从太阳得到灵感，女物理学家发明新型火箭，一个月就能到火星
23小时前柚子在野区YaaRXnv
宇宙中有数之不尽的星球，我们人类能去的星球却少得可怜，在这些星球中，火星算得上人类最好的目标了。然而以我们现有的推进技术，火星其实还是很遥远的，在算好了发射窗口的情况下，我们也需要花半年左右的时间才能到火星，这无疑给人类的火星之旅增加了不小的难度，因此科学家们一直在致力于新型火箭的研究工作。
现在我们有了一个好消息，一位来自普林斯顿等离子体物理实验室的名为法蒂玛·埃布拉希米（Fatima Ebrahimi）的女物理学家发明新型火箭，据悉这种新型火箭比现有推进器快十倍，以这种实力，只需要一个月就能到火星，而根据这位女物理学家的介绍，她的这项研究是从太阳得到灵感。具体是怎么回事呢？下面我们就来了解一下。
人类现有的推进器为什么这么慢？
通常情况下，我们可以用“比冲量”来衡量一个推进系统的效率，所谓“比冲量”就是指单位推进剂所产生的冲量，其单位为秒，举个例子，比如说对于一个推进器的“比冲量”为100秒，我们就可以简单地将其理解为，该推进器每1公斤燃料可以持续产生100秒大小为1公斤的推力。
实际上，我们人类在航天领域使用得最多的化学火箭，其“比冲量”其实是很低的，例如著名的土星5号，其1级火箭的“比冲量”为263秒，而它的2、3级火箭也的“比冲量”也只有421秒。
化学火箭如此低的“比冲量”，使得我们要将一个物体发射到外太空，往往需要数十倍该物体质量的燃料，而即使进入了外太空，化学火箭也无法提供持续且强大的推力，当然也就飞不快了。
为了提高推进器的“比冲量”，科学家开发出了离子推进器，其基本原理就是先将工质电离成带电粒子，然后利用强电场产生的洛伦兹力将这些带电粒子高速喷出，从而使航天器获得推力。
由于在这个过程并没有什么能量损失，因此离子推进器的“比冲量”就要比化学火箭高得多，例如NASA的“NEXT”离子推进器，其“比冲量”就高达4300秒，比土星5号高出了十倍有余。
但现有的离子推进器却有一个缺点，那就是推力太小，简单来讲，这是因为现有的离子推进器喷出的带电粒子束质量太小了，对此有人将其推力形容为“只能吹动一张纸”。在这种情况下，现有的离子推进器就需要花很长的时间才能将航天器加速到想要的速度，而在此之前，它其实也飞得很慢。
那么应该如何提高离子推进器的性能呢？其实有办法，根据动量守恒定律，在质量不变的情况下，我们只需要想办法提高带电粒子的喷出速度，就可以获得更大的推力。
从太阳得到灵感
太阳的表面并不是一直都是“风平浪静”的，在有些时候，太阳表面会发生一种剧烈的爆发现象，并在短时间内释放出大量的能量，这种现象被称为“太阳耀斑”，观测数据显示，当“太阳耀斑”产生时，会伴随着强烈的带电粒子辐射，而这些带电粒子的速度往往可以达到每秒钟上千公里。
为什么这些带电粒子的速度会如此之快呢？想象一下，假如我们从绳子的两头向相反的方面一直拧，在这个过程中，只要我们的力量足够，那么绳子的形变就会越来越厉害，当达到极限的时候，绳子就会发生断裂，从而释放出能量。
太阳的磁场的磁力线也会发生类似的纽缠，这被称为“磁纽缠”，同样的，当太阳磁结构的纽缠达到极限时，也会发生断裂并释放出大量的能量，在此之后，磁力线又会重新连接，这被称为“磁重联”。由此我们可以看到，“太阳耀斑”产生的高速带电粒子，其能量是来自于“磁纽缠”能量的集中释放。
法蒂玛从太阳得到灵感，然后开始思考如何模仿这种机制，她通过仔细观察后发现，在“托卡马克”运行时，其中就存在着上述现象（注：“托卡马克”是一种有望利用磁约束来实现可控核聚变的环形装置）。
在接下来的时间里，这位女物理学家对“托卡马克”中相关装置进行了改进，着重优化了静电场和磁场配置，从而提高了“磁纽缠”能量释放的强度，并在此基础上发明了前面所讲的新型火箭。
（图为该火箭的工作原理图）
这种新型火箭有多强？
模拟运行的结果表明，这种新型火箭所喷出的带电粒子束，其速度可以达到每秒钟500公里，相对而言，NASA的“NEXT”离子推进器喷出的粒子速度只有每秒钟40公里，这就意味着，这种新型火箭可以比现有推进器快十倍，甚至更多。
由于以现有的离子推进器的实力，飞到火星大约需要9至12个月的时间，因此可以说，这种新型火箭一个月就能到火星。值得一提的是，这种新型火箭允许推进器内部的带电粒子由重原子或轻原子组成，这使得人们能够更加灵活地调整推力的大小，从而让航天器完成不同的任务。
需要注意的是，这项技术并不是想象中的那么遥不可及，因为它所需要的基础技术都是现成的，理论上来讲，只需要假以时间对相关部件进行完善就可以实现。可以想象的是，如果在不久的将来，这项技术真的投入了实际应用，那么对于人类而言，火星将不再是那么遥远，让我们一起期待吧。
23小时前柚子在野区YaaRXnv
宇宙中有数之不尽的星球，我们人类能去的星球却少得可怜，在这些星球中，火星算得上人类最好的目标了。然而以我们现有的推进技术，火星其实还是很遥远的，在算好了发射窗口的情况下，我们也需要花半年左右的时间才能到火星，这无疑给人类的火星之旅增加了不小的难度，因此科学家们一直在致力于新型火箭的研究工作。
