地理大观世界上历史最久至今仍使用的水利工程——四川都江堰

Posted 2022-12-28 瓶口

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地理大观世界上历史最久至今仍使用的水利工程——四川都江堰

都江堰的修建源于一个偶然的机遇。公元前4世纪，雄踞于中国西北的秦国朝廷中，大将司马错提出建议，先攻占南面毗邻的蜀国，利用蜀国占据长江上游的优势，顺长江而下，吞并当时唯一能和秦国相抗衡的楚。秦惠文王采纳了司马错的军事策略后，在公元前316年举兵灭掉了蜀国。公元前280年的秋天，大将司马错从岷江上游出发顺水进入长江，南下攻击楚国，然而军队因为粮草缺乏补充，在今天的涪陵、重庆一带陷入瘫痪。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、集结军队主要是在蜀国的中心成都，可是造船和启运却要在岷江上游进行，兵马从成都到岷江的运输码头至少要经过50多公里的陆路，这样一来就很难在作战中及时补充兵援和物资。公元前272年，李冰来到蜀郡担任郡守，秦王计划把岷江改道，使之经过成都，从而成为一条真正的战争补给线，这个计划的实施最终落在了李冰的身上。怎样能让岷江水经过成都，使航道畅通，同时在发洪水时控制水，不使其泛滥平原？这是李冰苦苦思索的问题。公元前270年，方案终于提出：必须在岷江河道上建立一个既能引水又能防洪的水利工程，这个工程是这条战争补给线能否形成的关键。秦昭襄王批准了李冰的计划，出兵10万，支持李冰的建设。选择在山区和平原的交界点上建造都江堰以扼住岷江的咽喉从甘肃和四川交界处的雪山发源的岷江，是长江最重要的一条支流，千百条涓涓细流穿过峡谷，沿江两岸山高谷深，水流湍急，到灌县附近，岷江进入成都平原，便像脱缰的野马一般，一次次冲决堤岸，泛滥成灾，塑造出了不稳定的河床和时分时合的汉道。特别是在灌县城西南面，有一座玉垒山，阻碍江水东流，每年夏秋洪水季节，常常造成东旱西涝。在岷江河道中哪一个位置修建工程才合适呢？李冰经过实地考察，选择了在山区和平原的交界点上建造都江堰以扼住岷江的咽喉。人们用竹片编成笼，笼内装满卵石，然后用渡船抛至江心。4年以后，在岷江河道间出现了一个类似于大鱼嘴的江心坝，岷江江水被鱼嘴一分为内外两江，其中内江为引水河道，也就是从岷江引水通往成都的那条河道。然而，位于成都平原西北角的玉垒山是内江水流入平原的必经之路，为了清除这个自然障碍，李冰必须想办法在玉垒山上开出一条水道。在2000多年前的战国时代，生产工具的局限使得人们只能使用棍棒和铁锤把大山凿开。这时，李冰想出了一条妙计：先从甘肃和四川交界处的雪山发源的岷江，是长江最重要的一条支流，千百条涓涓细流穿过峡谷，沿江两岸山高谷深，水流湍急，到灌县附近，岷江进入成都平原，便像脱缰的野马一般，一次次冲决堤岸，泛滥成灾，塑造出了不稳定的河床和时分时合的汉道。特别是在灌县城西南面，有一座玉垒山，阻碍江水东流，每年夏秋洪水季节，常常造成东旱西涝。在岷江河道中哪一个位置修建工程才合适呢？李冰经过实地考察，选择了在山区和平原的交界点上建造都江堰以扼住岷用火烧岩石，直烧到岩石发红，再用冰凉的江水浇在滚烫的岩石上，岩石在热胀冷缩中裂成碎块，这时民工们再用棍棒和锤子凿开石壁，工程的进度就会快得多。在技术手段缺乏的古代，用这种办法对付坚硬的岩石的确十分聪明，因而东汉虞诩在甘南开运河、唐李齐物在三门峡凿开元新河时都用了这个办法。