水与古代文明：酌古御今，生生不息
一部文明史，半部水历史。纵观人类文明的发展，从起源，到聚集，到迁移，到疾病与战争，再到繁荣和交流，这一切，都和水有关。文明依赖于水的滋养，需要水技术的支撑。治水理念之智慧，工程设计之巧妙，无一不加速着人类社会的蓬勃发展。于是我们研究水、净化水、管理水，并与水的基因在历史的长河中逐渐融合。储水、运水、净水、治水，随着历史的变迁而不断丰富、完善和发展。
水，乃文化与创新之源。今来古往，人类少不了与水的互动，在技术层面上利用、管理水，让水服务于人类生活。丰水（abundance）和配水（distribution）关系着人类文明的发展。四大人类文明的起源地，皆与水有关，黄河，两河流域，尼罗河，恒河称作世界四大古文明，没有水，就没有人类文明。
正如古时候的“新月沃土”（Fertile Crescent），被土耳其山区和伊拉克北部的雨水滋养着。在“新月沃土”的东面和北面一带是米索不达米亚（Mesopotamia，意思是“两河流域“)，孕育着人类历史上的第一个文明——古两河流域文明，即底格里斯河（Tigris）、幼发拉底河（Euphrates）流域的文明。苏美尔人在美索不达米亚南部平原开掘沟渠，建成复杂的灌溉网。这是人类文明史上的第一次利用重力灌溉农田，促进了粮食生产，特别是谷物的生产，从而也诞生了世界上的第一个啤酒酿造工艺。正是水的驯化使农业生活方式得以巩固和传播。
不论古今，文明进程都离不开水资源管理。其中，水资源的存储相当于人类文明的“储蓄账户“。约旦的佩特拉（Petra）古城之所以能够在沙漠中存在，并成为沙漠王国纳巴泰（Nabateans）的首都，全仰仗于其独特的蓄水和供水系统。“他们藏身沙漠之中，把沙漠当成堡垒，因为这里缺水，其他人无法穿越，但是却为他们提供了安全，因为他们提前修好了涂抹灰泥的地下蓄水池”。如今在约旦南部可以看到很多这样在石头中开凿出的瓶状蓄水池，这些散布的蓄水池正是纳巴泰人在沙漠中崛起的开始。此外，纳巴泰人还会使用粘土罐来浇灌农作物，以减少蒸发量，从而节水。
图. 佩特拉建造的蓄水池 图片来源：WEF, 2019
图. 伊斯坦布尔“水下宫殿”，图片来源：Luciano Mortula
在印度北部拉贾斯坦邦（Rajasthan）附近的艾芭丽奈村（Abhaneri）有个古老的月亮井（Chand Baori），建造于公元800年，拥有3500阶的楼梯，以倒三角的方式建造起来，用来收集雨水。
一般来讲，文明越是先进发达，水资源管理模式就越丰富多样，而且，同一个水资源管理工程也会体现多个模式，比如两千多年前汉武帝时期开凿的昆明池，是中国古长安城历史上重要的蓄水供水工程。清代顾炎武在《肇域志》曾详细论述昆明池水分三派对长安城供给：“汉漕渠，武帝元狩三年所穿。上接秦渠，下入昆明池。分三派去，其一派自昆明池东为明渠......其二派自昆明，北为飞渠入城......其三派自昆明北经长安城北......又北入渭。”此外，《汉书·武帝纪》记载“（元狩三年）发谪吏穿昆明池。”《三辅黄图》记载:“《西南夷传》曰‘天子欲伐之，越嶲昆明国有滇池，方三百里，故作昆明池以象之，以习水战，因名曰昆明池。“《资治通鉴》亦载:“上将讨昆明，以昆明有滇池方三百里，乃作昆明池以习水战。”这都表明了昆明池在军事方面提供了水战演习的场地，促进了汉政府对西南地区的征伐和交流。总体来看，昆明池是汉长安城一个十分重要的蓄水库，在引水、供水、排水等方面都不可替代。除此之外，昆明池也在漕运方面提供了便利，保证了关中地区漕运的正常。除此之外，昆明池的修建还为丝绸之路提供了契机，促进了丝绸之路的物质文化交流。
