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都江堰,大约建造于公元前200多年的秦代。至今依然完好,还在使用,成为世界上唯一一座有两千多年历史,却仍然在造福人类的古代水利工程。
2008年5月12日,下午2点28分,天府之国四川突然间山崩地裂,一场特大的地震发生了,震级8级,震中汶川。
距震中仅20公里的都江堰市,房倒屋塌。但都江堰水利工程几乎完好无损,清清的岷江水滚滚而来,经过宝瓶口流向成都平原,滋润着成都平原1370万亩良田。
都江堰真没事儿? 海内外媒体将信将疑,各路记者不顾强烈余震,赶到了都江堰,面对事实还是难以相信。法国一家媒体发了题为《世界上最古老的水利工程都江堰,经受住了时间和地震的双重考验》的报道。
自建成至今的2250多年间,都江堰经受过16次7级以上的大地震,遭受过日本侵略者的飞机轰炸,皆安然无恙,不能不说是中国乃至世界水利史上的一个奇迹。
都江堰是以无坝引水为主要特征的宏大水利工程,不像惯常的水坝采用“堵拦”的方式治水,而是采取“疏导”的办法。巧妙运用了弯道环流原理,使江水自动分流,自动排沙,自动调节流量,解决了泥沙淤积的难题。(图1)
国家有关部门曾组织专家评选中国历史上最杰出的一百位科学家,都江堰的建造者李冰排在了首位。
李冰出生在战国时代的秦国,自幼喜欢读书、观察、思考。《华阳国志》的《蜀志》记载:李冰“能知天文地理”。说他在自家的院子里插了多根竹竿,观察太阳运行规律。在屋子上开了天窗,观察月亮运行。所以李冰积累了丰富的天文、地理、气象知识,能够预测天晴、下雨等气象。
不到20岁的时候,李冰开始云游天下。他走遍了秦国的山山水水,察看了泾水和渭水是怎么进入黄河,怎样浇灌关中平原,怎么泾渭分明。他到洛阳参观了据说是大禹搞的黄河治理工程。李冰还到了楚国江陵一带,在那里与秦国的实权人物田贵结识,并得到田贵的赏识,为以后得到重用埋下伏笔。
秦国要一统天下,要有足够的粮食,所以对农耕生产和水利建设非常重视,秦水利是搞得最好的,什么原因呢?把农业搞上去是一个原因,第二个原因,与军事有关。三军未动,粮草先行。陆路运输不方便,代价高;而水路运输既方便,代价又低。司马迁《史记》与班固《汉书》中,提到都江堰的功能,第一就是航运。
公元前256年,秦国修建了都江堰,良好的农田水利使得成都平原成为秦的天下粮仓和大后方。并把成都平原通过水上运输连成一片,然后顺长江而下直接攻打楚国。
公元前236年,秦请一个叫郑国的人用10年时间修了郑国渠,引泾水浇灌关中平原,军事方面对攻打韩国起了很大作用。
秦国还在岭南修了灵渠,把湘江和珠江连接起来。
由此可见,秦国为成就统一天下的伟业,励精图治,强军建国,十分重视水利建设。而李冰恰逢其时,可说是时代成就了李冰,李冰造就了都江堰的辉煌。
秦昭襄王任命李冰为蜀郡守,那一年李冰30岁。
蜀郡 是秦国的大后方,地理位置和军事地位都很重要。但流经蜀地的岷江常常泛滥成灾。历史文献记载,古蜀国的几代君王、治水的大禹都治理过岷江,却都没有解决岷江的水患。在此情况下,朝廷的范睢和田贵推举了李冰。
渴望大展宏图的李冰,终于得到了千载难逢的机会。但自古以来,岷江就像一条难以驯服的蛟龙,使蜀中地区一直被洪涝灾害困扰。李冰知道,要解决下游的问题,就必须弄清上游的情况。
