一文看懂四川都江堰工程是怎么工作的

　　都江堰水利工程，竟成了日本的＂眼中钉＂？是的。日本还想轰炸毁掉都江堰，他们能成功吗？
　　都江堰水利工程航拍（从岷江下游往上游方向看）
　　这话一说就到了上世纪的抗战时期，日本侵略中国，尤其是当时的四川，久攻不下迟迟不降，他们认为是四川的殷实和富足，提供了太多了的人力、物力和财力支持，而这些都来自于——都江堰水利工程。如果炸毁了都江堰大坝，四川唾手可得。于是呢，日军派出最优秀的飞行员驾着轰炸机到了都江堰上空，绕了好几圈，除了看到多条奔涌的河流，就是找不到想象中拦截江水的大坝，没办法，随便扔了一些炸弹到了岷江水中，除了溅起的几朵水花，白玩一趟，带着遗憾和无可奈何悻悻而归。
　　都江堰水利工程航拍（内江分洪）无坝取水，让日军无功而返
　　说起从大江大河里大量取水，我们往往能想到的就是在江河里筑起高坝，拦截江水，抬高水位，再从坝前一旁把水引出来。但是都江堰却是特例，它根本就没有大坝，炸什么。2000多年前，李冰父子就发明了＂无坝引水＂的都江堰水利工程，这不得不说是个奇迹。估计日军根本就没想到无坝也能取水，这就是老虎向猫学本领，还没学到家。为什么要修都江堰？
　　早在战国时期，四川盆地远不像后来的＂天府之国＂那样美丽富饶，连年闹灾荒，不是涝了，就是旱了。当时担任蜀郡郡守的李冰带着他儿子李二郎决定沿着岷江往上游去找原因。
　　岷江是四川的四大河流之一，位于四川盆地西北，发源于终年积雪的岷山上，上游坡度很大，水流特别急。当江水流出山谷进入盆地边缘的都江堰市（之前叫灌县）时，地势突然变得平坦，上游冲下来的泥沙石块很快沉下来，造成河道淤积，河床抬高。进入夏天，岷山上的积雪大量融化，大量雪水顺江而下，但是淤塞的河道装不了瞬间增多的江水，就漫过江岸，淹泡下游成都平原，造成洪涝灾害。
　　都江堰飞沙堰泄洪
　　岷江到达都江堰市时，由于江中河床凸起，把岷江分成了内江和外江两条分支，到了玉垒山那里，两条江水又汇合了。结果是一座玉垒山，隔开了西侧的岷江内江和东侧的成都平原。由于玉垒山挡住了岷江，虽然岷江在这里海拔有730米，而玉垒山以东的平原地区只有430米，徒有那么大的高差，大量肥沃的土地也无法受到岷江水的滋润和灌溉。
　　找到旱涝原因的李冰父子，决定在玉垒山这里下功夫，＂一定要根治岷江＂。一是切开玉垒山，把岷江水引入成都平原；二是兴修堤坝，防治岷江泛滥。这就是兴修都江堰的由来。
　　都江堰水利工程俯瞰，玉垒山左侧是内江右侧是成都平原都江堰鱼嘴＂四六分水＂的绝妙之处
　　不少人到过都江堰，也看到了下面的平面图，甚至听过导游声情并茂的解释，知道了都江堰把岷江在玉垒山这里分成了内江和外江，还有鱼嘴、金刚堤、飞沙堰、宝瓶口等等关键的水利设施，但是对于都江堰为什么能够引岷江水，既能防涝还能灌溉的作用，仍然是一头雾水。
　　都江堰水利工程平面图
　　都江堰的绝妙之处就是＂四六分水＂。怎么个分水法呢？很多人纳闷，有鱼嘴、内江和外江就能实现分水了，答案是＂是的＂，不过只看平面图并不能看出都江堰的精妙，答案在内江和外江的断面上——内江比外江窄，但是深 。
　　都江堰鱼嘴
　　（一）夏、秋丰水期。岷江的水位较高，都江堰这里的水面变宽，岷江主流就通过外江，通过鱼嘴的分流，少部分江水通过内江，分流比例是外江6内江4，这样内江下游的成都平原既能得到足够的江水灌溉还不至于引起洪涝。
　　（二）到了冬、春枯水期，岷江水位下降，水量减少，由于鱼嘴的分流，而且内江比外江深，主流自动进入内江，分流比例改为内江6外江4，仍然能够保证下游的用水量。
　　鱼嘴和内江、外江配合进行＂四六分流＂
　　有了鱼嘴和金刚堤分成的内江和外江，就能精准地四六分开江水？答案还不是，还要有水位标尺的配合。为了准确控制内江的水量。李冰父子在内江边上凿了3个石人，用来测量水位的高低，还刻上控制水量的说明：枯水期，不能让石人的脚露出来；丰水期，不能让水漫到石人的肩膀上。后来又在江中一处岩石上凿出来水位标尺，观察水位，控制水量。
　　一条飞沙堰，精准控制水量
