坎儿井的原理,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。

新疆一些冲积扇地形地区，土壤多为砂砾，渗水性很强，山上雪水溶化后，大部渗入地下，地下水埋藏也较深。为了将渗入地下的水分引出，供平原地区灌溉，开挖井渠是比较方便的。而井渠技术已在龙首渠的施工中应用，新疆劳动人民大约吸引了井渠法的施工经验，并将它引用到新的地理条件下，创造出新型的灌溉工程型式。 坎儿井，早在《史记》中便有记载，时称“井渠”。 吐鲁番现存的坎儿井，多为清代以来陆续修建。如今，仍浇灌着大片 绿洲良田。吐鲁番市郊五道林坎儿井、五星乡坎儿井，可供参观游览。 坎儿井，又称坎尔井，是荒漠地区一特殊灌溉系统，与万里长城、京杭大运河并称为中国古代三大工程，普遍存在于中国新疆维吾尔族自治区吐鲁番地区。 坎儿井由竖井、地下渠道、地面渠道和涝坝四部分组成。首先在地面由高至底打下井口，将地下水汇聚；然后，在井底修通暗渠，将地下水引到目的地，才把水引到地面，这样保证了地下水不会因炎热及狂风而被蒸发或污染；最后，涝坝将水蓄起以供人使用。

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。 坎儿井，是“井穴”的意思，早在《史记》中便有记载，时称“井渠”。坎儿井是荒漠地区一特殊灌溉系统，井与万里长城、京杭大运河并称为中国古代三大工程。 竖井 通常坎儿井有几个到几百个竖井。最浅的达1米，最深的可达到120米。离出水口最近的第一口竖井是最浅的，在水源处挖掘的竖井是最深的。 暗渠 暗渠是将地下含水层的浅层水引出地面的主要工程。坎儿井的暗渠分为积水段和输水段两个部分。坎儿井暗渠的长度最长可达十几千米，最短也就几十米或几米。 明渠 明渠是指坎儿井出水口到涝坝（蓄水池）的部分，明渠的作用是将从出水口流出的水输送到涝坝或农田。坎儿井明渠长短不一，坎儿井明渠的长度一般100～500米不等。 涝坝 坎儿井涝坝也有人叫做蓄水池。坎儿井涝坝是根据坎儿井的水量定期蓄水、升温、集中灌溉的调节工程。

目的：1.利用地下渠道截引砾石层中的地下水，引至地面，实现地表自流灌溉的水利设施。
2.利用竖井分段开挖的地下暗渠,用来汇集山前冲积扇的地下水,自流引出地面进行灌溉的水利设施。

来源：吐鲁番盆地北部的博格达山和西部的喀拉乌成山，春夏时节有大量融化的积雪和雨水流下山谷，潜入戈壁滩下。新疆人利用山的坡度，巧妙地创造了坎儿井，引地下潜流灌溉农田。坎儿井不因炎热、狂风而使水分大量蒸发，因而流量稳定，保证了自流灌溉。

在中国古代的时候，有很多的朝代更迭，每个朝代都给历史留下了不可磨灭的痕迹。在古代生产力水平和技术水平落后的年代，古人们就表现出了极高的智慧。现在很多古代的文化财富和建筑，能够很好地保存下来，是历史最好的礼物。比如在古代为了适应恶劣的环境，新疆地区的人们就发明看坎儿井。为了提供人们日常所需的水，新疆人民发明了坎儿井，坎儿井的水来源于低下的自流水，而且在冬天的时候也不会结冰。 一、坎儿井的水源坎儿井不仅是古代劳动人民智慧的结晶，更是中国历史上伟大的工程建筑。坎儿井利用了吐鲁番盆地北高南低的特点，在地面上了凿了竖井，然后在地底下建了暗渠，在上面也有一些明渠，坎儿井的水就来自于地底下的自流水。因为坎儿井对于选址也很重视，一般它的地质是比较疏松的，便于自流水渗透通过。 二、坎儿井冬季的水不会结冰对于一般的水源来说，特别是在北方地区，冬天特别寒冷，水一下子就结冰了。但是坎儿井冬天的时候水是不会结冰的，这也是它巧妙的地方。坎儿井的真正水源实际上是来自雪山上的。因为雪山的冰融化，渗透到地底下，也是经过很长时间的储蓄。坎儿井是暗渠疏松，因为受到大气的影响很小，水温也是相对较高的，所以一般是不会结冰的。 坎儿井的水经历高山冰雪融水，还有地下水供给，它的水源是很稳定的。而且坎儿井的水也是经过了沙砾的层层过滤，污染比较少，水质也是很好的。坎儿井的出现解决了人们用水的一大难题，所以，坎儿井的这个发明凝聚了无穷的智慧，也利用天然的优势，造福了人们。

减少地面水流蒸发，利用地下供水设施灌溉，属原始水利工程。 坎儿井引出了地下河水，使沙漠变成绿洲。吐鲁番被辟为旅游区后，修建了形式典雅、古朴、富有伊斯兰建筑艺术风格的园林式宾馆等各种文化游览服务设施，接待海内外游客，向五大洲游人展显出她迷人的容颜。 扩展资料： 根据1962年统计资料中国新疆共有坎儿井约1700多条，总流量约为26立方米/秒，灌溉面积约50多万亩。 其中大多数坎儿井分布在吐鲁番和哈密盆地，如吐鲁番盆地共有坎儿井约1100多条，总流量达18立方米/秒，灌溉面积47万亩，占该盆地总耕地面积70万亩的67%，对发展当地农业生产和满足居民生活需要等都具有很重要的意义。 吐鲁番盆地虽然埋藏着丰富的煤炭、石油等矿产能源，但直到今天尚未大力开采利用。因此不仅对在古代开挖坎儿井的经济技术条件上有着很大的限制，就是在今天，开挖坎儿井中的动力机械设备仍然是十分缺乏。电力供应也很少，钢材水泥也是远地运输而来。 这些条件给修建地面水的水利工程带来了很大困难。但是坎儿井的取水形式，既可节省土方工程，又可长年供水不断，且当地人民在炎热的地区久居生活，素有修窑筑洞的习惯和经验。 另外人们在掏挖泉水的生产实践中，逐步发现坎儿井形式的地下渠道，不但可以防止风沙侵袭，而且可以减少蒸发损失，工程材料应用不多，操作技术亦颇简易，容易为当地群众所掌握。 这对克服当地经济技术上各种困难有很大方便，因此，远在古代经济技术条件较差的情况下，各族劳动人民群众采用坎儿井方式开采利用地下水，就更加显得经济合理了。

坎儿井是一种古老的水利工程，它利用竖井和暗渠相结合，将地下水引出地面用于灌溉。坎儿井的修建需要特定的自然地理条件，而这些条件只有新疆荒漠地区能够满足。 充足的地下水源 以新疆吐鲁番为例，吐鲁番北部和西部有高大的雪山，夏季融雪，雪水会渗透入戈壁，汇集成地下的潜流。 具有坡度的地形 具有坡度的地面和地下水，使得平直的坎儿井能够从高处将水平着引出地面。 坚固的土质 如果土质不够坚固，则很容易造成坍塌。新疆地区的沙砾和黏土胶结形成的土质坚实，保证了井壁和暗渠不容易塌陷。 综合来说，修建坎儿井需要的条件新疆的荒漠地区都非常符合。 ——以上内容摘自米莱童书《田野里的自然历史课》