李冰逆流而上,到山高沟深的岷江发源地岷山勘察,远至今日的松潘一带,历经艰难险阻。岷江是长江上游最大的一条支流,每年的水量为900亿立方米。滚滚江水裹挟着泥沙,倾泻到成都平原的西部。因为东边玉垒山的阻挡,形成四川盆地西涝东旱。经过半年多的实地考察,李冰敏锐地认识到打通岷江出山口的玉垒山,把岷江水引进成都平原,就可除害兴利一举多得。(图2)
经过反复考察摸索,李冰最终选定在玉垒山的弯道中央,即今天的都江堰一带,实施水利工程建设。李冰的工程目标为:一排除洪灾,二利于内河运输,三农业灌溉,四方便人畜用水。所以都江堰水利工程,既是民用工程,又是军事工程,也是惠民工程、爱国工程。
修建都江堰这么巨大的水利工程,李冰面临的第一个挑战,就是开凿玉垒山,打通宝瓶口,把岷江水引入成都平原。
玉垒山的砾岩非常坚硬,2250多年前还没有炸药,而且那时铁器的硬度也很有限,施工难度可想而知。一天,李冰看见烧石灰,石灰石烧后泼上水的情景,受到了启发。
他带了几个民工,试着在玉垒山一处开凿了一道沟槽,在沟槽里堆上柴火烧,把岩石烧红后泼上冰冷的岷江雪水,岩石噼里啪啦裂开了。
于是他把民工集中起来,如法炮制。据有关史料记载,用了整整八年,在坚硬的玉垒山开凿出一条宽20米、深40米、长80米称为宝瓶口的水沟。滔滔不绝的岷江水,酣畅地流向了成都平原。李冰的一期工程完工。
二期工程,即是称之为鱼嘴的分水堤,它修建在岷江的弯道中央,其实就是江中央的一道分水岭,此处水流湍急,特别是洪水季节,水流速度非常快,所以修建分水岭难度很大。一天李冰散步时,看到一个小姑娘在河边洗衣服,突然一个水浪打过来,小姑娘装衣服的竹篓摇摇晃晃要被水冲走,她赶快拣了几块鹅卵石压在竹篓里,竹篓就稳定住了。李冰大受启发,他叫大家编织大竹篓,在竹篓里装满大块的卵石,往江心的弯道处堆码,越堆越多,渐渐分水岭就堆砌成了,成为现在的分水堤。分水堤最前面称为鱼嘴,如今的鱼嘴用钢筋水泥加固了。
要搞水利工程,需要截流以便施工,但当时截流绝非易事。李冰发明了一种用具叫作“杩槎”,就是把6根木头用竹条缠成一个三角体结构。再把很多杩槎连成一串,这样便于挪动、摆放,而且稳定。然后在榪槎上披上竹席,涂上粘土,成为临时的拦河坝。时至今日都江堰仍在使用槎榪。(图3)
历经十八年,都江堰终于顺利完工,蜀中地区也从原来的旱涝灾害不断,神奇地变成了风调雨顺的天府之国。 都江堰没有大坝,却能够自动分水、自动排沙。都江堰建成后,这一带的生产、生活发生了巨大变化,《华阳国志.蜀志》记载:“又灌溉三郡,开稻田,于是蜀沃野千里,号为陆海。旱则引水浸润,雨则杜塞水门,故记曰,水旱从人,不知饥馑。时无荒年,天下谓之天府也。”
无论受乡民烧石灰的启发,还是洗衣小姑娘的提示,在修建都江堰的时候,李冰不断从民间汲取智慧和力量,并就地取材,利用当地随处可见的山石、竹木作为主要建筑材料,不但降低了成本,也使日后的长期维修,变得非常方便与简单,这也正是都江堰历经2250多年而不衰的主要原因之一。
都江堰水利工程建成后,把岷江和成都平原的水渠网络全部打通连接起来,又与长江相通,极大方便了水上航运。秦国的战略物资经岷江,由成都源源不断地输送到前线,对攻打楚国发挥了巨大作用。
对于“都江堰”这一称谓历来有些分歧和争论。有人说“都江”就是“成都江”、“成都江上的堤堰”;有人说“都江”在这儿是指成都的府河。其实“都江堰”的“都”是个动词,是“聚集、汇总、围堵起来”的意思,“江”是指岷江,“堰”就是堤堰、堤坝。
清乾隆时期有一部《灌县志》(“灌县”是都江堰市的前称),认为“都江堰”就是为把岷江水聚拢约束住,建成的一个堤堰。
都江堰工程到底是一种怎样的结构,其中包含着多少智慧和科学技术?