在一些干旱地区，蓄水和防洪是结合在一起的。例如在约旦境内古城加瓦（Jawa）发现了公元前3000多年前建造的世界上最早的水坝和导流结构。公元前2600多年，古埃及人修建了高14米的Sadd el-Kafara大坝，也叫做异教徒大坝（Dam of the Pagans），这是历史上最早见于记载的水坝。赛伯伊人（Sabaeans，今也门）于公元前1700多年建造了在马里布水坝（Ma'rib Dam），利用自然地势把洪水蓄在山谷中，形成天然大水库，是该地区历史上规模最大，最坚固，存在时间最长（历时一千多年)的水坝，兼有蓄洪和灌溉的效用。目前仍在使用的最古老的水坝建于公元前1300年，现存于伊拉克。
美洲大陆利用水坝灌溉可追溯到距今两三千年以前古老的玛雅文明和印加文明。在地势有限、季节性降雨充沛的地区，玛雅人开创了集约化沼泽农业，设计良好的水坝，用于在自然低洼地区截留水分，在雨季排出多余的水，在旱季合理分配。
图. 古罗马大渡槽（Roman Aqueduct of Segovia）图片来源：Sean Pavone
高效的供水系统通常意味着文明能获取更多的自由能。在山区，水流速度减缓，降低了对土壤的侵蚀力，人们可以将水蓄集起来进行灌溉。坡耕地修成梯田，改变了田面坡度，缩短了坡长，增加了土壤水分的入渗时间，从而能有效地蓄水拦泥：提高了土壤涵蓄水分、养分的能力，改善了土壤物理化学性质，使农作物在干燥的山地环境中也可以吸收水分。梯田建设起源于五千年前东南亚的干旱地区，它几乎是与农业生产同时期出现的，然后向地中海两岸发展。梯田在中国已有几千年的悠久历史，其中最为著名的是云南省的红河哈尼梯田。除中国外，菲律宾著名的巴纳韦梯田也有两千多年的历史。黎巴嫩位于地中海东岸，与周围的干旱和半干旱的中东国家地区不同，由于境内山脉陡峭的坡度与降雨相结合，使其成为了卓越的农业生态系统。大约在3000年前，当地居民将梯田划分为一个个小而浅的石墙梯田（stone-walled bench terraces），来灌溉著名的雪松森林。
在南美洲，梯田作为秘鲁和玻利维亚高原一种广泛的耕作制度，至今已有2500多年的历史，在印加人（Inca）时代达到了最高的发展程度。秘鲁安第斯山区著名的马丘比丘梯田是全球著名的农业文化遗产。以突尼斯为代表的北非地区，年均降雨量少，且高强度降雨时有发生，对农田造成严重侵蚀。梯田作为一种有效的雨水收集系统，用于减少侵蚀、收集降水、缓解干旱，增加作物可利用水分。时至今日，突尼斯的“Djessure”灌溉技术仍被广泛使用。
图. 中国云南省境内红河哈尼梯田 图片来源：UNESCO （左）；马丘比丘（秘鲁境内）古城峭壁斜坡上的梯田 图片来源：Celli07
与缺水地区相比，世界上许多大城市都面临着相反的问题：水量过于丰沛。在这种情况下，古代人民主要有两个选择，即“围水耕稼”或者“环水而居”（在玻利维亚境内，亚马逊河上游盆地区域内的贝宁稀树草原（Beni savannah）上，远古居民建造了土墩和护堤来抵御洪灾。河岸由陶器碎片和木炭组成，延续着草原上围水耕作的生命。
人类善用水资源并借由工程手段创造了光辉璀璨的文明。但是“水太多”造成残酷无情的洪灾，人们必须持有能够抵御相应风险的手段，例如“排水”。马克西姆下水道（Cloaca Maxima）是古罗马时期罗马的下水道系统，修建于公元前600年，是当今世界上最古老的污水处理系统之一，其长度和覆盖范围都足以和当今许多城市的下水道相比拟。它遗存的部分保留至今，且仍继续使用。这种半人工下水道是通过围封（enclosing）、开渠（canalizing）以及扩增自然溪流而创建的，后来于19世纪在伦敦，布法罗，纽约和其他城市相继开发实现。下水道系统不仅可以排水，还可以保护人们免受疾病侵害，保持文明健康。一个典型的例子就是19世纪中叶英国为防霍乱而改造的排水系统。在1854年伦敦发生的霍乱疫情期间，英国科学家约翰·斯诺（John Snow）确定病源是由水泵被携带霍乱孤菌的污水污染所引起的。人们继而认识到，水源是疾病的温床。为了改善下水道，英国政府成立了一个皇家委员会，任命约瑟夫·巴瑟杰为测量工程师，改进城市排水系统。伦敦的下水道工程初步完工于1865年，纵横交错的下水道实际总长达到了2000公里。直到19世纪末期，英、美等国开始对饮用水进行加氯消毒，对抗伤寒，霍乱和其他水生病原体，这为之后的饮用水消毒技术铺平了道路。
