何铚遠(yuǎn)

摘 要：坎兒井的原意為“井穴”，也被人們成為“井渠”，而新疆維吾爾語(yǔ)則稱(chēng)之為“坎兒孜”，它又被當(dāng)?shù)厝嗣癯蔀椤傲止?。坎兒井是新疆地區(qū)人民的儲(chǔ)水工具和灌溉工具，經(jīng)過(guò)勞動(dòng)人民長(zhǎng)期地開(kāi)發(fā)，如今已經(jīng)成為了干旱地區(qū)不可缺少的灌溉系統(tǒng)，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)?？矁壕兄凭玫臍v史，但直到林則徐治理新疆后才被不斷開(kāi)發(fā)，形成了較為完善的灌溉系統(tǒng)，極大促進(jìn)了新疆的農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展。與萬(wàn)里長(zhǎng)城、京杭大運(yùn)河并稱(chēng)為中國(guó)古代三大工程?？矁壕环N神奇的井渠，它造福了無(wú)數(shù)勞動(dòng)人民，是當(dāng)?shù)貏趧?dòng)人民智慧的結(jié)晶，其中蘊(yùn)含的物理原理更是奇妙萬(wàn)分。文章從高中生的角度出發(fā)，結(jié)合自身所學(xué)相關(guān)知識(shí)，對(duì)坎兒井中的物理原理作一個(gè)淺析。

關(guān)鍵詞：坎兒井；物理原理；高中生；應(yīng)用

坎兒井一共由四個(gè)部分組成：豎井，暗渠，明渠，澇壩。表面上看來(lái)，坎兒井并沒(méi)有什么特別，但實(shí)際上，坎兒井蘊(yùn)含的物理知識(shí)是非常奇妙的。首先坎兒井在建造方面分為四個(gè)部分，每一個(gè)部分都有著不一樣的功能；其次坎兒井能夠有效地利用地下水源，將地下水源引入到田地里；最后坎兒井運(yùn)用的水多半為地下水，不容易被水蒸發(fā)蒸干，流量非常穩(wěn)定，給農(nóng)田的灌溉提供了充足的水源。

一、坎兒井的特點(diǎn)介紹

坎兒井是一種神奇的井渠，也是建筑史上的偉大杰作，坎兒井的發(fā)明使得我國(guó)西部干旱地區(qū)的人民能夠儲(chǔ)水和用水，并利用這些水灌溉農(nóng)作物，極大地促進(jìn)了農(nóng)牧業(yè)。要想了解坎兒井中蘊(yùn)含的物理原理，首先要全面深入地了解坎兒井的特點(diǎn)，才能夠體會(huì)坎兒井的神奇之處，對(duì)其中蘊(yùn)含的物理現(xiàn)象和原理有一個(gè)清晰明確的認(rèn)知?？偟膩?lái)說(shuō)，坎兒井有三大特點(diǎn)，分別是不需要?jiǎng)恿?、蒸發(fā)量極小，水資源利用率極高、水體不易被污染，水溫較低，以下對(duì)其進(jìn)行逐一介紹：

（1）不需要?jiǎng)恿?。相?duì)于其他井渠，坎兒井能夠節(jié)省大量的人力和物理，因?yàn)槠渌渌蠖嘈枰鞣N能量，而坎兒井并不需要。這是坎兒井獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定的，坎兒井的走向從高到底，自然界的水會(huì)順著坎兒井往低處流，因此并不需要?jiǎng)恿ψ鳛橹С?。這一特點(diǎn)使得新疆地區(qū)的人民能夠?qū)⒏嗟木Ψ旁诟N和養(yǎng)殖牲畜上，極大促進(jìn)了新疆地區(qū)農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展。盡管坎兒井這種設(shè)計(jì)一開(kāi)始需要花費(fèi)大量的人力與物力，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)說(shuō)，這些花費(fèi)都是值得的，因?yàn)榭矁壕坏┙ǔ?，人們便能夠?chǔ)存和獲得大量的水資源，增加農(nóng)作物的收成。

（2）蒸發(fā)量極小，水資源利用率極高。除了不需要?jiǎng)恿σ酝猓Y源利用率極高也是坎兒井的一大特點(diǎn)。傳統(tǒng)的井或是井渠往往是露天的，在下夏季與秋季的時(shí)候水體會(huì)受到陽(yáng)光直射，蒸發(fā)量極大。坎兒井則位于地下，并不會(huì)遭到陽(yáng)光的直射，地面起到了“隔熱”的效果。即使到了夏季和秋季，地表溫度超過(guò)四十度，地下水體的溫度也能夠保持在二十多度左右，水體的蒸發(fā)量極小，水資源的利用率極高?？矁壕@一設(shè)計(jì)也使得新疆人民能夠有效地將為數(shù)不多的水存儲(chǔ)起來(lái)，在干旱的季節(jié)能夠?qū)⒋鎯?chǔ)的水灌溉農(nóng)田以及供牲口飲用。新疆屬于降水量少，平均溫度極高的干旱地區(qū)，坎兒井巧妙地利用了地下水，將水資源巧妙儲(chǔ)存起來(lái)，減少了水資源的浪費(fèi)，極大促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)的發(fā)展。

