这是我见过最直观的都江堰水利工程原理讲解! 都江堰水利工程坐落在成都平原西部的岷江上,始建于秦昭王末年(约公元前256~前251) , 由分水鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口等部分组成。 这是全世界迄今为止,年代最久、唯一留存、仍在一直使用,以无坝引水为特征的宏大水利工程,凝聚着中国古代汉族劳动人民勤劳、勇敢、智慧的结晶。 很多来都江堰水利工程参观后,都对都江堰水利工程赞叹不已,就连余秋雨都说 世界上最伟大的不是长城,而是都江堰水利工程。然而极个别的人,表示没有什么看头。其实,来都江堰水利工程,需要我们一边看,一边听! 杂志简介 《中国给水排水》是面向全国给水排水和环境工程界的专业性科技期刊,具有较高的理论导向性和较强的工程实践性,被称为中国水行业的“首席杂志”、中文核心期刊、“中国百强科技期刊”中国精品科技期刊、中国科学引文数据库来源期刊(CSTP)。 重温都江堰 | 巧夺天工的都江堰水利工程 近日,小编在整理之前的文章时,将“都江堰”的文章进行了汇总,看后心潮澎湃啊!今天特别整理了都江堰相关文章,和大家一起重温精彩内容。 古诗有云:岷江遥从天际来,神功凿破古离堆。恩波浩渺连三楚,惠泽膏流润九垓。劈斧岩前飞瀑雨,伏龙潭底响轻雷。筑堤不敢辞劳苦,竹石经营取次裁。 说的正是都江堰水利工程。 关于都江堰最为直接的讲解(视频) 都江堰水利工程 是迄今年代最久、唯一留存的水利工程 今天它仍然发挥着作用 2000多年前,秦太守李冰修都江堰,沃野千里的成都平原成为“水旱从人,不知饥馑”的天府之国。然而,都江堰并非一劳永逸的水利工程。它,也在历朝历代中,与洪流做斗争,从而变得越来越坚固,庇护着天府儿女。 今天,让我们通过文献资料和专家讲述走近历史,看看古代的都江堰是如何抗击洪流的。 2004年大修都江堰工程(都江堰管理局供图) 元朝 洪水多次冲毁都江堰 吉当普铸1.6万斤铁龟镇水 中国古代的四川官员,都上演过与水斗的故事。 元朝的一次洪水来袭,再次让都江堰很受伤。为了治水,时任四川肃政廉访使吉当普把都江堰的堰体由竹笼结构改为铁石结构,对后世治堰产生巨大影响。那次改造都江堰,四川肃政廉访使吉当普用铁16000斤铸成铁龟,立于鱼嘴镇水。 吉当普,蒙古族人。1334年,任四川肃政廉访使。 吉当普到川后,很重视都江堰水利工程。1335年11月,吉当普主持的都江堰历史上著名的特修开工。用了5个月时间,动员石工和铁匠700人,木工250人,普工(包括军工)3900人。开山取石百余万条,用石灰6多斤,桐油3万多斤,铁65000斤,麻5000斤。耗用粮食1000余石,人工和材料费用共计49000串钱。 这次特修后,工程维持了40年,明代几次大修改造,都以吉当普的方案为基本模式。 或许,对都江堰水利工程有所了解的人都还记得,曾流传过都江堰埋有镇水铁龟、铁牛、三神石人等故事。传说中的铁龟确有其事,《都江堰志》记载,这个铁龟正是由吉当普所铸,重达16000斤。该铁龟置于砌石鱼嘴上,以求镇水。但是,因铁龟鱼嘴建筑在砂卵石河床上,基础被急流淘空,终被冲入洪流中不知所终。