现在我们有了一个好消息，一位来自普林斯顿等离子体物理实验室的名为法蒂玛·埃布拉希米（Fatima Ebrahimi）的女物理学家发明新型火箭，据悉这种新型火箭比现有推进器快十倍，以这种实力，只需要一个月就能到火星，而根据这位女物理学家的介绍，她的这项研究是从太阳得到灵感。具体是怎么回事呢？下面我们就来了解一下。
人类现有的推进器为什么这么慢？
通常情况下，我们可以用“比冲量”来衡量一个推进系统的效率，所谓“比冲量”就是指单位推进剂所产生的冲量，其单位为秒，举个例子，比如说对于一个推进器的“比冲量”为100秒，我们就可以简单地将其理解为，该推进器每1公斤燃料可以持续产生100秒大小为1公斤的推力。
实际上，我们人类在航天领域使用得最多的化学火箭，其“比冲量”其实是很低的，例如著名的土星5号，其1级火箭的“比冲量”为263秒，而它的2、3级火箭也的“比冲量”也只有421秒。
化学火箭如此低的“比冲量”，使得我们要将一个物体发射到外太空，往往需要数十倍该物体质量的燃料，而即使进入了外太空，化学火箭也无法提供持续且强大的推力，当然也就飞不快了。
为了提高推进器的“比冲量”，科学家开发出了离子推进器，其基本原理就是先将工质电离成带电粒子，然后利用强电场产生的洛伦兹力将这些带电粒子高速喷出，从而使航天器获得推力。
由于在这个过程并没有什么能量损失，因此离子推进器的“比冲量”就要比化学火箭高得多，例如NASA的“NEXT”离子推进器，其“比冲量”就高达4300秒，比土星5号高出了十倍有余。
但现有的离子推进器却有一个缺点，那就是推力太小，简单来讲，这是因为现有的离子推进器喷出的带电粒子束质量太小了，对此有人将其推力形容为“只能吹动一张纸”。在这种情况下，现有的离子推进器就需要花很长的时间才能将航天器加速到想要的速度，而在此之前，它其实也飞得很慢。
那么应该如何提高离子推进器的性能呢？其实有办法，根据动量守恒定律，在质量不变的情况下，我们只需要想办法提高带电粒子的喷出速度，就可以获得更大的推力。
从太阳得到灵感
太阳的表面并不是一直都是“风平浪静”的，在有些时候，太阳表面会发生一种剧烈的爆发现象，并在短时间内释放出大量的能量，这种现象被称为“太阳耀斑”，观测数据显示，当“太阳耀斑”产生时，会伴随着强烈的带电粒子辐射，而这些带电粒子的速度往往可以达到每秒钟上千公里。
为什么这些带电粒子的速度会如此之快呢？想象一下，假如我们从绳子的两头向相反的方面一直拧，在这个过程中，只要我们的力量足够，那么绳子的形变就会越来越厉害，当达到极限的时候，绳子就会发生断裂，从而释放出能量。
太阳的磁场的磁力线也会发生类似的纽缠，这被称为“磁纽缠”，同样的，当太阳磁结构的纽缠达到极限时，也会发生断裂并释放出大量的能量，在此之后，磁力线又会重新连接，这被称为“磁重联”。由此我们可以看到，“太阳耀斑”产生的高速带电粒子，其能量是来自于“磁纽缠”能量的集中释放。
法蒂玛从太阳得到灵感，然后开始思考如何模仿这种机制，她通过仔细观察后发现，在“托卡马克”运行时，其中就存在着上述现象（注：“托卡马克”是一种有望利用磁约束来实现可控核聚变的环形装置）。
在接下来的时间里，这位女物理学家对“托卡马克”中相关装置进行了改进，着重优化了静电场和磁场配置，从而提高了“磁纽缠”能量释放的强度，并在此基础上发明了前面所讲的新型火箭。
（图为该火箭的工作原理图）
这种新型火箭有多强？
模拟运行的结果表明，这种新型火箭所喷出的带电粒子束，其速度可以达到每秒钟500公里，相对而言，NASA的“NEXT”离子推进器喷出的粒子速度只有每秒钟40公里，这就意味着，这种新型火箭可以比现有推进器快十倍，甚至更多。
由于以现有的离子推进器的实力，飞到火星大约需要9至12个月的时间，因此可以说，这种新型火箭一个月就能到火星。值得一提的是，这种新型火箭允许推进器内部的带电粒子由重原子或轻原子组成，这使得人们能够更加灵活地调整推力的大小，从而让航天器完成不同的任务。
需要注意的是，这项技术并不是想象中的那么遥不可及，因为它所需要的基础技术都是现成的，理论上来讲，只需要假以时间对相关部件进行完善就可以实现。可以想象的是，如果在不久的将来，这项技术真的投入了实际应用，那么对于人类而言，火星将不再是那么遥远，让我们一起期待吧。
【开凿大运河：政治走向的晴雨表】
大运河是中国东部平原上的水利建筑，始建于公元前486年，全长近3000公里，是世界上开凿最早、规模最大的运河。它沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，是中国古代南北交通的大动脉，对地区间经济、文化的交流，沿线经济的发展、以及城镇的兴起都起到了推动作用。
中国东部平原河流水系大部分向东流，五大水系的干流和支流自古就是东西水运交通的重要航道。但要发展南北方向的水运交通，就要在这些水系之间开凿运河。
早在春秋时期，各大水系之间的开凿工作就已经开始，三国以前，五大水系就已经通过运河大致连接起来。但只有在统一王朝，各段运河才会连成完整统一的运转体系，比如秦汉运河，隋唐运河，以及元代的京杭大运河。而在分裂时代，他们只能各自为“战”，在其所在的政权势力范围内发挥作用。
