由于河流、山涧横亘在道路之间，道路起初是不连续的。伴随着道路的发展，桥梁建设也逐渐兴起，桥梁可以跨越河流、山涧，为道路的通达创造了条件。据史籍记载，秦始皇为了沟通渭河两岸的宫室，兴建了一座68跨咸阳渭河桥，这是世界上最早和跨度最大的木结构桥梁。
在隋代修建了世界著名的空腹式单孔圆弧石拱桥——赵州桥，净跨达37.02m。
赵州桥又名安济桥(图1.42)，建于隋大业(公元605～618年)年间，由著名匠师李春主持建造。桥长64.4米，跨径37.02米，高度7.23米，是当时世界上跨径最大、建造最早的单跨敞肩型石拱桥。在主拱券的上边两端上加设的两个小拱，一方面可节省石料二百余立方米，另一方面可减少桥身自重15%，而且能增加有洪峰时的泄流量。在欧洲，最早的敞肩拱桥为法国亚哥河上的安顿尼铁路石拱桥和在卢森堡修造的大石桥，它们比赵州桥晚了1100多年。此外，赵州桥还在以下方面取得巨大的突破：
改桥拱为圆弧而非半圆。赵州桥矢跨比大约是1:5。这样的拱称为“坦拱”，其坡度小，方便通行。同样矢跨比的桥，欧洲比赵州桥晚了七百年。
以单跨跨越河流。赵州桥以前的拱桥在跨越较宽河流时均以连拱的形式，河中设桥墩以降低建造难度，赵州桥的设计利于桥下行舟，也不易被洪水摧毁。
砌置方法新颖。整个大桥由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成，拱券截面高度皆为1.03米，每券各自独立；每券砌完合拢后移动承担重量的“鹰架(对拱架的俗称)”，再砌另一道相邻拱。这种砌法有很多优点：既可以节省制作“鹰架”所用的木材，便于移动，又利于桥的维修，一道拱券的石块损坏了，只需进行局部修整而不必对整个桥进行翻修。为了克服纵向并联砌筑法整体性差的缺点，用9条两端带帽头的铁梁横贯拱背，串联住28道拱券，加强横向联系，并且对两块毗邻的拱石，用燕尾铁卡住。
采用浅基础形式。梁思成在1933年考察该桥时，曾误认为该桥采用的是深基础。而1979年由中国科学院自然史组等四个单位组成联合调查组进行的调查表明：自重为2800吨的赵州桥，其根基只是有五层石条砌成的高1.55米的桥台，直接建在自然砂石上。以浅基础提供了巨大的水平推力，不能不说是个工程上的奇迹。
图1.42 赵州桥 图1.43 卢沟桥
赵州桥建成距今经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，1963年的洪灾水淹到桥拱的拱顶处，站在桥上能感觉桥身的晃动；特别是1966年邢台发生的6.8级地震，震中距桥
26
址仅有数十公里。面对这一切，赵州桥都没有被破坏；1991年9月，赵州桥被美国土木工程师学会选定为第十二个“国际土木工程里程碑”。
卢沟桥也是古代十大名桥之一。其位于北京西南郊的永定河上，始建于金代大定二十九年(1189年)，成于明昌三年(1192年)，清康熙三十七年(1698年)重修建，见图1.43。卢沟桥工程浩大，建筑宏伟，结构精良，工艺高超，为我国古桥中的佼佼者。桥全长266.5米，桥面宽绰，桥身全用坚固的花岗石建成，下分11个券孔，中间的券孔高大，两边的券孔较小，采用条石弧砌成拱。10座桥墩建在9米多厚的鹅卵石与黄沙的堆积层上。桥墩平面呈船形，迎水的一面砌成分水尖。每个尖端安装着一根边长约26厘米的锐角朝外的三角铁柱，称为“斩龙剑”。这是为了保护桥墩，抵御洪水和冰块对桥身的撞击。在桥墩、拱券等关键部位，以及石与石之间，都用银锭锁(燕尾铁)连接，以互相拉连固牢。卢沟桥还以其精美的石刻艺术享誉于世。桥的两侧有281根望柱，柱头刻着莲花座，座下为荷叶墩。望柱中间嵌有279块栏板，栏板内侧与桥面外侧均雕有宝瓶、云纹等图案。每根望柱上有金、元、明、清历代雕刻的数目不同的石狮，其中大部分石狮是明、清两代原物，金代的已很少，元代的也不多。这些石狮蹲伏起卧，千姿百态，生动逼真，极富变化。卢沟桥精美之名，由马可波罗传至西方。