从都江堰整体工程分析,都江堰可分解为三大块:“金刚堤”、“飞沙堰”、“宝瓶口”。(图4)
金刚堤又称为金堤,是指它的坚固。金刚堤前边伸出来的部分像鱼嘴,故称为鱼嘴。金刚堤修建在岷江出山口的弯道中央,它的作用有三个:自动分流、自动调节水流量、自动排沙。金刚堤就是分水岭,它把岷江分成了两条水,一条叫外江,通向长江;一条叫内江,通向成都平原。
“自动调节水流量”,是指“金刚堤”能把水量比较科学地分配到两条江里去。枯水季节的岷江水不是太多,但是枯水期却是春耕的时候,成都平原很需要用水。内江通向成都平原,金刚堤能把六成的岷江水分到内江去,四成水分流到长江。洪水季节,岷江的来水量大,不仅用不完,还容易造成洪灾。这时,金刚堤就把四成的岷江洪水分流到内江,六成排到外江,正好颠倒过来。这就是有名的“四六分成”,也就是治水的三字诀“分四六,平潦旱”。枯水季节六成水到成都平原解决了干旱问题,洪水季节让六成水进入外江,解决了洪涝问题。再有,金刚堤能够自动排沙,也就是著名的“二八分沙”。它能够把80%的泥沙和卵石排到外江去,进入内江段只有20%的泥沙。这是李冰巧妙地利用了一个原理,叫作“弯道环流”原理。
都江堰建在岷江出山口的弯道中央,两岸自然形成成“凹岸”和“凸岸”之势。江水流到弯道处,如果江水很多很急,流到弯道时就形成环流,环流具有引力,主流就冲向凸岸。江水不多时水流比较平缓,就流向了凹岸。
这是李冰经过反复考察,发现并掌握了水流的弯道环流原理,巧妙利用岷江的自然地势,在关键位置修建了鱼嘴分水堤,让江水实现了自动分流。
“泥沙淤积”至今是困扰江河治理的世界难题,李冰是怎样做到自动排沙的呢?而都江堰的三大主体工程又是如何布局、相互关联的呢?
岷江的泥沙量很大,洪水季节江水裹挟泥沙冲到弯道口,借用弯道环流的引力,把水下的泥沙冲到了凸岸,比较清的水就从凹岸流走。
洪水季节岷江水的主流自动冲向凸岸进入外江,而枯水季节没有形成环流,主流就流向了凹岸,流到了成都去。自动排沙就是把80%的泥沙通过弯道形成的冲击力,随水流冲射到外江去。
洪水季节,60%的岷江洪水排到了外江,40%的洪水进入了内江,但40%的洪水成都平原也受不了,它已超过了成都平原水需求量的4倍,怎么办?李冰又想出了第二个办法,再来一次分流、调节水流量、排沙。也就是都江堰的第二项水利工程:飞沙堰。
飞沙堰建在金刚堤的下游,再下游就是都江堰的第一期工程,宝瓶口。飞沙堰主要是排沙,是个只有2米多高的低堰。(图5)
飞沙堰也建在这弯道上,同样通过弯道环流,把泥沙再排除80%,又再除去75%的水流。水流到都江堰的第三处工程也就是宝瓶口时,水势就安全多了。
取名“宝瓶口”很形象,顾名思义此处是一个宝贵的瓶颈之口,是约束岷江水进入成都平原的控制区。再者,李冰为什么仅开凿宽20米、深40米、长80米的水道,而不是更大?是他科学地计算了成都平原的用水,开得越宽,进水量越大,成都平原东边会发生洪水。但是开得窄、水少不够用,又会发生旱灾。所以,经过鱼嘴分水堤,经过金刚堤分水排沙,又经过飞沙堰第二次分水,第二次排沙,进入宝瓶口的水都是清流,水流舒缓,取水之利,去水之患,利国利民。
这就是李冰在治水过程中,积累的宝贵经验和高度智慧,全世界为之赞叹的都江堰的核心秘密。那么,神奇的都江堰,又怎样穿越了两千多年的时光,它的维护方法中还包含着什么样的秘密呢?