后来,岁修和大修都江堰期间,出土过不少文物,比如石人,但是铁龟成了一个传说,一个千古之谜。 2002年,都江堰曾请来专家,用探铁仪器、红外线等仪器在都江堰河床进行探测,试图寻找铁龟的踪迹,但探测器一到河床到处都有铁器反应,令专家无从下手。 文物专家蒋永志曾给出了一个观点:铁牛和铁龟并不在鱼嘴下游,而在上游。据他介绍,铁牛和铁龟非常重,按照重物在水流中活动的规律,越重的东西可能往上移而不是往下游移。因此,他认为这几件宝物不可能在下游,而是在鱼嘴上游。 清朝 特大洪灾致都江堰工程“水毁” 丁宝桢官品被降三级 1878年,清光绪四年的第5月,都江堰遭遇连日大雨,岷江洪水暴发。 据《都江堰志》记载:金刚堤多处决口,人字堤、飞沙堰长一百三十丈的堤埂仅存石工三段。一段计长五丈五尺,一段只剩条石二层计长十四丈,一段计长十一丈五尺,灌县城外护城底石也大半被冲去。 这场洪灾,还给时任四川总督丁宝桢带来了一场政治上的风波,导致他连降三级。 丁宝桢乃贵州平远(今织金县)人氏,系晚清明臣。1876年10月,丁宝桢调任四川总督。次年,他组织了大修都江堰的工程。 丁宝桢将都江堰分水鱼嘴、内江仰天窝鱼嘴、蒲柏河鱼嘴和人字堤全部改用条石修砌。条石之间用铁锭互相闩住,并用桐油、石灰、糯米汁嵌缝。同时,还石砌堤岸一万二千余丈,修建白马槽、平水槽等导水、泻水工程,疏淘内、外江干流及江安河入口段等被淤塞河道,挖河方四十多万方,用竹笼一万九千余条,花费银一十二万九千四百四十余两。 他的运气非常不好,次年,都江堰遭遇了一场特大洪灾,他修的水利工程被汹涌的洪水冲毁。 那年,都江堰水利工程发挥不了作用,内江水流由决口直注外江,整个都江堰灌区下游缺水,一场“索水风潮”由此暴发。农民成群结队到总督府上访和闹访,要求丁宝桢给个说法。 时值洋务运动与守旧势力争斗,洋务派丁宝桢这里出了事儿,给了守旧派之口实,纷纷上奏调查他。慈禧和光绪皇帝下令处理此事,当年十二月,军机大臣恩承、童华受命抵川调查。 纷繁的人事纠葛,官场争夺,对这次大修的意见各持一端。调查中,两位大臣百般刁难。但丁宝桢的工程经受住了考验,工程符合技术规范,也没有查出贪腐问题。当时规定,宝瓶口水划超过16划的洪水造成的水毁,乃因灾害太大,人力所不能避免,不予追究;小于16划的水毁,认为属于工程质量问题,需要追究。而丁宝桢所遭遇的洪水,宝瓶口水划已到22划,达到了水划的顶部。 据现代水利专家推测,当时岷江的泾流量在每秒4000至5000立方米之间。但最后,朝廷仍以“堰功败于垂成,复蹈明之复辙(原文如此)”为由,将丁宝桢由一品顶戴降为三品顶戴,仍保留总督之职。丁士彬、陆葆德也被革职留用,罚赔工银2万多两。当年十一月,丁宝桢、丁士彬、陆葆德自备经费,再次兴工修治,主要加固补建鱼嘴,恢复堤堰竹笼结构,扩宽和疏浚河道,尤其着重于鱼嘴以上岷江左侧白马槽段的河道疏浚工程,以加大外江过水能力,并在都江堰管理上作了调整,限定渠首岁修经费总数,免除了名用水州县的摊派。 1886年,丁宝桢在成都因病去世,享年66岁。丁宝桢大修都江堰水利工程荡气回肠的故事让后人景仰。为了纪念他,灌县人把鱼嘴称为“丁公鱼嘴”。 民国 叠溪地震海子溃坝 都江堰仅剩下“神仙墩” 1933年8月23日,茂汶县叠溪发生了7.5级地震,叠溪镇全面下陷,附近山岩崩塌,岩石横断岷江及支流,形成了10个地震湖。