都江堰工程原理，令人费解

三羊开泰

宏伟的都江堰水利工程:是古代水利人智慧的结晶！是世界水利史上一颗璀璨的明珠！是人类征服自然的典范！是李冰父子及先民们留给后人的一个优秀作品！它的工程原理有点深奥、令人费解，相信你一定能够慢慢读懂它。

都江堰建成后，从此成都平原无荒年，天府之地成型

全网资讯11-0219:05

在都江堰当地，流传着很多与这一水利工程有关的神话传说。相传，当年流经都江堰这儿的江中有一位江神，这位神仙经常在这里兴风作浪，搅得当地百姓每天过得胆战心惊。李冰来到都江堰做官之后，知道这里有江神肆意作乱，于是拔出宝剑怒斩江神，并造了三座石人放在江心，和江神约定，以后枯水期的水位不能低于石人脚背，涨水期的时候水位不能高于石人的肩膀。打这以后，都江堰从此风调雨顺，当地百姓也能够安居乐业了。

传说毕竟只是传说，不过，与历史相符的地方还是有的。据说，成都平原在古时候，其实是一个水旱灾害十分严重的地方，当时的秦国想要增强国力，必须要兴修水利发展农业，所以就让水利工程师李冰来到这里兴修水利。李冰根据当地的实际情况，在岷江峡内用石块砌成石埂，把岷江水流一分为二，东边的叫内江，供灌溉渠用水；西边的叫外江，是岷江的正流。同时，他还在岷江南岸堆起一个用来制约水流的分流口，当夏天洪水爆发时，就用这个口子再进行分流。据史料记载，自此之后，成都平原“水旱从人，不知饥馑，时无荒年，谓之天府”。

从李冰修建都江堰到现在，已经过去两千多年了，但是无论时局怎样变换，这一水利工程一直都在不断运作。更让人惊叹的是，当年四川发生重大地震时，很多古代建筑都在地震中被毁，但是都江堰却始终稳稳当当地继续灌溉着成都平原。联合国世界遗产委员会这样评价都江堰：都江堰历史悠久、运行科学，与环境和谐结合，在历史和科学方面具有突出价值。

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。该大型水利工程现存至今依旧在灌溉田畴，是造福人民的伟大水利工程。其以年代久、无坝引水为特征，是世界水利文化的鼻祖。这项工程主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等附属工程构成，科学地解决了江水自动分流（鱼嘴分水堤四六分水）、自动排沙（鱼嘴分水堤二八分沙）、控制进水流量（宝瓶口与飞沙堰）等问题，消除了水患。1998年灌溉面积达到66.87万公顷，灌溉区域已达40余县。 人们为了纪念李冰父子，建了一座李冰父子庙，称为二王庙。

1949年，中国人民解放军进军四川，入川后贺龙司令员指出，要先抢修都江堰，把已延误的岁修时间抢回来。并决定从军费中拨出专款，确定由王希甫负责，由驻灌县解放军协助抢修。12月29日，成立都江堰岁修工程临时督修处。成都军事管制委员会拨款3万银元作抢修经费。驻灌县解放军184师1500余人在师长林彬、政委梁文英指挥下参加抢修工程。整个岁修工程于1950年3月底全部完工。4月2日按照都江堰传统习惯举行了开水典礼。

都江堰是由渠首枢纽、灌区各级引水渠道，各类工程建筑物和大中小型水库和塘堰等所构成的一个庞大的工程系统，担负着四川盆地中西部地区7市（地）36县（市、区）1003万余亩农田的灌溉、成都市50多家重点企业和城市生活供水，以及防洪、发电、漂水、水产、养殖、林果、旅游、环保等多项目标综合服务，是四川省国民经济发展不可替代的水利基础设施，其灌区规模居全国之冠。



都江堰水渠

都江堰位于岷江由山谷河道进入冲积平原的地方，它灌溉着灌县以东成都平原上的万顷农田。原来岷江上游流经地势陡峻的万山丛中，一到成都平原，水速突然减慢，因而夹带的大量泥沙和岩石随即沉积下来，淤塞了河道。