水利工程的建设和维护是很花费钱财的事情,从古到今历来如此,因为水利工程从来就不是能一劳永逸的。大型江河水利工程维护的关键点是“排沙”, 李冰也关注到解决泥沙淤积的问题。
都江堰经过鱼嘴排沙、飞沙堰排沙已经大部分解决了积沙问题,但还没有完全解决。李冰还有一套后续维护办法,后人编成顺口溜“深淘滩,低作堰”。“深淘滩”就是把滩挖得很深,原来从金刚堤鱼嘴处到宝瓶口这一段的内江,虽然沙石不是太多,但也不能忽视。所以飞沙堰上有一处叫“凤栖窝”,这里是积沙池。这个积沙池是怎么形成的呢?在鱼嘴和宝瓶口之间,有一处“虎头岩”,这里也形成一个弯道。在这里,洪水遇到岩石,要么直接又流入外江,要么就形成了一个沙洲。因此,每年10月就要挖掘一次。挖多深合适呢,李冰计算后,以确保既不发生洪灾也不发生旱灾,按这个标准,埋下一座“石马”(到了明代换成了“卧铁”),这是埋在下边的“深淘滩”的标准深度。
这就是“深淘滩”,要把凤栖窝的沙挖出运走,以确保内江河道的畅通。
“低作堰”的“堰”就是飞沙堰,飞沙堰是要保证内江河段第二次排沙,第二次排水,所以这个堰不能太高。高了,洪水第二次不能够分流到外江,可能给宝瓶口造成压力,使成都平原发生洪涝。但这个堰也不能太低,太低,导致水流向外江太多,而向宝瓶口和成都平原供水不足。所以低作堰,堰高2.15米左右合适。
为什么李冰要在这个地方修建都江堰呢?
李冰决定把水利工程建在岷江出山口的弯道中央,也就是今天的都江堰一带,主要有三个原因:
第一是坡度落差的原因。岷江出山口的弯道中央海拔750米左右,成都平原的高度平均为海拔400米～500米左右,之间有两三百米的落差,落差适中,水的流速也合适,便于水利工程建设。
第二,因为成都平原恰好从岷江出山口的弯道中央一带像一把展开的扇子,在这里建水利工程就像给扇子安了个“扇子轴”。这把扇子就能够展开,像扇子毂似的向北、东、南三个方向辐射,使整个成都平原都能够浇灌。
第三,在这个地方修建是因为此处是弯道,能够形成弯道环流,在这个地方分成两条水流。利用弯道环流的原理能够自动分流,自动调节水流量,自动排沙。
由此,证明都江堰水利工程的选址非常科学。
它体现了一种思维,体现了一种精神。后人将治理都江堰总结为八字格言“乘势利导,因时制宜”。“乘势利导”就是根据这一带的山势、水势进行疏导;“因时制宜”就是根据特定的时机制定合适的对策。都江堰水利工程贯彻了“天时、地利、人和”的原则,实现了“天人合一”的理念。(图6)
很多历史学家到了都江堰说,中国历史上最激动人心的工程就是都江堰。有个叫李希霍芬的德国人,这个人就是首提“丝绸之路”之说的人。1872年他来到都江堰,感叹说都江堰是全世界最优秀、最完美的水利工程。是他首次把都江堰介绍到国外。
邓小平参观了都江堰水利工程后,感慨地说,“真是一项造福万代的工程哦。”
造福万代的都江堰,师法自然,顺应自然,达到了“天人合一”的境界,它凝聚了古代人民治水的经验,体现了中华民族的卓越智慧。举世无双的都江堰,灌溉了成都平原 ,灌溉了天府之国,也将永久地灌溉中华民族的精神家园。(图7)
2008年5月12日,下午2点28分,天府之国四川突然间山崩地裂,一场特大的地震发生了,震级8级,震中汶川。
