坎儿井原理示意图

构造原理

坎儿井是一种结构巧妙的特殊灌溉系统，它由竖井、暗渠、明渠和涝坝四部分组成。总的说来，坎儿井

的构造原理是：在高山雪水潜流处，寻其水源，在一定间隔打一深浅不等的竖井，然后再依地势高下在井底修通暗渠，沟通各井，引水下流。地下渠道的出水口与地面渠道相连接，把地下水引至地面灌溉桑田。

拓展资料：

竖井

先说竖井。竖井是开挖或清理坎儿井暗渠时运送地下泥沙或淤泥的通道，也是送气通风口。井深因地势和地下水位高低不同而有深有浅，一般是越靠近源头竖井就越深，最深的竖井可达90米以上。竖井与竖井之间的距离，随坎儿井的长度而有所不同，一般每隔20—70米就有一口竖井。一条坎儿井，竖井少则10多个，多则上百个。井口一般呈长方形或圆形，长1米，宽0.7米。乘车临近吐鲁番时，在那郁郁葱葱的绿洲外围戈壁滩上，就可以看见顺着高坡而下的一堆一堆的圆土包，形如小火山锥，坐落有序地伸向绿洲，这些，就是坎儿井的竖井口。

暗渠

暗渠，又称地下渠道，是坎儿井的主体。暗渠的作用是把地下含水层中的水会聚到它的身上来，一般是按一定的坡度由低往高处挖，这样，水就可以自动地流出地表来。暗渠一般高1.7米，宽1.2米，短的100—200米，最长的长达25公里，暗渠全部是在地下挖掘，因此掏捞工程十分艰巨。

坎儿井始于西汉，而指南针在明朝时期才从中原传入西域，在开挖暗渠时，为尽量减少弯曲、确定方向，吐鲁番的先民们创造了木棍定向法。即相邻两个竖井的正中间，在井口之上，各悬挂一条井绳，井绳上绑上一头削尖的横木棍，两个棍尖相向而指的方向，就是两个竖井之间最短的直线。然后再按相同方法在竖井下以木棍定向，地下的人按木棍所指的方向挖掘就可以了。

在掏挖暗渠时，吐鲁番人民还发明了油灯定向法。油灯定向是依据两点成线的原理，用两盏旁边带嘴的油灯确定暗渠挖掘的方位，并且能够保障暗渠的顶部与底部平行。但是，油灯定位只能用于同一个作业点上，不同的作业点又怎样保持一致呢？挖掘暗渠时，在竖井的中线上挂上一盏油灯，掏挖者背对油灯，始终掏挖自己的影子，就可以不偏离方向，而渠深则以泉流能淹没筐沿为标准。

暗渠越深空间越窄，仅容一个人弯腰向前掏挖而行。由于吐鲁番的土质为坚硬的钙质粘性土，加之作业面又非常狭小，因此，要掏挖出一条25公里长的暗渠，不知要付出怎样的艰辛。据说，天山融雪冰冷刺骨，而工人掏挖暗渠必须要跪在冰水中挖土，因此长期从事暗渠掏挖的工人，寿命一般都不超过30岁。所以，总长5000公里的吐鲁番坎儿井被称为“地下长城”，真是当之无愧。

暗渠还有不少好处是，由于吐鲁番高温干燥，蒸发量大，水在暗渠不易被蒸发，而且水流地底不容易被污染，再有，经过暗渠流出的水，经过千层沙石自然过滤，最终形成天然矿泉水，富含众多矿物质及微量元素，当地居民数百年来一直饮用至今，不少人活到百岁以上，因此，吐鲁番素有中国长寿之乡的美名。

龙口

龙口是坎儿井明渠、暗渠与竖井口的交界处，也是天山雪水经过地层渗透，通过暗渠流向明渠的第一个出水口。

明渠涝坝

暗渠流出地面后，就成了明渠。顾名思义，明渠就是在地表上流的沟渠。人们在一定地点修建了具有蓄水和调节水作用的蓄水池，这种大大小小的蓄水池，就称为涝坝。水蓄积在涝坝，哪里需要，就送到哪里。

建造条件

在吐鲁番盆地大量兴建的原因，是和当地的自然地理条件分不开的。吐鲁番是中国极端干旱地区之一，年降水量只有16毫米，而蒸发量可达到3000毫米，可称得上是中国的“干极”。但坎儿井是在地下暗渠输水，不受季节、风沙影响，蒸发量小，流量稳定，可以常年自流灌溉。