运河的修建不是一蹴而就的，需要不停地被改造和修缮。
中国历史上，运河需要不停整修有如下三个原因：
第一，航线需要不断优化，问题段落需要逐渐修复。
春秋时期，因为技术水平和人力有限，会挑选两个水系间距离最近的支流开通运河，以便用最短的时间和最小的力气完成连通工作，所以两条主干道相连，就要先绕行到支流，自然会绕路。所以历朝历代，在技术水平和国力允许的前提下，会不断缩短这类航线。
有些航线上会有险滩、急流等问题，历代也会不断寻找突破的方法和技术，慢慢加以解决。
第二，因失修淤塞的运河，后世需要重新疏浚。
水流会带有泥沙，泥沙会使河道淤塞，要保证船只往来通畅，必须不停清理和维护。如果王朝式微无力维护河道，或者遇到战乱，都会导致运河淤塞甚至被废弃，那么日后再次启用就要重新疏浚。
第三，政权更迭，运河随之改变走向。
运河最主要的作用，一是连通政治中心和富庶地区的物资运输，二是运兵。所以一旦政权更迭，政治中心改变，战略重点调整，运河的走向也会随之变更。
接下来详细了解一下中国历代运河的变化。
一、三国以前：五大水系相互连通。
秦汉时期，以及三国、南北朝时期。秦汉是统一运河，其他时代运河“各自为战”。
（1）战国以前，钱塘江、长江、淮河和黄河相互连通。
这四大水系是通过如下运河连接起来的。
长江、淮河间的邗沟
公元前486年，吴王夫差为了北上争霸，修建沟通长江和淮河之间的邗沟，这是世界上有确切纪年的第一条大型运河，是后续2500多年江淮连通的最主要通道。
但这条运河有很多不足，比如，因为借用了江淮之间的湖泊，导致线路曲折；风浪大，行船困难等等。所以，各个时代在有条件的情况下，都会对其进行不同程度的整修。
先看黄河、淮河间的鸿沟。
战国时，魏惠王在开封西侧的荥阳引黄河水，开通荥阳到开封之间的水运，黄河水在开封折向南，通过淮河支流颖水连通了淮河。这条黄河-颖水-淮河的路线，一直使用至南北朝。因为这段运河，荥阳一下子重要起来，一直到宋朝，都是黄河南下沟通淮河，北上沟通海河的枢纽。
再看长江、钱塘江间的江南运河。
这段大致也修建于春秋后期吴越崛起时，从钱塘江口的杭州北上，经过太湖水系，通至长江。这段运河水源充沛，地势平坦，问题较少。
（2）秦汉时，西起关中的东西大运河建成。
秦始皇统一六国时，荥阳以东的黄河水系跟东南部的沟通已经比较顺畅，秦都咸阳也可以通过渭水与黄河相连。但渭水到黄河是天然河道，曲折900里，险滩很多，从关东运粮到咸阳一次需要6个月。
西汉定都长安，为解决粮食问题，放弃渭河水道。但引用渭河水，开通长安向东至潼关的漕渠，然后连通黄河。这条漕渠只有300多里，远远优于秦朝的渭水通道。
至此，西起关中，东南到杭州的东西大运河算是比较通畅了。但东汉定都洛阳，长安-潼关漕渠就被废弃了。
（3）三国时曹操开通白沟，运河首次到达北京周边。
曹操为了北征袁尚和乌桓，需要往北方运兵。他在黄河北侧的清水和海河支流淇水之间挖掘白沟，然后通过黄河支流漳水连通黄河。这样，海河和黄河第一次连通起来。而海河支流子牙河水系可以到达北京周边。
曹操还修通了开封往东到商丘之间的黄河水道，即汴渠，这是后来隋炀帝通济渠的重要一段。
需要补充的是，南北朝时，从杭州到浙江宁绍平原的浙东运河也修好了，这是东达海上丝绸之路的重要一环，一直到清朝都在发挥作用。
到南北朝为止，淮河以南的运河水系大体定型，一直被后世沿用，只需修修补补。但淮河以北的运河因为战争和政权更迭等关系，变化很大。
二、隋朝：在东西运河基础上开通南北大运河。
经过魏晋南北朝的动乱，北方很多水利设施已经荒废，隋朝统一后，开始逐段维修。
首先是广通渠。隋定都长安，仿照西汉修建了长安到潼关间的漕渠（取名广通渠），后来隋炀帝迁都洛阳，广通渠荒废，但被后来的唐朝启用。
其次是永济渠。隋炀帝为了用兵辽东，选择涿郡（今北京市）作为基地，需要开通都城洛阳到北京周边的运河。三国时曹操虽然已经连通黄河和海河之间的水道，但多为自然河道，航路不畅，无法满足隋炀帝的需要。
隋炀帝就在原来曹操运河（清水+白沟+淇水≈海河支流卫河）的基础上，引泌水与黄河连通（泌水与黄河交汇处在荥阳附近），泌水又与卫水上游相连，通过卫水下游到达海河，再通过海河支流永定河到达涿郡，隋炀帝又扩充河道，使运输更加通畅，这段就是永济渠。
再看通济渠。隋朝之前，淮河和黄河之间靠魏惠王鸿沟水系相连，即黄河-颖水-淮河。隋炀帝放弃这条通道，而是利用曹操开通的汴渠，在荥阳以西用黄河水连通洛阳，往东过开封、商丘后继续往东南开通，一直到江苏睢眙，直接进入淮河，相比鸿沟绕到颖水，隋炀帝让黄河和淮河直接相连，航道缩短很多，这就是著名的通济渠（后世又称为汴河）。
这样，北方连通海河达到涿郡，向西到达黄河边上的洛阳，东南通过江南河到达杭州，一个东西南北皆通的大运河建成了。而且为了方便乘龙舟南巡，隋炀帝把通济渠、邗沟、江南运河都加宽加深，所以工程量非常大。
唐朝定都长安，将隋初修建的广通渠重又利用起来，所以大运河西侧又抵达长安。唐朝对大运河非常依赖，为有效利用，还改革了漕运制度。
宋代定都开封，汴河交通是繁华汴京不可或缺的组成部分。北宋在运河上建船闸等，以保持航道水位，调节航行深度，非常先进。
