2300年前的水利工程，為何能沿用至今？都江堰的原理令人贊嘆

如果讓你迅速說(shuō)出兩個(gè)著名的水利工程，除了三峽大壩以外，能夠最先想到的可能就是都江堰了。

甚至有人可能會(huì)認(rèn)為都江堰與三峽大壩一樣，是在現(xiàn)代或近代修建的，可實(shí)際上都江堰修建于距今2300多年以前的東周。就是這樣一個(gè)修建于2300多年以前的水利工程，至今還在使用，我們甚至可以說(shuō)四川這個(gè)“天府之國(guó)”就是都江堰一手打造的。那么古人到底為何要修建都江堰呢？在東周時(shí)期，蜀地并不像后來(lái)那般富庶，當(dāng)時(shí)的成都平原經(jīng)常爆發(fā)旱災(zāi)，而西部的岷江兩岸又時(shí)常發(fā)生洪水，可見(jiàn)彼時(shí)的蜀地是個(gè)由旱澇災(zāi)害統(tǒng)治的多災(zāi)多難之地。公元前316年，秦國(guó)滅掉了蜀國(guó)，后來(lái)又成立了蜀郡，這成為了蜀地由多災(zāi)之地變?yōu)楦皇l(xiāng)的開(kāi)端。

秦國(guó)自商鞅變法之后，日益強(qiáng)大，早有吞并六國(guó)之心，滅蜀之后便有意將蜀地變?yōu)榇笄睾蠓降募Z倉(cāng)。

可是蜀地多災(zāi)，怎么能成為糧倉(cāng)呢？為了徹底改變蜀地的情況，秦國(guó)最終決定將岷江引入成都平原地帶，這樣既可以通過(guò)分流來(lái)改變岷江豐水期的洪水問(wèn)題，又可以消除成都附近的旱災(zāi)，可謂一舉兩得。想法雖好，但要具體實(shí)施起來(lái)可就難了，首先，岷江與成都之間有一座玉壘山，要想引岷江入成都，就必須要在玉壘山上開(kāi)一個(gè)口子，而以當(dāng)時(shí)的施工能力，這是一個(gè)二三十年才能完成的巨型工程。

再有，即便在玉壘山上成功開(kāi)口，開(kāi)渠引水之后如何分水、如何在枯水期和豐水期時(shí)進(jìn)行水量的調(diào)節(jié)，如何進(jìn)行掏灘排沙？

這些都是非常棘手的問(wèn)題，即便是放在現(xiàn)代，也具有相當(dāng)大的設(shè)計(jì)難度。那么都江堰到底是怎么解決這一問(wèn)題的呢？必須說(shuō)，都江堰所蘊(yùn)含的原理，足以令當(dāng)今的物理學(xué)家們?yōu)橹潎@。負(fù)責(zé)修建都江堰的人是蜀郡的太守李冰以及他的兒子，你很難想象，一個(gè)生活在2300年以前的人，竟然能夠想到通過(guò)熱脹冷縮的方法來(lái)開(kāi)山，李冰父子先命人用火來(lái)燒山石，然后再潑上冷水，一熱一冷，山石變得很脆，極易開(kāi)鑿，于是一個(gè)二三十年的工程，八年就完成了。

相比開(kāi)山挖渠而言，如何分水、控水、排沙，這些才是真正的難題。

通過(guò)都江堰結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，李冰父子選擇修建都江堰的位置正好位于岷江的一個(gè)轉(zhuǎn)彎處，他們?cè)诮D(zhuǎn)彎的位置修建了一個(gè)用于分流的島形工事，這個(gè)分流島的前端位置就被稱之為“魚(yú)嘴”。魚(yú)嘴左側(cè)被稱為外江、右側(cè)被稱為內(nèi)江，而內(nèi)江部分的水最終會(huì)通過(guò)下面的寶瓶口流往成都，這里面是存在機(jī)巧的。李冰在設(shè)計(jì)的時(shí)候，將內(nèi)江設(shè)計(jì)得比外江深，而水面部分，外江又比內(nèi)江寬，這種設(shè)計(jì)使得成都地區(qū)枯水期不會(huì)缺水，而豐水期又不會(huì)被淹，為什么呢？

枯水期時(shí)，岷江的水位較低，但由于內(nèi)江本身比外江深，所以內(nèi)江分得的水要比外江多，這就保證了成都地區(qū)的用水。

等到了豐水期，水位上漲，由于水面的部分，外江要明顯比內(nèi)江寬，所以此時(shí)外江分得的水又比內(nèi)江多了，這就使流向成都的水得到了控制，不至于發(fā)生洪水。如果某一年水量特別多怎么辦？沒(méi)關(guān)系，看到下方的飛沙堰了嗎？那是一個(gè)非常低矮的堰，只要水位超過(guò)了這個(gè)飛沙堰，多出的水就會(huì)從這里流回外江，所以水淹成都的事情永遠(yuǎn)都不會(huì)發(fā)生。這種巧妙的設(shè)計(jì)使得分水和控水都得到了解決，接下來(lái)就是排沙了。江水在流動(dòng)的時(shí)候會(huì)裹挾大量泥沙，時(shí)間一長(zhǎng)必然會(huì)阻塞河道，怎么解決？

李冰雖然不懂什么是物理學(xué)，但他的設(shè)計(jì)卻處處應(yīng)用到了物理。

泥沙在江水中并不是均勻分布的，特別是在江水轉(zhuǎn)彎的時(shí)候。泥沙本身較重，所以轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)走彎道內(nèi)側(cè)，而沒(méi)有泥沙的清水則會(huì)甩到彎道外側(cè)，這就是李冰為什么要選擇在江水轉(zhuǎn)彎處修建都江堰的原因，攜帶泥沙的江水走彎道內(nèi)側(cè)，會(huì)大部分進(jìn)入外江，而清水走彎道外側(cè)，所以會(huì)進(jìn)入內(nèi)江流向成都。少量進(jìn)入內(nèi)江的泥沙同樣也會(huì)走內(nèi)江的外道內(nèi)側(cè)，所以最終還是會(huì)通過(guò)飛沙堰回到外江。由于泥沙最終基本都去外江了，所以每年的掏灘工作變得十分輕松，都江堰也得以持續(xù)運(yùn)行。一個(gè)如此成功的無(wú)壩引水工程，竟然修建于2300年以前，完全可以稱之為奇跡。