距震中仅20公里的都江堰市,房倒屋塌。但都江堰水利工程几乎完好无损,清清的岷江水滚滚而来,经过宝瓶口流向成都平原,滋润着成都平原1370万亩良田。
都江堰真没事儿? 海内外媒体将信将疑,各路记者不顾强烈余震,赶到了都江堰,面对事实还是难以相信。法国一家媒体发了题为《世界上最古老的水利工程都江堰,经受住了时间和地震的双重考验》的报道。
自建成至今的2250多年间,都江堰经受过16次7级以上的大地震,遭受过日本侵略者的飞机轰炸,皆安然无恙,不能不说是中国乃至世界水利史上的一个奇迹。
都江堰是以无坝引水为主要特征的宏大水利工程,不像惯常的水坝采用“堵拦”的方式治水,而是采取“疏导”的办法。巧妙运用了弯道环流原理,使江水自动分流,自动排沙,自动调节流量,解决了泥沙淤积的难题。(图1)
国家有关部门曾组织专家评选中国历史上最杰出的一百位科学家,都江堰的建造者李冰排在了首位。
李冰出生在战国时代的秦国,自幼喜欢读书、观察、思考。《华阳国志》的《蜀志》记载:李冰“能知天文地理”。说他在自家的院子里插了多根竹竿,观察太阳运行规律。在屋子上开了天窗,观察月亮运行。所以李冰积累了丰富的天文、地理、气象知识,能够预测天晴、下雨等气象。
不到20岁的时候,李冰开始云游天下。他走遍了秦国的山山水水,察看了泾水和渭水是怎么进入黄河,怎样浇灌关中平原,怎么泾渭分明。他到洛阳参观了据说是大禹搞的黄河治理工程。李冰还到了楚国江陵一带,在那里与秦国的实权人物田贵结识,并得到田贵的赏识,为以后得到重用埋下伏笔。
秦国要一统天下,要有足够的粮食,所以对农耕生产和水利建设非常重视,秦水利是搞得最好的,什么原因呢?把农业搞上去是一个原因,第二个原因,与军事有关。三军未动,粮草先行。陆路运输不方便,代价高;而水路运输既方便,代价又低。司马迁《史记》与班固《汉书》中,提到都江堰的功能,第一就是航运。
公元前256年,秦国修建了都江堰,良好的农田水利使得成都平原成为秦的天下粮仓和大后方。并把成都平原通过水上运输连成一片,然后顺长江而下直接攻打楚国。
公元前236年,秦请一个叫郑国的人用10年时间修了郑国渠,引泾水浇灌关中平原,军事方面对攻打韩国起了很大作用。
秦国还在岭南修了灵渠,把湘江和珠江连接起来。
由此可见,秦国为成就统一天下的伟业,励精图治,强军建国,十分重视水利建设。而李冰恰逢其时,可说是时代成就了李冰,李冰造就了都江堰的辉煌。
秦昭襄王任命李冰为蜀郡守,那一年李冰30岁。
蜀郡 是秦国的大后方,地理位置和军事地位都很重要。但流经蜀地的岷江常常泛滥成灾。历史文献记载,古蜀国的几代君王、治水的大禹都治理过岷江,却都没有解决岷江的水患。在此情况下,朝廷的范睢和田贵推举了李冰。
渴望大展宏图的李冰,终于得到了千载难逢的机会。但自古以来,岷江就像一条难以驯服的蛟龙,使蜀中地区一直被洪涝灾害困扰。李冰知道,要解决下游的问题,就必须弄清上游的情况。
李冰逆流而上,到山高沟深的岷江发源地岷山勘察,远至今日的松潘一带,历经艰难险阻。岷江是长江上游最大的一条支流,每年的水量为900亿立方米。滚滚江水裹挟着泥沙,倾泻到成都平原的西部。因为东边玉垒山的阻挡,形成四川盆地西涝东旱。经过半年多的实地考察,李冰敏锐地认识到打通岷江出山口的玉垒山,把岷江水引进成都平原,就可除害兴利一举多得。(图2)