三、元朝建成贯通南北的大运河。
南宋时，黄河决堤，隋朝修建的通济渠基本被毁。北方金朝迁都燕京（今北京），当时海河水系通过白河（海河支流）到达通州，距离燕京城50里，金想连接通州至燕京水运，但比较失败。
元朝定都北京，第一要解决水运直达北京城的问题，第二要重新连通黄河和淮河。水利专家郭守敬居功至伟。
首先是通过通惠河、坝河和积水潭解决北京城水运问题。
金朝之所以无法成功修建通州和北京城之间的运河，主要因为北京地势较高，周围水系难以向上供水，北京城内又缺少大型水源。金朝曾把积水潭和坝河（到达通州城北）相连，也曾开通连接北京城到通州的金口河，但都因水源不足，作用有限。而郭守敬找到了合适的水源，并对其很好地加以利用。
他为积水潭+坝河这段漕运找到玉泉山的水源，又在城北山上找到白浮泉，沿途吸收溪水和泉水，接通金朝开通的金口河，建成通惠河。找到水源其实只完成第一步，还需要蓄水、控制水流，选择流经路线等等。郭守敬通过精确的考察和测算，解决了坝河和通惠河水源，建闸门解决了蓄水和水流问题，让北京城和通州之间拥有至少两条水运线路。
然后修建山东运河，使黄淮海三大水系沟通线路大大缩短。
通济渠被黄河冲垮后，郭守敬通过南北走向的泗水直接北上山东（泗水是淮河支流，但黄河改道后进入泗水，所以泗水也算黄河），然后在山东修建直达海河的山东运河。隋唐时，淮河是先到西边荥阳拐个弯后再折向海河的，但山东运河却直接北上，大大缩短了航线。
然而，因为地势偏高，山东运河水流不稳定，元朝通常需要走海路完成南方至海河的运输。这个问题被明朝解决，以致京杭大运河为明清经济发展做出了巨大的贡献。
清朝时黄河倒灌，运河泥沙淤积严重，越来越难以治理。清朝中后期海运发达，运河最终弃置不用。为明清经济乃至中国历史上做出过重大贡献的大运河，正式终结了使命。尽管如此，运河不会被遗忘，它作为一种文明将被永远载入史册。
#能源经济##中国经济##水利#
大运河是中国东部平原上的水利建筑，始建于公元前486年，全长近3000公里，是世界上开凿最早、规模最大的运河。它沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，是中国古代南北交通的大动脉，对地区间经济、文化的交流，沿线经济的发展、以及城镇的兴起都起到了推动作用。
中国东部平原河流水系大部分向东流，五大水系的干流和支流自古就是东西水运交通的重要航道。但要发展南北方向的水运交通，就要在这些水系之间开凿运河。
早在春秋时期，各大水系之间的开凿工作就已经开始，三国以前，五大水系就已经通过运河大致连接起来。但只有在统一王朝，各段运河才会连成完整统一的运转体系，比如秦汉运河，隋唐运河，以及元代的京杭大运河。而在分裂时代，他们只能各自为“战”，在其所在的政权势力范围内发挥作用。
运河的修建不是一蹴而就的，需要不停地被改造和修缮。
中国历史上，运河需要不停整修有如下三个原因：
第一，航线需要不断优化，问题段落需要逐渐修复。
春秋时期，因为技术水平和人力有限，会挑选两个水系间距离最近的支流开通运河，以便用最短的时间和最小的力气完成连通工作，所以两条主干道相连，就要先绕行到支流，自然会绕路。所以历朝历代，在技术水平和国力允许的前提下，会不断缩短这类航线。
有些航线上会有险滩、急流等问题，历代也会不断寻找突破的方法和技术，慢慢加以解决。
第二，因失修淤塞的运河，后世需要重新疏浚。
水流会带有泥沙，泥沙会使河道淤塞，要保证船只往来通畅，必须不停清理和维护。如果王朝式微无力维护河道，或者遇到战乱，都会导致运河淤塞甚至被废弃，那么日后再次启用就要重新疏浚。
第三，政权更迭，运河随之改变走向。
运河最主要的作用，一是连通政治中心和富庶地区的物资运输，二是运兵。所以一旦政权更迭，政治中心改变，战略重点调整，运河的走向也会随之变更。
接下来详细了解一下中国历代运河的变化。
一、三国以前：五大水系相互连通。
秦汉时期，以及三国、南北朝时期。秦汉是统一运河，其他时代运河“各自为战”。
（1）战国以前，钱塘江、长江、淮河和黄河相互连通。
这四大水系是通过如下运河连接起来的。
长江、淮河间的邗沟
公元前486年，吴王夫差为了北上争霸，修建沟通长江和淮河之间的邗沟，这是世界上有确切纪年的第一条大型运河，是后续2500多年江淮连通的最主要通道。
但这条运河有很多不足，比如，因为借用了江淮之间的湖泊，导致线路曲折；风浪大，行船困难等等。所以，各个时代在有条件的情况下，都会对其进行不同程度的整修。
先看黄河、淮河间的鸿沟。
战国时，魏惠王在开封西侧的荥阳引黄河水，开通荥阳到开封之间的水运，黄河水在开封折向南，通过淮河支流颖水连通了淮河。这条黄河-颖水-淮河的路线，一直使用至南北朝。因为这段运河，荥阳一下子重要起来，一直到宋朝，都是黄河南下沟通淮河，北上沟通海河的枢纽。
再看长江、钱塘江间的江南运河。
这段大致也修建于春秋后期吴越崛起时，从钱塘江口的杭州北上，经过太湖水系，通至长江。这段运河水源充沛，地势平坦，问题较少。
（2）秦汉时，西起关中的东西大运河建成。
秦始皇统一六国时，荥阳以东的黄河水系跟东南部的沟通已经比较顺畅，秦都咸阳也可以通过渭水与黄河相连。但渭水到黄河是天然河道，曲折900里，险滩很多，从关东运粮到咸阳一次需要6个月。
