坎兒井與萬里長城、京杭大運河并稱為中國古代三大工程。吐魯番的坎兒井總數(shù)近千條，全長約500O公里。坎兒井的結(jié)構(gòu)，大體上是由豎井、地下渠道、地面渠道和“澇壩”（小型蓄水池）四部分組成，吐魯番盆地北部的博格達山和西部的喀拉烏成山，春夏時節(jié)有大量積雪和雨水流下山谷，潛入戈壁灘下。人們利用山的坡度，巧妙地創(chuàng)造了坎兒井，引地下潛流灌溉農(nóng)田。坎兒并不因炎熱、狂風而使水分大量蒸發(fā)，因而流量穩(wěn)定，保證了自流灌溉。
坎兒井，早在《史記》中便有記載，時稱“井渠”。吐魯番現(xiàn)存的坎兒井，多為清代以來陸續(xù)修建。如今，仍澆灌著大片綠洲良田。吐魯番市郊五道林坎兒井、五星鄉(xiāng)坎兒井，可供參觀游覽。 我國新疆漢語稱為“坎兒井”或簡稱“坎”。我國內(nèi)地各省叫法不一；如陜西叫作“井渠”，山西叫作“水巷”，甘肅叫作“百眼串井”，也有的地方稱為“地下渠道。”
坎兒井是開發(fā)利用地下水的一種很古老式的水平集水建筑物，適用于山麓、沖積扇緣地帶，主要是用于截取地下潛水來進行農(nóng)田灌溉和居民用水。根據(jù)1962年統(tǒng)計資料我國新疆共有坎兒井約1700多條，總流量約為26米3／秒，灌溉面積約50多萬畝。其中大多數(shù)坎兒井分布在吐魯番和哈密盆地，如吐魯番盆地共有坎兒井約1100多條，總流量達l8米3／秒，灌溉面積47萬畝，占該盆地總耕地面積70萬畝的67％，對發(fā)展當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和滿足居民生活需要等都具有很重要的意義。
新疆坎兒井的形成條件，根據(jù)調(diào)查資料分析約有下列三個方面：
1．自然條件的可能性
吐魯番盆地位于歐亞大陸中心，是天山東部的一個典型封閉式內(nèi)陸盆地。由于距離海洋較遠，且周圍高山環(huán)繞，加以盆地窄小低洼，潮濕氣候難以浸入，降雨量很少，蒸發(fā)量極大，故、氣候極為酷熱，自古即有“火州”之稱。
根據(jù)1952—1958年7年的資料統(tǒng)計，多年的平均降雨僅有19．5毫米，最大為42．4毫米，最小為5．2毫米，多年平均蒸發(fā)量為3608．2毫米。多年平均氣溫為14C，最熱的七月份平均為33．6C，最冷的一月份平均為一9．8 C。年內(nèi)最高氣溫為4 7．6 C，1 953年7月曾達到48C，最高地面溫度可達75"C。
該盆地常年多風，最大風力一般為7—8級。1961年產(chǎn)生了吐魯番50年來不曾有過的大風災，全年僅8級以上的大風就有56次，其中5月31日的那場大風，風力曾達l2級以上，延續(xù)了17個小時之久，造成田園破壞、林木折損，使得那片美麗的綠洲一時暗然失色，其慘狀令人觸目驚心。
該盆地的地形高差懸殊，地勢峻陡，周圍高山多系古生代末期海西運動形成的，巖層堅硬且多裂隙，有利于裂隙水的形成，北部的博格達山一般海拔高度在3500一4000米之間，主峰高達5445米，西部的喀拉烏成山，最高峰也在4 000米以上。均為萬年極雪的冰川、南部的覺羅塔格山，海拔在600一1 500米，山麓低矮，沒有積雪、降水亦少，為一極干旱的剝蝕禿山。東南部是庫姆塔格沙山，沙子堆積在高．