经过反复考察摸索,李冰最终选定在玉垒山的弯道中央,即今天的都江堰一带,实施水利工程建设。李冰的工程目标为:一排除洪灾,二利于内河运输,三农业灌溉,四方便人畜用水。所以都江堰水利工程,既是民用工程,又是军事工程,也是惠民工程、爱国工程。
修建都江堰这么巨大的水利工程,李冰面临的第一个挑战,就是开凿玉垒山,打通宝瓶口,把岷江水引入成都平原。
玉垒山的砾岩非常坚硬,2250多年前还没有炸药,而且那时铁器的硬度也很有限,施工难度可想而知。一天,李冰看见烧石灰,石灰石烧后泼上水的情景,受到了启发。
他带了几个民工,试着在玉垒山一处开凿了一道沟槽,在沟槽里堆上柴火烧,把岩石烧红后泼上冰冷的岷江雪水,岩石噼里啪啦裂开了。
于是他把民工集中起来,如法炮制。据有关史料记载,用了整整八年,在坚硬的玉垒山开凿出一条宽20米、深40米、长80米称为宝瓶口的水沟。滔滔不绝的岷江水,酣畅地流向了成都平原。李冰的一期工程完工。
二期工程,即是称之为鱼嘴的分水堤,它修建在岷江的弯道中央,其实就是江中央的一道分水岭,此处水流湍急,特别是洪水季节,水流速度非常快,所以修建分水岭难度很大。一天李冰散步时,看到一个小姑娘在河边洗衣服,突然一个水浪打过来,小姑娘装衣服的竹篓摇摇晃晃要被水冲走,她赶快拣了几块鹅卵石压在竹篓里,竹篓就稳定住了。李冰大受启发,他叫大家编织大竹篓,在竹篓里装满大块的卵石,往江心的弯道处堆码,越堆越多,渐渐分水岭就堆砌成了,成为现在的分水堤。分水堤最前面称为鱼嘴,如今的鱼嘴用钢筋水泥加固了。
要搞水利工程,需要截流以便施工,但当时截流绝非易事。李冰发明了一种用具叫作“杩槎”,就是把6根木头用竹条缠成一个三角体结构。再把很多杩槎连成一串,这样便于挪动、摆放,而且稳定。然后在榪槎上披上竹席,涂上粘土,成为临时的拦河坝。时至今日都江堰仍在使用槎榪。(图3)
历经十八年,都江堰终于顺利完工,蜀中地区也从原来的旱涝灾害不断,神奇地变成了风调雨顺的天府之国。 都江堰没有大坝,却能够自动分水、自动排沙。都江堰建成后,这一带的生产、生活发生了巨大变化,《华阳国志.蜀志》记载:“又灌溉三郡,开稻田,于是蜀沃野千里,号为陆海。旱则引水浸润,雨则杜塞水门,故记曰,水旱从人,不知饥馑。时无荒年,天下谓之天府也。”
无论受乡民烧石灰的启发,还是洗衣小姑娘的提示,在修建都江堰的时候,李冰不断从民间汲取智慧和力量,并就地取材,利用当地随处可见的山石、竹木作为主要建筑材料,不但降低了成本,也使日后的长期维修,变得非常方便与简单,这也正是都江堰历经2250多年而不衰的主要原因之一。
都江堰水利工程建成后,把岷江和成都平原的水渠网络全部打通连接起来,又与长江相通,极大方便了水上航运。秦国的战略物资经岷江,由成都源源不断地输送到前线,对攻打楚国发挥了巨大作用。
对于“都江堰”这一称谓历来有些分歧和争论。有人说“都江”就是“成都江”、“成都江上的堤堰”;有人说“都江”在这儿是指成都的府河。其实“都江堰”的“都”是个动词,是“聚集、汇总、围堵起来”的意思,“江”是指岷江,“堰”就是堤堰、堤坝。
清乾隆时期有一部《灌县志》(“灌县”是都江堰市的前称),认为“都江堰”就是为把岷江水聚拢约束住,建成的一个堤堰。
都江堰工程到底是一种怎样的结构,其中包含着多少智慧和科学技术?
