萨迦古代灌溉系统的工程技术特征及现代启示

The Engineering and Technical Characteristics of the Ancient Irrigation System in Sakya and Its Modern Implications

摘要

萨迦古代灌溉系统是青藏高原高寒环境下具有代表性的水利工程遗产。本文结合历史文献与工程分析方法，系统解析其组成结构、运行机制及综合效益。研究表明，该灌溉系统通过渠道网络、蓄水池群及闸门控制构建了一套完整的技术体系：渠道采取三级布局并运用本土防渗工艺，水力结构设计科学合理；蓄水池利用高原强日照条件来提升水温，并借助复合结构增强防渗性能；在管理层面，以冲曲河水闸为核心，结合社区主导的三级共治模式，实现了水资源的季节性调控。该体系不仅有效提升了农业产能、推动了聚落发展，更形成了技术、制度与文化三者协同的适应性治理范式，其所蕴含的生态智慧与治理经验，对现代高海拔地区应对水资源挑战具有重要的借鉴价值。

Abstract

The ancient irrigation system of Sakya is a representative water conservancy engineering heritage in the high-cold environment of the Qinghai-Xizang Plateau. This paper combines historical literature and engineering analysis methods to systematically analyze its composition structure, operation mechanism, and comprehensive benefits. Research shows that this irrigation system has established a complete technical system through channel network, reservoir group, and gate control: the channels adopt a three-level layout and apply local anti-seepage technology, and the hydraulic structure design is scientific and reasonable, The reservoir takes advantage of the strong sunlight conditions on the plateau to raise the water temperature and enhances the anti-seepage performance with the help of a composite structure. At the management level, with the Chongqu River water gate as the core and combined with the three-level co-governance model led by the community, seasonal regulation of water resources has been achieved. This system not only effectively enhances agricultural productivity and promotes the development of settlements, but also forms an adaptive governance model that integrates technology, system, and culture. The ecological wisdom and governance experience it contains have a significant reference value for modern high-altitude areas in addressing water resource challenges.

Graphical abstract

关键词

萨迦古代灌溉系统 / 高海拔水利工程 / 农业文化遗产 / 适应性管理 / 生态智慧 / 水资源可持续利用

Key words

The ancient irrigation system of Sakya / High-altitude water conservancy projects / Agricultural cultural heritage / Adaptive management / Ecological wisdom / Sustainable utilization of water resources

1 引言

灌溉系统是人类文明存续与发展的基础性设施，其历史可追溯至农业起源阶段，并深刻影响了多个古代文明的演进轨迹^[1]。纵观世界灌溉史，从美索不达米亚的运河体系、古埃及的“盆地灌溉”，到波斯的坎儿井地下输水系统^[2]，再到中国黄河流域的井灌技术与都江堰无坝引水工程^[3]，各地先民依据不同的自然地理条件，创造了丰富多样的灌溉技术，展现出卓越的生态适应能力与工程智慧。这些系统不仅是古代技术实践的结晶，更与政治组织、经济制度及文化信仰深度交织，形成一种“共生关系”，为理解古代社会的发展机制提供了关键视角^[4]。

在研究成果方面，国际学界长期聚焦于美索不达米亚^[1]、古埃及^[6]及古印度^[7,8]等灌溉文明中心，不仅深入探讨了灌溉农业与早期国家形成的内在联系，也细致还原了从沙杜夫（Shaduf）到水车（Noria）等提水工具的演变脉络。当前研究进一步借助空间信息技术（如利用Landsat、高分遥感影像识别灌溉遗迹^[3]）与计算流体力学（如CFD模拟古代水工结构^[9]）等跨学科方法，日益关注古代系统的生态适应性与治理智慧，呈现出从历史复原向现实议题导向的“以史为鉴”型研究转型。

中国在该领域亦取得显著进展，除持续深化对都江堰^[3]、河套灌区等大型灌溉工程的研究外，也借助灌溉工程遗产保护机制，推动了对江西千金陂^[10]、宁夏引黄古灌区等区域性典型系统的挖掘与探讨^[11,12]。在研究方法上，多学科交叉已成为主流趋势，包括运用碳十四测年与岩性分析进行年代与材料溯源，结合GIS与遥感技术重建历史灌区空间格局^[5]，并从水利史、经济史与环境史等多维度解读灌溉与社会演变的复杂关系^[13,14]。