如今，道路桥梁已是现代社会不可缺少的陆上交通设施。现代社会已经形成了陆运、水运、空运的立体网络，交通运输也越来越朝着高速化方向发展。在中国，除了各地蓬勃发展的高速公路之外，我国第一条高速铁路——京沪高速铁路也已建成通车。随着一条条高速公路和高速铁路的建成，再加上空中的飞机、海上的轮船，距离对人们生活的影响愈来愈小。人类已经似神话中神仙们上天入地、腾云驾雾似的便捷出行。
5.水利工程
古代，人类生存还受到洪涝和干旱威胁。因此，水利工程历来就是人们抵御洪水、解决农业灌溉问题和发展运输的重要设施，中国古代流传着“大禹治水”的故事，述说的是“全国性”的水利工程。几千年来，我国历代都有许多水利工程建设项目。
公元前5世纪至公元前4世纪，在我国河北的临漳，西门豹主持修筑了引漳灌邺工程。 公元前3世纪中叶，我国战国时期的秦国蜀郡太守李冰及其子在四川主持修建了都江堰，解决了围堰、防洪、灌溉以及水陆交通问题，该工程被誉为世界上最早的综合性大型水利工程。
公元前237年，秦王政采纳韩国水利专家郑国的建议开凿了郑国渠，灌溉面积达18万ha，成为我国古代最大的一条灌溉渠道。渠首位于今天的泾阳县西北25km的泾河北岸。拥有都江堰、郑国渠两大灌区，秦国才有统一六国的物质基础。
在我国历史上，都江堰和大运河工程是最著名的两个水利工程。
(1)都江堰——最“长寿”，最具有“可持续发展”能力，最符合科学发展观的工程 都江堰建于公元前3世纪，位于四川成都平原西部的岷江上，是全世界至今为止，年代最久、惟一留存、仍发挥作用的宏大水利工程。
截至1998年，都江堰灌溉面积达到66.87万ha，为四川50多个大、中城市，数百家工矿企业提供了工业和生活用水，而且集防洪、灌溉、运输、发电、水产养殖、旅游及城乡工业、生活用水为一体，是世界上水资源利用的最佳典范。
27
在都江堰建成以前，岷江江水常泛滥成灾，奔腾而下，从灌县进入成都平原，由于河道狭窄，常常引起洪灾，洪水一退，又是沙石千里。灌县岷江东岸的玉垒山又阻碍江水东流，造成东旱西涝。秦昭襄王五十一年(公元前256年)，李冰任蜀郡太守，他吸取前人的治水经验，率领当地人民主持修建了都江堰水利工程。都江堰的主体工程是将岷江水流分成两条，其中一条水流引入成都平原，这样既可以分洪减灾，又达到了引水灌田、变害为利的目的。都江堰建成后，成都平原沃野千里，成为“天府之国”。
都江堰水利工程以独特的水利建筑规划艺术创造了与自然和谐共存的典范。它充分利用当地西北高、东南低的地理条件，根据江河出山口处特殊的地形、水脉、水势，因势利导，利用高低落差，无坝引水，自流灌溉，使堤防、分水、泄洪、排沙、控流相互依存，共为体系，保证了防洪、灌溉、水运和社会用水综合效益的充分发挥，变害为利，使人、地、水三者高度协调统一。
都江堰的工程布局和“深淘滩、低作堰”，“乘势利导、因时制宜”，“遇湾截角、逢正抽心”等治水方略，使古堰2000多年来持续发展，至今仍是治水的基本方法。
相对于长城“秦之无道兮筑长堤，筑人筑土兮几万里”，都江堰可以说是中国几千年“家谱”(“二十四史非史也，二十四姓家谱而已”，梁启超语)中从没有挨骂的工程，也算得上一个奇迹，难得！
都江堰工程蕴藏着极其巨大的科学价值。它虽然建于两千多年前，但它所蕴含的系统工程学、流体力学等科学方法，在今天仍然是处在科学技术前沿的课题。
(2)大运河——世界上最长的运河
大运河北起北京，南达杭州，流经北京、河北、天津、山东、江苏、浙江六个省市，沟通了海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，全长1794km，是巴拿马运河的21倍,是苏伊士运河的10倍。
大运河从公元前486年开始开凿，完成于隋代，在唐宋时期河运就十分繁荣，在元代人们又将它取直，在明清时期又进行了大规模的疏通。它在我国历史上作为南北交通的大动脉，曾起过巨大作用。