其中,岷江干流4个。 地震湖即为堰塞湖。在岷江被堵45天后,一个小海子大坝溃决。积水一涌而下,岷江河道哪里承受得了这么大的洪流,造成下游特大洪灾。10月10日,洪水进入都江堰。据紫坪铺洪痕推算,相应洪峰流量约10200立方米每秒,是已知历史上都江堰最大的一次洪水。 人们从临时搭建的杩槎上行走(1934年)庄学本(中国)摄 王国平 供图 滚滚而下的洪流横冲直撞,势不可挡,冲毁了都江堰渠首的韩家坝、安澜索桥,新工鱼嘴、金刚堤、平水槽、飞沙堰、人字堤等水利工程。灌县天乙街、塔子坝、农坛湾、安顺桥等处被淹,洪水毁桥30余座。灌县境内死亡人数5000人以上。洪水退后,红十字会等单位沿途捞尸717具。 溃坝后民工们在做编竹笼的准备工作(1934年) 王国平 供 都江堰渠首水利工程在此浩劫之下荡然无存,唯索桥残留一个桥墩,人称“神仙墩”。 从1930年冬,万县人任重参加特修都江堰工程,次年工程竣工后,到成都水利知事公署工作。叠溪大地震次年,都江堰灌区又发生春旱。四川善后督办刘湘拨款12000元,任重作为工程技正与上校参谋郭雨中、无线电台台长朱明心等人,住在仍有余震的地震中心叠溪,督工疏导海子,及时完成了第一期疏导工程。 工人们编织竹笼(1934年)庄学本(中国)摄 王国平 供图 1936年洪水后的都江堰 王国平 供图 历史上,都江堰水利工程多灾多难,1935年,由条石砌筑的都江堰渠首鱼嘴被洪水冲毁。次年,时任四川省政府主席的刘湘拨款25万元,还是派任重负责工程,将鱼嘴位置西移了10米,并紧靠原索桥的桥墩。 揭秘 网传“抗洪神器” 都江堰就用过 这个夏季,在朋友圈,一个欧洲某国的“抗洪神器”刷屏出现。随着这个“神器”的横空出世,在网络空间,针对神器爆发了一波又一波的争论。 人民日报官方微信报道,这个“神器”并不神气,还原其真实身份,其实就是金属挡板,类似产品在国内也有生产。接下来,人民日报还报道了另一个国产“抗洪神器”——能移动又能折叠的堵水墙。 网传“抗洪神器” 华西都市报记者从都江堰管理局获悉,该国“抗洪神器”的亲戚金属挡板,多年前都江堰就曾用过它拦水,并没有传说中的那么神。至于堵水墙,在成都的府南河的橡胶坝就是其孪生“兄弟”。 挡板儿 多年前都江堰用它拦水 提到网络上人气很旺的德国抗洪神器,都江堰渠首处处长吴平勇认为对此提法应该理性思考、客观看待。他说,在滔滔洪灾面前,不会有一用就灵的灵丹妙药和神器。他希望大家能剥开对这些所谓“神器”的过度包装,把这种装备还原它本来的面貌——我就是一块金属挡板儿。 “这种挡板儿,多年前都江堰就曾用过。”吴平勇说。用这种挡板挡水,都江堰早就用过,既用它拦水,也用它截流。比如在1992年前都江堰尚没有修建飞沙堰闸,每年冬修期间内江需要断流维修,而内江是向成都市生活、生产输水的骨干渠道,为保证向成都市生活、生产供水分秒不停,就启用1964年建的工业引水暗渠输水,由工业引水暗渠从外江引水至内江渠系,但外江水量拦入飞沙堰坝面后无法引入暗渠,这时必须在飞沙堰坝面末端采取拦水措施,当时就用了92块钢筋砼挡板(板后加木支撑)相连组成一道拦水墙将水拦引入暗渠。 