西汉定都长安，为解决粮食问题，放弃渭河水道。但引用渭河水，开通长安向东至潼关的漕渠，然后连通黄河。这条漕渠只有300多里，远远优于秦朝的渭水通道。
至此，西起关中，东南到杭州的东西大运河算是比较通畅了。但东汉定都洛阳，长安-潼关漕渠就被废弃了。
（3）三国时曹操开通白沟，运河首次到达北京周边。
曹操为了北征袁尚和乌桓，需要往北方运兵。他在黄河北侧的清水和海河支流淇水之间挖掘白沟，然后通过黄河支流漳水连通黄河。这样，海河和黄河第一次连通起来。而海河支流子牙河水系可以到达北京周边。
曹操还修通了开封往东到商丘之间的黄河水道，即汴渠，这是后来隋炀帝通济渠的重要一段。
需要补充的是，南北朝时，从杭州到浙江宁绍平原的浙东运河也修好了，这是东达海上丝绸之路的重要一环，一直到清朝都在发挥作用。
到南北朝为止，淮河以南的运河水系大体定型，一直被后世沿用，只需修修补补。但淮河以北的运河因为战争和政权更迭等关系，变化很大。
二、隋朝：在东西运河基础上开通南北大运河。
经过魏晋南北朝的动乱，北方很多水利设施已经荒废，隋朝统一后，开始逐段维修。
首先是广通渠。隋定都长安，仿照西汉修建了长安到潼关间的漕渠（取名广通渠），后来隋炀帝迁都洛阳，广通渠荒废，但被后来的唐朝启用。
其次是永济渠。隋炀帝为了用兵辽东，选择涿郡（今北京市）作为基地，需要开通都城洛阳到北京周边的运河。三国时曹操虽然已经连通黄河和海河之间的水道，但多为自然河道，航路不畅，无法满足隋炀帝的需要。
隋炀帝就在原来曹操运河（清水+白沟+淇水≈海河支流卫河）的基础上，引泌水与黄河连通（泌水与黄河交汇处在荥阳附近），泌水又与卫水上游相连，通过卫水下游到达海河，再通过海河支流永定河到达涿郡，隋炀帝又扩充河道，使运输更加通畅，这段就是永济渠。
再看通济渠。隋朝之前，淮河和黄河之间靠魏惠王鸿沟水系相连，即黄河-颖水-淮河。隋炀帝放弃这条通道，而是利用曹操开通的汴渠，在荥阳以西用黄河水连通洛阳，往东过开封、商丘后继续往东南开通，一直到江苏睢眙，直接进入淮河，相比鸿沟绕到颖水，隋炀帝让黄河和淮河直接相连，航道缩短很多，这就是著名的通济渠（后世又称为汴河）。
这样，北方连通海河达到涿郡，向西到达黄河边上的洛阳，东南通过江南河到达杭州，一个东西南北皆通的大运河建成了。而且为了方便乘龙舟南巡，隋炀帝把通济渠、邗沟、江南运河都加宽加深，所以工程量非常大。
唐朝定都长安，将隋初修建的广通渠重又利用起来，所以大运河西侧又抵达长安。唐朝对大运河非常依赖，为有效利用，还改革了漕运制度。
宋代定都开封，汴河交通是繁华汴京不可或缺的组成部分。北宋在运河上建船闸等，以保持航道水位，调节航行深度，非常先进。
三、元朝建成贯通南北的大运河。
南宋时，黄河决堤，隋朝修建的通济渠基本被毁。北方金朝迁都燕京（今北京），当时海河水系通过白河（海河支流）到达通州，距离燕京城50里，金想连接通州至燕京水运，但比较失败。
元朝定都北京，第一要解决水运直达北京城的问题，第二要重新连通黄河和淮河。水利专家郭守敬居功至伟。
首先是通过通惠河、坝河和积水潭解决北京城水运问题。
金朝之所以无法成功修建通州和北京城之间的运河，主要因为北京地势较高，周围水系难以向上供水，北京城内又缺少大型水源。金朝曾把积水潭和坝河（到达通州城北）相连，也曾开通连接北京城到通州的金口河，但都因水源不足，作用有限。而郭守敬找到了合适的水源，并对其很好地加以利用。
他为积水潭+坝河这段漕运找到玉泉山的水源，又在城北山上找到白浮泉，沿途吸收溪水和泉水，接通金朝开通的金口河，建成通惠河。找到水源其实只完成第一步，还需要蓄水、控制水流，选择流经路线等等。郭守敬通过精确的考察和测算，解决了坝河和通惠河水源，建闸门解决了蓄水和水流问题，让北京城和通州之间拥有至少两条水运线路。
然后修建山东运河，使黄淮海三大水系沟通线路大大缩短。
通济渠被黄河冲垮后，郭守敬通过南北走向的泗水直接北上山东（泗水是淮河支流，但黄河改道后进入泗水，所以泗水也算黄河），然后在山东修建直达海河的山东运河。隋唐时，淮河是先到西边荥阳拐个弯后再折向海河的，但山东运河却直接北上，大大缩短了航线。
然而，因为地势偏高，山东运河水流不稳定，元朝通常需要走海路完成南方至海河的运输。这个问题被明朝解决，以致京杭大运河为明清经济发展做出了巨大的贡献。
清朝时黄河倒灌，运河泥沙淤积严重，越来越难以治理。清朝中后期海运发达，运河最终弃置不用。为明清经济乃至中国历史上做出过重大贡献的大运河，正式终结了使命。尽管如此，运河不会被遗忘，它作为一种文明将被永远载入史册。
#能源经济##中国经济##水利#
开凿大运河：政治走向的晴雨表
大运河是中国东部平原上的水利建筑，始建于公元前486年，全长近3000公里，是世界上开凿最早、规模最大的运河。它沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，是中国古代南北交通的大动脉，对地区间经济、文化的交流，沿线经济的发展、以及城镇的兴起都起到了推动作用。