隋朝是在经历了数百年长期的分裂混乱之后出现的一个中华大一统的王朝，给经济和社会发展提供了极好的机遇。然而，公元604年隋炀帝杨广继位后即迁都洛阳，为了控制江南广大地区，使长江三角洲地区的丰富物产运往洛阳，也为了满足从洛阳乘船直达美丽富庶的扬州的个人享受，于公元605年下令开凿洛阳到江苏靖江(淮阴)约1000公里长的“通济渠”，先引洛水入黄河，又折向东南，把洛水、黄河、淮河联系在一起；又于公元608年下令开凿从洛阳经山东临清至河北琢郡长约1000公里的“永济渠”；再于公元610年开凿江苏镇江至浙江杭州(当时的对外贸易港)长约400公里的“江南河”，同时对邗沟进行了改造。这样，洛阳与杭州之间全长1700多公里的河道，可以供隋炀帝乘舟船泛游江南。
隋炀帝杨广不恤民情、为政暴虐，很快就断送了隋朝。但是他主张修建的大运河却留给了后代一份丰厚的遗产，对国家统一、经济发展、促进沿河城镇的发展、便利交通运输、繁荣社会文化都起到重大作用(后人评价为“行不义而泽被后世”)。“半天下之财赋，悉由此路而进”，大运河是一条名副其实的南北大动脉。至北宋，欧阳修在其编撰的《新唐书》中，首次将历代人工开挖的“沟”、“渠”、“水”称之为运河。
至元七年(1270年)，元世祖忽必烈采纳督水监郭守敬的上奏，调用夫役250余万，在隋
28
朝大运河的腰部，平地凿渠250余里。此段河道南起济州，北接临清，通过截弯取直，一下子将原河道缩短700多里，被元世祖命名为“会通河”。至元十三年(1276年)，郭守敬又提议废永济渠，改行通州至天津的潞河水道，元世祖稍加改动，便颁旨施工。到至元十七年(1280年)完工后，仍称潞河，明朝后期改称北运河。至元二十九年(1292年)，为使漕粮直接入京，元世祖又采纳郭守敬的建议，兴工开凿通州至大都城里的运粮河，漕船直达现北京什刹海。这样，新的京杭大运河比绕道洛阳的大运河缩短了900多公里，名符其实的京杭大运河也由此正式定型。
运河繁荣时，沿河两岸钱庄、青楼、酒肆林立，客商云集，无数人依靠运河生活。操船的漕帮具有高度的组织性，从中衍化出了一度能影响中国政治的帮会势力青红帮。总之，运河漕运在古代乃至近代中国政治、经济中都占有举足轻重的分量。然而，到清朝末年，大运河终于逐渐衰败了。
(3)荆江大堤
中国长江流经湖北省荆州地区，上起枝城下至湖南城陵矶约340公里的河段称为荆江。荆江左岸江堤，上起江陵县枣林岗，下抵监利县城南，长182.35公里，称为荆江大堤。大堤直接保护荆北平原500万人口和800万亩耕地，以及许多城镇和其他重要资源的防洪安全。如大洪水时荆江大堤溃决还将威胁汉南、汉北两区460万人、860万亩耕地和武汉市以及几条铁路、公路交通干线。因此，荆江大堤被列为长江防洪重点确保堤。
荆江右岸江堤则称为荆江南大堤，直接保护洞庭湖平原安全。
荆江大堤始建于东晋永和元年至兴宁二年间(公元345年～公元364年)。相传荆州刺史桓温令陈遵沿江陵城筑金堤，是大堤最早的记载。大堤原起自万城附近较高地带，随着云梦泽淤积演变，沙市以上堤段建成于唐代(公元618年～公元907年)中期，北宋(公元960年～公元1127年)中期后堤围逐渐向下游发展，大堤大致在元代(公元1279年～公元1368年)初期形成规模。公元1542年，北岸最后一个分流口——郝穴堵塞，大堤联成一线，全长124公里，被人称作万城大堤，又名万安大堤。清代乾隆五十三年(公元1788年)长江发生水灾，万城大堤溃决，淹江陵城。
1951年将堆金台以上8.35公里堤划入荆江大堤。1954年将下游50公里原有干堤划为荆江大堤的范围。至此，荆江大堤全长182.35公里。
据有关史志记载自1560～1949年大堤溃决36次，灾情都很严重。目前堤身高度一般为10～12m，最高达16m。堤基为沙砾基础，堤背还有历次溃堤所形成的渊塘，堤基覆盖被破坏。临水面无滩或少滩堤段还有20km以上，由于人类的活动，生物(白蚁、蛇、獾、鼠等)的破坏，每临较高水位，大堤险情很多，有时还很严重。1954年大小险情达5000处。自1949年起针对堤身隐患、堤基渗漏和堤身崩塌三大险情，进行整治和加固，处理各类险患11万多处，计完成土方近1亿m3，护岸石方600万m3以上，荆江大堤已得到初步巩固，三大险情有所减轻。1954年后历年表明相同高水位的险情逐年减少，但仍未根除。1987年洪水时，在观音寺堤背发生基础翻沙鼓水重大险情。