在此背景下，本文以萨迦古代灌溉系统为研究对象，系统梳理其工程技术与运行机制，重点探讨其在高原高寒环境中所展现的独特适应性，提炼其对当代水资源管理与可持续发展的启示，以期为全球灌溉遗产保护与高海拔地区水安全治理提供参考。

2 研究区域概况与方法

2.1 研究区域概况

本研究以西藏自治区日喀则市萨迦县为核心研究区域，如图1所示。该县境内的萨迦古代灌溉系统包含众多具有代表性的蓄水池设施，调研范围覆盖桑木林村、玉萨村、扎西岗乡扎西岗村、吉定镇德丹村等十余个村落，系统功能涵盖农业灌溉、牧业供水和生活用水等多个方面。从历史维度看，萨迦灌区作为一个整体的水利单元，覆盖萨迦、拉孜等县，形成了具有地方特色的水资源管理模式与农耕文化体系，并在蒙元至明清时期逐步建立起配套的管理制度，为区域农业社会的稳定与发展提供了重要支撑。

研究区位于青藏高原西南部、喜马拉雅山脉北麓，平均海拔超过4 000 m，属高原温带半干旱季风气候。降水分布极不均匀，年均降水量为150 ~ 300 mm，其中约80%集中于6 - 8月；年均气温介于5 ℃ ~ 6℃，无霜期70 ~ 100 d，昼夜温差大，太阳辐射强，蒸发旺盛。在地形上，以高山、河谷和台地等地貌为主，地势起伏显著。萨迦冲曲河作为境内主要河流，发源于本波山，其径流补给中高山冰川融水占比超过90%，辅以季节性降水，导致水资源时空分异显著，整体生态环境较为脆弱。

2.2 研究方法

本研究采用多学科交叉方法，综合历史文献分析、工程结构解析与水力学计算，系统探究萨迦古代灌溉系统的技术特征与环境适应性。通过梳理藏文古籍中有关灌溉技术、水权管理的记载，并参考相关学术成果与权威报道，构建研究的历史与文化基础。在此基础上，重点分析系统在高寒环境下的工程适应特性，具体包括：干渠、支渠和毛渠的依势布局与石—土复合渠道工艺；蓄水池的选址策略、结构特征和进出水装置设计，并评估其防洪排涝结构与运行机制。

基于水力学原理，对古代工程的设计思想进行逆向解析与科学性阐释，并重点分析敞口蓄水池如何利用高原日照增温以促进高寒作物生长的物理机制。总结萨迦系统在高海拔地区的技术适应性与创新价值，并从技术、管理、文化等多维度提炼其对现代水利工程可持续发展的启示。

3 工程技术体系与结构特征

萨迦古代灌溉系统在高原高寒干旱的自然条件下，形成了一套兼具地域适应性与工程合理性的水利技术体系。该系统以渠道输水为脉络，蓄水调节为节点，闸门控制为关键，共同构建了可持续的水资源利用模式。

渠道网络采用“干渠—支渠—毛渠”三级布局（图2），充分利用地形高差（30 ~ 80 m）实现自流灌溉。干渠沿自然坡度（山区段3% ~ 5%）延伸，总长约150 km，平原区呈放射状展开；支渠与毛渠则依具体地貌进一步分化，如在谷地采用阶梯式布置以缓冲水流，台地区则借助天然高差实现分水。建筑材料以就地取材为主，石料与黏土混合砌筑，特殊地段采用U型原木导槽，通过榫卯嵌固于基岩，在降低建材运输成本的同时增强结构稳定性。

渠道断面经水力优化，多采用梯形或U型，其设计参照谢才公式进行流速与输水能力的核心控制：

v=C\sqrt[]{Ri}(1)