每年雨季到来时，岷江和其它支流水势骤涨，往往泛滥成灾；雨水不足时，又会造成干旱。远在都江堰修成之前的二、三百年，古蜀国杜宇王以开明为相，在岷江出山处开一条人工河流，分岷江水流入沱江，以除水害。

岁修制度

都江堰有效的管理保证了整个工程历经两千多年依然能够发挥重要作用。汉灵帝时设置“都水椽”和“都水长”负责维护堰首工程；蜀汉时，诸葛亮设堰官，并“征丁千二百人主护”（《水经注·江水》）。此后各朝，以堰首所在地的县令为主管。到宋朝时，制定了施行至今的岁修制度。

古代竹笼结构的堰体在岷江急流冲击之下并不稳固，而且内江河道尽管有排沙机制但仍不能避免淤积。因此需要定期对都江堰进行整修，以使其有效运作。宋朝时，订立了在每年冬春枯水、农闲时断流岁修的制度，称为“穿淘”。岁修时修整堰体，深淘河道。淘滩深度以挖到埋设在滩底的石马为准，堰体高度以与对岸岩壁上的水则相齐为准。明代以来使用卧铁代替石马作为淘滩深度的标志，现存三根一丈长的卧铁，位于宝瓶口的左岸边，分别铸造于明万历年间、清同治年间和1927年。

"都江堰市是成都市下辖县级市，位于成都平原西北部，以世界著名古代水利工程都江堰而得名。建于战国时期的都江堰，历经两千多年风雨仍发挥着越来越巨大的作用，千年无坝古堰堪称人与自然和谐统一。2008年的汶川地震，都江堰市也在震区内，但在巨震面前，都江堰水利工程却体现出了古代建筑艺术之高超、选材之精妙，原本工程基本完好，让人不得不为之叹服。穿越两千年的时光，依然屹立眼前，依然造福人类，这是到都江堰市不得不前往瞻仰的一景。都江堰原名灌县，如今城区分为新城区与古城区。尽管现代商业的融合，但在灌县古城里还是能找到一丝丝古老的气息。要说都江堰最大的魅力，莫过于其在盛夏里依然保持怡人的清凉。可以在此与万人同欢，在南桥吹着江风，喝啤酒，感受川蜀巴适；还能到虹口与《爸爸去哪儿》一起体验丛林探险，玩刺激漂流。距离不远的青城山也是吸引人前来的美景，翠绿清幽，绝对让你清爽一夏。"

都江堰是如何运作的？

虽然看了百科上的解释，可还是不太明白这个工程是如何运作的。

水旱从人，不知饥馑，时无荒年，谓之天府——都江堰

都江堰建成后，成都平原沃野千里，两千多年经久不衰，至今仍在发挥着社会、经济、环境和生态等多种效益，可谓世界水利史上璀璨明珠。

1.概况

公元前256年，秦国蜀守李冰父子开建长江流域上的第一项大型水利工程—都江堰，其兴建目的在于“辟沫水之害”，即消除岷江水害[1]，同时具备航运与灌溉之利。工程巧妙利用自然条件，合理布局各项建筑物，因地制宜进行施工，由此发挥出持久而巨大的效益[2]。

古往今来，一切水利工程，归根结底，不外乎控制和调度水沙，工程的关键性与成败得失，都取决于此[3]。我国著名水利工程中，有相当一部分是因为对泥沙问题处理不当而失效，使工程最终毁于泥沙淤积。黄河流域的工程较为显著，其中三门峡的泥沙问题为最，三门峡建成后，蓄水的同时拦截了大量泥沙，泥沙得不到有效排泄，导致运行不到一年，便致使渭河流域淤积大量泥沙，河床抬高，大片良田浸没，土地迅速盐碱化，危险直逼古都西安。长江流域，如鉴湖、芍陂、长渠、木渠等，历史上也曾因泥沙淤积而湮废或衰落。都江堰工程长盛不衰的重要原因之一，就是它有效地处理了泥沙问题。那么它是如何做到的呢？