（3）水體不易被污染，水溫較低。傳統(tǒng)的井或井渠中的水容易受到污染，因?yàn)樗鼈兊乃w暴露在地面，人們往往會(huì)將生活垃圾或是廢棄物丟進(jìn)水中，造成水體污染。而坎兒井卻不容易受到污染，因?yàn)榭矁壕乃嫖挥诘叵拢罾蚴且恍┪廴疚镫y以滲透到其中。這一特點(diǎn)使得坎兒井的井水能夠供人們與牲口飲用，也能夠在灌溉農(nóng)田方面取得良好的效果，使得新疆人民能夠更加健康的生活與工作。此外，坎兒井的水體溫度降低，水質(zhì)純凈，釀酒也是極佳，新疆人民常常將這些水存儲(chǔ)起來(lái)，在需要的時(shí)候使用，使自己的生活變得更加舒適與便捷。

二、坎兒井蘊(yùn)含的物理原理

總結(jié)以上，坎兒井有三大特點(diǎn)，分別是不需要?jiǎng)恿Α⒄舭l(fā)量極小，水資源利用率極高、水體不易被污染，水溫較低?？矁壕邆溥@些特點(diǎn)，是因?yàn)樾陆畡趧?dòng)人民了解物理現(xiàn)象，在建造坎兒井的時(shí)候巧妙地利用了物理原理，最終使坎兒井能夠極大地造福人民，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)的發(fā)展。坎兒井蘊(yùn)含的物理原理有很多，以下選取主要三點(diǎn)進(jìn)行逐一介紹：

（一）木棍定向法確定水的流向

先來(lái)說(shuō)木棍定向法。我們知道，一根木棍受到水流沖擊后會(huì)變向，而如果我們將木棍的一端削尖，那么尖端必定會(huì)指向水流的放向。木棍定向就用了這個(gè)原理。古人在暗渠上方打一個(gè)井，再用一根繩子垂直懸掛一根木棍在十米以下的水中，這時(shí)，水流會(huì)沖擊木棍促使其變向，然后再在不遠(yuǎn)處垂下一根木棍。這兩根木棍會(huì)偏向不同方向，而兩根木棍的相交點(diǎn)，就是地下暗河的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這樣，也就在陸地上確定了地下暗河的走勢(shì)，為后來(lái)挖掘奠定了基礎(chǔ)。

（二）光延直線傳播

除了木棍定向法以外還有一種定向方法，是為在地下挖通道的工人們準(zhǔn)備的，那就是油燈定向法。這一個(gè)方法解決了地下工人在挖掘時(shí)很難按照直線的問(wèn)題，它運(yùn)用了一個(gè)十分簡(jiǎn)單的物理道理：光延直線傳播。工人在挖掘時(shí)會(huì)在身后掛一盞油燈，這個(gè)時(shí)候，因?yàn)楣庋刂本€傳播，地上會(huì)形成一個(gè)影子。從理論上將，如果一個(gè)人是按照直線前進(jìn)，那么影子也就必定會(huì)指向不變的一個(gè)方向，也就自然而然得解決了挖暗渠時(shí)，容易挖彎曲的問(wèn)題。

（三）連通器原理

整個(gè)坎兒井利用的是連通器原理。因?yàn)橥饨绱髿鈮合嗤偌由习登兴罨鞠嗤?，那么，整個(gè)坎兒井就形成了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)千米的連通器。新疆地區(qū)有較多的高山，高山常年積雪，在氣候變暖時(shí)雪山上的水會(huì)溶化滲透到地下。這是坎兒井的作用就體現(xiàn)出來(lái)了，坎兒井能夠引導(dǎo)地下水的流向，雪山上的水也因此順著坎兒井的方向流向更低的地區(qū)，起到了灌溉的作用。

綜上所述，坎兒井一種神奇的井渠，它造福了無(wú)數(shù)勞動(dòng)人民，是當(dāng)?shù)貏趧?dòng)人民智慧的結(jié)晶，其中蘊(yùn)含的物理原理更是奇妙萬(wàn)分?？矁壕畼O具特色，能夠有效地存儲(chǔ)水資源，引導(dǎo)溶化的水流向低處，防止水體污染，使這些水既能夠灌溉農(nóng)田也能夠供人畜飲用?？矁壕昧斯庋又本€傳播、連通器原理等物理原理，能夠有效地造福當(dāng)?shù)厝嗣瘢龠M(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)的發(fā)展。

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