式中，v为渠道断面平均流速，是传统渠道设计中控制水流冲刷与淤积的核心指标；C为谢才系数，可通过经验取值或与曼宁糙率系数换算（C=n/1​R^1/6，n为曼宁糙率），契合传统工程的经验化设计逻辑；R为水力半径，即渠道过水断面面积与湿周的比值；i为渠道纵坡（无量纲），对应文中“山区段3% ~ 5%”的自然坡度。

蓄水系统以敞口矩形蓄水池为核心，充分利用高原强日照进行水温调节，将低温冰川融水（0 ℃ ~ 4℃）提升至10 ℃ ~ 15 ℃，有效改善高寒作物生长环境。池体容积从数千至十万立方米不等，结构上采用石砌内壁、黏土防渗层与草皮石料护坡相结合的多重复合防渗体系（图3）。实测表明，在3 m水头下，每小时渗漏量可控制在5 L以内。进水方式灵活多样，涵盖埋管、引渠及滑坡导流等形式；出水口则常采用石孔配合羊毛或牦牛毛编织袋密封，利用纤维遇水膨胀特性实现止水。部分水池还设有堆石—黏土复合式出口结构，具备一定自我修复能力，体现出较高的实用智慧。

萨迦古代蓄水灌溉系统中的蓄水池由于其敞口设计，水面直接暴露在阳光下，相较于封闭式蓄水池，其由于有顶部覆盖物，只有侧面和底部能接收到部分日照，日照接触面明显小于敞口蓄水池。根据相关研究，对于蓄水池，计算日照辐射时，不同倾斜角度的影响，接收的辐射量不同。萨迦系统蓄水池因其地理条件与修筑技术，能使水面尽可能多地接收水平方向的太阳辐射。采用Angstrom公式（高原辐射估算经典公式），搭配高原环境修正逻辑，具体公式及应用说明如下：

Q=Q_{\mathrm{0}}\times \left(a+b\times s\right)(2)

Q_{\mathrm{最终}}=Q\times K\times C(3)

式中，Q₀为大气顶太阳辐射（由经纬度和计算周期算得1 450 kWh/m²），a、b为当地经验系数（青藏高原专用校准值，分别取0.22、0.60），s为日照百分率（来源于日喀则市气象站2018 - 2023年观测数据均值取0.75），代入参数，Q = 971.5 kWh/m²，K为海拔修正系数（4 200 m取1.25，修正高海拔大气削弱少的影响），C为晴空修正系数（萨迦云量少，取1.03，修正晴天多的额外辐射增益），代入修正系数，Q_最终≈ 1 250 kWh/m²，以10 m³的大池为例，若按深度2 ~ 3 m计算，水面面积约3.3×10⁴ ~ 5×10⁴ m²，则年均总辐射接收量约为4 125×10⁴ ~ 6 250×10⁴ kWh。

闸门控制系统以冲曲河上的“三门水闸”为代表，通过分渠设闸实现对水量的时空调配（图4）。该水闸将主河分为三道支流，并分别设闸对应下游3个蓄水池，形成联动调蓄体系。闸体以当地石材砌筑，结构坚固。其运行充分适应高原水情季节变化：丰水期优先启闭泄洪闸分流，保障蓄水池蓄满率超过90%，兼顾蓄水与防洪；枯水期则通过精确调控各闸开度，按作物需水规律进行配水。这一过程蕴含明确的水力学原理，通过调节过流断面实现流量控制，在高寒干旱环境中实现了水资源的高效调控与可持续利用，为现代高海拔地区水利建设提供了重要的历史参考。

4 系统运行机制与综合效益分析

萨迦灌溉系统的持续运行有赖于其成熟的管理制度与工程技术之间的有效协同。在管理上，系统实行“措本—水女—户民”三级共治模式：该蓄水池灌溉系统由两名专任官员负责，称作措本^[17]，负责上游水土保持、渠道清淤与用水纠纷调解，其职责在现代更延伸至无人机巡河等技术的应用；水女（巡河员）专职操作水闸并进行日常维护；户民则依据用水需求参与系统维护，形成社区协同治理的基本格局。在此制度中，操作人员既参考水位标尺等客观指标，也融合传统经验进行动态调控，在延续开闸仪式等宗教传统的同时，逐步引入现代管理要素，体现出传统知识与当代治理的有效结合。

