這項戰(zhàn)國始建的水利工程，為何能造福人類兩千年？

余秋雨先生在游覽了都江堰和青城山后，留下了“拜水都江堰，問道青城山”的名句。其中都江堰作為成都平原重要的水利工程，兩千年來一直發(fā)揮著重要的作用，為后世帶來了無盡的福祉。然而，水文治理自古以來就是我國的重大課題，黃河的治理就是一個典型的例子，歷朝歷代都投入了大量的人力物力，但至今仍未能完全解決。氣候變化和河道演變等因素都對水利工程的后續(xù)維護造成了挑戰(zhàn)，難以持久。

那么，都江堰的特別之處在哪里呢？為何它能使得成都成為“天府之國”？它的修建過程又是如何的？都江堰為何能夠使用至今？這與它的科學(xué)設(shè)計、施工質(zhì)量和適應(yīng)環(huán)境的能力密切相關(guān)。同時，都江堰也是我國古代勞動人民智慧的結(jié)晶，體現(xiàn)了人與自然和諧相處的理念，這是它能夠歷經(jīng)千年而不衰的重要原因。

都江堰

▏岷江的水患

岷江，作為長江的重要支流，其河口每秒的平均流量大約在2800立方左右，這使得它的年徑流量比黃河還要多出一倍。它的流域面積廣闊，達到了135882平方公里，其中126280平方公里位于四川。岷江流經(jīng)多個地方，包括汶川、成都、眉山、樂山、雙流等，其水文特征以都江堰為上游，是當(dāng)?shù)氐闹饕础?/p>

在古代，詩歌和文章中描繪的蜀地四川盆地和周邊地區(qū)，山體峻峭。正如李白在《蜀道難》中所描述的：“上有六龍回日之高標(biāo)，下有沖波逆折之回川”。四川境內(nèi)有許多崎嶇的高山，但穿過這些高山之后，可以看到由江河沖擊而成的平原。平原地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿薮?。然而，在修建都江堰之前，一旦遭遇洪澇，整個成都平原便會淪為汪洋大海，發(fā)展幾乎無從談起。

四川作為盆地，氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，這里的主要農(nóng)作物是水稻，尤其是成都平原。水稻的生長和成熟季節(jié)在夏秋兩季，這兩個季節(jié)也是岷江洪水多發(fā)的季節(jié)。在都江堰還未改名之前，它被稱為“湔堋”，是青藏高原和成都平原的過渡地帶。岷江自上而下，直接沖向都江堰。那時的人們面對洶涌的洪水，幾乎束手無策，面臨著“人或成魚鱉”的窘境。

然而，岷江并沒有因為發(fā)洪水而摧毀整個成都平原，而是選擇了繞開玉壘山，向南進軍。這就導(dǎo)致了成都平原西部地區(qū)洪水多發(fā)，而東部地區(qū)則十分干旱。它既帶來了豐富的水資源和豐饒的物產(chǎn)，也帶來了洪澇等自然災(zāi)害的挑戰(zhàn)。然而，正是這些挑戰(zhàn)促使人們?nèi)で蠼鉀Q方案，都江堰的修建，使得四川地區(qū)在面對自然災(zāi)害時，能夠保持穩(wěn)定和繁榮。

▏都江堰的修建

在戰(zhàn)國末期，秦昭王認識到巴蜀地區(qū)對國家戰(zhàn)略的重要性，他派遣了一位通曉天文地理的能人李冰，擔(dān)任蜀郡的太守。公元前256年，李冰上任后，他的首要任務(wù)就是根治岷江的水患，發(fā)展當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)，為秦國統(tǒng)一中國打下堅實的經(jīng)濟基礎(chǔ)。

李冰帶著他的兒子，與當(dāng)?shù)氐闹嗡畬＜乙煌芯?，他們借鑒前人的經(jīng)驗，同時對岷江地區(qū)的地形和水流進行了深入的實地考察。最后，他們決定將工程地點選在岷江穿越山地和平原交界處的玉壘山，這里是成都扇形沖積平原的頂點，也是理想的分水引流的地點。這樣可以確保灌區(qū)的分流灌溉。

都江堰水利工程主要分為三個部分：“魚嘴”、“飛沙堰”和“寶瓶口”。這三個部分各自分工明確，配置合理，使得都江堰能夠長久的發(fā)揮其功效。李冰和他的團隊精心設(shè)計，巧妙地利用自然條件，使得都江堰能夠有效地防洪、分流、引水，為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)和人民的生活提供了有力的支持。

