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以地下水为水源的引水方式主要有两种工程形式：筑陂塘壅泉，开渠引泉灌溉；凿井取水就近灌溉，即井灌。
山麓冲积平原地下水源丰富，由于埋藏浅，常常溢出地面，形成泊沼。埋藏较浅的地下水，可以直接利用，成为人类最早利用的地下水源。至迟春秋时引泉灌溉已经具备了蓄水、引水和输水工程系统。
水井是人类社会从游牧走向农耕的标志，表明人类活动的范围向远离河流的地方扩展。古代水井用于灌溉和用于生活用水的历史一样悠久(图4—61)，比较适合以家庭或家族为生产单位的井灌在农耕社会早期就出现了。唐宋时期井灌工程技术已经完善，尤其在干旱的北方地区，井水成为灌溉的重要水源之一。明清时期黄河和海河流域出现了灌溉面积较大的井灌工程。古代井灌工程相当部分是政府主持兴建的，如著名的明清陕西三原引泉灌区、河南百门陂等，其灌溉面积上万亩。新疆坎儿井也是政府倡导并有经费资助而推广的。
图4-61 辽阳三道壕汉墓壁画中的井汲辘轳图
井水在干旱或半干旱地区成为灌溉水源，起码应是农业生产发展到相当水平才有的产物。陕西沣西张家坡西周遗址中在一小范围内就发现了8口水井，有的深达9米以上，如此密集的井群，表明其功能除供饮用外可能还是灌溉水源。
古代利用井水灌溉的地域主要在北方河北、陕西、山西、山东、河南等省，而井灌有较大规模则是明清时期，这可能与当时人口较此前密集，农耕经济比较发达有关。与明清时井灌发达相应的是出现较多关于凿井和井灌的论著，其中明代徐光启对水井井址的选择、开凿、衬砌和维护有详细归纳，所涉及的水文地质学知识应该是在这一学科领域古代成就的集中展现。 (一)古代与井水相关的水文地质知识
水井的开凿涉及水文地质学领域的许多工程问题。徐光启《农政全书》有关井的阐述，概括起来有5方面内容：井址的选择、井深确定、井水水质的判别、井底建筑结构和材料及凿井过程中回避有害气体的问题。一些内容包含了若干现代水文地质学的基本知识①。
1．关于井址选择
(1)有泉源出露的情况：
“凿井之处，山麓为上，蒙泉所出，阴阳适宜，园林室屋所在。向阳之地次之，旷野又次之。山腰者居阳则太热，居阴则太寒，为下。凿井者，察泉水之有无，斟酌避就之。”②提出根据地貌和泉水出露情况，选择井址的原则。在山麓冲积扇，地下水处于流动状态，地下水出露即所谓“蒙泉所出”之处，提示了凿井位置。
(2)无泉水出露的情况：
有三种方法可以判断有无浅层含水层，即气试、盘试和缶试、火试。
气试：“当夜，水气恒上腾，日出即止。今欲知此地水脉安在，宜掘一地窖，于天明辨色时，人入窖以目切地，望地面有气如烟，腾腾上出者，水气也。气所出处，水脉在其下。”③
盘试和缶试：“城邑之中，室居之侧，气不可见。宜掘地三尺，广长任意。用铜饧盘一具，清油微微遍搽之。窖底用木高一二寸以支盘，偃置之。盘上干草盖之，草上土盖之。越一日开视，盘底有水欲滴者，其下则泉也。”④缶试和盘试只是用具不同的差别。缶试：“近陶家之处，取瓶缶坯子一具，如前铜盘法用之。有水气沁入瓶缶者，其下泉也”。⑤没有陶坯，还可以用土坯或羊绒代替。
火试：“掘地如前，篝火其底，烟气上升，蜿蜒曲折者，是水气所滞，其下则泉也。直上者否。”⑥
2．关于井深
“井与江河，地脉通贯，其水浅深，尺度必等。今问凿井应深几何?宜度天时旱涝，河水所至，酌量加深几合而为之度。去江河远者不论。”⑦
3．关于水质
“凡掘井及泉，视水所从来而辨其土色。若赤埴土，其水味恶。若沙土，水味稍淡。若黑坟土，其水良(黑渍者，色黑稍黏也)。若沙中带细石子者，其水最良。”⑧除了根据井水土质辨别井水水质外，徐光启还归纳了5种鉴定方法：煮试、日光照、品味、称重(井水比重愈轻愈好)、纸帛测试。
4．关于做井底
“做井底，用木为下，砖次之，石次之，铅为上。既做底，更加细石子厚一二尺，能令水清而味美。若井大者，于中置金鱼或鲫鱼数头，能令水味美，鱼食水虫及土垢故。”⑨
①明?徐光启：《农政全书》卷16，农政全书校注本，上海古籍出版社，1985年，第515～518页。
②明?徐光启；《农政全书》卷16，农政全书校注本，上海古籍出版社，1985年，第516页。
③，④，⑤ 明．徐光启：《农政全书》卷16，农政全书校注本，上海古籍出版社，1985年，第515页。
⑥，⑦，⑧ 同②。
⑨明．徐光启：《农政全书》卷16，农政全书校注本，上海古籍出版社，1985年，第517页。 用铅做井底的衬砌材料，似不是民间的做法。但是，水质保洁的观念在公元前400年时的周代已经具备。《周易?井》“井泥不食，旧井无禽”①，是说井泥是井中的沉淀物，污染井水，不可饮用井泥多的井水；久不淘冼的旧井，即使禽类也不能饮用。汉代，政府甚至制定了这样的规定：夏至日为淘井日②。
5．关于凿井过程中回避有害气体问题
“凡山乡高亢之地多有之，泽国鲜焉。此地震之所由也，故曰震气。凡凿井遇此，觉有气飒飒侵人，急起避之。俟泄尽，更下凿之。欲候和气尽者，缒灯火下视之，火不灭，是气尽也。”③这里提到的震气，多是深土层中积蓄的二氧化碳，二氧化碳比重大，沉入土层和岩洞里面。
