乘势利导、巧借天工的杰作

在华夏大地的西南一隅,有一处神奇的水利工程,它宛如一颗璀璨的明珠,闪耀着中华民族智慧的光芒。这就是位于四川省成都市的都江堰水利工程,在2000年被列入《世界遗产名录》。

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穿越千年的水利奇迹

公元前256年,秦国蜀郡守李冰率众在玉磊山西侧,乘势利导、巧借天工,在岷江之上的都江堰开凿了宝瓶口,用当地的竹、木、卵石等简易材料建造了分水鱼嘴、飞沙堰等设施,巧妙地利用宝瓶口与下游成都之间的地势差,达到自流灌溉万亩良田的目的。

从此,成都被誉为“水旱从人、不知饥馑”的天府之国。李冰父子兴建的都江堰水利工程历史悠久、布局合理、效益显著,也成为世界水利史上的一大奇迹,被盛赞为“全世界迄今为止,年代最久、唯一留存,以无坝引水为特征的宏大水利工程”。

岁月的长河奔腾不息,当无数伟大的建筑在历史的洪流中或湮灭、或残缺时,都江堰历经2000多年的风雨洗礼,依旧傲然挺立,持续润泽着成都平原的广袤大地,孕育着天府之国的繁荣昌盛。

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岷江巨型冲积扇卫星照片(供图/苏德辰)

那么,都江堰究竟有怎样的神奇魔力,可以穿越时空隧道,将自然之力与人工智慧完美融合?

巨大的岷江冲积扇——重要的人口聚居区

岷江是长江上游的重要支流,因起源于岷山而得名。岷江又名都江,所以岷江出山口的水利工程被称为都江堰。自岷山源区到都江堰,位于青藏高原东缘的高山峡谷区,为岷江的上游。

岷江上游河段水量充沛,年径流量超过百亿立方米。上游水流湍急,侵蚀和切割作用极强,山峰耸立,沟谷深邃。湍急的水流携带大量的泥沙和砾石,对岷江两岸进行着强烈的侵蚀和改造。当滔滔江水流出深山峡谷后,因地势变得相对平坦,江水的流速和搬运能力骤减,源源不断的砾石、泥沙相继沉积下来。

经过数百万年的堆积,都江堰至成都之间形成了一个自出山口处向外辐射的巨大的冲积扇,它与附近的沱江冲积扇等多个小型冲积扇互有重叠,共同构成了地势由西北向东南倾斜、总面积9100余平方千米的复合型冲积扇平原。成都市就位于广义的都江堰冲积扇平原上,因此这块冲积扇平原也被称为成都平原。

如今,都江堰冲积扇顶的海拔高度为727米,高出成都市200余米。发育在都江堰巨型冲积扇之上的岷江,频繁改道,在巨型冲积扇上“左冲右突”,形成了错综复杂的河网,地质地貌学中称之为辫状水系。

岷江的冲积作用也为成都平原带来了肥沃的土壤,巨大的冲积扇下有丰富的地下水资源,地表排水条件良好,成都平原自然就成了农业生产的有利地区和重要的人口聚居区。

为何要建堰治水

岷江流域的径流量变化大,一般在4~5月水量渐增,6~9月迎来汛期,10月汛期结束,11月至次年3月为枯水期。除了季节变化外,岷江的年径流量变化也很大,枯水年与丰水年的径流量可以相差数倍。

在汛期,岷江上游的洪水往往会失去约束,频繁改道,冲毁大量农田、房屋,泛滥成灾。为避免岷江洪水的直接冲击,古人把成都城建在了岷江与沱江之间地势较高的位置;而在枯水期,成都平原虽然地势相对平坦、土壤肥沃,但缺少有效的灌溉系统,常常干旱缺水。

