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最早在关中建设大型水利工程的，是战国末年秦国穿凿的郑国渠。当时所以要兴建这一工程，除上面所说的自然条件因素外，另一个因素是政治军事的需要。
战国时，我国历史朝着建立统一国家的方向发展，一些强大的诸侯国，都想以自己为中心，统一全国。兼并战争十分剧烈。关中是秦国的基地，它为了增强自己的经济力量，以便在兼并战争中立于不败之地，很需要发展关中的农田水利，以提高秦国的粮食产量。
韩国是秦国的东邻。战国末期，在秦、齐、楚、燕、赵、魏、韩七国中，当秦国国力蒸蒸日上，虎视眈眈，欲有事于东方时，首当其冲的韩国，却孱弱到不堪一击的地步，随时都有可能被秦并吞。公元前246年，韩桓王在走投无路的情况下，采取了一个非常拙劣的所谓“疲秦”的策略。他以著名的水利工程人员郑国为间谍，派其入秦，游说秦国在泾水和洛水(北洛水，渭水支流)间，穿凿一条大型灌溉渠道。表面上说是可以发展秦国农业，真实目的是要耗竭秦国实力。
这一年是秦王赢政元年。本来就想发展水利的秦国，很快地采纳这一诱人的建议。并立即征集大量的人力和物力，任命郑国主持，兴建这一工程。在施工过程中，韩国“疲秦”的阴谋败露，秦王大怒，要杀郑国。郑国说：“始臣为间，然渠成亦秦之利也。臣为韩延数岁之命，而为秦建万世之功。”《汉书·沟洫志》赢政是位很有远见卓识的政治家，认为郑国说得很有道理，同时，秦国的水工技术还比较落后，在技术上也需要郑国，所以一如既往，仍然加以重用。经过十多年的努力，全渠完工，人称郑国渠。
郑国渠是以泾水为水源，灌溉渭水北面农田的水利工程。《史记·河渠书》、《汉书·沟洫志》都说，它的渠首工程，东起中山，西到瓠〔hu胡〕口。中山、瓠口后来分别称为仲山、谷口，都在泾县西北，隔着泾水，东西向望。它是一座有坝引水工程，1985年到1986年，考古工作者秦建明等，对郑国渠渠首工程进行实地调查，经勘测和钻探，发现了当年拦截泾水的大坝残余。它东起距泾水东岸1800米名叫尖嘴的高坡，西迄泾水西岸100多米王里湾村南边的山头，全长2300多米。其中河床上的350米，早被洪水冲毁，已经无迹可寻，而其他残存部分，历历可见。经测定，这些残部，底宽尚有100多米，顶宽1—20米不等，残高六米。可以想见，当年这一工程是非常宏伟的。
关于郑国渠的渠道，《史记》、《汉书》都记得十分简略，《水经注·沮水注》比较详细一些。根据古书记载和今人实地考查，大体说，它位于北山南麓，在泾阳、三原、富平、蒲城、白水等县二级阶地的最高位置上，由西向东，比降为0.64/00，沿线与冶峪、清峪、浊峪、沮漆(今石川河)等水相交。将干渠布置在平原北缘较高的位置上，便于穿凿支渠南下，灌溉南面的大片农田。可见当时的设计是比较合理的，测量的水平也已很高了。不过泾水是著名的多沙河流，古代有“泾水一石，其泥数斗”的说法，当代实测，为171公斤/立方米，郑国渠以多沙的泾水为水源，这样的比降又嫌偏小。比降小，流速慢，泥沙容易沉积，渠道易被堵塞。
渠建成后，经济、政治效益显著，《史记》、《汉书》都说：“渠就，用注填阏(淤)之水，溉舄〔xi戏〕卤之地四万余顷，收皆亩一钟，于是关中为沃野，无凶年，秦以富强，卒并诸侯，因名曰郑国渠。”一钟为六石四斗，比当时黄河中游一般亩产一石半，要高许多倍。
战国末年，秦国的40000余顷，约合今天的28000余顷。有些学者认为这个数字不实。他们从今天泾水年均流量约50多立方米/秒，而每个流量只能溉田200顷出发，说郑国渠最多只能溉田万顷上下，所谓40000顷，当是郑国虚报。郑国因为欺骗，已经得罪秦国一次，看来他不会再有胆量进行第二次欺骗。郑渠溉田面积较大，疑与以下两种情况有关。一是历史上的雨量多有起伏，不能以今律古。据著名气象学家竺可桢《中国五千年气候变迁的初步研究》一文载，东周秦汉为我国气候的偏暖期，南方温湿气流北移，北方雨量增多。《史记·货殖列传》有“渭川千亩竹”的记载，竹性喜温湿，也证明了秦汉时关中平原雨量比今为多。二是古今作物不同。古代关中主要作物为耗水量少、耐干旱的粟和黍，而唐以后以耗水量较多的小麦棉花等为主。秦汉时，以较多的水量来灌省水的作物，溉田面积当然会大大超过今天。
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