都江堰水利工程的工作原理

今日辰识人物：李冰

李冰，号称陆海，战国时期著名水利学家。秦昭襄王时，李冰出任蜀郡太守，负责治理岷江。到任后，他历时多年，修筑了举世闻名的都江堰。都江堰由鱼嘴分水堰、飞沙堰溢洪道和宝瓶口进水口三大主体部分组成，成功解决了江水分流、控制进水量和自动排沙的问题。此后两千多年，都江堰一直发挥着灌溉、防洪和航行的作用，保障了当地的农业生产，为蜀地发展起到了重要作用，成为世界水利工程史上的奇迹。李冰也因其功绩，名垂青史。

大家好

今天给大家讲讲世界水利工程史上的奇迹——都江堰水利工程的原理。

正式开始之前，先做一点知识补充：

首先，讲一下“水利工程”的定义——水利工程：是用于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工程。从定义可以看出，水利工程的根本目的和出发点在于除害兴利；

其次，由于水利工程涉及许多专业知识和术语，要全部讲清楚的话会花费很多时间，所以大家只需要明白其中的原理即可，对于论述中出现的的公式、定理和专业术语，不用过于深究；最后一点，之所以称都江堰为“水利工程史上的奇迹”，在于以下三个方面：

①巧妙利用地形与水势，实现无坝引水；

②世界上最古老的水利工程且至今仍在发挥效用；

③自动调节水量、自动分流、自动排沙。

知识补充完毕，下面开始正题：

我们从图中可以看到，都江堰水利工程的三大主体工程，分别是——鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口。

首先，岷江水流至鱼嘴时，被分水堤分为内江和外江，实现自动分流。

这里顺便简单说说内江与外江，

①内江位于东面，在玉垒山脚下，用于灌溉成都平原；

②外江用于泄洪，从都江堰到新津这一段称“金马河”，流至新津城区附近时，先后有西河、南河水流汇入，复称岷江。再流至乐山时与青衣江、大渡河汇合，继续流至宜宾时汇入长江。

为了帮助后续的理解，在这里需要引入两点专业知识；

①《水力学》中的流量公式：Q（流量）=A（过水断面面积）*U（断面平均流速）；

②水流动力轴线具有“低水傍岸，高水居中”的特点。

根据上述两点知识，可以推得：

在枯水期，由于内江河床比外江河床低，水往低处流，A（内江）＞A（外江）；

“低水傍岸”，枯水期时流速最大处偏于岸边（内江），U（内江）＞U（外江）；

A与U的乘积一对比，Q（内江）＞Q（外江）。

在洪水期，水位升高，由于内江河道比外江河道窄，即A（内江）＜A（外江）；

“高水居中”，洪水期时流速最大处偏于中间（外江），U（内江）＜U（外江）；

A与U的乘积一对比，Q（内江）＜Q（外江）。

上述公式推导看不懂没关系，只需要记住——

枯水期时，岷江有六成水流入内江，四成水排向外江；

洪水期时，岷江有四成水流入内江，六成水排向外江。

水量的自动调节，保证了成都平原的水量稳定。这是江堰水利工程的第一级自动分流。

由于河道是弯曲的，根据环道环流原理，岷江表层清水会流向河流凹岸（内江），而含沙石的底层水会流向河流凸岸（外江），岷江水流中大部分的沙石被外江巨大的水流带走。这是江堰水利工程的第一级自动排沙。

到这里还没完，内江的水流依然会携带部分沙石，接下来就轮到飞沙堰、宝瓶口、离堆出场了。

飞沙堰主要作用是排内江的沙石；

宝瓶口主要作用是控制内江水量；

离堆原为玉垒山山脉，因开凿宝瓶口，与玉垒山分离；

由于宝瓶口比内江狭窄，内江水流至此处时，河道突然变窄，再加上离堆对水流的阻拦，会形成回流，水中的沙石被甩至飞沙堰。这是江堰水利工程的第二级自动排沙。

剩余的少量沙石沉淀在飞沙堰对面的凤栖窝，每年由河工掏出。

同时，当洪水到来，内江水流过大时，进入成都平原的水量被宝瓶口控制，多余的水经过飞沙堰排向外江。这是江堰水利工程的第二级自动分流。

通过两级的自动分流、两级的自动排沙，保证了成都平原河道的安全。

说到这里，都江堰水利工程的基本原理就讲完了。

李冰在建造这座水利工程时，因地制宜，利用特殊地形，充分顺应了都江堰西北高，东南低的地势特点。

并且将华夏文化中天人合一、顺应自然的思想，应用在工程之中，使其成为具有顽强生命力的躯体，而非冰冷的人造建筑。

这大概就是都江堰水利工程历经两千余年依旧生生不息、发挥效益的重要原因吧。

从中我们也能认识到，要彻底、高效地解决当今世界面临的诸多难题，实现改造自然，变害为利，以人为本，持续发展的目标，需要华夏文化，需要中国智慧。

同时，在李冰的身后，成都平原沃野千里，蜀郡成为秦国粮仓，为大秦一统天下打下了坚实的基础 。

他所留下的水利工程两千多年经久不衰，造福子孙后代。何为专家，这才是真正的专家，这才是华夏子孙应该争相效仿学习的对象！

今天的分享到此结束，朋友们共勉！

院长修远

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