历经8年时间，玉垒山山体上终于劈开了一条宽为20米、长80米的水路，岷江水进入了平原。因为这个进水口形似宝瓶，后人为纪念李冰的奇思妙想，把这个进水口称为「 ”宝瓶口”。从此汩汩清流从宝瓶口源源流岀，永久性地灌溉着成都平原。公元前256年，世界水利史上的惊世之作都江堰竣工，开始了它对成都平原持续至今的影响。四川有一句谚语叫「 ”先有都江堰，后有天府之国”。内江水进入成都平原后成都平原上的人民顺势引水，只开渠不设闸，把内江水流一分为二，二分为四……有了岷江水的灌溉，成都平原于是变成了肥沃的良田。从公元前230年开始，有10万秦国人陆续从北方迁往蜀地与当地居民共同开垦广阔的平原，屯积的粮食使蜀郡成为当时秦国最大的粮仓。我的手机 2019/7/25 14：26：06秦国国力因之与日俱增，成为当时中国疆土上最强大的王国。公元前223年，秦国百万大军从成都顺岷江而下进入长江，一举灭掉了楚国，并在两年后统一了全国，成为了中国历史上第一个中央集权的封建帝国。「 ”分四六，平潦旱”指的是都江堰的水量调配功能巴比伦王国建于幼发拉底河上的纳尔一汉谟拉比渠和古罗马的人工渠道早已荒废，而同样古老的都江堰却独步千古，长盛不衰。仅从灌溉量来说，接受都江堰润泽的土地已由当初的200万亩增加到现在的1000万亩。中国古人因为战争目的而修建的水利工程经历了2000多年依然被人们利用，工程上的设计究竟有什么样的奥秘呢？都江堰是世界上最早的无坝引水工程，整个工程包括主体建筑物、辅助建筑物，以及延伸到整个灌区的渠系建筑物。工程的奥秘主要体现在主体建筑物上鱼嘴分水堤、宝瓶口及飞沙堰。鱼嘴分水堤，是都江堰的分水建筑物，岷江冲出山口之后，江水经鱼嘴分流，驯服地分成内江和外江。外江为主流，主要用于泄洪内江水通过宝瓶口引入灌区。值得说明的是，这里不是简单地实现了内外江分流。都江堰童叟传诵的治水三字经中最著名的「 ”分四六，平潦旱，指的是都江堰的水量调配功能。平时内江进水六成，外江进水四成：若遇洪水，这个比例自然倒转，六成水排到外江，四成水进入内江如果水量还嫌大，宝瓶口就会将过量的水挡在口门之外，多余的水就会自动通过飞沙堰流到外江，从而始终保证成都平原不受潦旱之苦。在宝瓶口的北岸岩壁上，有古人凿刻的几十条横道，名叫「 ”水则”，这可能是我国最早的水文标尺—水漫过16划为洪汛期，第19划则为警戒水位。古人用竹笼卵石砌成飞沙堰和人字堰，水过16划，就会从这两个排洪道向外江溢出，特大洪水时，飞沙堰会自动崩塌泄洪，不让过多的水进入宝瓶口。飞沙堰位于宝瓶口的前边，除了能够自动调节进入宝瓶口流量以外，还能有效地排除进入内江的泥沙和卵石，防止宝瓶口被淤塞。根据流体力学的原理，水流经过弯道时，由于弯道环流的作用，凹岸一侧容易引到清水，凸岸一侧容易淤积。由于飞沙堰位于内江的凸岸，宝瓶口位于内江的凹岸，于是内江的泥沙和卵石就通过飞沙堰排入了外江。同样的道理也使得鱼嘴在分水时，把更多的泥沙分给了外江。鱼嘴位于岷江的一个弯道处，内江一侧位于凹岸，外江一侧位于凸岸，岷江从上游带来的泥沙大多直接进入了外江，这就是都江堰的第一次排沙。除了充分保证泄洪安全和排沙以外飞沙堰还必须保证在枯水期时有足够的水量流进灌区。因此，飞沙堰的堰顶高程和长度都极具奥妙。这就不得不提到传说为由李冰留下的治水六字真言：「 ”深淘滩，低作堰”。