《农政全书》中有许多内容与公元前32年至前22年古罗马著名学者维特鲁威(Vitruvii)的《建筑十书》相近或雷同④。《建筑十书》因为中世纪修道院偶然发现的抄本才得以幸存。欧洲文艺复兴时期从意大利开始，西欧各国纷纷刊行。深受西方传教士影响的徐光启有关井水和水文地质知识的阐述，显然参考了《建筑十书》。但是有许多内容徐光启作了补充和完善，如水质的鉴定方法不见于原书；关于“震气”即氧和二氧化碳的阐述，西方是在18世纪初才发现的。徐光启施工中回避有毒气体的方法是科学的。但是，铅做井底，即使在古罗马时期用铅做输水管也被认为有毒，是不卫生的⑤，徐光启对铅的物理和化学性质并不了解，误以为铅是做井底衬砌的最好材料。但是，徐光启补充的另外水质保洁的方法显然是中国本土通行的做法的总结。
(二)庭院单井小面积灌溉
《吕氏春秋?勿躬篇》：“伯益作井”⑥，伯益是传说虞舜时人，协助大禹治水。文献记载表明至少在夏商时代水井已经在人类生活和农业生产中发挥作用。
井水用于灌溉先是用在庄园中，此后能够推行与提水机械运用有关。《庄子?天地篇》：“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。拇措然用力甚多，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?为圃者仰而视之，曰：奈何?曰：凿木为机，后重前轻，挈水若抽，数如泆汤，其名为槔。”⑦这里描述的是用桔槔提水的情形，显然当时北方比南方用得普遍。
田间水井即便有提水机械，没有田间沟渠工程配置，井灌仍被局限在很小的范围内。《太平广记》记载了唐代庭院所用的井灌水车：“唐邓玄挺(?～689)入寺行香，与诸僧诣园，观植蔬。见水车以木桶相连，汲于井中。乃曰：法师等自蹋此车，当大辛苦。答曰：遣家人挽之。”⑧即使盛唐时，庭园有提水设施的井灌也是财富殷实的寺庙才有。
①《周易?井》，十三经注疏本，第60页。
②《后汉书?礼仪志》卷15。
③ 明?徐光启，《农政全书》卷16，农政全书校注本，上海古籍出版社，1985年，第516页。
④ 维特鲁威[意大利]，高履泰译：《建筑十书?第八书》，中国建筑出版社，1986年，第177页。
⑤《后汉书?礼仪志》卷15，第192页。
⑥《吕氏春秋》卷17，诸子集成本，第206页。
⑦《庄子集解》卷3，诸子集成本，第74～75页。
⑧ 北宋?李防《太平广记》卷250，引侯白《启颜录》，笔记小说大观本，江苏广陵古籍刻印社，1983年，第172页。
(三)提水机械和田间工程完备的井灌灌区
只有具备了提水机械和田间沟渠才可能形成有一定规模的井灌灌区。井灌要成为保障一定面积耕地用水需求的水利形式，还需要辅助的工程设施，它大致包含四个方面：①地下水勘测，寻求稳定的地下水源；②与水源量、灌溉面积有关的井群布置规划，这将涉及单井出水量、井数和井距；③设置相关的蓄水设施，如塘堰、水窖等以具备一定的水量调蓄能力；④田间引水工程。
北魏时贾思勰《齐民要术?种葵篇》记利用井水冬天种葵，其中披露了田间群井布置及其提水设施：“近州郡都邑有市之处，负郭良田三十亩，九月收菜后即耕……穿井十口(贾氏注曰：井必相当，邪角则妨地。地形狭长者，井必作一行；地形正方者，作两三行亦不嫌也)，井别作桔槔、辘轳、柳罐。”①这是与田间渠道配套的井灌工程的写照。井灌灌区的主要特点是：在考虑地下水源的前提下，水井设置、提水机械设备和田间沟渠配置的统一规划和建设。图4-63。 
图4-63 (元)王祯《农书》中的田间井灌工程图
(图中可见，井灌工程由井、提水机具(辘轳)、渠道、蓄水池、田间沟渠等组成)
明清间有人针对引黄灌溉工程浩大，提出滨河滩地井灌区的设计方案，“每田百亩，四隅及中各穿一井，每井可灌田二十亩，四围筑以长沟，深阔各丈余。旱则掣井之水以灌田，潦 则放田之水以入沟，不庶几有备哉。”②这项设计包括提水和田间灌排工程，相对引黄而言这类井灌工程规模小，因为水质好，沟渠工程管理也容易得多，更便于民间推广。
①北魏?贾思勰：《齐民要术》卷3，万有文库本，第32页。
②《天下郡国利病书?河南》，四部丛刊三编本第十三册，上海书店，198(3年，第17～18页。 明代徐光启的井灌工程系统甚至包括了蓄水设施：“作原作潴以用水。作原者，井也；作潴者，池塘水库也。高山平原，与水违行，泽所不至，开浚无施其力，故以人力作之。凿井及泉，犹夫泉也；为池塘水库，受雨雪之水而潴焉，犹夫潴也。高山平原，水利之所以穷也，惟井可以救之。池塘水库，皆井之属。”①此处水库只是田间的方型或圆形的小型蓄水塘或称水柜，为了减少水量蒸发和渗漏，加有顶盖，并水库周边抹平，没有地下水补给的水库底夯实，即现代所称的“微型水利工程”。
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