都江堰水利工程在四川都江堰市城西,是全世界至今为止,年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。2200多年来,至今仍然连续使用,仍发挥巨大效益,李冰治水,功在当代,利在千秋,不愧为文明世界的伟大杰作,造福人民的伟大水利工程。
都江堰渠首工程主要有鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分构成,科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题,消除了水患,使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。目前灌溉面积已达40余县,1998年超过一千万亩。都江堰附近景色秀丽,文物古迹众多,主要有伏龙观、二王庙、安澜索桥、玉垒关、离堆公园玉垒山公园和灵岩寺等。
岷江是长江上游的一条较大的支流,发源于四川北部高山地区。每当春夏山洪暴发之时,江水奔腾而下,从灌县进入成都平原,由于河道狭窄,古时常常引起洪灾,洪水一退,又是沙石千里。灌县岷江东岸的玉垒山又阻碍江水东流,造成东旱西涝。秦昭襄王五十一年(公元前256年),李冰任蜀郡太守(太守相当于现在的专员,或大于专员,小于省长),他为民造福,排除洪灾之患,主持修建了著名的都江堰水利工程。都江堰的主体工程是将岷江水流分成两条,其中一条水流引入成都平原,这样既可以分洪减灾,又达到了引水灌田、变害为利。为此,李冰在其子二郎的协助下,邀集有治水经验的农民,对岷水东流的地形和水
情作了实地勘察,决心凿穿玉垒山引水。在无火药(火药发明于东汉时期,即公元25年至220年间)不能爆破的情况下,他以火烧石,使岩石爆裂(热涨冷缩的原理),大大加快了工程进度,终于在玉垒山凿出了一个宽20公尺,高40公尺,长80公尺的山口。(低水位每秒流速3公尺,高水位每秒流速6公尺)因形状酷似瓶口,故取名“宝瓶口”,把开凿玉垒山分离的石堆叫“离堆”。
宝瓶口引水工程完成后,虽然起到了分流和灌溉的作用,但因江东地势较高,江水难以流入宝瓶口,李冰父子率众又在离玉垒山不远的岷江上游和江心筑分水堰,用装满卵石的大竹笼放在江心堆成一个狭长的小岛,形如鱼嘴,岷江流经鱼嘴,被分为内外两江。外江仍循原流,内江经人工造渠,通过宝瓶口流入成都平原。
为了进一步起到分洪和减灾的作用,在分水堰与离堆之间,又修建了一条长200公尺的溢洪道流入外江,以保证内江无灾害,溢洪道前修有弯道,江水形成环流,江水超过堰顶时洪水中夹带的泥石便流入到外江,这样便不会淤塞内江和宝瓶口水道,故取名“飞沙堰”。 为了观测和控制内江水量,又雕刻了三个石桩人像,放于水中,让人们知道“枯水(低水位)不淹足,洪水(高水位)不过肩”。还凿制石马置于江心,以此作为每年最小水量时淘滩的标准。
运用了回旋流的理论 都江堰每年都接待不少外国游人,其中有些是水利专家。有的水利专有他细观看了整个工程的设计后,都对它的高度的科学水平惊叹不止。比如飞沙堰的设计就是很好地运用了回旋流的理论。
都江堰古水利工程运行2260年的科学原理
都江堰是世界上修筑最早且至今仍在发挥重要灌溉作用的水利工程,位于长江支流岷江的上游。
岷江流至都江堰,地势由高山峡谷突变为平原,河床陡然开阔,水势趋缓,为都江堰渠首工程的建设提供了得天独厚的地理条件。此处位于呈扇形伸展的成都平原的顶部,海拔739m,是整个都江堰灌区的制高点。良好的地理位置,使都江堰既可扼制住刚出峡谷的岷江水势,使其不能直泻成都平原,又可因地势高而控灌整个都江堰灌区,是设置渠首枢纽的最佳位置。
都江堰早期以航运为主,兼有灌溉的效益。至迟到魏晋时,已具备分水、溢洪、引水三大主要工程设施的雏形。
都江堰的水沙控制原理有三点:
第一点,水分四六。岷江在关口段江面狭窄,起到控制江水流向的作用。小水时,天然江心洲韩家坝出露水面,主流在关口节点的控制下被挑向左岸而进入韩家坝左汊,沿百丈堤下泄并直趋内江,形成枯水季节内江分六成、外江分四成的天然倒四、六分流。大水时,韩家坝淹没过流,主流取直,过韩家坝顶后趋向外江,形成洪水季节内江分四成、外江分六成的天然四、六分流。
第二点,弯道环流。在都江堰河段,悬移质基本属于冲泻质的范围,泥沙淤积问题主要是在洪水季节运动的卵石推移质。在小水时段,卵石难以起动,推移质泥沙很少,所以内江分水六成并无多少泥沙。洪水时主流从外江宣泄,自然也挟带了大部分运动的卵石推移质。此外,内江进口处于微弯河段的凹岸,在弯道环流的作用下,卵石推移质沿凸岸一侧输移而进入外江,根据实测资料分析,进入内江的卵石输移量只占岷江总量的26%左右。
第三点,泄流飞沙。水流进入内江以后,局部河势仍属于微弯河段,飞沙堰位于内江弯道的下段。在弯道环流的作用下,底部水流的流向指向飞沙堰,底流横切越过堰顶,卵石和高浓度的近底悬沙能有效地排向外江,表层水流则基本与堰顶平行而流向下游,形成堰顶溢流时底部的单宽流量大、上部的单宽流量小的特殊流态,在中等流量的需水季节,用较少的水量排走进入内江的大部分卵石和泥沙。飞沙堰的排沙作用则随泄洪量的增加而增强。洪水越大,飞沙堰的分流比越高,排沙效果越显著。
总结历史上和现代人们治水的经验,都江堰成功运行2260年的科学基础包括三个方面:
第一,遵循与自然和谐的治水理念,即“乘势利导,因时制宜”的治水原理,布设都江堰无坝引水枢纽。
第二,三大工程保证,即调节水流的“鱼嘴”分流工程,控制流量的“宝瓶口”引水工程及泄洪排沙的“飞沙堰”工程。
第三,可持续的管理措施,坚持岁修制度,按照治水“三字经”“六字诀”“八字格言”科学措施来进行维修。
上述的原理、工程及维持措施在都江堰的运行中一体化体现出来。 ■
能具体分析一下它的创新之处吗
都江堰,壮哉!妙哉!福泽了成都平原两千余年,集航运、灌溉,防洪功能于一身,体现古人因势利导因地制宜的智慧,反观现今一座座将大地血脉拦腰斩断的大“土霸”