而这「 ”深”与「 ”低”的标准则是从李冰时起就埋在内江河道里的石马（后人改成了卧铁）。为了保证古堰的永续使用，李冰制定了每年必须维护都江堰的岁修制度。据说除了兵荒马乱的战争年代以外，每年都有岁修活动，一直持续到近代。岁修的程序大致是这样的：每年到了霜降时，人们就截断外江，让江水从内江流走（即现代意义上的截流和分期导流，比如三峡大坝就采用了分期导流），从而疏浚外江河道，这一定要在立春以前全面完成：立春时，人们就照外江那样截断内江，让江水从外江流走，从而掏挖内江各条干渠中的泥沙，修补破损的工程，这一定要在清明以前完成清明后是人们栽插水稻的季节，人们把内江水放开，都江堰就重又开始了一年的工作。拦河大坝也可以建，只是不能建得太多，也不是建得越高越好德国学者曾用先进的现代测量技术对都江堰工程进行研究，发现它完全符合现代水利工程的原理。这充分说明，在2000多年前修建都江堰的人完全掌握了治理河流的规律。远古时期大禹的父亲鲧治水失败就是因为他用的是「 ”堵”的办法，大禹以疏导的方法治水却得以成功。后来，战国时期老子主张的「 ”道法自然”的思想被充分地体现在同时期李冰修都江堰治水的过程中，顺应水性的自然成为治水的最高准则。与现代西方的治水思路不同，李冰并没有使用高闸大坝把江水硬性抵挡，而是采用柔性结构的竹笼卵石，以柔克刚。而且充分利用了河道对水流的自然冲力，约束水流前进的方向，工程的建设与自然的规律达到了完美结合。纵观全世界的河流，像都江堰这样的顺势引水的工程为数并不多。人们修筑拦河大坝的历史也可追溯到公元前，如今约有40000多座高过15米的拦水大坝横在河道上，其中被称为巨型大坝的（高度至少150米）就有300多座。随意流淌的河流被扼住了咽喉，曲线优美的身体上出现了块块臃肿。为什么古人顺势引水的成功经验没能被后人广泛推行呢？其实拦河大坝也有它的功用，其一是蓄水以备河流季节性枯水时为人们提供稳定的水源：其二是抬高水位落差用来发电（目前水力发电量占全世界总电量的1/5）或灌溉。在1832年法国人 Benoit Fourneyron发明了第一台水涡轮机以前，水能主要用来带动水车，工业革命初期大约有50万辆水车为欧洲的工厂和矿山提供动力。19世纪时随着电站和输电技术的发展，水涡轮机的作用被充分地发挥出来，欧洲的大小河川甚至溪流上迅速修建了水坝，当水涡轮机可以工作的水位落差从1900年的30米猛增到20世纪30年代的200米以上时，大坝也因之越建越高了。这时候水库里的水也主要用于不断扩张的城市了。然而直到20世纪30年代以前，大坝的建设者们还都没有非常完备的河流水文数据，以及相应的土木工程技术，那时建成的大坝大多已经倒塌了。即便是近现代用比较先进的技术修建起来的大坝也都面临着使用寿命的问题。大坝的平均寿命是50年，对一些大坝来说，修复的费用将超过拆除它们的费用，即使是两者的费用不相上下，拆掉大坝也可免除未来的维护成本。所以过去100年中在兴建大坝方面一直领先世界的美国，已经拆除了578座大坝。所以说，大坝不是不能建，而是不能建得太多，也不是建得越高越好，而应该审时度势，适可而止，与自然和谐相处，以求得永续发展。古人相信河流的生命与灵性，从而没有把都江堰当作一劳永逸地改变和控制河流、使人凌驾于自然之上的工具，而是把它作为自然的一部分，作为与人们息息相连的生命存在。这种崇尚自然的工程设计和东方的哲学思想融为一体，浑然天成，所以才生生不息，历久弥鲜。