学文网摘 要 坎儿井是一项古老的地下水水利工程设施和人类宝贵的文化遗产。多年来，专家学者从历史文化，起源与传播，生态环境，经济价值，自然地理等方面进行了较多的研究，但是对坎儿井工程技术方面的研究很少， 本文通过文献资料法、访谈法、实地调查法等对吐鲁番坎儿井工程进行了工程测量技术方面的研究，总结了古代吐鲁番坎儿井工程高差测量原理和测量方法，这对于丰富和完善坎儿井研究，以及对坎儿井起源与传播学说研究，都具有十分重要的学术价值。
关键词 高差 坎儿井 古代测量
中***分类号：S277.2 文献标识码：A
Explore the Measurement Methods of the Ancient Karez
Yitikal Abdullamu， Reyihan Yibulayimu
（College of Hydraulic and Civil Engineering， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052）
Abstract Karez is an ancient underground water conservancy facilities and valuable cultural heritage of mankind. For years， experts and scholars from history， culture， origin and propagation， environmental， economic value， physical geography and other aspects of the larger study， but the technical aspects of Karez little research project， the paper documentation， interviews， fieldwork method of Turpan Karez project studied engineering measurement technology， summarizes the ancient Turpan Karez engineering elevation measuring principle and measurement methods， which enrich and improve Karez for research as well as the origin and spread of the doctrine of Karez have a very important study academic value.
Key words height differences； Karez； ancient measurement
1 ***坎儿井现在的基本概况
坎儿井作为一种古老的水利工程设施，历史以来，为发展***戈壁绿洲农业发挥了重要作用，具有很多优点。但随着生产力的发展及科学技术水平的提高，坎儿井自身也显现出一些缺点，古老的坎儿井正面临衰退之势。为了摸清目前***坎儿井的基本情况，******自治区坎儿井研究会从2002年起，用了两年多的时间对整个***范围内的坎儿井进行了普查，公布了普查结果（2004年底）。统计显示，坎儿井的数量已由上世纪50年代的1784条减少到现在的614条。至今909条坎儿井已干涸，261条坎儿井己消失，共计减少坎儿井1170条。在这1170条坎儿井中，不可恢复、报废的坎儿井有963条，尚可恢复的坎儿井有207条。从统计数据来计算，***坎儿井平均每年减少23条。
以***坎儿井数量最多的吐鲁番地区来看，1950年，这里有耕地24万亩，现在耕地120万亩。近10年来，由于人口增加和农业灌溉用水量增大，仅靠坎儿井供水己远远不能满足需要，只能打机井抽取地下水。目前，吐鲁番盆地的机井数目超过了9000眼，大量的抽取地下水进行农业灌溉使得地下水位持续降低，显然，深度通常只有2米的坎儿井无法蓄积地下水变成为干枯的井渠。普查表明，吐鲁番地区坎儿井最多时曾达到过1237条，现在只剩下404条。10年前，吐鲁番地区农田灌溉主要依靠坎儿井，但现在坎儿井水占灌溉用水的比例已不足20%。
2 ***坎儿井的起源学说
关于坎儿井究竟起源于何时何地考古界与学术界众说纷纭，归纳总结近年来的研讨结论，主要有以下三种观点：
2.1 本土自创说
***水利厅坎儿井研究小组经过长期研究认为：***的坎儿井是2600 年前，***各族劳动人民为了发展生产，在与干旱作斗争的过程中，在挖阴沟、掏泉等开发利用地下水和生产实践中不断总结提高，逐步创造出来的。
2.2 汉代关中井渠传入说
认为“井渠”即坎儿井，由陕西经敦煌传到白龙堆，再由白龙堆传到吐鲁番。加之丝绸之路的开通及从汉代直至近现代“屯垦”、“戍边”，大量内地人员不断迁入西域，给世世代代生活在这里的各族人民带来了中原凿井术，他们和当时的各族劳动人民在与大自然作斗争的过程中，将这种技术加以改良和完善，并根据当地独特的自然地理环境，继而开创了吐鲁番的井渠，后来又几经改进，终于挖出了较完善的坎儿井。
2.3 波斯（今伊朗）传入说
最先提出***坎儿井自古代波斯传入的是美国人文地理学家亨廷顿，他于1906 年2 月到吐鲁番考察，并在《亚洲的脉搏》一书中谈到***坎儿井。伯希和于1906～1907 年到吐鲁番考古，他认为吐鲁番坎儿井的地下水道与伊朗的坎儿井类似，因此推断坎儿井之法，自波斯传来。
3 坎儿井工程结构
