說,中國的隋朝還不是實現這一點的時機——雖然蕭銑已經在挖泥船上發明出了簡單到如同腳踏車踏板與輪軸之間的齒鏈傳動系統,但是工程機械的大型化一直是一個難題,能夠造出傳輸數噸力矩的傳動機構,並不代表就能做出傳輸數百噸力矩的傳動機構。(力矩的單位當然不是噸,但這也不是物理書,會意即可。)
要解釋清楚這個問題,可以簡單看一下人字閘的原理。
人字閘是一種左右兩扇門葉分別繞水道邊壁內的垂直門軸旋轉的水閘。關閉水道時,俯視形成“人”字三鉸拱形以承受水壓力;水道開時,兩扇門葉位於邊壁的門龕內,不承受水壓力,處非工作狀態。
與平行閘門相比,人字閘最大的優勢就是可以非常穩定地承受巨大的高落差水壓——畢竟鉸接的拱形可以提供非常強大的抗壓力。但是劣勢也很明顯,那就是隻能承受單向水壓力,如果沒有強力的開合機構,就只能在上、下游水位相等或相近時的靜水狀況下進行開關操作。
這一點很好理解,就好像剛出生的小雞去啄另一枚還沒孵開的雞蛋時,不一定能啄穿;而當小雞自身孵化出來時,從內部卻能輕易破殼。拱形結構,理所當然只能抗外來壓力,而壓力如果從拱內而來,拱形結構是不堪一擊的。
一千年後荷蘭人使用人字閘對付運河時,他們擁有的大型水車、風車傳動機構,遠不是一千年前隋朝時中國人可以比的。荷蘭人的閘門開關機械,可以讓閘門頂住兩丈的水位差,在數十米寬的河面上開閘,而如今的蕭銑,或許只能做到十分之一,甚至數十分之一。
好歹,在浙江的特殊水文環境情況下,這個數十分之一,也已經夠用了。
蕭銑的思路是——咱不用保障船閘每天每個時辰都可