中国东部平原河流水系大部分向东流，五大水系的干流和支流自古就是东西水运交通的重要航道。但要发展南北方向的水运交通，就要在这些水系之间开凿运河。
早在春秋时期，各大水系之间的开凿工作就已经开始，三国以前，五大水系就已经通过运河大致连接起来。但只有在统一王朝，各段运河才会连成完整统一的运转体系，比如秦汉运河，隋唐运河，以及元代的京杭大运河。而在分裂时代，他们只能各自为“战”，在其所在的政权势力范围内发挥作用。
运河的修建不是一蹴而就的，需要不停地被改造和修缮。
中国历史上，运河需要不停整修有如下三个原因：
第一，航线需要不断优化，问题段落需要逐渐修复。
春秋时期，因为技术水平和人力有限，会挑选两个水系间距离最近的支流开通运河，以便用最短的时间和最小的力气完成连通工作，所以两条主干道相连，就要先绕行到支流，自然会绕路。所以历朝历代，在技术水平和国力允许的前提下，会不断缩短这类航线。
有些航线上会有险滩、急流等问题，历代也会不断寻找突破的方法和技术，慢慢加以解决。
第二，因失修淤塞的运河，后世需要重新疏浚。
水流会带有泥沙，泥沙会使河道淤塞，要保证船只往来通畅，必须不停清理和维护。如果王朝式微无力维护河道，或者遇到战乱，都会导致运河淤塞甚至被废弃，那么日后再次启用就要重新疏浚。
第三，政权更迭，运河随之改变走向。
运河最主要的作用，一是连通政治中心和富庶地区的物资运输，二是运兵。所以一旦政权更迭，政治中心改变，战略重点调整，运河的走向也会随之变更。
接下来详细了解一下中国历代运河的变化。
一、三国以前：五大水系相互连通。
秦汉时期，以及三国、南北朝时期。秦汉是统一运河，其他时代运河“各自为战”。
（1）战国以前，钱塘江、长江、淮河和黄河相互连通。
这四大水系是通过如下运河连接起来的。
长江、淮河间的邗沟
公元前486年，吴王夫差为了北上争霸，修建沟通长江和淮河之间的邗沟，这是世界上有确切纪年的第一条大型运河，是后续2500多年江淮连通的最主要通道。
但这条运河有很多不足，比如，因为借用了江淮之间的湖泊，导致线路曲折；风浪大，行船困难等等。所以，各个时代在有条件的情况下，都会对其进行不同程度的整修。
先看黄河、淮河间的鸿沟。
战国时，魏惠王在开封西侧的荥阳引黄河水，开通荥阳到开封之间的水运，黄河水在开封折向南，通过淮河支流颖水连通了淮河。这条黄河-颖水-淮河的路线，一直使用至南北朝。因为这段运河，荥阳一下子重要起来，一直到宋朝，都是黄河南下沟通淮河，北上沟通海河的枢纽。
再看长江、钱塘江间的江南运河。
这段大致也修建于春秋后期吴越崛起时，从钱塘江口的杭州北上，经过太湖水系，通至长江。这段运河水源充沛，地势平坦，问题较少。
（2）秦汉时，西起关中的东西大运河建成。
秦始皇统一六国时，荥阳以东的黄河水系跟东南部的沟通已经比较顺畅，秦都咸阳也可以通过渭水与黄河相连。但渭水到黄河是天然河道，曲折900里，险滩很多，从关东运粮到咸阳一次需要6个月。
西汉定都长安，为解决粮食问题，放弃渭河水道。但引用渭河水，开通长安向东至潼关的漕渠，然后连通黄河。这条漕渠只有300多里，远远优于秦朝的渭水通道。
至此，西起关中，东南到杭州的东西大运河算是比较通畅了。但东汉定都洛阳，长安-潼关漕渠就被废弃了。
（3）三国时曹操开通白沟，运河首次到达北京周边。
曹操为了北征袁尚和乌桓，需要往北方运兵。他在黄河北侧的清水和海河支流淇水之间挖掘白沟，然后通过黄河支流漳水连通黄河。这样，海河和黄河第一次连通起来。而海河支流子牙河水系可以到达北京周边。
曹操还修通了开封往东到商丘之间的黄河水道，即汴渠，这是后来隋炀帝通济渠的重要一段。
需要补充的是，南北朝时，从杭州到浙江宁绍平原的浙东运河也修好了，这是东达海上丝绸之路的重要一环，一直到清朝都在发挥作用。
到南北朝为止，淮河以南的运河水系大体定型，一直被后世沿用，只需修修补补。但淮河以北的运河因为战争和政权更迭等关系，变化很大。
二、隋朝：在东西运河基础上开通南北大运河。
经过魏晋南北朝的动乱，北方很多水利设施已经荒废，隋朝统一后，开始逐段维修。
首先是广通渠。隋定都长安，仿照西汉修建了长安到潼关间的漕渠（取名广通渠），后来隋炀帝迁都洛阳，广通渠荒废，但被后来的唐朝启用。
其次是永济渠。隋炀帝为了用兵辽东，选择涿郡（今北京市）作为基地，需要开通都城洛阳到北京周边的运河。三国时曹操虽然已经连通黄河和海河之间的水道，但多为自然河道，航路不畅，无法满足隋炀帝的需要。
隋炀帝就在原来曹操运河（清水+白沟+淇水≈海河支流卫河）的基础上，引泌水与黄河连通（泌水与黄河交汇处在荥阳附近），泌水又与卫水上游相连，通过卫水下游到达海河，再通过海河支流永定河到达涿郡，隋炀帝又扩充河道，使运输更加通畅，这段就是永济渠。
再看通济渠。隋朝之前，淮河和黄河之间靠魏惠王鸿沟水系相连，即黄河-颖水-淮河。隋炀帝放弃这条通道，而是利用曹操开通的汴渠，在荥阳以西用黄河水连通洛阳，往东过开封、商丘后继续往东南开通，一直到江苏睢眙，直接进入淮河，相比鸿沟绕到颖水，隋炀帝让黄河和淮河直接相连，航道缩短很多，这就是著名的通济渠（后世又称为汴河）。
