【水利地理】这是我见过最直观的都江堰水利工程原理讲解！水电站、大坝、水库、河堤

都江堰水利工程坐落在成都平原西部的岷江上，始建于秦昭王末年(约公元前256~前251) ，由分水鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口等部分组成。

这是全世界迄今为止，年代最久、唯一留存、仍在一直使用，以无坝引水为特征的宏大水利工程，凝聚着中国古代汉族劳动人民勤劳、勇敢、智慧的结晶。

很多来都江堰水利工程参观后，都对都江堰水利工程赞叹不已，就连余秋雨都说 世界上最伟大的不是长城，而是都江堰水利工程。然而极个别的人，表示没有什么看头。其实，来都江堰水利工程，需要我们一边看，一边听！

一、工程修建背景

岷江发源于四川北部的岷山，是汇入长江的重要支流之一。岷江口是长江中上游的分界点，岷江水流量大、流速湍急。每当春夏山洪暴发的时候，江水奔腾而下，从灌县进入成都平原，由于河道狭窄，古时常常引发洪灾，洪水一退，又是沙石千里。而灌县岷江东岸的玉垒山又阻碍江水东流，造成东旱西涝。

公元前316年，秦惠文王采纳了大将司马错“得蜀则得楚，楚亡则天下定矣”的军事主张，举兵灭掉了蜀国。

公元前280年的秋天，秦灭蜀30年后，大将司马错在蜀国的首府成都齐集10万人马，以一万艘战船的浩荡之势从岷江上游出发，顺水进入长江，南下东攻楚国，然而在夺取了楚国的商於，也就是今天的重庆涪陵之后，军队却因为粮草和兵马不能及时补充，在商於陷入了瘫痪，无法继续深入楚国，这次战争的失败暴露了秦国利用蜀国作为攻楚跳板的缺陷。因为当时训练士兵，打造兵器，征集军需物资，主要是在蜀国的中心成都，可是造船和起运却要在岷江上游的汶山进行，兵马从成都到岷江运输码头至少要经过50多公里的陆路行进，粮草从成都出发也需要数以百万计的劳工经过沿途装卸的艰难才能到达码头，这样一来就很难在作战中及时的补充兵员和物资。

公元前272年，30岁的秦国人李冰奉秦昭王之命，一路艰险来到蜀郡担任郡守，按照秦国的耕战文化和司马错的军事思想，这位青年郡守要把自己的属地建成秦国统一天下的战略基地，而当时秦楚两国也已形成了剑拔弩张的对立局面，所以把岷江改道，引水经过成都，使其真正成为一条战争补给线的计划实施，最终历史性地落在了他的肩上。

所以，当时都江堰工程根本目的不是当局者利国利民的考虑，而是军事需要。

二、主体工程

1宝瓶口

首先，李冰父子邀集了许多有治水经验的农民，对地形和水情作了实地勘察，决心凿穿玉垒山引水。当时凿山可没有我们今天这么方便，计算炸药量和埋放位置，把石头拉走就行了。按当时条件，只能用钢钎和铁锤，而采用这样的方式，凿开湔山至少需要三十年。李冰在这种情况下，居然想出了火烧水浇的方式，利用热胀冷缩的原理使岩石迸裂疏松，进而开凿。历经八年，终于在玉垒山凿出了一个宽20米，高40米，长80米的山口，取名为“宝瓶口”，把开凿玉垒山分离的石堆叫“离堆”。

之所以要修宝瓶口，是因为只有打通玉垒山，使岷江水能够畅通流向东边，才可以减少西边的江水的流量，使西边的江水不再泛滥，同时也能解除东边地区的干旱，使滔滔江水流入旱区，灌溉那里的良田。这是治水患的关键环节，也是都江堰工程的第一步。

2鱼嘴与金刚堤

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，李冰父子又率领大众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形如鱼嘴的狭长小岛。鱼嘴把汹涌的岷江分隔成外江和内江，外江排洪，内江通过宝瓶口流入成都平原。

金刚堤是鱼嘴后部延伸向下游至飞沙堰溢洪道的大堤，长800米，宽75~120米，起着隔江逼水的作用。

从分水堤与金刚堤位于河床中心位置分析，这个堤的建造，主要是利用了河流的弯道环流的原理形成的。其东侧是岷江凹岸,也正是内江流经的部位,西侧是岷江的凸岸,也正是外江流经的部位。这里的弯道环流的表流流入凹岸,把凹岸被侵蚀的和过境的大量泥沙,由环流的底流再搬运到凸岸堆积成遇回扇,其中一部分泥沙在江心堆积形成规模宏大的江心洲(金刚堤),泥沙在洲头不断堆积、延伸,加之人工不断对它们修筑、加固和保护,形成今日之天然分水堤。