图. 古罗马下水道（左）及伦敦下水道（右）图片来源：知乎
消灾祛病方能延续文明。许多古老的水技术可能也是解决当今世界水问题的指路灯。例如秘鲁首都利马，是世界第二大沙漠城市，有超过1000万人口居住在都市区。据估计，与历史（2000年以前）相比，该流域已经失去了75%的森林覆盖，这加剧了该地区在干旱和水涝季节御灾力的下降。这也导致了干旱、洪灾和泥石流的增多。在2015年干旱季，利马人口的水需求超过了其可再生的供给量。预计到2030年，利马的用水需求会更加紧迫。值得庆幸的是，2014年秘鲁政府启动了生态服务补偿机制来指导和监控引入灰绿基础设施的进程。其中，“Aquafondo”水基金和当地城市水管部门（SEDEPAL）、国家的水资源管理部门以及一些组织合作，决定重新引入印加之前的渗透管道（Amunas）以实现绿色基础设施。Amunas是一种古老的集水和输水系统，由岩石构成，可以在干旱的季节提供水源并保护山区土壤。
图. 秘鲁境内的古老岩石水道 图片来源：M. Briceno, CONDESAN
人们发现，将现代工程与古代智慧和基于自然的解决方案相结合似乎是最好的解决方案，而不是摒弃其中一种来取而代之。“复古”风潮卷土重来，“创新”意识锦上添花，“自然”风格如虎添翼。在美国，陆军工兵部队的自然工程倡议（Engineering with Nature initiative）对使用疏浚淤泥栽培建造的红树林和岛屿进行了调查，研究它们如何保护海岸线免受飓风和台风的袭击。作为古代水利文明的延续，美国纽约市的供水系统是基于自然的工程典范。由于纽约附近的水域工厂林立，人口密集，又是非常繁忙的航道，水体受油污，生产生活污水的污染非常的严重，无法直接供城市使用。同时，净化水体的成本又非常的高，所以纽约从18世纪中后期开始就从其北部和西北部的山区，通过修建水库和渡槽等设施引水。现在纽约主要有三条引水渡槽（巴豆渡槽，卡茨基尔渡槽和特拉华渡槽），其中最为著名的是特拉华渡槽，因为其连续的引水隧道的长度达到了惊人的137公里，成为了世界上最长的人工隧道。渡槽串联了纽约的几座水库，而水库周围的天然森林生态系统会自然地过滤水，使其保持洁净。再经过紫外杀菌照射和结合现代的智能水技术（例如监测水质的浮标和计算模型），可为纽约市近900万人口提供可靠的饮用水。
古印度阿育吠陀（Ayurvedic）文中记载建议将水储存在铜制和土制的容器中。据记载，铜可以净化饮用水。对于许多发展中国家的居民来说，铜制品仍然是一个特别重要的工具。根据2012年发表在“Journal of Health, Population and Nutrition”上的一项研究，在室温下将受污染的水储存在铜中长达16小时，大大减少了有害微生物的存在，研究人员认为铜有希望用于微生物净化饮用水。天然的氧化亚铜（Cu2O）能从细菌细胞壁和细胞膜中获取电子，并抑制胞内产能和DNA复制过程。最近的研究甚至表明，铜和氧化亚铜可以去除饮用水中的病毒和噬菌体。