300一500米的古生界及中、新生界的基巖之上，極端干旱為一片不毛之地，盆地中部有火焰山(阿斯騰塔格)褶皺帶，由一系列軸向為北西西一南東東的背斜構(gòu)造組成，出露的地層以侏羅系、白堊系和第三系的砂礫巖層和泥巖為主，背斜構(gòu)造為許多先成河谷所切割，在地形上成為海拔5OO一6OO米，東西長90余公里，南北寬．6—9公里的丘陵地帶?；鹧嫔桨雅璧胤指舫闪四媳眱刹糠?，盆地中心的艾丁湖，地勢反而極為低洼，湖底海拔為一1 54米，是世界上最低的陸地之一。由于盆地周圍山系高度的互不對稱和盆地中心的極其低洼，加，之山前大多堆積著巨厚的第四紀沉積物。因此形成了自北而南的傾斜平原。山麓沖、洪積扇地段多為顆粒較大的砂礫卵石地層，向平原內(nèi)部逐漸轉(zhuǎn)化為顆粒較細的砂土或粘土地層。地面坡度自北向南，逐漸變緩。北部的沖積扇地面坡度一般為1／30一1／50，山前平原地區(qū)的地面坡度一般為1／lOO一1／200之間。
由于盆地的氣候條件極為干旱，地面徑流比較缺乏。盆地北面由冰雪和降雨補給的天山水系以數(shù)十條山谷河流形式流向盆地。其中主要的河流按自東向西排列順序有卡爾齊，柯柯亞、二唐溝、克郎溝、煤窯溝、塔爾浪溝、大河沿、白楊河的阿拉溝等。年總徑流量僅有6．65億立方米，年平均流量為21. 1米3／秒。其中最大的白楊河年平均流量只有7．29米3／秒。這些河流的特點除具有流量不大，洪枯懸殊外，并在出山口后，因河床經(jīng)過戈壁礫石地帶，大多滲入地下，補給了地下水的徑流。但因盆地中部火焰山背斜構(gòu)造多屬泥質(zhì)頁巖、透水性極差，起到了地下壩的作用，阻止了地下水向南流入盆地，從而使火焰山北麓，出現(xiàn)了不少由回歸潛水形成的高水位地帶。并在火焰山所有缺口處形成了一系列的泉水溝。其中主要有：蘇北溝、連木沁溝、木頭溝、葡萄溝、桃爾溝、牙爾奶子溝、大草湖等。泉水流量非常豐富，共計年徑流量為3．54億立方米。這些泉水流出火焰山后，又一次重復滲入地下，補給了火焰山南部盆地的地下徑流。最后排泄于盆地中心的艾丁湖。該湖面積約為1 OO平方公里，如按年蒸發(fā)量為3000毫米計算，一年內(nèi)蒸發(fā)消耗水量即為3．O億立方米。按吐魯番水利局資料，目前吐魯番盆地的有水坎兒井共計有1177條，年開采平均流量為l8．57米3／秒。即年徑流量已達5.85億立方米。
根據(jù)上述數(shù)字來看，已利用的泉水和坎兒井水的水量加上湖面蒸發(fā)的水量遠遠超過了地面徑流量。即使以泉水作為回歸水論，可以不計，而坎兒井開采水量和艾丁湖的蒸發(fā)量之和也是大于天山水系的地面徑流量。由此證明，地下水的補給來源，除了河床滲漏為主以外，尚有天山山區(qū)古生代巖層裂隙水的補給，所以說吐魯番盆地的地下水資源是比較豐富的。加上地面坡度特大等情況，從而構(gòu)成了開挖坎兒井在自然條件上的可能性。
2．生產(chǎn)發(fā)展的需要性
從生產(chǎn)發(fā)展條件來看，吐魯番盆地遠在古代漢唐時期就是歐亞交通的孔道、經(jīng)濟文化交流的要地，雖然該地區(qū)氣候干旱且地面水源非常缺乏，但卻蘊藏著豐富的地下水源和充沛的天然泉水、致使沖積扇緣以下的土地盡是肥美的綠洲。氣候非常炎熱，熱能資源豐富，無霜期長達2 30天以上，實屬農(nóng)業(yè)發(fā)展的理想地區(qū)。所以自古以來人們就利用天然的泉水進行著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，不但種植著一般的糧食、油料作物，而且發(fā)展著棉花、葡萄、瓜果、蔬菜等經(jīng)濟作物。