▏都江堰的三大部分及其工作原理

1、魚嘴

在江心深處，矗立著一處奇特的景觀，它猶如大自然的鬼斧神工，將岷江巧妙地一分為二，這便是都江堰的魚嘴部分。魚嘴，顧名思義，其形狀宛如魚的嘴巴，將滾滾岷江分為內(nèi)外兩支。它主要承擔(dān)著行洪的重任，確保江水在汛期能夠順利通過。內(nèi)江位于東側(cè)，作為人工引水的總干渠，承擔(dān)著為農(nóng)田提供灌溉用水的職責(zé)。內(nèi)江的取水口寬達150米，外江的取水口則略窄，寬130米。

巧妙利用地形優(yōu)勢，魚嘴按照特定的分水比例調(diào)節(jié)江水流向。在春暖花開的季節(jié)，岷江水位較低，約四成的江水流入長江，六成則流向內(nèi)江，確保春耕用水的需求。而當(dāng)春夏之交，雨季來臨，水位上漲，魚嘴則發(fā)揮其神奇的功能，將六成的水導(dǎo)向外江，四成流入內(nèi)江。這樣的分流比例，既保護了灌溉區(qū)域不受洪水侵襲，又滿足了農(nóng)田的用水需求。

榪槎

魚嘴的設(shè)計之精妙，還體現(xiàn)在其與周圍環(huán)境的和諧共存上。外緣的內(nèi)、外金剛堤與魚嘴相互呼應(yīng)，共同維持著分流比例的穩(wěn)定。這其中的奧妙在于利用了彎道水線的運動規(guī)律：水多時走直，水少時走彎。在豐枯水期水流中泓線偏轉(zhuǎn)的臨界點，不同水位的水流會根據(jù)需要流入內(nèi)江或外江。為了更好地調(diào)控水流，人們還采用了一種古老的調(diào)節(jié)方法——制作榪槎。通過三根相互捆綁的木樁制成一個三角支架，在需要施工的位置放置榪槎并連接，同時每個榪槎里面還會放置卵石籠，以此保證榪槎的穩(wěn)固性。這種方法一般在春季流水較少的時候使用，以增大內(nèi)河的水流供給。

如今，魚嘴部分的設(shè)計和建造更為現(xiàn)代化。傳統(tǒng)的榪槎已被永久性水閘所取代，更加注重靈活性以及時間上的穩(wěn)妥?，F(xiàn)在的魚嘴由堅固的條石漿砌和混凝土筑成，堤壩位置不斷向下游延伸，金剛堤也已完成修筑。

雖然歷史上魚嘴的位置曾多次變化，但這并未對整個都江堰水利系統(tǒng)產(chǎn)生太大的影響。百丈堤作為上游位置的標(biāo)志，與魚嘴共同協(xié)作，幫助泄洪、排沙以及水量調(diào)節(jié)。這種古老的協(xié)作機制在過去和現(xiàn)在都發(fā)揮了重要的作用，確保了整個都江堰水利系統(tǒng)的正常運行。

2、飛沙堰

來到飛沙堰，這里是都江堰水利工程的中段部分，主要負責(zé)排沙。它建于唐高宗龍朔年間，大約在公元663年，是內(nèi)江泄洪排沙的主要通道。飛沙堰取自金剛堤下段的一處缺口，位于虎頭巖對岸，堰頂高過河床2米。它可以把超出灌溉區(qū)水量的水排出至外江，從而保障平原不會受到洪澇作用的影響。

彎道環(huán)流是因為離心力的作用，凹岸水位高，水深壓力大。在這種壓力作用下，凹岸底部的水流流向凸岸，形成了彎道環(huán)流。這種環(huán)流形成的強大作用力能夠?qū)⒋罅可笆八Α背鲋镣饨?，從而避免?nèi)河於塞。另外，飛沙堰的“低作堰”原則使得超過寶瓶口流量上限的內(nèi)江水漫過堰頂流入外江。如果遇到大型水澇，堰體會自行潰解，讓水流重回岷江正流。這一切都展示了古人的智慧和才能，使得都江堰水利工程能夠千年不衰，造福于世世代代的百姓。