1992年建了工业引水临时拦水闸后,由于水量可以调度自如,就不再用这种办法了。2001年,蒲柏闸整治工程施工因为内江没有断流,当时采取了对蒲柏闸进行两期施工的安排,就是用的钢制挡水板搭建施工临时围堰。 堵水墙 锦江的橡胶坝是其孪生“兄弟” 在大家朋友圈被德国神器刷屏后,人民日报报道了另一个国产“抗洪神器”——能移动又能折叠的堵水墙。 吴平勇说,随着科学和技术的进步,人们防洪的工程材料也处于不断改进中,堵水墙就是一例。 据媒体报道,堵水墙是一条长长的黄白相间的帆布水袋,用钢筋固定在坝顶,再用水泵从湖里取水注入水袋里,形成6米长、60厘米高的一堵水墙,用水来抵挡水。关键时刻,比如哪个地方出现漫堤的险情或者决口比较小,就可以把这个移动折叠式的堵水墙搬到现场,立刻进行组装、拼接、充水,10分钟就能发挥挡水的作用,作用非常明显。 这种“以柔克刚、以水治水”原理治水的工程措施也不鲜见,分布在成都府南河各处的橡胶坝就是其孪生“兄弟”。只是橡胶坝充满水后,横着安置于河床上,如上游来水量小,河道水位低,就朝橡胶坝里注水,让它形成一个个拦水低坝,用以抬高水位,增加河道亲水性,改善水环境,让城市更加宜居。 一旦上游来水时增大,有洪灾风险时,立即排掉橡胶坝中的水,还原河道断面,让来水奔流而下。而堵水墙是顺河岸安装在堤顶,相当于加高了堤坝,抬高了挡水位,增加了抵御洪水的能力。 都江堰工程全揭秘 都江堰水利工程不仅在四川在全国甚至整个水利历史地位中到占有举足轻重的位置,它的整个设计遵从的是道家因势利导的哲学思想,采用科学的方法按照河流动力学的基本原理发挥着防洪灌溉的作用,成就了成都的天府之国的美誉。《南水北调与水利科技》的小编特地从网上搜罗来了资料,给大家实力科普一波!若有机会身临其境,想必会更好的感受到老祖宗们的智慧! 工程修建背景 岷江发源于四川北部的岷山,是汇入长江的重要支流之一。岷江口是长江中上游的分界点,岷江水流量大、流速湍急。每当春夏山洪暴发的时候,江水奔腾而下,从灌县进入成都平原,由于河道狭窄,古时常常引发洪灾,洪水一退,又是沙石千里。而灌县岷江东岸的玉垒山又阻碍江水东流,造成东旱西涝。 公元前316年,秦惠文王采纳了大将司马错“得蜀则得楚,楚亡则天下定矣”的军事主张,举兵灭掉了蜀国。 公元前280年的秋天,秦灭蜀30年后,大将司马错在蜀国的首府成都齐集10万人马,以一万艘战船的浩荡之势从岷江上游出发,顺水进入长江,南下东攻楚国,然而在夺取了楚国的商於,也就是今天的重庆涪陵之后,军队却因为粮草和兵马不能及时补充,在商於陷入了瘫痪,无法继续深入楚国,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,征集军需物资,主要是在蜀国的中心成都,可是造船和起运却要在岷江上游的汶山进行,兵马从成都到岷江运输码头至少要经过50多公里的陆路行进,粮草从成都出发也需要数以百万计的劳工经过沿途装卸的艰难才能到达码头,这样一来就很难在作战中及时的补充兵员和物资。 公元前272年,30岁的秦国人李冰奉秦昭王之命,一路艰险来到蜀郡担任郡守,按照秦国的耕战文化和司马错的军事思想,这位青年郡守要把自己的属地建成秦国统一天下的战略基地,而当时秦楚两国也已形成了剑拔弩张的对立局面,所以把岷江改道,引水经过成都,使其真正成为一条战争补给线的计划实施,最终历史性地落在了他的肩上。 