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跟着导航“穿越”,看看古代“基建狂魔”的匠心设计有多牛
科技日报2021-11-05 09:11:33

重返考古遗址,打开地图APP进行导航,能暂时“穿越”回上世纪……

10月30日,浙江省文物考古研究所研究员王宁远告诉记者,运用CORONA影像技术,工作人员在勘探良渚水利工程时,能开启特殊导航,调用20世纪不同年代的卫星地图。

卫星影像中发现的良渚水利系统中的鲤鱼山坝体。王宁远团队供图

约5000年前的良渚水利工程系统,考古界将其分为塘山长堤、低坝系统和高坝系统三个部分,总面积达100平方公里。

自塘山长堤、高坝系统先后被洛阳铲这一传统考古工具挖掘后,RS(遥感)、GIS(地理信息系统)等技术手段相继介入,使低坝系统重见天日,并为深度剖析良渚水利工程设计智慧提供方便。

古代“基建狂魔”的匠心设计

综合应用遥感、测绘等技术,考古工作人员测算出良渚水利工程系统总土方量为288万立方米,让1万人加班加点,也需要两年半的建造时间。

良渚古城数字高程模型(DEM)显示的古城外郭结构。王宁远团队供图

“不单是规模大,该系统建成后,形成了上下游两级水库,下游水面抵达上游高坝的坡脚,配合既有水域,形成一条运输通道。”王宁远介绍,该系统具备材料运输、粮食灌溉等功能,规划营建颇具匠心。

良渚水利系统分布图。洪恒飞摄

走进良渚博物院,游客可通过坝体剖面模型,了解其内部层次。考古人员运用洛阳铲,穿过坝体外侧的黄土层后,挖到内部的草裹泥,作为判定人工参与建造的重要依据。

据了解,草裹泥是良渚水利系统建造过程中极具特色的工艺。先民们在沼泽地上取土,用茅荻包裹土块,再用竹篾绑扎固定,以纵横交错的方式进行堆筑,提高泥土的承载强度。

良渚水利系统应用的草裹泥样本。洪恒飞摄

值得注意的是,良渚先民们利用原有山体和谷口残丘建造坝体,既能减少坝体建筑的土方量,又能利用自然隘口作为溢洪道。“这一发现,如果通过传统考古方法,几乎不可能实现,因为没有人工痕迹。”王宁远说。

时至今日,水坝设有的溢洪道普遍由水泥浇筑,并配备闸口,当水位临近坝高,就开闸放水。良渚先民所建为土坝,水位漫过坝高自然会将其冲垮。

“水利专家分析过,以现有的溢洪道设置倒推,先民或许利用比水坝海拔低1米多的山体,作为天然溢洪道。”王宁远说,以东高坝区为例,三条水坝的坝顶海拔30米,团队应用GIS标识周边山体海拔,在水库东侧发现一个海拔28.9米的山谷隘口,是水利系统中的一个重要部件。

坝体剖面模型。洪恒飞摄

经过水力计算,这一山谷隘口水位为30米时,隘口的泄洪能力大于计算出的最大洪峰流量,可以确保水坝安全,体现了古人的智慧。

将旧貌地图改装成导航神器

从1981年至2002年,考古学家先后发现塘山遗址,起初将塘山认为是良渚先民人工修筑的防洪堤。

2011年初,王宁远通过一张良渚地区20世纪60年代的卫星影像,发现低坝系统的蛛丝马迹。经过反复勘察挖掘,确认塘山并非独立的水利设施,最终基本揭示良渚古城外围水利系统。

早在2009年,王宁远利用GIS技术,曾制作良渚古城数字高程模型,首次发现良渚古城的外郭城。他认为,运用数字化技术,持续揭开这一上古遗址的神秘面纱,还大有可为。

良渚遗址考古与保护中心数字考古团队在进行遥感影像分析。王宁远团队供图

他举例道,将那张卫星影像放大,可以轻易找到良渚古城及水利系统的诸多遗迹点。研究人员若能更早一些得到这张卫星影像,相关挖掘工作一定会轻松不少。

20世纪六七十年代,良渚地区尚未开展大规模的基建,原始地貌保存较好。近年来,王宁远携团队从国内外搜集了大量60年代至80年代初的卫星影像,且不局限于良渚,范围扩大至长三角地区。

“我们需要结合当下地貌,先对旧貌卫星影像配准校对,再拼接起来,录入地图导航系统。”王宁远介绍,一周只能配准2幅,每幅约2000平方公里。工作人员去现场勘察、寻找遗迹点,凭着平板电脑上的地图导航,新貌旧貌对比一目了然。

不同时期卫星影像被录入地图导航系统。洪恒飞摄

“哪怕某个点现在造了工厂或者建了民宅,通过这份地图定位,考古工作就能知道它几十年前的样貌。”王宁远说,可将其看作具备实时定位功能的虚拟影像,相比拿地图一张张进行比对,线上导航切换更加精准高效,对考古遗迹的发现,或将事半功倍。

选稿:李婉怡
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