這里的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅具有著經(jīng)濟上的重要意義，而且具有著政治軍事上的重要意義。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的進一步發(fā)展，必然要求人們開發(fā)出更多的地下水源，也就是說，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展歷史，就是勞動人民開發(fā)利用地下水的歷史，通過千百年生產(chǎn)勞動的實踐和內(nèi)外文化技術(shù)經(jīng)驗的交流，人們終于逐步地找到了一種開發(fā)利用地下水的最好形式——坎兒井。
3．經(jīng)濟技術(shù)的合理性
吐魯番盆地雖然埋藏著豐富的煤炭、石油等礦產(chǎn)能源，但直到今天尚未大力開采利用。因此不僅對在古代開挖坎兒井的經(jīng)濟技術(shù)條件上有著很大的限制，就是在今天，開挖坎兒井中的動力機械設備仍然是十分缺乏。電力供應也很少，鋼材水泥也是遠地運輸而來。這些條件給修建地面水的水利工程帶來了很大困難。但是坎兒井的取水形式，既可節(jié)省土方工程，又可長年供水不斷，且當?shù)厝嗣裨谘谉岬牡貐^(qū)久居生活，素有修窯筑洞的習慣和經(jīng)驗。另外人們在掏挖泉水的生產(chǎn)實踐中，逐步發(fā)現(xiàn)坎兒井形式的地下渠道，不但可以防止風沙侵襲，而且可以減少蒸發(fā)損失，工程材料應用不多，操作技術(shù)亦頗簡易，容易為當?shù)厝罕娝莆?。這對克服當?shù)亟?jīng)濟技術(shù)上各種困難有很大方便，因此，遠在古代經(jīng)濟技術(shù)條件較差的情況下，各族勞動人民群眾采用坎兒井方式開采利用地下水，就更加顯得經(jīng)濟合理了。
綜上所述，坎兒井在吐魯番地區(qū)的形成具備了三個基本條件，即：
① 在當?shù)氐淖匀粭l件上，由于干旱少雨，地面水源缺乏，人們要生產(chǎn)、生活就不得不重視開發(fā)利用地下水。同時，當?shù)氐牡叵滤蛴懈呱窖a給，所以儲量豐富。地面坡度又陡，有利于修建坎兒井工程，開采出豐富的地下水源，自流灌溉農(nóng)田和解決人畜飲用。
② 在當時的生產(chǎn)發(fā)展上，由于在政治、經(jīng)濟和軍事上的要求，以及當時東西方文化的傳播，逼使人們必須進一步設法增大地下水的開采量，擴大灌溉面積來滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因而對引泉結(jié)構(gòu)必須進行改良，采取挖洞延伸以增大其出水量。這樣就逐步形成了雛形的坎兒井取水方式。
③ 在當時的經(jīng)濟技術(shù)上，盡管經(jīng)濟技術(shù)條件水平很低，但坎兒井工程的結(jié)構(gòu)形式可使工程的土方量大為減少，且施工設備極為簡單，操作技術(shù)又易為當?shù)厝罕娝莆?，故坎兒井的取水方式在當時經(jīng)濟技術(shù)條件水平上是比較理想的形式。
【坎兒井】相關(guān)文章：
★ 試論地理教育哲學
★ 中國旅游精粹
★ 綠洲
★ 活化記億法
★ 淺談地理課程改革
★ 海和洋