二八分沙：在鱼嘴分流的地方，内江处于凹岸，外江处于凸岸，根据弯道的水流规律，表层水流流向凹岸，底层水流流向凸岸，因此随洪水而下的砂石大部分随底层水流流向外江。

四六分水：在冬、春枯水季节，岷江水位较低，河流主流线多靠近河谷凹岸流去，分水堤将约十分之六的江水流入内江，十分之四的江水流入外江，保证了灌区的用水量，简称“四六分水”；夏、秋洪水季节，岷江水位相对升高，河流主流线相对变直，大部分江水流向凸岸，故分水堤又将十分之六的江水排入外江，十分之四的江水注入内江。

3飞沙堰

为了进一步起到泄洪排沙的作用，在分水堰与离堆之间，又修建了一条长200米的溢洪道流入外江。一方面，在水量较大时，溢洪道自动泄洪，使多余的内江的水排入外江正流使内江不受洪灾。另一方面，河道利用江水直冲水底崖壁而产生的漩流冲力，将泥沙从河道侧面的飞沙堰排走，这样便不会淤塞内江和宝瓶口水道，故取名“飞沙堰”。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。

以下是其他附属工程的功能，

工程完工后，前人（一说为李冰，尚未确凿证据）还总结出了一套科学的维护制度，其中最精华的六个字广为人知——深淘滩，低作堰。“深淘滩”中的“滩”，指的是凤栖窝(也就是飞沙堰对面淤起的浅滩)的一段河床，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，作为深淘标志。“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。

三、历史发展过程

1创建期

有关都江堰的创建，最早见于西汉司马迁的《史记·河渠书》，“于蜀，蜀守冰凿离碓，辟沫水之害，穿二江成都之中。此渠皆可行舟；有余则用概浸，百姓飨其利。至于所过，往往引其水益用概田畴之渠，以万亿计，然莫足数也。”'此后，班固的《汉书·沟洫志》、应劭的《风俗通义》、常璩的《华阳国志》都有详细记述。所谓“凿离碓”，指的应是开凿都江堰的宝瓶口这一工程。“壅江作堋”，根据一些学者的研究，即指的是类似分水鱼嘴的工程。可见都江堰在创建之初，可能只有两个工程一一分水鱼嘴和宝瓶口，重要的溢洪工程一一飞沙堰在创建时期还未出现。并且，李冰在主持修建都江堰的时候，他考虑这项工程所要发挥效益依次是防洪、航运和灌溉。创建期的都江堰，主要是分水鱼嘴(也称“堰”)和引水的宝瓶口，还没有形成一个完善的互相影响的水利系统，但此时的都江堰因分水鱼嘴与宝瓶口组合在一起仍可发挥综合性效益。

2逐步完善期（汉代至唐代）

西汉文帝时期，文翁任蜀守，史载他“穿湔江口，溉灌繁田千七百顷” 。“穿湔江口”的工程不仅使得都江堰的灌概面积扩大，保证了成都平原西北部的灌概水源，而且也使得都江堰的内江水系与论江相联，都江堰的作用由此进一步提升。

东汉时，都水掾的设置，显示出国家直接参与都江堪工程的管理，都江堰及灌区的维持与发展得到保证。

三国时期的蜀，由于要大力发展经济，统治者对水利的重视尤其体现在加强对都江堰的管理上，不仅在都江堰置堰官，而且还派军队驻守，以保证对都江堰的有效控制。

西晋时，在蜀郡同样设置有专门负责灌概用水调度的官职，如蜀渠都水行事、蜀渠平水、水部都督等，可见中央政府十分重视都江堰的的重要作用。晋代左思在《蜀都赋》中写道：“指渠口以为云门”，同时代的刘逵注说：“李冰于岷山下造大堋以壅江水，分散其流，概灌平地，故曰‘指渠口以为云门’也。”

成书于北魏时期的《水经注》在引用以上史料的同时还补充：“李冰作大堰于此，壅江作堋，堋有左右口，谓之湔堋，入郫江、检江，以行舟” 。从这些记载来看，魏晋南北朝时期的都江堰，其渠首工程应包括堋(相当于鱼嘴)、渠口(宝瓶口)、内江引水渠以及内江各干渠的进水口，同时，由时人对都江堰的认识也可以看出，这时期的都江堰渠首各工程之间的关系更加紧密，都江堪工程本身也日趋成为一个系统工程。