吐鲁番虽然酷热少雨，但盆地北有博格达山，西有喀拉乌成山，每当夏季大量融雪和雨水流向盆地，渗入戈壁，汇成潜流，为坎儿井提供了丰富的地下水源。盆地北部的博格达峰高达5445米，而盆地中心的艾丁湖，却低于海平面154米，

从天山脚下到艾丁湖畔，水平距离仅60公里，高差竟有1400多米，地面坡度平均约四十分之一，地下水的坡降与地面坡变相差不大，这就为开挖坎儿井提供了有利的地形条件。吐鲁番土质为砂砾和粘土胶结，质地坚实，井壁及暗渠不易坍塌，这又为大量开挖坎儿井提供了良好的地质条件。

“坎儿井”是“井穴”的意思，其结构是由竖井、暗渠、明渠、“涝坝”(积水潭)四部分组成。在高山雪水潜流处，寻其水源，在一定间隔打一深浅不等的竖井，然后再依地势高下在井底修通暗渠，沟通各井，引水下流。地下渠道的出水口与地面渠道相连接，把地下水引至地面灌溉桑田。正是因为有了这独特的地下水利工程－－坎儿井，把地下水引向地面，灌溉盆地数十万亩良田，才孕育了吐鲁番各族人民，使沙漠变成了绿洲。

历史记载

清代萧雄《西疆杂述诗》云：“道出行回火焰山，高昌城郭胜连环。疏泉穴地分浇灌，禾黍盈盈万顷间。”它说出了“疏泉穴地”这吐鲁番盆地独特的水利工程最大特点。

坎儿井是干旱荒漠地区，利用开发地下水，通过地下渠道可以自流地将地下水引导至地面，进行灌溉和生活用水的无动力吸水设施。坎儿井在吐鲁番盆地历史悠久，分布很广。长期以来是吐鲁番各族人民进行农牧业生产和人畜饮水的主要水源之一。由于水量稳定水质好，自流引用，不需动力，地下引水蒸发损失、风沙危害少，施工工具简单，技术要求不高，管理费用低，便于个体农户分散经营，深受当地人民喜爱。

坎儿井是中华文明的产物。盛弘之《荆州记》中记述：“隋郡北界有厉乡村，村南有重山、山下有一穴，父老相传云：神龙所生林西有两重堑，内有周围一顷二十亩地，中有九井，神农既育，九井自穿。又云：汲一井则众井水动，即以此为神农社，年常祠之。”九井自穿相通，一井牵动众井，这与地下暗渠相通的坎儿井结构相同。

神农是我国农业和医药发明的传说人物，把穿井与他连在一起，可见其历史悠久。司马迁《史记·五帝本纪》云：“瞽叟又使舜穿井，舜穿井为匿空旁出。舜既入深，瞽叟与象共下土实井。舜从匿空出去。”舜穿井时，就挖了一条从旁出的“匿空”(地道)，这与坎儿井的挖掘方法极其相似。如果：“匿空”为水平地道，就是坎儿井，这是公元前21世纪的史迹，比传说波斯于公元前8世纪有坎井，要早1000多年。

《庄子·天地》篇云：“子贡南游于楚，反于晋，过汉阴，见一丈人，方将为圃畦，凿隧而入井，抱瓮而出灌，搰搰然用力甚多，而见功寡。子贡曰：‘有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多，夫子不欲乎’?”子贡向其介绍当时的先进灌溉提水工具桔槔，而圃者答以“吾非不知，羞而不为也。”他害怕使用机巧工具而乱了思想，坚持遵古法凿隧取水。可见在春秋时期凿隧取水已是一项古老技术，而这种技术运用于坡度较大地段，就可挖成坎井。

《庄子·秋水》篇的“埳井”，即“坎井”。蛙“擅一壑之水，而跨跱埳井之乐”。这类井似同于壑，应是流水深沟或地下暗渠。(苟子·正论)又云：“坎井之蛙，不可与语东海之乐。”坎井之名，正式出现在先秦典籍之中。人们相信波斯地下暗渠起于公元前800年，却没有认真考究中国史籍中有关坎井的记述，不无偏废之嫌。虽然这些记述没有指明坎井的具体形成时间，却充分显示出产生坎井的文化背景渊远流长。