2.工程原理

都江堰枢纽位于岷江中游，地处岷江由山谷河道进入成都冲积平原之处，占据了分水引水的制高点，工程中最核心的三道屏障：鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口，如图1所示，对来水来沙进行了逐级筛选，才达到水旱从人、取清排浑之功。下面进行分别介绍。

2.1鱼嘴

作为第一道屏障，鱼嘴起第一级分水排沙作用，其将岷江分成内、外二江，内江为引水河道，将岷江部份水量引入地势较高的宝瓶口，外江为泄洪排沙河道。由于鱼嘴作用：洪季，内江引40%的清水，60%的水和大量泥沙进人外江；而枯季，内江引60%的水，以满足下游灌区用水[4]。即为“鱼嘴分四六”原则。

分水原理如图2，首先介绍下流量公式Q=AU，其中Q为流量，A为过水断面面积，U为断面平均流速，从公式出发做定性理解：枯水季节，水位较低，①内江河床较低，其过水面积A大于外江，②由于枯季来水少，水流动能小，主流（即流速最大处）偏于岸边（也就是图中示意的低水傍岸，高水居中），因此内江平均流速U大于外江。故内江Q大于外江Q；在洪水季节，水位较高，①外江过水断面A大于内江，②高水居中，主流偏向外江，故外江平均流速U大。故外江Q大于内江Q。

至于排沙作用，枯水季节流量小，带不动沙，本身就沙少水清，不太需要考虑排沙问题；洪水季节，由于主流在外江，又因为凹岸冲刷凸岸淤积作用（2.2介绍），处于凸岸的外江含沙量较大，故大量泥沙被主流带入外江，第一级排沙成功√。

2.2飞沙堰

飞沙堰，顾名思义，作用就是排沙。在洪水季节，泥沙为何会从飞沙堰被甩出？平时轻松甩100斤卵石，1966年甚至甩出过2吨中的石块，简直逆天！下面介绍逆天排沙原理。首先介绍两个概念：弯道环流和凹冲凸淤。

① 弯道环流，水流过弯时，由于离心力作用，凹岸水位较高，如图3所示，各位平时泡咖啡搅拌也能看到周围水位高于中心水位，一个道理。因为凹岸水位高，水深大，故凹岸底部水压力大P=ρgh，在压力作用下凹岸底部水流向凸岸，形成了弯道横向环流。

② 凹冲凸淤，如图4所示，在垂向上，泥沙浓度分布为上稀下浓，这个就不给公式了，相信大家这点生活经验还是有的。弯道环流+上稀下浓，底部浑水从凹到凸，上部清水从凸到凹，长此以往，凹冲凸淤。

现在可以解释飞沙堰的飞沙技能了，飞沙堰处于弯道河流，此处会形成弯道环流现象，如图5所示，在弯道环流作用下，清澈的表层流进入内江，浑浊的底层流带入外江。至于甩100斤巨石，由于挟沙力与流速U高次方成正比，故而，第二级排沙成功√

2.3宝瓶口

宝瓶口作为最后一道关卡，其最重要的作用为“引清排浑”。机理如下：

第一，弯道水流有纵向流速，也有弯道环流，故水流在弯道中会形成螺旋流，如图6所示：在水流顺江向下，较清澈的表层流流向凹岸（宝瓶口），浑浊的底层流流向凸岸（飞沙堰），宝瓶口正对表层流流向，为“正面引水”的姿态[5]，同时在河道螺旋流的作用下，挟带泥沙的底层流从堰顶翻越到外江。

第二，由于宝瓶口为收窄断面，在收窄处会形成回流，如图6所示，在回流作用下，泥沙会被甩到飞沙堰上。

都江堰工程，是古代水利人智慧的结晶，其中蕴含的宝贵经验和科学思想对如今的水利工程都有很大的现实意义，将经验拆解细化并最终转化为系统科学，这将是现代科学的目标。

初学做美篇，没经验，就是想广泛征求意见，与大家共勉，欢迎点评。而今微信这么发达，精神文明、物质文明得到快速发展，人们的生活质量有了一个飞跃。如果你见到这篇文章，觉得可以的话，请转发到你的群或圈里去，希望更多关注，谢谢！

文章及部分图片来自网络，版权归相关权利人所有，若有侵权请联系删除。