该系统的稳定运行显著提升了区域农业生产力。根据实地调研，系统覆盖村庄的粮食单产普遍实现大幅增长：桑木林村266.67公顷农田亩产从200 kg增至400 kg，麻布加村200公顷耕地由250 kg提升至450 kg，玉萨村与雪荣村也分别实现亩产250 kg至420 kg、180 kg至350 kg的提升。在产量增长的同时，既满足自需又增加市场收益。灌溉农业的稳步发展助力日喀则成为“世界青稞之乡”，其青稞种植面积占西藏全区约40%，年产量超过10万吨，并衍生出青稞酒、糌粑等加工产品，逐步构建起完整的产业链条。

在社会发展层面，灌溉系统推动人口沿冲曲河流域集聚，形成线性村落带与蓄水池周边的辐射型聚落格局，萨迦镇逐渐发展为区域经济与宗教文化中心。农业产出的稳定增长为改善居民营养状况奠定了基础，进而对降低婴儿死亡率、延长平均寿命等健康指标产生积极影响。随着农业剩余产品的增加，商业与手工业逐步繁荣，青稞、藏红花、冬虫夏草等农畜产品及毛纺织制品如氆氇、毛毯等沿商路外销，形成农牧结合、多元互补的经济形态。与此同时，社会结构也发生相应演变，水利管理的专业化催生了技术管理群体，农业效率提升释放的劳动力促进了铁匠、木匠等手工业职业分化，形成协作有序的生产体系，而以水权配置为核心的资源管理机制与土地制度的结合，既强化了社区凝聚力，也构建了互利共治的水治理传统。

5 历史智慧与现代启示

萨迦灌溉系统作为高海拔地区水利文明的典型代表，其发展历程中蕴含的治理哲学与技术思路，对当代资源管理具有重要启示意义。冲曲河在萨迦寺北面分三支流，由一座三门水闸控制，在结构上呼应佛教“佛、法、僧”三宝理念，根据《贤者喜宴》《西藏王统记》等藏文古籍及相关研究，这与萨迦地区浓厚的佛教文化密不可分——萨迦派是藏传佛教重要流派，主寺萨迦寺紧邻灌溉系统，“佛、法、僧”三宝是佛教核心概念。“三门水闸”便深度呼应此理念：水闸将主河分为3条支流，“三”的结构形式与“三宝”数量关系相契，既是当地先民对佛教尊崇的体现，也暗含借佛教神圣力量保障工程运行与农业丰收的期许。这种设计让水资源分配被赋予神圣意涵，借宗教仪式增强了社区认同。

在制度设计上，萨迦的“措本—水女—户民”三级体系与埃莉诺·奥斯特罗姆所提出的公共池塘资源治理原则高度契合，体现出权责清晰、监督有效与民众参与的特征。这一体系的独特价值，在于将神圣性内核融入制度实践过程，为高寒地区的水资源治理，打造了文化理念与制度规范协同发力的本土化范例。从现代治理视角来看，其借鉴意义并非对既有制度形式的直接照搬，而在于为我们提供了重要启示：如何把传统社会中积淀的信任基础、集体共识与身份认同等非正式制度要素，创新性地整合到当代法治框架与治理规约之中，进而构建起兼具现代治理效能、又能深度扎根本土文化传统的资源治理体系。

在技术层面，萨迦系统展现出高度的生态适应能力。其敞口蓄水池设计实为一种自然能量利用策略，通过最大化日照接触面提升水温，缓解了高寒作物生长的低温限制。敞口蓄水池设计通过尽可能扩大与阳光的接触面积，核心是利用日照这一自然能量来改善作物生长的水热环境。这样的设计在高寒地区意义重大，因为较高的水温能缓解高寒作物（如青稞）生长的低温限制，是对高原自然条件的精准适应，该系统所体现的“低干预、低能耗”理念，如就地取材、重力自流等特性，与当前碳中和目标具有内在相通之处。