从都江堰整体工程分析,都江堰可分解为三大块:“金刚堤”、“飞沙堰”、“宝瓶口”。(图4)
金刚堤又称为金堤,是指它的坚固。金刚堤前边伸出来的部分像鱼嘴,故称为鱼嘴。金刚堤修建在岷江出山口的弯道中央,它的作用有三个:自动分流、自动调节水流量、自动排沙。金刚堤就是分水岭,它把岷江分成了两条水,一条叫外江,通向长江;一条叫内江,通向成都平原。
“自动调节水流量”,是指“金刚堤”能把水量比较科学地分配到两条江里去。枯水季节的岷江水不是太多,但是枯水期却是春耕的时候,成都平原很需要用水。内江通向成都平原,金刚堤能把六成的岷江水分到内江去,四成水分流到长江。洪水季节,岷江的来水量大,不仅用不完,还容易造成洪灾。这时,金刚堤就把四成的岷江洪水分流到内江,六成排到外江,正好颠倒过来。这就是有名的“四六分成”,也就是治水的三字诀“分四六,平潦旱”。枯水季节六成水到成都平原解决了干旱问题,洪水季节让六成水进入外江,解决了洪涝问题。再有,金刚堤能够自动排沙,也就是著名的“二八分沙”。它能够把80%的泥沙和卵石排到外江去,进入内江段只有20%的泥沙。这是李冰巧妙地利用了一个原理,叫作“弯道环流”原理。
都江堰建在岷江出山口的弯道中央,两岸自然形成成“凹岸”和“凸岸”之势。江水流到弯道处,如果江水很多很急,流到弯道时就形成环流,环流具有引力,主流就冲向凸岸。江水不多时水流比较平缓,就流向了凹岸。
这是李冰经过反复考察,发现并掌握了水流的弯道环流原理,巧妙利用岷江的自然地势,在关键位置修建了鱼嘴分水堤,让江水实现了自动分流。
“泥沙淤积”至今是困扰江河治理的世界难题,李冰是怎样做到自动排沙的呢?而都江堰的三大主体工程又是如何布局、相互关联的呢?
岷江的泥沙量很大,洪水季节江水裹挟泥沙冲到弯道口,借用弯道环流的引力,把水下的泥沙冲到了凸岸,比较清的水就从凹岸流走。
洪水季节岷江水的主流自动冲向凸岸进入外江,而枯水季节没有形成环流,主流就流向了凹岸,流到了成都去。自动排沙就是把80%的泥沙通过弯道形成的冲击力,随水流冲射到外江去。
洪水季节,60%的岷江洪水排到了外江,40%的洪水进入了内江,但40%的洪水成都平原也受不了,它已超过了成都平原水需求量的4倍,怎么办?李冰又想出了第二个办法,再来一次分流、调节水流量、排沙。也就是都江堰的第二项水利工程:飞沙堰。
飞沙堰建在金刚堤的下游,再下游就是都江堰的第一期工程,宝瓶口。飞沙堰主要是排沙,是个只有2米多高的低堰。(图5)
飞沙堰也建在这弯道上,同样通过弯道环流,把泥沙再排除80%,又再除去75%的水流。水流到都江堰的第三处工程也就是宝瓶口时,水势就安全多了。
取名“宝瓶口”很形象,顾名思义此处是一个宝贵的瓶颈之口,是约束岷江水进入成都平原的控制区。再者,李冰为什么仅开凿宽20米、深40米、长80米的水道,而不是更大?是他科学地计算了成都平原的用水,开得越宽,进水量越大,成都平原东边会发生洪水。但是开得窄、水少不够用,又会发生旱灾。所以,经过鱼嘴分水堤,经过金刚堤分水排沙,又经过飞沙堰第二次分水,第二次排沙,进入宝瓶口的水都是清流,水流舒缓,取水之利,去水之患,利国利民。
这就是李冰在治水过程中,积累的宝贵经验和高度智慧,全世界为之赞叹的都江堰的核心秘密。那么,神奇的都江堰,又怎样穿越了两千多年的时光,它的维护方法中还包含着什么样的秘密呢?