至唐代时，有关都江堰的记载更加详细，《元和郡县志》卷三十一《剑南道上》彭州导江县(今都江堰市)条:“楗尾堰，在县西南二十五里。李冰作之，以防江决。破竹为笼，圆径三尺，长十丈，以石实中，累而壅水。”'《新唐书·地理志》也记载说：导江“有侍郎堰，其东百丈堰，引江水以溉彭、益田，龙朔中筑。又有小堰，长安初筑。” 唐代的都江堰渠首工程有楗尾堰(相当于鱼嘴)、侍郎堰、百丈堰，不过这里的侍郎堰、百丈堰不一定就是指的今日的飞沙堰和鱼嘴之上游的百丈堰，但组合在一起应是发挥壅水、引水的重要作用。唐代都江堰的灌区也有很大的发展，灌区不仅继续延伸至成都平原南部甚至岷江中游，而且灌区的管理组织体系和管理制度得到进一步完善，从渠首到灌区己形成了较严格的岁修制度，保证了都江堰永续不断地发挥作用。

3成熟期（宋元明清）

两宋时期，有关都江堰的文字记载较前代大有增加，由这些丰富的记载可知都江堰的主体工程包括象鼻、离堆、侍郎堰、支水和摄水等，其中“象鼻”指的就是具有分水引水功能的鱼嘴，“离堆”即进水的宝瓶口，“侍郎堰”在此时的功能相当于泄洪和排沙的飞沙堰，“支水”和“摄水”等辅助设施大致相当于导流堤、拦河低堰等。至此，拥有分水、导流、引水和溢洪排沙综合功能的工程体系的形成，标志着都江堰作为一项综合性的水利工程己经进入了成熟期。成熟期的都江堰内江灌区共分出4条干渠，灌溉着成都府，蜀、彭、绵、汉、邛5州，灌概面积超过200万亩。都江堰的管理也更加完善，不仅形成了稽查、水政和工程三个互相制约的管理体系，而且都江堰还成为国家水利工程，朝廷派出御史领提举官，到灌区巡视，代表中央政府监督岁修工程质量和经费使用情况，地方上则设置各级官员共同负责灌区的水政和都江堰工程的管理及岁修活动。

宋代以降，由于战争的破坏，导致都江堰连年失修而废弃，除了宝瓶口被保留之外，都江堰的其他工程设施几乎都因受到破坏而荡然无存。当战争结束后，都江堰又得到重建，并迅速恢复原有灌区的规模。必须要提到的是，重建后的都江堰各工程设施都是原来的工程型式，进一步说明了都江堰经过近千年的演变和发展己经足够成熟，并且其所采用的工程型式和设置也被证明是符合历史发展需要的。

元代时，“都江堰”一词第一次出现在文献记载中，不过特指渠首的鱼嘴，“宝瓶口 ”一词则最早出现于明代文献记载。到清乾隆时期，虽然仍需岁修，但是鱼嘴的位置稳定在今安澜索桥处，飞沙堰、百丈堰等工程设施也相应形成了固定的建筑型制。清嘉庆年间，都江堰的鱼嘴、飞沙堰、人字堤等工程名称都可见于文献记载，这些名称一直沿用至今。

由于岁修工程浩大，并且需要很大的人力、财力和物力，从元代开始，有主持者尝试用砌石来取代竹笼以筑堤堰，并企图以永久性的工程结构省去浩大的岁修工程，但由于都江堰所处的河段水流流速过大，以砌石为代表的刚性工程材料易被水流冲毁，因此竹笼材料仍占主导地位。不过，这种以永久性工程结构代替竹笼工程的尝试却为后来都江堰工程的技术变革提供了前提。

4承前启后期（20世纪30-80年代）

这里的承前启后期是就都江堰的工程技术而言的，这一时期大致是从20世纪30年代开始，到80年代结束。1935年，都江堪的鱼嘴首先改用混凝土浇筑，鱼嘴由此成为都江堰水利工程中第一个传统工程结构与现代水工结构的结合物，此后，飞沙堰、鱼尾、金刚堤等工程设施陆续釆用混凝土浇筑，意味着现代水利技术、建筑材料与古老的水利工程型式在都江堰这一水利工程上达成了调和，并且使都江堰重新焕发生机。与此同时，都江堰灌区的管理也出现新变化，以县为单位的用水户组织参与到灌区水政和工程管理中，各种水利会、堰工讨论会等的成立，显示出都江堰及灌区己经开始了现代水利管理的模式。1974年，随着外江节制间的建成，以杩槎作为栏水工程设施的传统工程结构彻底地退出历史舞台，都江堰成为一处古老与现代、多种技术集于一身的持续发展的水利工程。谭老师地理工作室综合整理

最后回答题主的问题，工程背景和目的以上交代了。

至于其超乎寻常之处，对于学水利的：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，针对岷江与成都平原的悬江特点与矛盾，充分发挥水体自调、避高就下、弯道环流特性，“乘势利导、因时制宜”，正确处理悬江岷江与成都平原的矛盾，使其统一在一大工程体系中，变水害为水利。