萨迦灌溉系统的价值不仅限于一地一域，对于现代水利工程，萨迦古代灌溉系统作为“活态遗产”，其蕴含着因地制宜的工程哲学。相较于筑坝引水灌溉，开敞式引流蓄水池在相同蓄水量条件下所用建筑材料较省，投资较少^[15]。此外，为降低施工难度和成本，先民顺势而为，把蓄水池建在萨迦冲曲河附近，利用自然地形引水灌溉，减少了引水工程的建设难度和成本。该工程证明，成功的水利建设必须尊重自然、顺应自然。其治水思路、结构形式、管理方式被认为是最契合本地实际的，部分工程至今仍在发挥作用，更具全球意义。在全球约20%的土地属于高寒干旱区的背景下，其所积累的敞口蓄水池（图6）升温、重力自流灌溉及社区参与管理等经验，为同类地区提供了可借鉴的可持续发展范式。中原地区存在多座历史悠久且结构精妙的蕴含相似生态智慧的水利工程（表1），且在时间上远早于萨迦冲曲河三门水闸，在工程技术、功能设计上各有千秋，体现了中国古代不同地域水利智慧的发展与交流。例如，里运河—高邮灌区、芍陂、屈家岭遗址水利设施（图7）。

由表1得知，萨迦系统与中原地区的水利工程在利用地形蓄水灌溉的理念和工程形态结构上存在相似性，都是中国古代伟大的水利工程，体现了不同地区的人民根据当地自然环境和生产生活需求，因地制宜地开发和利用水资源的智慧，在一定程度上促进了当地农业的发展和社会的稳定。目前尚未有明确证据表明有其他水利工程与萨迦系统直接相关且能确凿证明中原技术引入了西藏。不过，从历史发展角度来看，萨迦系统本身在一定程度上体现了与中原水利技术的交流与融合。据史料记载，唐太宗贞观十五年文成公主和唐中宗景龙四年金城公主两次进藏和亲时，携带大量种子、农具等，并有不少农业和手工业者随行，将中原地区较先进的农业生产技术传入西藏。吐蕃时期，松赞干布曾祖赤业颂赞时，藏地已出现“坡上的水蓄而为池，山间的水引出使用”的水利实践，这与中原地区利用地形蓄水灌溉的理念有相似之处。

因此，该系统也是历史上汉藏水利文化交流与中华民族共同体意识建设的实物见证。且元代中原水闸技术与藏地干砌工艺的融合，不仅是工程技术上的突破，也是民族交往交流交融的体现。传统水利技术发挥着可持续性的巨大价值，萨迦灌溉系统至今仍有400多座蓄水池在用，灌溉着6 666.67公顷的青稞，惠及30万人口，因此日喀则成了“世界青稞之乡”^[16]。现代水利的发展应重视和总结古代工程的技术、文化和管理经验，与新时代新成果相结合，让其焕发生机。

6 结论

萨迦古代灌溉系统是青藏高原高寒干旱地区水资源管理的杰出范例，其通过工程结构、管理制度与社会文化的深度协同，有效保障了区域水安全，支撑了社会经济发展。该系统在渠网布局、蓄水温控与闸门调度等方面展现出高度的环境适应性与生态智慧，体现了深厚的技术积淀；而“措本—水女—户民”三级共治模式，则为公共水资源的可持续治理提供了重要的历史参照。

本研究认为，萨迦系统的当代价值不仅在于其技术思路对高海拔地区水利工程的直接参考意义，更在于其构建了“文化—制度—技术”协同作用的整体性治理范式。未来研究可进一步探索传统智慧与现代科技的融合路径，例如引入遥感监测与太阳能调控技术以提升系统效能，同时开展跨区域、跨类型的灌溉遗产比较研究，从而提炼更具普适性的高寒地区适应性管理方案。

萨迦灌溉遗产不仅是高原文明生存智慧的历史见证，也为全球同类地区应对水资源短缺与气候变化提供了重要借鉴。在后续保护与利用中，应注重其系统性与文化整体性，推动这一古老智慧在现代实践中实现创造性转化与创新性发展。

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基金资助

西藏自治区科技计划项目资助，水灾害防御工程技术实验研究与推广示范(XZ202501ZY0004)

国家自然科学基金区域创新联合发展基金，雅下深厚覆盖层水动力潜蚀渗透变形机理与渗控关键研究(U24A20171)