水利工程的建设和维护是很花费钱财的事情,从古到今历来如此,因为水利工程从来就不是能一劳永逸的。大型江河水利工程维护的关键点是“排沙”, 李冰也关注到解决泥沙淤积的问题。
都江堰经过鱼嘴排沙、飞沙堰排沙已经大部分解决了积沙问题,但还没有完全解决。李冰还有一套后续维护办法,后人编成顺口溜“深淘滩,低作堰”。“深淘滩”就是把滩挖得很深,原来从金刚堤鱼嘴处到宝瓶口这一段的内江,虽然沙石不是太多,但也不能忽视。所以飞沙堰上有一处叫“凤栖窝”,这里是积沙池。这个积沙池是怎么形成的呢?在鱼嘴和宝瓶口之间,有一处“虎头岩”,这里也形成一个弯道。在这里,洪水遇到岩石,要么直接又流入外江,要么就形成了一个沙洲。因此,每年10月就要挖掘一次。挖多深合适呢,李冰计算后,以确保既不发生洪灾也不发生旱灾,按这个标准,埋下一座“石马”(到了明代换成了“卧铁”),这是埋在下边的“深淘滩”的标准深度。
这就是“深淘滩”,要把凤栖窝的沙挖出运走,以确保内江河道的畅通。
“低作堰”的“堰”就是飞沙堰,飞沙堰是要保证内江河段第二次排沙,第二次排水,所以这个堰不能太高。高了,洪水第二次不能够分流到外江,可能给宝瓶口造成压力,使成都平原发生洪涝。但这个堰也不能太低,太低,导致水流向外江太多,而向宝瓶口和成都平原供水不足。所以低作堰,堰高2.15米左右合适。
为什么李冰要在这个地方修建都江堰呢?
李冰决定把水利工程建在岷江出山口的弯道中央,也就是今天的都江堰一带,主要有三个原因:
第一是坡度落差的原因。岷江出山口的弯道中央海拔750米左右,成都平原的高度平均为海拔400米～500米左右,之间有两三百米的落差,落差适中,水的流速也合适,便于水利工程建设。
第二,因为成都平原恰好从岷江出山口的弯道中央一带像一把展开的扇子,在这里建水利工程就像给扇子安了个“扇子轴”。这把扇子就能够展开,像扇子毂似的向北、东、南三个方向辐射,使整个成都平原都能够浇灌。
第三,在这个地方修建是因为此处是弯道,能够形成弯道环流,在这个地方分成两条水流。利用弯道环流的原理能够自动分流,自动调节水流量,自动排沙。
由此,证明都江堰水利工程的选址非常科学。
它体现了一种思维,体现了一种精神。后人将治理都江堰总结为八字格言“乘势利导,因时制宜”。“乘势利导”就是根据这一带的山势、水势进行疏导;“因时制宜”就是根据特定的时机制定合适的对策。都江堰水利工程贯彻了“天时、地利、人和”的原则,实现了“天人合一”的理念。(图6)
很多历史学家到了都江堰说,中国历史上最激动人心的工程就是都江堰。有个叫李希霍芬的德国人,这个人就是首提“丝绸之路”之说的人。1872年他来到都江堰,感叹说都江堰是全世界最优秀、最完美的水利工程。是他首次把都江堰介绍到国外。
邓小平参观了都江堰水利工程后,感慨地说,“真是一项造福万代的工程哦。”
造福万代的都江堰,师法自然,顺应自然,达到了“天人合一”的境界,它凝聚了古代人民治水的经验,体现了中华民族的卓越智慧。举世无双的都江堰,灌溉了成都平原 ,灌溉了天府之国,也将永久地灌溉中华民族的精神家园。(图7)