1        引言

“河狸坝”（beaver dam），顾名思义，是由河狸筑成的坝。河狸，旧称海狸，是一种水陆两栖哺乳动物，生活在水边，外形像老鼠，体长80cm左右。尾巴扁平，长20cm左右。牙齿锐利，后肢有蹼，善于游泳（见图1）。河狸分布在欧、亚、美洲大陆北部的广大地区，是世界上濒临灭绝的珍稀动物，属于我国一级保护动物。

                                                                          图1  河狸（引自beaverdam.net）

 河狸坝无疑是世界上最古老的一种坝。乍听起来，它似乎不宜与“人工坝”相提并论，然而它确实早已被近代坝工泰斗韦格曼（Wegmman，E．）独具匠心地编入了他的巨著《坝的设计与施工》（The Design and Construction of Dams）之中。该书是公认的坝工传世大作，1888年第1版，1927年第8版。

                                                                     （a）

                                                                         （b）

                                                                                    图2  河狸坝

                               （a）(引自nahetsblog.wordpress.com)； （b）(引自geocities.com)

2  河狸为何要筑坝

        为要知晓河狸筑坝的原因，就要了解河狸的生活习性。河狸要求自己的住所位于具有一定水深的水塘岸边。如果当地没有这种水塘，它就会在小溪或小河旁筑坝蓄水形成水库，在水库边建住所（图2）。

        住所是一座圆锥形状的“建筑物”，是河狸用树枝搭建的，高1.5～3.0m ，底部直径约2.5m，外表完全封闭，并涂以泥浆，以防止狼、熊、山狮、野猫等动物的侵扰。在住所内的地面上，挖有足够大小的房间。令人称奇的是，住房的进口是设在远离住所的水库底部，从进口沿地道进入住所，如图3所示。可见，河狸筑坝的主要目的是为了将住所的进口深藏在库水中，以防止敌人的侵袭，确保自身与住所的安全。万一住所遭到破坏，河狸还可经地道逃到水库中避难。此外，水库还可贮存树木、树皮以作越冬食物。

                                                                           图3  河狸住所位置示意图

3  河狸如何筑坝

        河狸坝是由河狸用小树苗、树枝或梢料相互交错地叠置在小河河道中而形成的一种坝，在坝的底部用的是较粗的树枝。一开始坝体是极其透水的，但很快就会被河道中向下游运动的泥沙、小石块、泥土以及残枝烂叶填塞，从而起到挡水的作用并形成水库。坝体的下游坡很缓，坝高一般为1.2m左右，坝底宽3～4m。有的坝高可达4m。坝长则几米到100m不等，世界上最长的河狸坝位于美国蒙大拿州的杰斐逊河，长达700m，在坝上不仅可以走人，还可跑马。

        河狸在咬伐树木时，后腿站立，以尾巴当凳子支撑着身体，用前爪抓着树，然后不停地咬树直到咬断。在树被咬断、倾倒之前，河狸会用尾巴敲打地面，警示同伴注意安全。一只河狸咬伐一根直径10cm的树要花1个小时。据记载，河狸可咬伐直径20cm甚至45cm的树，但通常只咬伐10cm左右的树用来筑坝。即使咬伐了较粗的树，也只用其较小的树枝。

        当因淤积使水库水深变浅时，河狸就将坝体加高，使水库总保持约1.2m的水深。

        米尔斯（Mills,E.A.)也许是仅有的一位详尽洞察过河狸筑坝过程的人。他在其饶有风趣的1909年出版的《落矶山的野生动物》一书中讲到，他曾在美国的科罗拉多河流域对河狸坝作过广泛地调查。在那里所建河狸坝的总长达一二十公里。有些地方甚至是“梯级开发”，一座坝紧接着另一座坝，这座坝的回水恰好延伸至其上一座坝的坝址。由暴雨所形成的洪流常常侵蚀由河狸坝所形成的河床冲积层。米尔斯曾发现，在一处冲坑深六七米的地方，其土层就是由逐次加高的河狸坝形成的冲积层。