汉代中原井渠法与坎儿井

吐鲁番坎儿井是由地下暗渠、竖井、出口涝坝、引水渠等工程组成的自流灌溉系统。利用地形特点，通过地下暗渠，将埋深几十米乃至百米以下的地下潜流，引至农区或居住区。首先对吐鲁番坎儿井起源作解释的人，是清代光绪年间的陶葆廉。

他在《辛卯侍行记》一书中记述鄯善连木齐(沁)西面的坎儿井时说：“又西多小圆阜，弥望累累，皆坎尔也。坎儿者，缠回从山麓出泉处作阴沟引水，隔敷步一井，下贯木槽，上掩沙石，惧为飞沙拥塞也，其法甚古，西域亦久有之。今人动云林文忠所创，非也。”他在夹注中指出：吐鲁番盆地的坎儿井与《汉书.沟洫志》引洛水，井下相通行水之法相同，

《沟洫志》载：“严熊言‘临晋民愿穿洛以溉重泉以东万余顷故恶地。诚即得水，可令亩十石。’于是为发卒万人穿渠，自征引洛水至商颜下。岸善崩，乃凿井，深者四十余丈。往往为井，井下相通行水。水陨以绝商颜，东至山领十余里间，井渠之生自此始。”今陕西澄城县北头村附近有一段引洛水入渠的遗迹，南流十余里进入永丰境。其第一段井渠共发现竖井7个。

这是将河水通过地下暗渠引至山岭，吐鲁番坎儿井大都是把高远处潜流通过地下暗渠引至农田，也有少数引河水的坎儿井，其工程原理一致。“井渠之生自此始”，是指其广泛推广而言，并非说其工程原理与技术经验形成于此时，否则，何以言“临晋民愿穿洛以溉”，汉武帝就发卒万人立即动工。这说明早已有成熟的穿井技术可资应用。

《汉书·沟洫志》明确记述井渠之法的推广情况；“朔方、西河、河西、酒泉皆引河及川谷以溉田。”《重修肃州新志》记述明代肃州千户曹斌“凿石为洞，引水渐上”。就是井渠之法的推广与继承。汉元鼎六年(前111年)儿宽奏请“穿凿六辅渠，以益溉郑国傍高卬之田。”汉武帝云：“名山川原甚众，细民未知其利，故为通沟渎，畜陂泽，所以备旱也。”儿宽所建以溉高卬之田的六渠，即是“通沟渎”、“畜陂泽”。

《风俗通义·山泽》释“波”云；“陂者，繁也，言因下钟水以繁利万物也。”今山东省桓台一带所称洞子井，海南岛所称“陂”，是与坎儿井类似的水利工程。后汉永平十二年(69年)夏，明帝“遂发卒数十万，遣景与王吴修渠、筑堤，自荥阳(河南荥阳)东至千乘(山东利津)海口干余里。景乃商度地势，凿山阜，破砥碛，直截溪涧，疏导雍积，十里立一水门，令更相洄注，无复溃漏之患。

在这项大型水利工程中，凿山阜引水修渠、即是坎儿井式暗渠。两汉时期暗渠开凿技术已在全国范围内应用。元朝骆天骧撰《类编长安志》，记述宋朝大中祥符七年修复龙首渠的情况，勅书中有“矢引顷首之清渠，实唐就北之旧迹，克修废隧，深副倚毗”之句，证明这一汉代的穿隧水渠经唐宋，仍然发挥效益，直到元朝成宗元贞二年(1296)骆天骧修志时才废弃。黄盛璋先生认为汉代井渠法，在汉以后“没有发展下来”，“也没有传到关中盆地以外”，与史实不符。

王国维认为“所言与汉井渠之法无异，盖东来贾胡以此土之法传之彼国者，非由彼土传来也。”暂且不论中亚井渠法的起源，关于吐鲁番坎儿井技术是由汉代屯田兵卒传入的中国旧法的论断，至今还没有人能提出具有充足理由的反证。《西域井渠考》具有较强的说服力，伯希和在其《评王国维遗书》一文中，也不得不承认公元前2世纪末西安一带就有坎儿一类渠井，但又说“谓为纯粹汉人发明，似乎言之太早。”伯希和的疑虑是由于他不了解中国在春秋以前就有凿隧取水的古老传统所致。