3、寶瓶口

在都江堰，有一個令人嘆為觀止的工程奇跡，那就是寶瓶口。它是都江堰引水工程的標(biāo)志性部分，由玉壘山向岷江人工開鑿出一個缺口。這個缺口呈現(xiàn)出獨特的上寬下窄形態(tài)，底部寬度約14米，頂部則收縮至28米左右，高度大約18米。寶瓶口的作用在于與飛沙堰一同調(diào)節(jié)水流。

在古代，這一工程完全依賴人們的智慧和努力，采用火燒石、冷水澆潑等熱脹冷縮的方法進行人工開鑿。當(dāng)洪水來臨時，寶瓶口與飛沙堰相互配合，使部分洪水流向外江，從而減緩內(nèi)江水流的速度，達到防洪的效果。經(jīng)過寶瓶口后，水流順應(yīng)地勢高低變化，形成分支引水灌溉渠系，滋潤了成都平原上廣袤的農(nóng)田。

在寶瓶口的左岸山崖上，刻有數(shù)十條石線，被稱為水則，每條間隔約30厘米。這是我國最早的水位標(biāo)尺，用于觀測水位漲落。都江堰的水位標(biāo)尺隨著灌溉面積的增加而不斷擴展，清朝時期已經(jīng)達到二十四劃。飛沙堰和寶瓶口相互配合，調(diào)節(jié)水流和排沙。急流經(jīng)過寶瓶口后在瓶口外形成洄水，稱為“伏龍?zhí)丁薄?/p>

都江堰的水利建設(shè)充分利用了當(dāng)?shù)刈匀粭l件，對環(huán)境影響較小。這里氣候分明，雨季降水穩(wěn)定，使其不僅具有引水灌溉、防洪功能，還具備水運和城市供水功能。如今，都江堰仍然是重要的水利工程，為我國農(nóng)業(yè)、城市發(fā)展提供了堅實的支撐。

▏都江堰的歲修

都江堰自修建以來，已為人類造福了兩千年。這個工程最大的特點就是完全順應(yīng)河流的自然流動屬性，絲毫不違背其規(guī)律。它之所以能夠屹立兩千年不倒，皆因它為人們帶來的便利，使得兩千年來人們從未間斷地進行歲修。

在漢靈帝時期，設(shè)置了“都水椽”和“都水長”專門負責(zé)維護水利工程。到了宋朝，更是制定了至今仍在施行的歲修制度。每年冬春枯水和農(nóng)閑時，人們會進行歲修，主要任務(wù)是修繕?biāo)乐械闹窕\結(jié)構(gòu)，清理堆積的泥沙。為了測量內(nèi)水的深度，李冰放置了三個石樁人像，以“枯水不淹足，洪水不過肩”來確定水位。到了明代，石象被一丈長的臥鐵所替代。

如今，魚嘴分水堤的竹籠結(jié)構(gòu)已被鋼筋混凝土取代，使其更為堅固。然而，傳統(tǒng)的編竹籠至今仍在使用。如今的都江堰水利工程已成為世界上歷史最悠久、唯一留存并仍在使用的無壩引水型水利工程。

▏造福后人

千年的歷史長河中，都江堰的水利治理如同一座穩(wěn)固的橋梁，將岷江一分為二，使其不再肆意泛濫，同時也為農(nóng)田灌溉提供了無盡之源。它不僅推動了早期四川地區(qū)的政治、經(jīng)濟和文化發(fā)展，更是農(nóng)業(yè)灌溉效益的象征。

隨著灌溉渠系的逐步完善，寶瓶口的擴展使得灌溉面積不斷擴大，從秦朝時期的郫縣直至成都腹地，灌溉面積達到上萬頃。進入現(xiàn)代，科技的力量使都江堰的水利工程得到了加固和強化，魚嘴、寶瓶口、離堆以及所有分水堤都得到了精心保護

如今的都江堰，更勝往昔，其魅力歷久彌新。正如一句古語所說：“前人栽樹，后人乘涼?！倍冀咚こ虖某鮿?chuàng)至今，一直得到了妥善的管理，使其成為了四川經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。

（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）

作者 | 幾維鳥

畢業(yè)于新西蘭林肯大學(xué)金融專業(yè)。對大眾科普知識擁有濃厚興趣，曾在多個科普期刊上發(fā)表過科普文章。關(guān)注事實，積極探索前沿科技。