<p class="ql-block"> 都江堰是世界文化遗产、世界自然遗产的重要组成部分、世界灌溉工程遗产、全国重点文物保护单位、国家级风景名胜区、国家AAAAA级旅游景区。</p><p class="ql-block"> 都江堰大家都熟悉，几大原理大家也知道。我去过几次，也听过不少现场导游的解说，也查过百度资料。总觉得对都江堰原理说得不清楚，不具体，甚至还有些误导。想借此文进一步解读。从以下几方面谈谈我的认识。</p><p class="ql-block"> </p> <p class="ql-block"> 《都江堰的排沙原理》</p><p class="ql-block"> 河流总是弯弯曲曲的，我们把河流中心线作为参照，河岸分为凸岸和凹岸</p> <p class="ql-block"> 河水总是保持直流的趋势，但河道总是弯曲的，这样河水总是直冲凹岸。</p> <p class="ql-block"> 这样就形成凹岸的河水面高，凸岸的河水面低的水面形势，由于重力作用凹岸表层水就会下沉从底部流向凸岸，这样在横断面上看，就形成一顺时针的环流，这个环流会从河流底层，把河流物质（沙石）由凹岸带向凸岸。</p> <p class="ql-block"> 河流水是流动的，横断面环流就在河床形成螺旋形旋转向前流，趋势仍然是河水从凹岸把河流物质（沙石）带到凸。凹岸因此就叫侵蚀岸，凸岸就叫堆积。这就是河流的流体力学作用形成的。</p> <p class="ql-block"> 两千年前李冰父子就利用了河流这一流体力学原理，把都江堰水利工程选址在河流弯道上（箭头所指），在分水工程前，就利用自然河道，使岷江的沙石从内江排向外江。我认为绝大部沙石是在这里排向外江方向的。</p> <p class="ql-block"> 从图上看得出来，箭头1是利用自然河道向外江排出大量沙石。在鱼嘴分水工程后，内江又形一个弯道，同样道理沙石仍然继续从凹岸（箭头2）排向凸岸。</p> <p class="ql-block"> 由于流水是螺旋形旋转流向下游，李冰父子也知道这一原理，我认为可能李冰父子经过计算或演示实验，知道了沙石到达的位置（箭头3）于是就在此处修建第二处排沙石的出口，’人字堤’。由内江带来的沙石就准确的从人字堤出口排向外江，这样流入宝瓶口的沙石又进一步减少，李冰父子真是足智多谋。而飞沙堰（箭头4）堤坝比较高主要作用就是调节流入宝瓶口的水的流量，当然丰水期也有一些细从这里排到外江。</p><p class="ql-block"> 人字堤沟渠我认为开挖有两个特点，一是不宽，如果宽了会减少流入宝瓶口的水，二是比较深因砾岩才能排出，三是沟渠横切面可能是下宽上窄，这样既有利于排砾石，又不让过多的水流走，这样横切面沟渠就形成一个人字，这可能就是人字堤名称来历。</p> <p class="ql-block"> 《关于宝瓶口前是否有旋涡排沙》</p> <p class="ql-block"> 以下两图的旋涡理论我认为是错误的。宝瓶口水道的确变窄，但是否因狭窄就会在宝瓶口前形成逆时针的旋涡，从而形成向飞沙堰排沙。我们知道从流体力学看，流线密流得快流线疏流很慢。宝瓶口水道开凿时就比较深，经过两千年的下切作用，应该说现在更深一些，流水到这里（流线密）加之这里河床的比降大，（河床陡）就会加快流速通过，不会有回流。这里举个例，当我们把水龙头用手指头堵一点，水就会喷射，就是这个道理。所以说这个理论是错误的。飞沙堰排沙仍然是凹岸原。</p> <p class="ql-block"> 《宝瓶口的建造和选址》</p> <p class="ql-block"> 河流的侵蚀作用有，下切侵蚀作用，就是河流使河床加深，这种情况的发生是地売有上升运动。河流有横向侵蚀作，就是河流将河拓宽（当然还有科里粤利力的作用，这个已后专讲），河流对河床的溶蚀作用……。</p><p class="ql-block"> 一句话流水要使河床发生变化。李冰父子在选宝瓶口时一定要考虑这些因素对宝瓶口的影响，宝瓶口河床如果发生变化，那肯定要影响整个都江堰水利工程。还好经过了两千多年宝瓶口基本没有变化，甚至经过5.12大地震，宝瓶口巍然不动。这就和李冰父子选址有关。我曾经从玉壘山下到过宝瓶口江边，这里的岩石很特殊。</p> <p class="ql-block"> 这种岩石叫砾岩，它是各种砾石在高压下，经一些矿物质SiO₂胶结后形成的岩石，玉壘山宝瓶口就是这种岩石，’侏罗纪硅质砾岩’。非常的坚硬，李冰父子对这种岩石一定有认识，决定宝瓶口选址在这里，这种岩石，顶住了两千年的江水㴔流考验，所以我认为都江堰能保持两千多年成为世界著名的水利工程，与宝瓶口的坚硬岩石分不开的。看来两千年前的李冰父子就有丰厚的地质学学问。</p> <p class="ql-block"> 李冰父子是战国时期的人，战国时期铁器技术已有相当的进步。而建造宝瓶口李冰父子肯定也想过，试过用铁器开凿。但最后的办法是，采用火烧。现在看来李冰父子的物理学知识也很渊博。因为硅质砾岩是由许多不同种类的砾石组成的，不同岩石它们的膨胀系数是不同的，这样被火烧很容易炸裂，破碎，如果是单一岩石，比如砂岩，石灰岩，李冰父子就不会用火烧岩石的方法。所以我认为李冰父子用火烧，并不是别无他法，是多种办法中选择的最佳方案。是懂得这些物理知识，看来两千年前祖先已掌握了一定的物理知识，並用于实践。真的伟大。</p> <p class="ql-block"> 《关于鱼嘴的说法》</p> <p class="ql-block"> 鱼嘴是分水工程，位置大概位于岷江河段的江心，但根据科里奥利力的原理，岷江的外江河面肯定比两千年前宽了不少，这样能保持在枯水季节，岷江水仍然流向水江的多。但是为什么叫’鱼嘴’所有解释都是说堤坝前面形状像鱼的嘴巴，所以叫鱼嘴。但我想这种说法过于简单，说说我的看法。</p> <p class="ql-block">从鱼嘴示意图看得出，水从前面进鱼嘴，然后由鱼鳃从两边流出，这就是和分水工程一想的道理，所以我认为取名鱼嘴並不是形状像鱼嘴，（形状一点都不像）而是从，鱼嘴的功能来取名的，而是鱼就是通过这个功能得到氧气，才有生命力，才有活力，也就是寓意整个都江堰因为有了鱼嘴都江堰永远的生生不息。寓意深刻！</p> <p class="ql-block"> 低碳</p><p class="ql-block"> 2023.5.27于鱼洞</p>