都江堰:深淘滩,低作堰,遇湾截角,逢正抽心

都江堰

黄俞

岷江遥从天际来,神功凿破古离堆。

恩波浩渺连三楚,惠泽膏流润九垓。

劈斧岩前飞瀑雨,伏龙潭底响轻雷。

筑堤不敢辞劳苦,竹石经营取次裁。

公元前256年,战国时期秦国蜀郡太守李冰率众修建的都江堰水利工程,位于四川 成都平原西部都江堰市西侧的岷江上,距成都56公里。其以年代久、无坝引水为特征,是世界水利文化的鼻祖。

据史料记载,李冰当年在岷江弯道江心“壅江作堋”(作鱼嘴分水堤从岷江引水,将岷江分为内江和外江,四六分水),“凿离堆”(开凿离堆山体,使内江灌区有一个坚固的、水量可控的引水口,后人称“宝瓶口”),“低作堰”(在内江从离堆前转弯的河床下建堰,后人称“飞沙堰”,枯水季节拦水流入宝瓶口,保证灌溉和航运之用;丰水季节具有强大的排沙功能),“深淘滩”(洪水上涨时,部分沙石会在飞沙堰前至离堆的一段河床里淤积,岁修时需加以清除,此段河床名为“凤栖窝”),“埋石马”(在凤栖窝一段河床做每岁深淘的标志,明代起改埋卧铁),“穿二江”(将平原上原有的自然河道郫江、检江与宝瓶口连接,作为灌溉和航运河道),“分穿羊摩江”(沟通羊摩江,灌溉岷江干流以西农田)。

建造历程

秦昭襄王五十一年(公元前256年),李冰任蜀郡太守,期间主持修建了著名的都江堰水利工程。

经过实地勘察,李冰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(热胀冷缩的原理),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。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”。飞沙堰的设计运用了回旋流的理论。

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。

鱼嘴

鱼嘴是都江堰的第一道分水堰,把岷江水一分为二,左边是老河道,称为外江,右边就是李冰父子组织开挖的新河道,称为内江。在都江堰水利工程之前,是没有内江的,每当夏季,外江沿岸洪灾泛滥,而内江沿岸,旱灾泛滥。这两面受灾的局面,居然都源于一个水字。这让古人发起了深思,有没有什么办法,能够让受涝的水去灌溉受旱的田。精通地理和水利的李冰,承担了这个重任,他选定了鱼嘴这个位置,决定从此处开始挖出一条内江,将岷江水引入成都平原,用于灌溉。其实选定这个位置是有讲究的,它是一个转弯处,这个弯就是亮点,暂且不表,稍后介绍。有了这个鱼嘴,可以做到“四六分洪,二八分沙”,由于内江低,外江高;内江窄,外江宽。在枯水季节,六分水流往内江,四分水流往外江,而当丰水季节,四分水往内江,六分水往外江。关于二八分沙,就要讲到这个弯了,是一种流体力学原理,离心力的作用,含沙量二成的表层水流往内江,含沙量八成的底层水流往外江。这样就有效避免了内江沙子淤积导致的河床升高的危害。

宝瓶口

宝瓶口起“节制闸”作用,是前山(今名灌口山、玉垒山)伸向岷江的长脊上凿开的一个口子,是人工凿成控制内江进水的咽喉,因它形似瓶口而功能奇特,故名宝瓶口。留在宝瓶口右边的山丘,因与其山体相离,故名离堆。离堆在开凿宝瓶口以前,是湔山虎头岩的一部分。由于宝瓶口自然景观瑰丽,有“离堆锁峡”之称,属历史上著名的“灌阳十景”之一。

飞沙堰

飞沙堰是都江堰三大组成部分之一,看上去十分平凡,其实它的功用非常之大,可以说是确保成都平原不受水灾的关键要害。飞沙堰的作用主要是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时,多余的水便从飞沙堰自行溢出;如遇特大洪水的非常情况,它还会自行溃堤,让大量江水回归岷江正流。另一作用是“飞沙”,岷江从万山丛中急驰而来,挟着大量泥沙、石块,如果让它们顺内江而下,就会淤塞宝瓶口和灌区。古时飞沙堰,是用竹笼卵石堆砌的临时工程;如今已改用混凝土浇铸,以保一劳永逸的功效。自动泄洪,使多余的内江的水排入外江正流使内江不受洪灾。

六字真诀

深淘滩,低作堰。

“深淘滩”中的“滩”,指的是凤栖窝下的一段内江河道,每年洪水过后这里会有沙石淤积,必须岁岁勤修。“深淘滩”就是指每年岁修时,河床淘沙要淘到一定深度,淘得过深,宝瓶口进水量偏大,会造成涝灾;淘得过浅,宝瓶口进水量水量不足,难以保证灌溉。为此,相传李冰才在河床下埋石马,明代起改埋卧铁,作为深淘标志。岁修时淘至看到石马为止。

“低作堰”是指飞沙堰在修筑时,堰顶宜低作,便于排洪排沙,起到“引水以灌田,分洪以减灾”的作用。切忌用高作堰的方式在枯水季节增加宝瓶口的进水,那是一种急功近利的做法,在洪水季节会造成严重淤积,使工程逐渐废弃。

八字真言

遇湾截角,逢正抽心。

“遇湾截角”指河道有拐弯的地方,一定要把直角修改成为弧度的样子。就是岁修时遇河流弯道,在凸岸截去锐角,减缓冲势,使其顺直一些,减轻主流对河岸的冲刷。

“逢正抽心”指在主河道的中心,一定要深挖,让江水按照一定的轨道流淌。就是遇到顺直的河段或河道叉沟很多时,应当把河床中间部位淘深一些,达到主流集中的目的,便江水 '安流顺轨',避免泛流毁岸、淹毁农田。

“遇湾截角,逢正抽心”的对联出自二王庙,这副对联的“心”字被抹白了,其他的字体都是黑色的,寓意其他刻字都是涂黑唯心不能黑,不论水利还是做人。

四六分水

枯水期内江六成,外江四成,进行灌溉;丰水期内江四成,外江六成,避免洪灾。

二八分沙

弯道水流受到离心惯性力的作用,过水断面存在横向水面坡度或者称为横向超高ΔH,即凹岸侧水面高,凸岸处水面低。上图,左岸为凹岸,右岸为凸岸。

由于重力和离心力的共同作用,断面内会形成横向环流,也称为副流。横向环流与纵向主流运动的叠加,使弯道水流呈螺旋流运动状态。

弯道横向环流运动,加剧了泥沙在横断面上的输移,使得凹岸不断被冲刷、凸岸不断发生淤积。弯道环流造成的水沙运动特点,最终使清水流向凹岸,浊水流向凸岸,起到分沙作用。

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