都江堰水利工程解析
大家都知道，成都号称天府之国。
但在很多年前，这个名号是属于西安。以长安为中心的渭河平原北区即秦中，自古就号称“陆海”、“天府”，尤其在秦朝时期修建了郑国渠之后，一时间更是富甲天下，被古人誉为“金汤池城，沃野千里，天府之国。”
“大王之国，西有巴蜀、汉中之利，北有胡貉、代马之用，南有巫山、黔中之限，东有肴、函之固。田肥美，民殷富，战车万乘，奋击百万，沃野千里，蓄积饶多，地势形便，此所谓天府，天下之雄国也”————《战国策·秦策》“关中左崤函，右陇蜀，沃野千里，此所谓金城千里，天府之国也”——《史记·留侯世家》
然而，自从李冰父子在都江堰治水建造了水利工程后，天府之国的美誉，便来到了成都。都江堰水利工程也自秦昭王时代一直沿用至今，逾年而不衰，始终发挥着它巨大的作用。这不得不让人敬佩古人的智慧与勤劳。
一、引流——凿穿玉垒山
成都平原的整个地势从岷江出山口玉垒山，向东南倾斜，坡度很大，都江堰距成都50km，而落差竟达m。岷江是长江流域上游的水量最大的支流，它流出岷山山脉，从成都平原的西侧向南流去，这对成都平原来讲是一条悬浮半空的江水，所以在古代，每当岷江洪水泛滥，成都平原就是一片汪洋大海，而一遇干旱，又是赤地千里，颗粒无收，岷江水患长期祸及西川，鲸吞良田，侵扰民生，成为古蜀国生存发展的一大障碍。
都平原西经过实地勘查，李冰决定凿穿玉垒山引水。那时距离东汉火药的发明还有几百年,李冰只能利用热胀冷缩的原理以火烧石，使岩石爆裂。经过8年时间，他们终于在玉垒山凿出了一个宽20米，高40米，长80米的山口，由于这个山口的形状酷似瓶口，故取名为“宝瓶口”，玉垒山被分离出来的石堆则被叫做“离堆”。
只有宝瓶口，江水是很难流进去的。但这个位置选得确是十分精妙。
宝瓶口引水工程虽然从作用上是分流和灌溉，但江东的地势比较高，岷江水是难以流进瓶口的。为了解决这个问题，李冰父子又在上游不远处修建了鱼嘴分水堤和飞沙堰。
二、分流分沙——鱼嘴分水提：四六分水，二八分沙
自古以来，水利工程最大的难题就是治理泥沙。
泥沙会造成两个大问题：
一是泥沙堆积，河床升高，导致最后灌溉系统无法继续使用。典型的例子就是郑国渠，自秦国修建到现在，因为河床不断升高，已经多次修改了进水口，而最初的系统已经无法再用，只能成为一个历史遗迹。
二是泥沙堆积，土地盐碱化化，导致营养流失，无法种植农作物。典型的例子是宁夏，从古到今，他们始终在建渠修渠的道路上走着，无数支渠水修通了又干枯了，却仍然避免不了土地沙化的结局。再回头看都江堰水利工程，多年仍然健康运转，为成都平原的蓬勃发展起到坚实的后勤作用，这其中最大的原因就是它很好地解决了排沙和泄洪的问题。
接下来我们来详细分析下这个工程是如何解决分流、排沙问题的。
都江堰水利工程主要有鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大核心工程，其中鱼嘴分水堤科学解决了江水四六分水，二八分沙，宝瓶口和飞沙堰又科学地控制着进水流量。
这其中很精妙的一步就是位置的选择。
首先来看鱼嘴分水堤坝。
我们从地图上可以看见，岷江水在到达鱼嘴之前会经过很长一个弧形弯道，如下图：
红色1字为鱼嘴分水堤当江水经过这段长长的弯道时，泥沙会自动向外侧流动，当水流来到鱼嘴时，泥沙差不多已经有八层已经排入外江。
这是为什么呢？
根据伯努利定理，等高流动时，流速大，压力就小。
在同样的角速度下，弧形外侧的速度大于内侧水流速度，速度越大，压强越小，那么表面的水则会被从外江一侧压向内江一侧，当这样的流动变多，就会形成漩涡，下层的泥沙则会被压向外江。
经过这段弯道，江水来到鱼嘴处，差不多将近八层泥沙已自动流在外江一侧，这就是鱼嘴分水堤能实现二八分沙的原因。
再来看四六分水。鱼嘴将江水一分为二，流入宝瓶口一侧为内江，另一侧为外江，内江水窄而深，外江水宽而浅，这个位置选得十分精妙，当枯水季节时，江水大量流入内江，能达到四六分水，而汛期时则多从外江流走，达到二八分水。
内江窄而深，外江宽而浅旋流让表层水进入宝瓶口，把石头甩进接下来，来看那剩下的20%泥沙如何排除呢？
这主要靠飞沙堰。
内江将近米长，江水流经内江来到飞沙堰。宝瓶口地势较高，飞沙堰地势低，水流在这里形成一个回漩流，表层的水经过回旋流入宝瓶口，而水流下面的大石头和泥沙则会被甩进飞沙堰。
旋流让表层水进入宝瓶口，把石头甩出斤的卵石都被甩出水流经过内江和飞沙堰，将泥沙中剩下的20%的80%又排出去，这时大约只剩下5%的泥沙会跟着岷江水进入宝瓶口，灌溉滋养成都平原。
而针对堆积在飞沙堰的泥沙，则会在每年冬春枯水期，农闲时进行岁修穿淘，届时则会整修堰体，深淘河道，深度以埋在滩底的石马为准，而堰体以对岸岩壁上的水则相齐为准。
这一列的排沙淘沙的工程工序，保证了多年来流入成都平原的岷江水始终清澈，而宝瓶口也从未遇到泥沙堆积的问题，得以使用至今。
三、泄洪——飞沙堰，宝瓶口控制进水量
飞沙堰解决分流和泥沙，还有个大问题，那便是控制进水量。
宝瓶口宽20米，比内江河床高2.5米，比飞沙堰高。旱水期，水缓缓流入宝瓶口，而到了洪水期，水位上涨，飞沙堰被淹没相当于自动溃堤，水流则从飞沙堰与离堆之间的溢洪道流回外江，此时由于宝瓶口的高度和宽度限制，流入的水量也受到控制。
有了飞沙堰的保障，成都平原再无水患之灾。
都江堰水利工程科学地利用地理条件，水流，水势，山脉等成功解决了泥沙，泄洪等问题，时至今日，近年来仍然发挥着它功效，这不得不让人感叹古人的智慧。
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