若有高效的水利设施,可主动将岷江水引入农田,实现自流灌溉,将极大地提高成都平原上农作物的产量,这对人口增长和经济繁荣具有至关重要的意义。

李冰父子与都江堰

为彻底杜绝岷江水患,让岷江之水造福人民,当时的秦国蜀郡守李冰于公元前256年~公元前251年主持修建了都江堰水利工程。

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2008年汶川大地震后的岷江及都江堰分水鱼嘴,图中可以清晰看到鱼嘴中被水泥灌浆修复的裂隙(供图/苏德辰)

重要工程之一:都江堰分水鱼嘴

都江堰分水鱼嘴位于岷江江心,主要用于把岷江上游的来水分为外江和内江两部分。外江在当地被称为金马河,内江被称为蒲阳河。

分水鱼嘴建成后,枯水期时,大部分岷江水会被引入内江,用于成都平原的灌溉。汛期时,大部分洪水和泥沙则导入外江,确保成都平原的安全。

历史上,分水鱼嘴由竹笼垒筑,具体位置也多有变化。元、明时期曾铸大型的铁龟、铁牛等神兽用来分水,但均被洪水冲毁。目前,我们所见到的分水鱼嘴建于1936年,后又经过多次加固,最近一次加固是在2008年“5·12”汶川大地震后,因鱼嘴处出现明显的震损裂纹,故采用灌浆法进行了维护加固。

重要工程之二:飞沙堰

飞沙堰是内江旁侧的溢流堰,堰长约240米,从内江底向上高约2米,具有拦引春水、排泄洪水和沙石的功能。历史上飞沙堰均用竹笼垒筑,1964年坝面改为混凝土框格,格内装浆砌大卵石。

都江堰素有“深淘滩,低作堰”的治水名言,指的是在每年一度的岁修时,要深淘河滩,直到预先在坝前的淤滩(凤栖窝)埋好的卧铁露出为止;低作堰指的是在修建飞沙堰时,为利于行洪和排沙,堰的高度不能超过2米。

随着成都平原人口快速增长,内外江的引水比例早已不是四六分或六四分,而是大部分岷江水都被引入内江。在保持飞沙堰原有功能的前提下,1992年,为增加宝瓶口的引水量,飞沙堰尾修建了工业引水拦水闸。即便如此,成都平原的水量仍然因人口众多和工农业用水剧增而出现严重短缺。

重要工程之三:宝瓶口

宝瓶口是将岷江水引入成都平原并控制进水量的关键工程,是内江灌区的总进水口。它开凿于玉磊山西侧,高18.8米、长36米,断面呈梯形,顶宽28.9米、底宽14.3米。开凿过程中,李冰父子利用热胀冷缩原理,先率众把山体表面岩石烧热,使其膨胀,再迅速用冷水浇淋,岩石因骤冷而破裂。经过多年的努力,才得以完成这一艰巨的工程。

宝瓶口出口处海拔727米,与内江灌区最低点的地势差有200多米。内江水自宝瓶口导入成都平原后,借助这一巨大势差,途经一系列渠、闸、堰等工程,灌溉了万顷良田。

后世多位治水官员继承并发展了李冰的治水经验,使都江堰水利工程经久不衰。1949年后,当地曾两次用混凝土加固宝瓶口,还在原三大工程基础上,在成都平原修建、扩建了一系列闸、渠、堰(如人民渠、三合堰)等。

李冰父子主持修建的都江堰水利工程,巧妙利用了岷江的天然地形、河水的动力学特性以及季节性变化规律,与成都平原内的灌溉系统相互协调、联合运行,真正起到了“引水灌田,分洪减灾”的目的,也充分说明都江堰水利工程是在精密的观测与详细调查基础之上的科学之举,是乘势利导、巧借天工的杰作。

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都江堰宝瓶口(供图/四川省水利厅都江堰水利发展中心)

目前,在岷江上游水利设施的配合下,都江堰水利工程的灌溉面积已超过1150万亩。灌区内的自然景观和人文景观星罗棋布、各具特色,它们的背后都凝聚着像李冰父子一样历朝历代治水人的智慧。

(责任编辑 / 王佳璇  美术编辑 / 徐博宇)

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