新疆坎儿井的构造及施工方法
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摘要通过走访有经验的坎儿井工匠，调查有关凿井开挖工艺，结合坎儿井构造分析，初步探明古老水利工程坎儿井的传统施工方法，并结合现代施工技术进行对比分析。
关键词坎儿井；构造；施工方法；新疆
中图分类号S277.2文献标识码A文章编号 1007-5739（2013）12-0173-01
坎儿井是新有的古代水利工程和水文化遗产，由于工程的主体深藏地下形成暗渠，人们喻之为“地下长城”，目前主要集中分布在吐鲁番、哈密地区。据新疆坎儿井研究会普查结果，2009年全疆有水坎儿井403条，其中吐鲁番地区仅剩242条（土坎83条，砂坎159条），坎儿井年径流量1.427亿m3，控制灌溉面积0.658万hm2；哈密地区仅剩161条（土坎64条，砂坎97条），其中有水坎儿井年径流量0.474亿m3，控制灌溉面积0.251万hm2；平均每条坎儿井灌溉面积16.7～33.3 hm2。
1坎儿井的布置及其构造
新疆坎儿井主要由暗渠、竖井、明渠、涝坝等组成（图1），其布局一般顺地下潜流流向，与地下潜流平行或斜交。暗渠是坎儿井的主要组成部分，暗渠长度一般为3～5 km，具体视潜水位埋藏深度、暗渠纵坡和地面坡降而定，最长的超过10 km[1]。暗渠纵坡在冲积扇上部砂砾土层纵坡较大，一般为1/200～1/60；灌区内部细土土层内纵坡较小，一般为1/1 200～1/500，比地面坡降平缓得多，所以暗渠经一段距离后，可逐渐延伸至地面，将坎儿井水引出到地面进行自流灌溉。
暗渠可分为集水段和输水段：①集水段在潜水位以下部分开挖，主要截取和汇集地下水。位于冲积扇上部的坎儿井，其集水段较短，一般情况下为1个源头，个别坎儿井由2～3个源头（水源）汇集组成，集水段长度一般在50～100 m。②输水段是暗渠输水通道，把集水段汇集的地下水引出地面，在潜水位上干土层内开挖。暗渠的纵坡比当地潜水位纵坡要平缓，所以集水段下游一定距离后，就可高出潜水位[1-5]。
竖井主要供开挖暗渠时定位、下井、排土和通风等，便于在后期运行管理过程中检查、岁修和维护。开挖时的砂土，由各个竖井垂吊至地面堆积在竖井口周围，具有防洪或防止地面水进入暗渠的作用。2个竖井之间的间距，上游段、中游段、下游段分别为60～100、30～60、10～30 m[1]；竖井深度，上游段为40～70 m，有的可达100 m，中游段20～40 m，下游段3～15 m，其断面一般为圆形或矩形。
暗渠的出口称为龙口，其下接明渠，其作用是将暗渠流出来的地下水引入储水涝坝，明渠长度视龙口至灌区距离不同，一般在100～2 000 m，间或达到5 000 m；其流量一般为2～215 L/s。
明渠末端一般都建有涝坝，即小水池，主要用以夜蓄昼放，以提高水温，并便于集中轮灌。涝坝主要作用是调配坎儿井水，使坎儿井水得到充分利用。一般涝坝库容300～15 000 m3，现状基本上未进行防渗处理。
目前，坎儿井施工基本上仍保留传统工艺，主体工程包括暗渠的放线、开挖、延伸和竖井间疏通等工程。
（1）放线。在拟垦灌区上游寻找水源，估算潜流水位埋深，确定坎儿井位置，并根据可能穿过的土层岩性，考虑暗渠的适宜纵坡[1-3]。
（2）竖井定位及凿井。从下游开始挖掘暗渠，先挖渠首段和龙口，逐步向上布置竖井。每挖好1个竖井，即从竖井底部向上游或下游单向或双向逐段挖通暗渠，然后修正暗渠纵坡[1]。此外，为了防止风沙和碎石从竖井口落入坎儿井，并避免由于气温周期性波动产生反复冻结和融化导致竖井口坍塌，当前竖井口处冬季常用树梢或木板及土料分层封盖。目前，竖井定位可借助GPS卫星定位完成，竖井凿井也可采用大型钻机实施，一般情况下也有人工开挖，小型风镐配合，人工装土，竖井提升机运土。
（3）暗渠开挖。暗渠开挖断面一般为窄深式，宽、高分别为0.5～0.8、1.4～1.7 m。开挖暗渠和竖井所使用的工具，主要为镢头和刨锤。开挖暗渠一般在黑暗中进行，先挖渠底，后挖顶部，靠油灯照明定位（在竖井内垂挂2个油灯，依据其方向和高低校正暗渠的方向和纵坡）。为了防止挖偏，要用两手轮流交叉挖。遇到松散砂层时，为免塌方，防止以后水流掏刷，必须局部用板支撑[1-5]。
目前，暗渠开挖一般采用人工开挖，小型风镐配合，人工装运弃土弃渣，提升机竖井提升排土。目前坎儿井暗渠基本为宽0.5 m、高1.6 m的椭圆形结构。
（4）排土。在暗渠开挖过程中，排土一般采取人工水平运土至竖井底部，再用土筐从竖井使用辘轳起吊的方式进行。在过去一般用人力拉，在较深的竖井用牛力拉，传统工艺所（下转第175页）
（上接第173页）
需劳动力一般组织3～5名坎儿井工匠（暗渠内挖掘1～2人，井口提土1人，井外倒土1人，赶牛1人）。目前一般均采用小四轮拖拉机，通过三脚架和绞盘完成起吊和下井工序，工程施工效率提高。
3结语
新疆坎儿井除加强维修管理外，宜运用新技术加以改造利用，以期提高坎儿井的质量，赋予其现代生命力，使其对生产发展和人类文明做出更好的贡献。针对新疆坎儿井施工工艺改造利用提出一些建议：对于有经验的坎儿井老工匠，应给予奖励和照顾；并注意培养新的坎儿井技术人员，使后继有人；坎儿井的竖井，根据工作和检查的需要，可适当合并，改进加固，其井口用砼活动盖板封闭。竖井与暗渠联接处，设置沉沙坑，以便定期清淤。坎儿井的集水段和暗渠管的设计施工，须充分考虑既便于施工，又便于今后检修和继续延伸；对于坎儿井布置过密的问题，可采取“多头归并”方式统一配水，以达到既可保证坎儿井安全，延长其使用寿命，又可减少维修费用和劳动强度，并增加单井出水量，以提高灌溉效益，降低用水成本。
4参考文献
[1] 金善基. 新疆维吾尔族的坎儿井文化[D].北京：中央民族大学，2006.
[2] 周欣，徐佑成.坎儿井保护与利用一期工程回访有感[N/OL].中国文物报，（2011-08-30）[2013-04-05].http：///Default.aspx?TabId=138&InfoID=63085&AspxAutoDetectCookieSupport=1.
[3] 王龙.“坎儿井”普查与保护断想[N]. 中国文物报，2010-07-16（3）.
[4] 奇特的引水渠道——坎儿井[J].新疆地方志，2000（3）：52.
[5] 关东海，姜波，陈志卿.坎儿井暗渠和竖井防护措施及施工技术[J].西北水力发电，2005（4）：56-58.