而非水利的：成都平原得益于此，人民从灾祸中解救出来，过上了富饶、巴适的生活。

• 水利=水力吗？

• 水电站、大坝、水库、河堤，可以分清吗？

• 都是大坝，那高坝、低坝、丁坝、顺坝、梳齿坝有什么区别？

这些专业名词生活中接触较少，很多同学分不清楚，今天咱们就一起来看看吧！

01

“水利”和“水力”

水利是指利用水，以水谋利。水利工程设施是为了更好地控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的各种设施。常见的有水渠、运河、蓄水池、堤坝等。

而水力则是指水的力量，也就是水能。可简单的理解为利用水体运动的能量来发电，也就是水电。

这么看水力（能）开发，只是水利工程多种类型之一。

02

水电站、大坝、水库、河堤

① 水电站

• 水电站的工作原理

是利用河流水的压力或者流速推动水轮机旋转，将重力势能和动能转化为机械能，水轮机再带动发电机旋转，将机械能转变成电能，说着挺绕，看段视频就明白啦

水电站的工作原理

• 水电站的结构组成

水电站= 挡水建筑物（大坝）+ 泄洪建筑物（泄水闸、底孔等）+ 引水建筑物（引水渠或、隧洞、拦污栅等）+电站厂房

②大坝（拦河坝）

作用是拦水提高水位，积蓄水量，集中上游河段的落差形成一定水头和库容的水库。

③水库

指的是在河道山谷、低洼地修建拦水坝（闸）所形成拦蓄水量，调节径流量的蓄水区，正常情况下，水电站水轮发电机组从水库取水发电。

PS.有水库不一定有水电站，其实大多数水库都没有水电站，下图这个水库就没有发电功能。

④河堤

顺着河岸修建的挡水建筑物。（下图红色箭头）

水电站、大坝、水库的功能联系如下

制图 | 小怡（点击可看大图）

如果还分不清楚水电站、大坝、水库，再来看看下面这幅图吧。

其实图中的河堤，以及拦河坝，都可以称为“坝”，它们都具有拦水的功能。我们在考题中遇见的丁坝、顺坝、梳齿坝是河堤，而高坝、低坝是拦河大坝。

下面我们再分别了解这两类水坝，看完后记得做练习哦，每天做题并在留言区打卡，慢慢就变地理高手啦~

03

大坝——高坝、低坝

高坝和低坝其实是根据大坝的高矮而定的。按坝的高度分为高坝、中坝和低坝。大坝高度超过70m的坝为高坝，高度在30m以下的为低坝。

①高坝

优点是库容大、调节洪水的能力强，发电水头高，有效发电时间保证率大；

备注：水头是指上游蓄水的水平面至水轮机入口的垂直高度。代表了水的位能(势能)。水头越高,位能越大,同等流量能发的电也就多。

缺点是工程量大、淹没面积大、建设周期长、设计难度大、对坝址地质条件要求高。

②低坝

优点是工程量小、淹没土地面积小，移民数量少，建设周期短、耗资少，蓄水量小、溃坝的威胁小，对流域生态环境影响小；

缺点是库容小、调节洪水的能力小、发电水头低，有效发电时间保证率小。

04

河堤——丁坝、顺坝、梳齿坝

丁坝、顺坝、梳齿坝，其实是河堤。从名字上就可以大致推测出各自的造型。

①丁坝（挑流坝）

是由河岸伸入河水（或海水）中，后端与河岸相连，形似 “丁字形”的堤坝。

丁坝的主要作用有两个：一是调节河道水面，二是河岸边坡保护。

丁字坝的走向深入河道，用来使水流集中在河道中心，可以加快流速、刷深河床、抑制泥沙沉积和加深航道水深。同时使靠近河岸的流速迂缓、避免水流冲刷河岸。（下为俯视图）

②顺坝

是一种与水流夹角很小的坝体，从形态上来看大致与河岸平行。

③梳齿坝

是顺坝上垂直于顺坝的多条梳齿状坝体。

位于长江江心的顺坝和梳齿坝

顺坝和梳齿坝这两种堤坝主要起到了规顺水流，让坝两边的江水各归其道，间接提高了深航道水深的作用，对于提高枯水期的河流航运价值有很重要的作用。

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注：本文由谭老师地理工作室综合自我们都爱地理、中学地理研究、中学地理课、匠心地理、轻轻松松学地理、高考地理、讲地又讲理、老丁侃地理、星球地理、如此这般学地理等各地理公众号或文中水印等，在此一并致谢！若引用不当可以随时文末留言联系注明来源或删除。

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