这样，北方连通海河达到涿郡，向西到达黄河边上的洛阳，东南通过江南河到达杭州，一个东西南北皆通的大运河建成了。而且为了方便乘龙舟南巡，隋炀帝把通济渠、邗沟、江南运河都加宽加深，所以工程量非常大。
唐朝定都长安，将隋初修建的广通渠重又利用起来，所以大运河西侧又抵达长安。唐朝对大运河非常依赖，为有效利用，还改革了漕运制度。
宋代定都开封，汴河交通是繁华汴京不可或缺的组成部分。北宋在运河上建船闸等，以保持航道水位，调节航行深度，非常先进。
三、元朝建成贯通南北的大运河。
南宋时，黄河决堤，隋朝修建的通济渠基本被毁。北方金朝迁都燕京（今北京），当时海河水系通过白河（海河支流）到达通州，距离燕京城50里，金想连接通州至燕京水运，但比较失败。
元朝定都北京，第一要解决水运直达北京城的问题，第二要重新连通黄河和淮河。水利专家郭守敬居功至伟。
首先是通过通惠河、坝河和积水潭解决北京城水运问题。
金朝之所以无法成功修建通州和北京城之间的运河，主要因为北京地势较高，周围水系难以向上供水，北京城内又缺少大型水源。金朝曾把积水潭和坝河（到达通州城北）相连，也曾开通连接北京城到通州的金口河，但都因水源不足，作用有限。而郭守敬找到了合适的水源，并对其很好地加以利用。
他为积水潭+坝河这段漕运找到玉泉山的水源，又在城北山上找到白浮泉，沿途吸收溪水和泉水，接通金朝开通的金口河，建成通惠河。找到水源其实只完成第一步，还需要蓄水、控制水流，选择流经路线等等。郭守敬通过精确的考察和测算，解决了坝河和通惠河水源，建闸门解决了蓄水和水流问题，让北京城和通州之间拥有至少两条水运线路。
然后修建山东运河，使黄淮海三大水系沟通线路大大缩短。
通济渠被黄河冲垮后，郭守敬通过南北走向的泗水直接北上山东（泗水是淮河支流，但黄河改道后进入泗水，所以泗水也算黄河），然后在山东修建直达海河的山东运河。隋唐时，淮河是先到西边荥阳拐个弯后再折向海河的，但山东运河却直接北上，大大缩短了航线。
然而，因为地势偏高，山东运河水流不稳定，元朝通常需要走海路完成南方至海河的运输。这个问题被明朝解决，以致京杭大运河为明清经济发展做出了巨大的贡献。
清朝时黄河倒灌，运河泥沙淤积严重，越来越难以治理。清朝中后期海运发达，运河最终弃置不用。为明清经济乃至中国历史上做出过重大贡献的大运河，正式终结了使命。尽管如此，运河不会被遗忘，它作为一种文明将被永远载入史册。
大运河是中国东部平原上的水利建筑，始建于公元前486年，全长近3000公里，是世界上开凿最早、规模最大的运河。它沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，是中国古代南北交通的大动脉，对地区间经济、文化的交流，沿线经济的发展、以及城镇的兴起都起到了推动作用。
中国东部平原河流水系大部分向东流，五大水系的干流和支流自古就是东西水运交通的重要航道。但要发展南北方向的水运交通，就要在这些水系之间开凿运河。
早在春秋时期，各大水系之间的开凿工作就已经开始，三国以前，五大水系就已经通过运河大致连接起来。但只有在统一王朝，各段运河才会连成完整统一的运转体系，比如秦汉运河，隋唐运河，以及元代的京杭大运河。而在分裂时代，他们只能各自为“战”，在其所在的政权势力范围内发挥作用。
运河的修建不是一蹴而就的，需要不停地被改造和修缮。
中国历史上，运河需要不停整修有如下三个原因：
第一，航线需要不断优化，问题段落需要逐渐修复。
春秋时期，因为技术水平和人力有限，会挑选两个水系间距离最近的支流开通运河，以便用最短的时间和最小的力气完成连通工作，所以两条主干道相连，就要先绕行到支流，自然会绕路。所以历朝历代，在技术水平和国力允许的前提下，会不断缩短这类航线。
有些航线上会有险滩、急流等问题，历代也会不断寻找突破的方法和技术，慢慢加以解决。
第二，因失修淤塞的运河，后世需要重新疏浚。
水流会带有泥沙，泥沙会使河道淤塞，要保证船只往来通畅，必须不停清理和维护。如果王朝式微无力维护河道，或者遇到战乱，都会导致运河淤塞甚至被废弃，那么日后再次启用就要重新疏浚。
第三，政权更迭，运河随之改变走向。
运河最主要的作用，一是连通政治中心和富庶地区的物资运输，二是运兵。所以一旦政权更迭，政治中心改变，战略重点调整，运河的走向也会随之变更。
接下来详细了解一下中国历代运河的变化。
一、三国以前：五大水系相互连通。
秦汉时期，以及三国、南北朝时期。秦汉是统一运河，其他时代运河“各自为战”。
（1）战国以前，钱塘江、长江、淮河和黄河相互连通。
这四大水系是通过如下运河连接起来的。
长江、淮河间的邗沟
公元前486年，吴王夫差为了北上争霸，修建沟通长江和淮河之间的邗沟，这是世界上有确切纪年的第一条大型运河，是后续2500多年江淮连通的最主要通道。
但这条运河有很多不足，比如，因为借用了江淮之间的湖泊，导致线路曲折；风浪大，行船困难等等。所以，各个时代在有条件的情况下，都会对其进行不同程度的整修。
先看黄河、淮河间的鸿沟。
战国时，魏惠王在开封西侧的荥阳引黄河水，开通荥阳到开封之间的水运，黄河水在开封折向南，通过淮河支流颖水连通了淮河。这条黄河-颖水-淮河的路线，一直使用至南北朝。因为这段运河，荥阳一下子重要起来，一直到宋朝，都是黄河南下沟通淮河，北上沟通海河的枢纽。