坎儿井是充分利用北高南低的（山地-盆地）地形条件，在高山融雪水潜流处寻其地下水源，每隔一定距离打一竖井，然后在井下修通暗渠，依次沟通竖井进行引水下流。坎儿井是不需任何动力将山前地下水自流引出地表的一项古老的水利工程设施。坎儿井主要由竖井、暗渠、明渠、涝坝等四部分组成。竖井是开挖或清理暗渠时供施工与维修人员开挖运送土方的通道，也是通风口。一条坎儿井的竖井分布疏密不等，上游部分比下游部分竖井之间的间距长，一般上游段竖井间距约60～100米，中游段竖井间距约30～60米，下游段间距约为10～30米。竖井的深度，一般越靠近母井竖井越深，从母井至出水口由深变浅，母井深度约40～70米，集水段深度约20～40米，输水段深度约3～15米。其横断面，一般高1.2～1.5米，宽0.7～1米。暗渠是坎儿井的主要组成部分，根据功能的不同分为集水段和输水段。集水段的功能是截取和汇集地下水，是坎儿井的源头部分。输水段是暗渠输水通道，把集水段汇集的地下水引出地面。明渠是暗渠出水口至涝坝之间的水渠，是把从暗渠里流出的地下水引入到涝坝进行蓄水。涝坝是坎儿井末端的蓄水池，其主要功能是蓄水池水位达到一定高度时利用势能进行农田灌溉以及调配坎儿井水量，使坎儿井水得到充分利用。一条坎儿井的长度一般为3～5 公里， 最长的超过10 公里以上，最短也有数百米。坎儿井结构详***见***1。
***1 坎儿井工程结构示意***
4 坎儿井选线及母井位置的确定
坎儿井是一项系统工程，从坎儿井工程勘探到施工需要进行踏勘选线、出水口位置的确定、母井位置的确定、贯通测量等工作。勘探选线阶段，首先由知识渊博的坎儿井匠人根据土壤湿度、地形地貌、植被情况来确定坎儿井的路线并确定出水口与母井的位置，坎儿井的路线以及出水口与母井位置确定后，在母井位置点A处进行挖掘直到挖出地下水，量取母井位置A点到地下水位的水深，然后用高差测量的方法测出出水口位置B点与母井位置A点之间的高差，最后进行母井水深与AB两点间的高差之间的比较（参见***1）。比较的结果如果>，出水口位置和母井位置基本确定，可以进行坎儿井的施工等工作。如果，为止。
5 竖井开挖深度的确定
坎儿井竖井开挖深度确定方法（***2），根据坎儿井匠人确定的坎儿井路线以及母井位置和深度，从母井位置开始向下游出水口方向进行竖井开挖深度的测量工作。
***2 竖井开挖深度示意***
母井的位置以及开挖深度确定后，第一口井的开挖深度根据数学当中几何学矩形原理可以得出。
= + ′ （1） b = ′ （2）
在式中，为母井开挖深度，′为母井与第一口井之间的地面高差，为第一口井的开挖深度。
第一口井的开挖深度确定以后，根据***4按几何学原理可以确定第二口井的开挖深度3式与4式。
= + ′ （3） c = ′ （4）
第二口井的开挖深度确定以后，根据***4示意***可以依次类推第三口井至最后一口井的开挖深度。
6 古代坎儿井的测量方法
无论是坎儿井工程勘探阶段还是竖井开挖深度确定阶段，都需要进行高差测量，特别是坎儿井的勘探以及施工当中都要进行测量工作，如母井位置的确定、出水口位置的确定、竖井深度的确定以及暗渠的贯通都要进行高差测量等工作。所以，探讨研究古代坎儿井勘探测量技术，对全面了解和解释古代坎儿井工程勘探技术具有重要的意义。
6.1 水面法
水面法的基本原理和现代水准测量原理相同，如***3利用一个三脚架上放一个平板，上面再放一个水盆带水，这是盆子里的水面给我们提供水平视线，两边不远处放两个木杆，木杆约长3～4米，通过水面提供的水平视线，在木杆水平线高度所对应的位置上做标记画黑线或者系红色带子，测出两木杆标记处的高度，取差值，即是两点的高差。
高差=后视读数前视读数
B点的高差： = ；
***3 水准仪
6.2 等边三角形法
如***4是利用重力对物体作用与等边三角形的特点简便的实用方法是：找一个三边一样长的板子利用细绳来绑它两个顶点，绑绳子的那边中间点上在帮一个细绳挂着一个石头什么的，然后把绳子一拉调两边高低，中间挂的细绳恰恰来到等边三角形的另一个顶点式，测两边绳子的高低a与b，计算a和b之间的高差。
***4 水准仪
以上两种测量仪器是当时人们所使用的水准仪。用它们进行测量又方便又准确（***3，***4）。
7 坎儿井的高差调整
据所集的资料与查问，很多坎儿井师匠说明他们以前解决坎儿井高差调整时简便地利用坎儿井里面的水来调整坎儿井的高差。主要方法如下：（1）水流：如果水流的速度太高了，说明这里的高差分得太高了，也可以说斜率太明显了，坎儿井里斜率太高的话，水流速会太高就容易发生倒塌问题。如果水流的速度太慢了就说明该地高差分得不太明显。（2）水深：师匠们一般利用坎儿井里用筐子来定水深（一般框子高度30～40cm）。如果筐子在水里沉下去了说明这里高差高度比较低，如果筐子在水里根本没有沉下去是说明这里高差高度较高。师匠们就这种方式来调整坎儿井里的水深从头到尾是一种深度。
做这两件事可以解决实际挖掘坎儿井时所有出现的高差问题和一些安全问题。
8 结论
在坎儿井工程勘探测量技术研究当中，几何学和测量学是非常重要的。特别是长距离坎儿井的勘探和施工中，如果高差测量不准，母井、地下水位与出水口的位置就很难确定，同时竖井的深度也会出现误差，最终暗渠的贯通也会偏离，影响井下通水。所以，坎儿井的勘探工程技术中最重要的环节就是坎儿井工程勘探测量方法的确定。而坎儿井工程勘探测量主要包括测量母井位置和竖井深度。
参考文献
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