钱伯泉已撰文批驳，他阐明波斯语“卡赫莱兹”(Kahrez)是指芦苇，波斯语称坎儿井为“anat”，并非"Kahrez”，它与维吾尔语称坎儿井为"Kariz”的发音绝不相同。

坎儿井一词，与《庄子·秋水》篇中的“坎井”十分相近。“坎井”一词屡见于典籍。《初学记》把井分为天井、坎井等名目，可见“坎井”早就是井类家族的正式成员。坎井在汉语中是一个开音节和闭音节组成的词语，容易儿化为坎儿井，翻译成维吾尔语自然会嵌入一个“儿”音节。维吾尔语Kariz是直接从汉语音译“坎井”而来。

钱伯泉以坎儿井在《史记》、《汉书》等典籍中称“井渠”，而山东桓台县民间多称其为“洞子井”为据，考证维吾尔语坎儿井(Kariz)的语源是汉语“洞子井”的意译。维吾尔语称“洞”为ㄆ☆〃olar〃，在它后面加上“子”的音译(Z)，则须在(r)和(Z)这两个辅音字母之间增添一个元音字母(i)，于是“洞子井”译为维吾尔语(olariz)，“oI”这个后颚磨擦音与“k”音相近，就读成“ka—riz”了。

《重修肃州新志》记述明洪武中，肃州干户曹斌在“肃州城南二十五里修东洞子、西洞子两渠，凿石崖为洞，引水渐上者也，甚为奇异”。接近新疆地方的肃州民众也把坎儿井称为洞子渠，维吾尔语Kariz或是汉语洞子井的意译，可备一说。不论坎儿井(Kariz)是汉语音译或意译，都表明它源于中国。

地下的水是哪里来的

地下的水这样多，总是用不完。这些水是从哪里来的呢？

主要的来源，是从地面上渗下去的水。在我国的土地上，下雨下雪，平均每年要降下大约62000多亿立方米的水。这些水，一部分从地面流走了，一部分蒸发到天空去了，另一部分就渗到地底下去了。因此降水多的地区，地下水往往也比较丰富。

沙漠地带很少下雨，但是在不少的沙漠中，地下水也很丰富。在有些国家的沙漠中就发现了一些地下海，它的水量足以使那里的“不毛之地”变成丰饶的农场。这许多水是从哪里来的呢？科学家认为，其中一个重要的来源，是一些河流从别处把水带了来，渗到了沙漠里。

我国西北的大沙漠里也有地下水。由高山上冰雪融化后渗到地里去的水，是沙漠里地下水的一个重要来源。

沙漠里夜晚很冷。人们发现，在沙漠里，空气里的水蒸气在夜晚变凉的时候，会附在沙粒上凝成水滴，渗到地底下去。

地下水有各种各样的来源，因此有一个很大的优点，就是不易枯竭。我国约有1／3的地区雨下得比较少，因此积极地开发地下水，是一件非常重要的事。

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征服地下的海洋

我们中国人很早就知道利用地下水了。

有一个故事说：在2600多年前的春秋时代，齐桓公率领军队北征，来到一个没有水的地方。他手下有个大臣建议说：只要在有蚂蚁窝的地方打井，一定能找到水，结果果然找到了。这个古老的经验却很合乎科学道理。因为蚂蚁、蛇等都喜欢住在比较潮湿的地方。找到了它们的巢穴，就很可能找到地下水。

在新疆沙漠地带，有一种很巧妙的输送地下水的方法。当地的人打了井，并在地底下修了暗渠，将许多井连通起来，让井里引出来的地下水，通过暗渠流到田里去。因为这里气候炎热干燥，要是让珍贵的水在地面上流，一定会全部蒸发掉的。有了暗渠，就防止了蒸发。这种引水设施叫做“坎儿井”。据说，可能在汉武帝时代（公元前140-前87年），坎儿井在今天陕西一带就开始出现了。

解放以来，我国已经积累了很丰富的利用地下水的经验。全国已对270多万平方千米的土地进行了地下水的调查和勘探，许多地下水已被开发出来，并在抗旱斗争中发挥了重要作用。

用机器钻井的方法，大大提高了打井的效率。用抽水机汲水也节省了许多劳动力。

我国云南的六郎洞有三条地下河流在此汇合，水量巨大，在这里已经建成了我国第一个用地下水来发电的电站。

地下的海洋正在被人们辛勤地开发着。

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