再看长江、钱塘江间的江南运河。
这段大致也修建于春秋后期吴越崛起时，从钱塘江口的杭州北上，经过太湖水系，通至长江。这段运河水源充沛，地势平坦，问题较少。
（2）秦汉时，西起关中的东西大运河建成。
秦始皇统一六国时，荥阳以东的黄河水系跟东南部的沟通已经比较顺畅，秦都咸阳也可以通过渭水与黄河相连。但渭水到黄河是天然河道，曲折900里，险滩很多，从关东运粮到咸阳一次需要6个月。
西汉定都长安，为解决粮食问题，放弃渭河水道。但引用渭河水，开通长安向东至潼关的漕渠，然后连通黄河。这条漕渠只有300多里，远远优于秦朝的渭水通道。
至此，西起关中，东南到杭州的东西大运河算是比较通畅了。但东汉定都洛阳，长安-潼关漕渠就被废弃了。
（3）三国时曹操开通白沟，运河首次到达北京周边。
曹操为了北征袁尚和乌桓，需要往北方运兵。他在黄河北侧的清水和海河支流淇水之间挖掘白沟，然后通过黄河支流漳水连通黄河。这样，海河和黄河第一次连通起来。而海河支流子牙河水系可以到达北京周边。
曹操还修通了开封往东到商丘之间的黄河水道，即汴渠，这是后来隋炀帝通济渠的重要一段。
需要补充的是，南北朝时，从杭州到浙江宁绍平原的浙东运河也修好了，这是东达海上丝绸之路的重要一环，一直到清朝都在发挥作用。
到南北朝为止，淮河以南的运河水系大体定型，一直被后世沿用，只需修修补补。但淮河以北的运河因为战争和政权更迭等关系，变化很大。
二、隋朝：在东西运河基础上开通南北大运河。
经过魏晋南北朝的动乱，北方很多水利设施已经荒废，隋朝统一后，开始逐段维修。
首先是广通渠。隋定都长安，仿照西汉修建了长安到潼关间的漕渠（取名广通渠），后来隋炀帝迁都洛阳，广通渠荒废，但被后来的唐朝启用。
其次是永济渠。隋炀帝为了用兵辽东，选择涿郡（今北京市）作为基地，需要开通都城洛阳到北京周边的运河。三国时曹操虽然已经连通黄河和海河之间的水道，但多为自然河道，航路不畅，无法满足隋炀帝的需要。
隋炀帝就在原来曹操运河（清水+白沟+淇水≈海河支流卫河）的基础上，引泌水与黄河连通（泌水与黄河交汇处在荥阳附近），泌水又与卫水上游相连，通过卫水下游到达海河，再通过海河支流永定河到达涿郡，隋炀帝又扩充河道，使运输更加通畅，这段就是永济渠。
再看通济渠。隋朝之前，淮河和黄河之间靠魏惠王鸿沟水系相连，即黄河-颖水-淮河。隋炀帝放弃这条通道，而是利用曹操开通的汴渠，在荥阳以西用黄河水连通洛阳，往东过开封、商丘后继续往东南开通，一直到江苏睢眙，直接进入淮河，相比鸿沟绕到颖水，隋炀帝让黄河和淮河直接相连，航道缩短很多，这就是著名的通济渠（后世又称为汴河）。
这样，北方连通海河达到涿郡，向西到达黄河边上的洛阳，东南通过江南河到达杭州，一个东西南北皆通的大运河建成了。而且为了方便乘龙舟南巡，隋炀帝把通济渠、邗沟、江南运河都加宽加深，所以工程量非常大。
唐朝定都长安，将隋初修建的广通渠重又利用起来，所以大运河西侧又抵达长安。唐朝对大运河非常依赖，为有效利用，还改革了漕运制度。
宋代定都开封，汴河交通是繁华汴京不可或缺的组成部分。北宋在运河上建船闸等，以保持航道水位，调节航行深度，非常先进。
三、元朝建成贯通南北的大运河。
南宋时，黄河决堤，隋朝修建的通济渠基本被毁。北方金朝迁都燕京（今北京），当时海河水系通过白河（海河支流）到达通州，距离燕京城50里，金想连接通州至燕京水运，但比较失败。
元朝定都北京，第一要解决水运直达北京城的问题，第二要重新连通黄河和淮河。水利专家郭守敬居功至伟。
首先是通过通惠河、坝河和积水潭解决北京城水运问题。
金朝之所以无法成功修建通州和北京城之间的运河，主要因为北京地势较高，周围水系难以向上供水，北京城内又缺少大型水源。金朝曾把积水潭和坝河（到达通州城北）相连，也曾开通连接北京城到通州的金口河，但都因水源不足，作用有限。而郭守敬找到了合适的水源，并对其很好地加以利用。
他为积水潭+坝河这段漕运找到玉泉山的水源，又在城北山上找到白浮泉，沿途吸收溪水和泉水，接通金朝开通的金口河，建成通惠河。找到水源其实只完成第一步，还需要蓄水、控制水流，选择流经路线等等。郭守敬通过精确的考察和测算，解决了坝河和通惠河水源，建闸门解决了蓄水和水流问题，让北京城和通州之间拥有至少两条水运线路。
然后修建山东运河，使黄淮海三大水系沟通线路大大缩短。
通济渠被黄河冲垮后，郭守敬通过南北走向的泗水直接北上山东（泗水是淮河支流，但黄河改道后进入泗水，所以泗水也算黄河），然后在山东修建直达海河的山东运河。隋唐时，淮河是先到西边荥阳拐个弯后再折向海河的，但山东运河却直接北上，大大缩短了航线。
然而，因为地势偏高，山东运河水流不稳定，元朝通常需要走海路完成南方至海河的运输。这个问题被明朝解决，以致京杭大运河为明清经济发展做出了巨大的贡献。
清朝时黄河倒灌，运河泥沙淤积严重，越来越难以治理。清朝中后期海运发达，运河最终弃置不用。为明清经济乃至中国历史上做出过重大贡献的大运河，正式终结了使命。尽管如此，运河不会被遗忘，它作为一种文明将被永远载入史册。
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