        最为难得的是，米尔斯曾经获得一次极好的机会，用了几天的时间观察了河狸的筑坝工作。他看到，一群河狸忙于咬伐白杨，而另一群则将咬伐的白杨加以整理并连推带滚地运送到水中筑坝，有些树枝则留在岸边建造住所。在住所周围又有一些河狸静静地在已搭置的住所树枝堆上涂敷泥浆。而河道中有4只河狸则从容不迫地进行坝体施工。虽有少数河狸是单独行事的，但大多数是分组工作的。全部工作都在静悄的气氛中进行。有一次出动的河狸竟达40多只。

        米尔斯指出，河狸在筑坝时虽然总体上看来是合作的，但每一只河狸都是在既无命令又无指挥的情况下默默地去履行其自身的任务。每一组河狸都是机械地、循环往复地去结束这一工序和开始另一工序。但不管如何，由这么多河狸有效而自动地去完成如此复杂的工作，终究要使人产生一种神秘感。为此，米尔斯曾一次又一次地倾听在其中是否有指浑者的声音，并试图观察出它们的监工，但最后总是徒劳无获。

        尽管河狸在筑坝与建住所方面显示了娴熟的技巧和勤奋的精神，甚至可以认为它们的“筑坝计划”是深谋远虑的；但它们有时又总是反复地去干它们根本无法实现的事。比如在20世纪初，一群河狸曾试图在美国蒙大拿州的密苏里（Missouri）河上筑坝，在经过了极大的艰辛与百折不回的努力之后，最后才不得不放弃它们的这番事业。之后不久，一座人工坝就在它们筑坝失败的河段上诞生了，这就是1911年建成的高30m的重力坝——豪泽（Hauser ）坝。

4  河狸筑坝的秘诀

        米尔斯对河狸筑坝不辞劳苦地作了大量的观察研究工作，但对河狸何以能成功地筑坝，最终没有明确的说法。米尔斯之后，世界上似乎没有人继续对河狸何以能筑坝的问题进行专门研究了。但近几十年来人们对类似于河狸之类的群居动物（如群居昆虫——蚂蚁和蜜蜂等）已作了广泛而深入的研究。这些研究成果在某种程度上可以有助于我们了解河狸筑坝的秘诀。

        美国《哈佛商业评论》2003年第12期曾报道过有关对白蚁的研究成果，指出：单个白蚁的智力水平很低，工作也不受监管。可是，一旦形成群体，它们建造的蚁巢就是建筑学上的奇观，即使蚁巢不断扩大，蚁巢中也能保持适宜的环境温度和适当的氧气和二氧化碳含量。实际上，对群居昆虫来说，团队合作在很大程度上是自发组织的，主要通过群居成员之间个体的互动进行协调。尽管每一次互动可能非常简单——一只蚂蚁只是跟踪另一只蚂蚁留下的痕迹行动, 但整个群体却能解决复杂问题。现在人们把群居昆虫的这种集体行为称作“群集智能”。过去20年来，研究人员已经开发出严密的数学模型来描述群居昆虫的行为，并把这种技术运用于解决企业问题。“群集智能”中的一个重要主题是：即使个体遵循的不过是一些简单的规则，最后的群体行为也可能出奇的复杂，而且格外有效。（这种思维在足球比赛中, 也不失为一种良策。）

        进一步的研究指出，这种群居昆虫“事业”成功的现象，几乎遍布于整个生物圈——这对我们了解河狸为何能成功筑坝的秘诀无疑是大有裨益的。

5  河狸坝趣事

    尽管世界上大多数人都未曾见过河狸坝，但河狸坝及其名称仍然与人类的活动息息相关。在世界上，众多的公园、医院、剧院、旅馆、俱乐部等单位的命名或设施都与河狸坝有关。有一个公园的进口处就标有显目的“Beaver Dam”（河狸坝）大字, 如图4所示。

                                                          图4  标有“Breaver dam”（河狸坝）大字的公园进口处

    据PC World 中国网报道,在美国的一所托儿所里,有一种由树藤构筑的游戏设施， 就是仿照河狸坝的结构建造的。每到春天，树藤发芽了，小孩子们在树藤建造的“河狸坝”中跑来串去，宛如一个个活泼的小河狸，十分可爱。

