中国水利工程的伟大奇迹：都江堰是怎样运行的？灌溉方法无与伦比

2021年8月16日，四川多地暴雨，成都铁路局甚至还启动了暴雨应急方案，停运多辆列车。

历史上的成都和成都平原的其它地方，因为地势原因，再加上河网密集，雨水充沛，旱涝无常，灾害是非常严重的。但是在两千多年前，李冰父子率众修建了都江堰。从此至今，都江堰在缓解成都平原洪涝灾害方面便一直发挥着不可替代的作用，至今仍然灌溉着60万公顷良田。

李冰父子 雕塑

都江堰是世界上年代最久的水利工程，是中国水利工程的伟大奇迹。它在2000年被联合国教科文组织列入了《世界遗产名录》，德国地理学家李希霍芬赞叹它完善的灌溉方法无与伦比。

有多少人在参观了都江堰后会忍不住惊叹，这真的是两千多年前的人能够建造得出来的吗？没有相关的机械设备，没有精密的测量仪器，没有现成的各种物理原理，怎么才能让水听话呢？放在今天都还需要非常高的技术支持 ，更何况是在两千多年前呢？要怎样才能实现岷江分流，并实现“水旱从人”呢？

都江堰

都江堰修建背景

岷江从龙门山和邛崃山之间的峡口冲出山区，裹挟着沙土碎石。在进入成都平原后，岷江流速陡降，大量泥沙淤积，这导致在雨季时江水泛滥，成都平原变成一片泽国。冲出峡口的岷江，刚好撞上玉垒山，于是只能被迫向南，这造成了岷江与成都间隔50公里，又导致了旱季时岷江的水位低，不能灌溉成都平原，带来旱灾。

而且，岷江的河床却比成都平原高了273米，是名副其实的悬江。虽然黄河的开封段也是悬河，但是并没有这么大的落差。这就意味着，在丰水期岷江的水以绝对高度优势灌入成都平原，加重洪涝灾情。

在“得蜀则得楚，楚亡则天下定”的主张下，秦惠王伐蜀，并很快拿下，在蜀国设立蜀郡。但是当时的成都平原环境和生存条件这么恶劣，它并不能帮助秦国统一天下。所以，在公元前256年，秦昭王派出了水利专家李冰担任蜀郡太守。

蜀郡太守 李冰

都江堰的修建思路

李冰到任后，和二儿子李二郎（二郎神的原型）访查水脉，因地制宜，因势利导，开建了长江流域上的第一个大型水利工程都江堰。

李冰父子要解决的主要就是两害，即旱和涝。他们的基本思路便是“筑坝分水，修渠引水”。在涝的时候成都平原可以分担部分水量，但是不能太多；在旱的时候可以有水流入，保证成都平原的生活和灌溉。

解决思路

要达成这个效果，核心工程便是把岷江一分为二，把一支水引入成都平原。

过程

一、首先要做的第一件事便是引流。

上文讲了，岷江之所以没能流入成都平原，是因为在冲出峡口后，撞上了玉垒山，才被迫向南。虽然那时已经有了愚公移山的故事（《列子·汤问》第二部分），但是直接把玉垒山移走显然是不现实的，而且并没有必要。

李冰父子邀集了许多当地人民，对地形和水情做了详细的考察，经过谨慎分析，最终决定凿穿玉垒山引水。

但是问题又来了，因为玉垒山是石头山。在那个年代，不能用炸药进行爆破，人工挖大概需要30年。李冰想到了一个解决方案，就是将山上的树木砍伐，堆在岩石旁，再将它们点燃。等岩石被烧红后，再将冰冷的岷江水泼到石头上。滚烫的石头突然遇冷，便会变脆、崩开。

就是这样利用了热胀冷缩的原理，使工期大大加快，只用了8年，便将玉垒山凿穿。这个出口宽约20公尺，高约40公尺，长约80公尺，形状像极了一只瓶子的瓶口，所以就叫宝瓶口。

宝瓶口引水口是引水灌溉。内江的水经此缺口，得以流入广袤的成都平原。因为宝瓶口的“口”并不十分的大，所以丰水期，内江的水也不会毫无限制地进入平原。宝瓶口就像水龙头一样，掌握着成都平原的命脉。