　　光有内外江和石人就够了吗？还不行。在内江的最南端金刚堤那里还设置了一条＂飞沙堰＂，它是一个较矮的滚水坝，要求它的坝顶高度不能高于内江的水位，也就是丰水期时多淹没在内江里，所以人们不常看到它，但是它的作用很明显，当内江水位低的时候，飞沙堰又露出水面，挡住江水不再流入外江，汇入岷江主流，确保流入成都平原的水量不减少；当内江水位高的时候，还能从坝顶溢流一部分江水进入外江，保障灌区免遭水淹。同时由于流入外江的水流的漩涡作用，还把内江下游宝瓶口前面积存的沙石带出，防止淤积。这一设计不能说不绝。
　　都江堰飞沙堰
　　飞沙堰的位置宝瓶口绝对是个宝
　　前面说到玉垒山隔绝了岷江内江和成都平原。怎么把内江的水引入平原灌区，才是都江堰工程的关键。当然这一点也被李冰父子看在了眼里，那还说啥，炸开玉垒山，引得岷江水。开山这事要是放到现在，基建狂魔根本不放在眼里，可那是2000多年前呀，开山并不容易，那时候又没火药，不可能用火药或者机械分开玉垒山，只能用锤子日积月累一点点干，这还不得猴年马月呀。他们算了算，要是干完至少30年，可是此时秦要攻楚，等不及呀。
　　都江堰宝瓶口
　　于是李冰想了一个绝妙的办法，先在岩石中间凿一个深槽，再往里面放进大量干柴，这干柴烈火，不久石头就被烧得发红、膨胀，趁此机会赶紧把冰凉的江水浇到石头上，石头热胀冷缩，就会裂开。然后再上人去斧敲锤凿，用了这个办法，开山的速度大大提高，仅仅八年，李冰父子带领人民就把玉垒山凿开一个20米宽、40米高，80米长的大缺口。这个缺口从空中看，就像一个酒瓶子的开口，李冰索性就把这个点叫＂宝瓶口＂了，凿出来的一堆石头就成为＂离堆＂。
　　内江的出流进入宝瓶口，宝瓶口如同约束江水的瓶颈，以它永恒不变的宽度牢牢控制住入水量，在丰水期是多余的水量无法进入成都平原，转而通过飞沙堰溢流进入外江，如果水流仍然很大，宝瓶口边上还有溢洪道再次分流，确保成都平原的安全。
　　宝瓶口、飞沙堰和离堆
　　离堆、飞沙堰二八分沙的道理
　　在鱼嘴分流的地方，内江出于凹岸，外江出于凸岸，根据弯道的水流规律，表层水流向凹岸的内江，底层的水流向凸岸的外江。随江水而下的沙石大部分随底层水流进入了外江，显得较为浑浊，而进入内江的水流相对清澈。从鱼嘴开始，80%的沙石流入外江，20%的沙石进入内江，这就是二八分沙的道理。即便如此，仍有部分泥沙进入了内江，这时内江的凹岸弯道处江水冲击山体崖壁，形成漩流，就可以把较轻的泥沙带到下游的飞沙堰排走，洪水越大，沙石的排除率越高。
　　修好都江堰，并不是一劳永逸的
　　看了上面的描述，就感觉基建狂魔不仅是现在牛气，放到2000年前，也是牛气冲天。历经14年，到了公元前256年，李冰终于把都江堰修好了。不过很多人都以为都江堰修好了，就是一劳永逸的水利工程。那就错了。
　　虽然李冰建设都江堰，已经充分利用了水力作用，但是内江仍然不免有一部分泥沙沉积，如果不加维修整治，时间久了势必堵塞内江河道，分水泄洪和灌溉的作用就没有了。怎么办？为了让都江堰良好运行，李冰又定出了维护制度，也就是大家熟知的＂六字诀、八字格言＂，归结为两个字就是＂岁修＂。所谓岁修，就是通常在每年江水较少的季节，对都江堰设施进行整修，清理河床、清理淤泥，这里面包括六字诀＂深淘滩、低作堰 ＂，也有八字格言＂遇弯截角、逢正抽心 ＂和＂乘势利导、因时制宜 ＂。
　　深淘滩 ——前面说了内江要比外江深，但是仍有少量沙石淤积在内江里，于是李冰在江河床里埋下了一个石马，规定每年枯水季岁修时，必须把河床挖到石马的深度才可以。
　　深淘的标志——石马，明代时将石马改为卧铁
　　低作堰 ——每年都要调整飞沙堰的高度，不能高于内江河道水位，使它既能飞沙又能分洪，确保排沙泄洪的效率。
　　遇弯截角 ——在内江河道中，总会有岩石会吐出来阻挡水流，这就会改变水流方向，为了让水流顺畅，就要把岩石凸起的锐角在岁修时凿掉。
　　逢正抽心 ——在顺直的河道内，岁修时要深挖河床，让中间深凹下去，使河流的主流在凹槽里顺轨直流，减少阻力。
　　乘势利导，因时制宜 ——都江堰这个地方是岷江上游与中游的分界点，而岷江在这里从流量大、坡度陡、流速大开始发生转变，而且丰水期与枯水期流量差别大，所以就要充分借助地势、水势的特点，合理安排都江堰的取水、排沙、泄洪、岁修等工作。
　　过了2000多年，我们如今还在享受着李冰父子带领民众建造的都江堰的红利，至今它已经能灌溉1000多万亩田地，发挥着巨大的效益，真是功在当代、利在千秋。都江堰不愧为人类的伟大杰作，也是世界科技史上的一座丰碑。
　　李冰父子雕像