荆江大堤堤身高，基础差，要大幅度地加培又受土源制约，许多堤段的加培造价昂贵。高度在10m以上的堤身，是1600多年长期积累而成，堤身内部隐患很多，种类也繁杂，极难根除，而河道安全泄量仍远比特大洪水为小，采用分洪措施也只能解决40年一遇洪水。如出现历史上的特大洪水，后果将极为严重，长江四口(松滋口、太平口、藕池口和已堵的
29
调弦口)向洞庭湖分流逐年减少，对荆江大堤的威胁，也就不断增加。今后应继续加固堤身，消灭隐患；改善堤基和控制河势，稳定河岸；同时更应兴建水库控制上游来水，从根本上减轻水患。
(4)黄河大堤
黄河下游在华北平原形成高耸的“悬河”，从古至今一直是中华民族的心腹之患，威胁着25万平方公里地区内的人民生命财产安全。因此，一代代黄河儿女认真研究治黄方略的历史发展过程，总结古代的治黄经验，为管束住滚滚东流的河水，北岸自孟县以下，南岸自郑州铁桥以下，除了个别河段傍依山麓外，两岸皆筑有大提。黄河大堤全长达1370千米，犹如“水上长城”。黄河大堤包括两岸的临黄大堤、北金堤等，是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。
黄河下游的堤防工程，远在春秋中期就已经逐步形成。当时诸侯各霸一方，所修堤防线路极不合理。到战国黄河下游堤防已经具有相当规模。《管子·度地篇》中曾指出：修堤的时间以春天的三月最好，因为这时土料较干，易于坚实。而其它季节，夏季农忙劳力紧；秋季多雨土料湿；冬季土料冻结修堤不实。秦汉时期黄河下游堤防逐渐完备。北宋五代时期则已经有了双重堤防，并按险要与否分为“向著”、“退背”两类，每类又分三等。到明代，堤防工程的施工、管理和防守技术都达到了相当高的水平，把堤防分为遥堤、缕堤、格堤、月堤四种，按照各堤的作用，因地制宜修建。明刘天和在《问水集》中曾提出筑堤必须选择能坚实的好土，不能用混有泥沙的土，土的干湿应该恰到好处，如果土太干则筑堤时应该在每层都洒适量的水；关于取土的地点则必须在离堤身数十步外平取，不能挖出深坑，否则会影响耕种，更不能在堤附近形成沟。到清代，修堤技术又进一步发展，特别强调“五宜二忌”。五宜分别之：一审势时，宜选择高地修堤，以节省土方，且堤线要顺直；二取土宜远，要在临河距堤二十丈以外取土，土塘之间要留土格，以防止汛期堤根行溜；三“坯头宜薄”，坯头薄了易于硪实；四“硪工宜密”，五验水宜严，硪实以后以铁锥穿孔，依据灌水的多少来确定是否合格。两忌是：隆冬施工和盛夏施工。从明代隆庆到清代乾隆前期的二百年间，是黄河下游堤防建设的一个高潮。这一时期，传统的河工理论日益完备，传统河工技术高度成熟和普及。潘季驯和靳辅，就是这一时期黄河治理的典型代表。其中潘季驯治理黄河的总方略是：“以河治河，以水攻沙。”他试图利用水沙关系的自然规律，利用水流本身的力量来刷深河槽，减少淤积，增大河床的容蓄能力，从而达到防洪保运的目的。基本办法是“束水攻沙”，同时还有“蓄清刷浑”和“淤滩固堤”。而实现这一切的主要实践措施就是坚筑堤防，固定河槽。建国后60年来，黄河大堤经过不断改造，加高加固，现在巨石砌成的堤坝普遍加高到8～9米。除加固了两岸的临黄堤外，还新修缮加固了南北金堤、展宽区围堤、东平湖围堤、沁河堤和河口地区防洪堤等。加上干支流防洪水库的配合，大大提高了黄河防洪的能力。1982年夏季洪峰流量达15300立方米/秒，洪水持续九昼夜，在黄河堤防的控制下，没有一处发生决口(图1.44)。 案例1.3 元代贾鲁治河
贾鲁，字友恒。河东高平(今属山西)人，是元代著名的河防大臣，也是一位在治理黄河上卓有成效的水利专家。
元惠帝至正四年(1344年)，黄河又一次大决口，白茆堤、金堤相继被冲决，沿河的郡、邑一片泽国，老百姓流离失所，许多青壮年逃奔他乡。元惠宗很忧虑，派人实地观察，又
30