    甘其伟在1999年从《华尔街日报》获悉了这样的报道：美国密执安州一位官员1997年12月给一位领地的主人写了一封信，说：“政府环境保护部门注意到，最近你在你的池塘出口处建造了两个木头碎片堤坝。这种事情必须事先得到政府有关部门的许可。我们认为这种性质的堤坝很危险，如果不拆除或继续这种未经授权的行动，将导致法律的制裁。”领地主人很快给予了答复：“所建堤坝是几只河狸所为。我们没有给它们付工资，更没有授权它们的建筑计划。我认为你将它们使用的天然建筑材料称之为‘碎片’，未免极大地伤害了它们的感情。”鉴于此，州政府环保部门很快撤销了这项对领地主人的警告。

    更为称奇的是，《新浪网》2005年曾载有一则“拿钱筑坝的美国河狸”的消息：一群美国河狸，在河中发现一袋4万元美钞，它们仿佛懂得金钱的好处似的，在小心打开袋子后，就把纸币编进到它们用树枝建造的堤坝中，从而有了真正值钱的家。原来，美国路易斯安那州的格林镇在当时发生了一起赌场现金失窃案，警官立即对此展开调查，并恨据有关线索，得知失踪钱款被犯罪分子丢弃到了50km外的一条小河。最后在这条小河上的一座河狸坝中终于找到了这些美钞。警官惊奇地说：“它们(河狸)没有把纸币毁坏，真让人高兴。”

6  尾语

       河狸坝对维护河狸自身的生存起了积极的作用，另一方面，在客观上对生态环境也产生了正面或负面的影响。

    河狸坝蓄水后因抬高了两岸土地的地下水位，从而使两岸土地成了“湿地”。湿地对环境与生态的影响是积极的，能增加生命的多样性并能改善环境质量。在现代科学出现之前，河狸筑坝是最重要的一种建造湿地的“自然方法”。

    河狸筑坝最明显的负面影响是咬伐了树木，破坏了森林。但由于河狸坝中所淤塞的泥沙有极大的肥效，在坝体上很快就会生长出新的树木，河狸在筑坝时咬伐树木所造成的损失,将因此而得到补偿。在宋代陈旉《农书》中有：“堤之上疏植桑柘，可以系牛，牛得荫而遂性，堤得牛践而坚实，桑得肥水而沃美，旱得决水而灌溉，潦既不致^①于弥漫而害稼。”这一段记载生动地描绘了堤坝与生态环境的关系。河狸坝也可谓异曲同工，一方面通过坝上生长树木补偿了建坝时咬伐树木造成的损失，取得了“天然平衡”或“天然补偿”的效果；一方面坝上的树木又美化了环境，回归了自然。这些都值得我们借鉴。

    此外，河狸坝所形成的水库也有调节河道流量的作用。20世纪初，甚至有人将河狸空运到需要调节河道流量的地方，由河狸筑坝达到目的。

    诚如上述，河狸在筑坝技术上可谓达到了鬼斧神工的地步，河狸被称之为动物王国中的“土木建筑师”也不过分。而更应称道的是河狸在“加筋土”（reinforced earth)方面的贡献。加筋土是由土料与纤维材料(如树枝等天然材料)组成的复合材料。在人类活动中,加筋土早在几千年前的巴比伦人的庙塔中,以及我国的万里长城的墙体中都有应用。在近几十年来，人们对加筋土赋予了科学诠释，并采用了现代的纤维材料（如土工合成材料等）。加筋土在当今岩土工程中应用广泛。而河狸坝与河狸住所，如前所述，其建筑材料实际上就是加筋土。值得提出的是，河狸坝的“施工工艺”是先用纤维（树枝）构筑成骨架，然后在骨架中“天然地”（不用河狸出力）淤填泥沙形成加筋土。我们可以谦虚地说，我们人工加筋土还从来未采用过这种“先进”工艺。我们现在常用的“宏观加筋土”是边铺放纤维（现在都是采用新型“纤维”材料如土工格栅或土工织物等）边填筑土料，形成加筋土。对“微观加筋土”（或称“纤维土”)，也是先将纤维材料与土料拌和在一起，然后经碾压成加筋土。那么，用仿生学的观点去看，在加筋土方面，我们能从河狸坝那里得到什么启示呢？值得思索。

　　在自然界中，虽然还有其他动物也能本能地造出加筋土“建筑物”，但河狸坝无疑是佼佼者。

①  此处“致”不是“至”之误。在古代汉语中, 有时致与至通。