而用粘土制成的土制容器来储存水可以实现离子交换。在这个过程中，一些带电荷的矿物质以及营养物质就会与粘土颗粒相结合。现在，一些活性炭和离子交换树脂也利用这种表面吸附特性净水，取缔了古老的木炭过滤。尤为重要的是，离子交换树脂可以选择性地吸附特定污染物，包括一些新兴污染物，使得它们成为较为灵活的水处理工具。然而粘土罐用起来比离子交换树脂要简单的多；此外，它还能够降低水分蒸发，粘土也能制成陶瓷管道来输送水进行灌溉。
图. 粘土制成的输水管道 图片来源：Smithsonianmag.com
在古文明时期，人们就会收集数据来管理水系统。其中，流量数据的收集和时间的记录是古文明智慧水技术的启蒙。歌曲，舞蹈和仪式艺术可能是有关水的早期记录形式。例如，澳大利亚原住民用诗歌来记录水的地理空间数据，通过仪式帮助记忆，并使用星象图作为向导，在四万多年前就穿越了数千公里，最终在沙漠中找到了水源。瓦达曼人（Wardaman，澳大利亚土著）口头流传的“梦想故事”就是与南十字星（Southern Cross）相关的年度周期记录。能够确定一年的周期，对于预测不同时期的气候模式、可用水量以及水资源管理和劳动力分配十分重要。苏美尔人在五千多年前通过观测月亮发明了历法，是最早根据月相设计日历的人。通过日历，人们可以确定两河流域的河水泛滥期，为防洪和稳定农业生产提前做准备。后来的犹太人和波斯人沿用了苏美尔人的日历，如今一部分伊斯兰国家仍在沿用这种历法。
继日历诞生后，河流水位的测定是古文明智慧水技术的又一重大创新。据历史资料显示，古埃及在公元前3500年就有了水资源规划活动。当时，古埃及的工程师最早在尼罗河利用水位测量标尺来观察河流的水位情况，并记下了详细的流量资料。古埃及皇家祭司每天监测着水位变化并持续记录，由此在泛滥季开始前，准确地预测水位高低，用以判断防涝，还是防旱。如今，在埃及的开罗和阿斯旺地区还能看见古尼罗河水位标尺遗迹。后来，欧洲也有了类似的记录河流水位的工具——“饥饿石”（Hunger Stones）。一些雕刻的石头或河板被放置在河床中，只有在严重的干旱季节，当水位下降到一定位置的时候，它们才显现出来。刻在石头身上的碑文被认为曾用来警告人们，困难时期和饥荒即将来临。白鹤梁水文题刻是中国目前发现时间最早的枯水水文题刻。白鹤梁上所刻石鱼，实际是前人用来记录当时长江的枯水变化，预卜农业丰歉。
图. 古尼罗河水位标尺遗迹 图片来源：Google（左）；白鹤梁水文题刻（局部）图片来源：百度 （右）
自诗歌、日历的出现，时间得以记录；继水位标尺、饥饿石的发明，水位堪能监测。在之后的时间里，人类文明不断发展，技术不断进步，与水有关的“故事”也不断涌现。对水的认知和利用，不仅驱动着人类文明的发展，同时也塑造着人类的历史面貌。无论是从古代还是现代来看，凡是有水的地方，必有城市的兴起、区域经济中心的发展和崛起。当然，也有一些由水而兴、因水而衰的例子。例如埃及的尼罗河，迫于防洪修建的阿斯旺高坝阻挡了下游的淤泥和有机质，使农业生产受到影响。水作为一种构建文明、推动历史发展的重要动力因素，在不同的文明之间传承穿越。古代的水技术和水文化不仅倒映着古代文明的剪影，更是为现在和将来可持续的水资源管理提供了开阔的思路。
时间不止，水的故事还在继续。很多古代水系统工程都充分体现了我们在当代依然推崇的水资源管理理念，包括分散式、低成本、环境友好、高度可持续。古代的智慧穿越千百年却仍能发出引人思考的回响。为此，IWA国际水协会与IWHA国际水历史学会在多年前联合成立了水与古代文明专家组（Water in Ancient Civilizations Specialist Group），希望通过考察全球古代文明中的水科技遗产，溯文明之源而上，采智慧之术今用。欢迎大家持续关注和支持IWA水与古代文明专家组的相关工作。
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