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西汉定都长安，关中是京师官吏、军队、百姓等以粮食为主的生活必需品的主要供给地。西汉重视开拓西北边疆，关中又是拓边的基地，肩负着提供粮秣的重任。因此，西汉一代，特别是汉武帝在位期间(公元前140—前87年)，为了满足各方面对粮秣等的需求，除凿漕渠，从东方运粮入关外，更主要的是在关中增建灌溉工程，以扩大水浇地面积，增加当地的粮食产量。这就在关中形成了一个史无前例的兴建水利的高潮，在短短的几十年中，穿凿了龙首渠、六辅渠、白渠、成国渠等大批农田水利工程。
西汉关中灌渠的穿凿，以龙首渠为较早，约在汉武帝元狩到元鼎年间(公元前122-前111年)。当时有一位名叫庄熊羆的人，向皇帝上书，反映临晋(今大荔一带)人民的要求，希望开一条渠道，引洛水灌溉重泉(今蒲城东南)以东10000多顷盐碱地。武帝采纳这一意见，发兵卒万余人担任凿渠任务。他们自征县(治所在今澄城县西南)向南开渠，到商颜山(今铁镰山)麓，由于土质疏松，穿凿的明渠渠岸极易崩塌，改用井渠结构。井渠由地下渠道和竖井两部分组成。前者为行水路线，后者便于挖渠时人员上下、出土和采光。最深的竖井达40多丈。由于凿渠时挖出许多骨骼化石，当作龙骨，所以称为龙首渠。渠道挖通后，由于解决不了塌方问题，溉田效果并不显著。但却创造了先进的井渠技术。
六辅渠是武帝元鼎六年(公元前111年)由左内史倪宽主持兴建。规模不大，为六条辅助性渠道的总称。后人认为它是引冶峪、清峪、浊峪等小水，灌溉郑国渠上游北面的农田。这些农田地势较高，郑国渠灌溉不到。六辅渠建成后，为了更好地发挥这一工程的作用，据《汉书·倪宽传》载，他又规定了“水令”。这是见于记载的我国最早的用水制度。
六辅渠建成后第16年，即武帝太始二年(公元前95年)，动工穿凿白渠。这一工程由赵中大夫白公建议和主持。渠首也在谷口，渠道在郑国渠南面，向东南流，经池阳(治所在今泾阳县西北)、高陵、栎阳(治所在今临潼县东北)，注入渭水。长200里，灌溉郑国渠所不及的4500余顷农田。白渠建成以后，谷口、池阳等县因为有郑、白两渠的灌溉，便成为不知旱涝的高产区。当时当地，曾流行着这样一首民歌，歌颂两渠的作用：
田于何所，池阳谷口。
郑国在前，白渠起后。
举臿为云，决渠为雨。
泾水一石，其泥数斗。
且溉且粪，长我禾粟。
衣食京师，亿万之口。
(《汉书·沟洫志》)
白渠的溉田面积虽然远比郑国渠小，但是由于它的比降较大，远比郑国渠合理，因而不像郑国渠那样易被泥沙堵塞，在历史上白渠长期发挥作用，并在唐、宋时还有所发展，而郑渠的下游很快就报废了。“泾水一石，其泥数斗。”含泥量高，可以压碱肥田，在短期内确实效果显著。但不能只见优点不见缺点，从长远看，年长月久后，容易淤高渠道和农田，导至田高于渠，渠高于泾，势必破坏整个灌溉系统。
西汉时新建的关中地区另一重要农田水利工程是成国渠。它建于何年，何人主持这一工程，史书没有明文记载，只说建于武帝在位期间。这是一条以渭水为水源的大型灌渠，位于渭水北面，渠首在郿县境内，傍渭水向东，经斄〔li离〕(治所在今扶风县东南)、槐里(治所在今兴平县东南)等县，渠尾接上林苑的蒙茏渠。成国渠的长度略小于白渠，溉田面积约万顷左右，是白渠的一倍以上。后来还一度发展成关中最主要的灌溉渠道。上林苑在咸阳西面，周300里，跨渭水南北，是秦汉时帝王射猎游乐之所。蒙茏渠属皇家园林中水道，供浇园、荡舟等用途。
在漫长的历史长河中，关中水利一直由三大渠系组成，即以泾水为水源的引泾渠系，以渭水为水源的引渭渠系，以洛水为水源的引洛渠系。可以说西汉时期这三大渠系已经基本形成了。
除上面所举一批著名的灌溉工程外，武帝时，还在渭水南面建成一批小型的灌渠，如灵轵〔zhi纸〕渠、[氵韦]〔wei违〕渠①等。它们以发源于南山的山溪水为水源，灌溉渭南的农田②。
注释：
①据《汉书·沟洫志·如淳注》，[氵韦]渠在渭南；据《水经注·渭水注》，[氵韦]渠在渭北。
②漕渠西起长安，东到黄河，主要职能为漕运东方粮食入京，但亦可溉田万余顷。详见本书第一部分“周、秦、两汉运河”。
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