地理信息系统“重现”古代水坝(图)

  : 中国文化报

5000年前，中国先民逐水草而居，在广袤的河流腹地创造了璀璨的文明。近年来，在杭州余杭的良渚文明遗址上陆续发现了5000年前的水坝工程，比传说“大禹治水”的年代还早上千年，引起了考古学界的广泛关注。如此宏伟的工程如何在5000年前守卫着余杭大地，如何孕育了良渚文明？考古学家通过地理信息系统从宏观上摸清了中华文明起源与河流的关系。
古代大坝再度现身
早在上世纪90年代考古队配合公路基建，在良渚古城外的岗公岭就探到神秘的夯土层。最初研究者兴奋地认为是一座庞大的墓葬，然而随着钻探的深入，考古工作者们渐渐开始迷惑，该遗址无论探寻多深始终是厚厚的夯土，完全不见墓葬的出现。这时，一些考古工作者猜测，这个遗址会不会是早期水坝。然而谜题并没有完全解开，过去考古工作者曾在良渚古城周围发现过水坝遗址，但是均离古城很近。为什么要在离古城这么远的地方建一座孤零零的水坝？考古工作者们只能将谜团搁置，等待时间予以解答。
一直关注地理信息系统在考古领域应用的中国社会科学院考古研究所科技考古中心研究员刘建国运用上世纪60年代的卫星影像，通过遗址分布的宏观研究敏锐地发现了另一座水坝，并根据河流分布和水坝功能，推测出第三座水坝的所在，并指出三座大坝并非单独存在的个案，而是与临近遗址的水坝一起组成一道完善的防护体系。
近年来，水坝陆续发现证实了刘建国的推论，到目前为止，良渚大坝总共发现十几段，最长的有6.5公里，短的只有几十米。该水坝工程共有两部分组成，分为高坝区和低坝区，高坝主要依托北面的山体而建，距离良渚古城较远，主要功能是挡住主要河道，防治突如而来的水患，一般相对高程15米至20米，低的一组也有八九米。刘建国使用三维地理信息系统软件，对积水盆地的面积和水坝的高度做了数据分析，发现如果水坝下面没有积水，可以拦住一次800毫米左右的降水。刘建国告诉记者，800毫米的降水虽然少见，但是杭州地区多台风登陆，会时常出现大暴雨，因此该水坝系统主要是防止台风登陆导致的水患灾害。而低坝区更靠近良渚古城，相当于一个蓄水区。
地理信息系统“大展身手”
地理信息系统简称GIS，是在计算机支持下，对空间地理相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示输出，并运用地理模型分析方法，提供多种空间地理分析，为地学研究和决策服务的空间信息系统。
刘建国向记者展示了陕西七星河流域的地理信息图片。七星河流域地处周原地带，是周代姬姓家族的发源地。通过地理信息系统可以清晰地看到该地区聚落的更迭与分布。地理信息系统将该地区自史前文明至东周的遗址分布图输入系统，系统将自动生成以地形图为底图的各时代遗址分布图。这组图片可根据操作者要求，按不同关键信息合并或分开展示。从按时代分布的一组图中可以看出，一方面，周原地区早期聚落零星分布；在晚商时期遗址忽然增多，且区域增大，可以看出晚商该地区的发展情况；而到周代以后聚落相对减少。因而地理信息系统揭示的聚落分布规律可以与历史问题相结合，清晰看出聚落的发展。
另一方面，结合聚落遗址与水流的分布关系，可以对中华文明发展的区域、影响因素等窥见一斑。首先，从地理信息系统中可以直观看出从文明伊始到商代，有些地区甚至到西周时期，遗址还是沿河流分布，东周以后逐渐分散，表明东周以后生活用水不再依赖河流，而更多依赖打井技术。其次，从坡度角度，遗址分布一般在1到3度范围内分布，原因在于平坦区河流容易改道，容易冲垮聚落，不易久居；而过高的坡度水流湍急，不利于生活用水；在坡度1到3度河流比较稳定，因而遗址较多。再次，从坡向角度分析，传统认为遗址朝南分布较多，因为南向日晒充足，冬季寒冷的风不易灌进来，然而地理信息系统清晰地展示出遗址坡向分布没有明显规律，主要由于人类区别于动物，可以建造房屋，抵挡严寒。
地理信息系统探寻文明起源
良渚水坝工程的发现对刘建国的研究意义重大。通过长期专注于运用地理系统研究中国早期文明与河流之间的依附关系，刘建国很早就提出了中国在仰韶文明，也就是距今6000年前就出现了水坝，而古史传说中的“大禹治水”是在4000年前，足足将中华文明的治水历史提前了2000多年。
从刘建国向记者展示的地理信息系统图片中可以清晰看出，古代遗址主要集中于较为小型的支流，而非传统意义上认为的集中在主河道周围。刘建国指出，由于中国是季风气候，降水不均，在6月到9月占到全年降水的65%到70%，而在七八个月的时间可能没有任何降水，这时小型河道很可能断流。然而遗址却没有集中在大型河道上，而大多集中在小型支流流域，常年依靠小型河道取水，由此可以推论在这些水域可能也会有早期的水坝，用以储藏夏季河水，防止冬季断流。同样也说明，在大型河流附近没有水坝是因为大型河流不易控制，显然当时人们不具备治理大型河道的能力。刘建国说，这种推论是合情合理的，然而始终没有发现古代的治水遗址，该观点无法得到验证。
刘建国表示，良渚水坝工程的发现对考古学意义重大。一方面，良渚大坝体系经北京大学考古年代学实验室的测定年代为距今4800年至4900年，比“大禹治水”的古史传说早1000多年；并且该遗址已经是一套发展完善的防洪体系，必然是历经很多年的积累，因此可以推测中国出现防洪治水的时间要比距今5000年还要早。另一方面，良渚水坝系统的建立需要调动众多人力物力，需要经过复杂的测算，并根据经验不断完善加高，由此可以说明当时的先民已具备了高超的工程测算、建造的水平，并且说明良渚文明已具备有组织的政权形态，进而可以如此井然有序地调动人力物力，兴建如此规模的工程。