宝瓶口

二、鱼嘴分流。

江水虽然可以通过宝瓶口流入平原，但是江东的地势较高，江水并不能流往宝瓶口方向。这就需要分流江水。经过谨慎的考察，李冰父子选择了岷江由山谷进入成都平原的转弯处。他们用竹笼垒石，然后整体投放入江中，堆起了一座人工的江心洲。这座江心洲成为了岷江的一座分水堤坝，堤坝的形状就像一条大鱼卧伏在江中，分水处则是鱼嘴的位置，所以被称为鱼嘴。

鱼嘴

鱼嘴把岷江分为了内江和外江。因为玉垒山的缘故，岷江在都江堰的河道呈弧状，外侧即内江，由于江水冲刷严重，河床窄且深；内侧即外江，河床宽且平坦。这样一来，在旱季的时候，由于内江河道深，六分江水流入内江内江，四分水流入外江。而汛期水流急，又可以凭借弯道动力学的规律使得四分水走内江，六分水走外江。

这便是鱼嘴四六分

鱼嘴四六分示意图

三、飞沙堰。

飞沙堰位于鱼形堤坝的尾部，是高出河床约2米的坝堰，可以进一步控制宝瓶口的水量。枯水期时内江的水量少，内江的水不能漫出堤坝，从而保证了内江的水可以百分之百流入成都平原；丰水期时，水位高出堤坝，又可以漫过堤坝排入外江。

飞沙堰堰体显露出来

排沙

大家都知道，治水还有一个非常重要的内容便是治沙，因为泥沙淤积会抬高河床。而我们在介绍背景的时候我们已经了解到，成都段的岷江含有大量的沙石。所以，怎样防止泥沙淤积是极其关键的一步。比如黄河流域的三门峡，就因为没有充分考虑到泥沙的排泄问题，运行不久后，便导致渭河流域因为河床抬高，大量的良田变成了盐碱地。

都江堰的伟大之处也更在于它非常巧妙地运用了弯道环流规律和凹冲凸淤原理，自行解决泥沙的排放问题。

弯道环流规律，是指水流过弯道时，由于离心力的作用，凹岸水位较高，故底部水压大，压力大的流向压力小的方向，如此，凹岸底部的水会流向凸岸。

弯道环流规律示意图

凹冲凸淤原理是指泥沙由于密度较大，所以上浓下稀。再加上弯道水流作用，底部浑水便会从凹到凸，上部清水则是从凸到凹。日积月累，凸岸自然会产生淤积。

凹冲凸淤原理

“一次排沙”。因为被鱼嘴分开的内江是在外侧，即岷江的凹处；外江是在岷江的凸处。而根据弯道的水流规律和凹冲凸淤原理，表层水流流入内江，底层水流流入外江。底层水流的含沙量又大，因此大部分泥沙都从外江流走。

“二次排沙”。宝瓶口不仅仅是都江堰的开关，还发挥着引清排浊的重要作用。

首先，宝瓶口处于凹岸，在水流顺江而下的时候，较清澈的表层江水流向宝瓶口，浑浊的底层江水流向凸岸，即飞沙堰。

其次，在宝瓶口的“瓶口”处，由于河道变窄，水流在此处会形成回流。在回流作用下，即便侥幸被带到这里的泥沙又会被甩到飞沙堰。

宝瓶口回流示意图

飞沙堰，名字已经表明了它的排沙作用。飞沙堰处于弯道河流，表层流入内江，底层流入外江。而且，洪水越大，水流越快，排沙效果越好，甚至可以甩出100斤巨石。

鱼嘴、宝瓶口和飞沙堰这三个重要部分巧妙配合，共同发挥作用，使成平原枯水不缺，洪水不淹。成都平原因此才能够沃野千里，两千年不衰，一直到现在都是天府之国。

都江堰整体效果图

另外，综上所述我们可以发现，都江堰是循着地形、地势等设计的。它的布局非常合理，运行也很科学，并且是化害为利，没有破坏自然环境，是水利工程中天人合一、人水和谐的典范。

由此可见，都江堰不仅是我国古代劳动人民智慧的结晶，也体现了人类与自然和谐相处的先进理念、代表了中华民族拼搏进取的精神。