主体工程 (一)第一期工程:宝瓶口 注:修建宝瓶口的目的主要是想将岷江江水分流部分进入成都平原,防洪减旱。 工程: 以烧石开山为主的传统办法, 把石头烧破裂以后, 将碎石推入江中, 形成水道, 因而建成了宝瓶口。玉垒山向西伸进岷江的这一块山尾巴,用人工开凿岩石,给拦腰截断,形成一个向东的分水口,也就是都江堰工程的第一部分宝瓶口,留在江心的那一块山体,就叫做“离堆”,有了宝瓶口,岷江一分为二,可以分一部分江水向东,灌溉成都平原了。 分析: 1、“ 热胀冷缩原理 ”——宝瓶口修建时由于那时还未发明炸药,必须采用人工开山的办法,而当时的人们能想出用火烧石,利用热胀冷缩的原理加快工程进度,是一个很了不起的科学方法。 2、 弯曲河道的水流运动及河床演变 ——弯道水流的动力轴线,主要特点:在弯道进口段或上游过渡段,偏靠凹岸;随水位流量变化,主流线低水傍岸,高水居中。所以在枯水期水流傍向凹岸宝瓶口水量不足。 (二)第二期工程:鱼嘴 注:在宝瓶口修建之后,虽然起到了一定程度上的分流和灌溉的作用,成都平原干旱得到一定缓解,但是由于东都地势较西部高江水难以流入宝瓶口,因此开始进行二期工程鱼嘴。 工程: 在枯水期,江水不爱往东而流,成都平原得不到灌溉。于是在江心的“离堆”向上游方向,修筑一个几百米长的大堤,这个大堤就叫做“金刚堤”,金刚堤迎着上游江水的头部,就叫做“鱼嘴”。从“鱼嘴”到“离堆”之间的金刚堤,就等于把岷江水进一步一分为二,西面的原有岷江河道,叫做“外江”;东面的河道,叫做“内江”。其中“内江”有人工导流渠的意思,每年到了枯水期,就组织人工,对“内江”进行掏挖,挖得比外江低,这样,就解决了枯水期江水不爱流入宝瓶口的问题。同时,内江在凹岸,外江在凸凹又刚好解决了泥沙淤积问题。 分析: 1、 悬移质泥沙的紊动扩散理论 ——含沙量分布上稀下浓,分布不均,重力使得下沉,淤积作用明显;扩散使其悬浮,冲刷增强; 2、 弯曲河道的水流运动及河床演变 ——水流作曲线运动,由于离心力作用水面产生横比降形成封闭环流,表层水流流向凹岸,底层向凸,这一环流叠加在主流上,形成螺旋流;所以内江在凹岸,江水的表层清水会抢进内江;而江水的底层浊水就会流入凸岸的外江。这就在很大程度上解决了泥沙淤塞内江的问题。 (三)第三期工程:飞沙堰 注:鱼嘴工程修建之后解决了枯水期问题和丰水期部分泥沙问题,但是在丰水期可能给内江造成径流过大以及泥沙对内江的淤积,于是修建飞沙堰。堰和堤的共同点都是挡水,但其不同在于:堤,必须保证水流不得漫过;堰,就是又档水还又让水能漫过去。 工程: 飞沙堰实际上是在金刚堤最靠近离堆的地方,故意留出一段凹槽,宝瓶口很狭窄,在丰水的季节,内江的水位必然涨得很高,那么,高出来的水,就全都从飞沙堰漫过去,流回到原来的水道,也就是外江了,这就保证丰水季节大水不至于淹了成都平原;另一个妙用在于,宝瓶口上游内江东岸是“S型”的,大水冲到这里,直接撞到半挡着的玉垒山体岩壁,就会翻滚,下层泥沙翻上来,翻过飞沙堰,翻到外江里。这又解决了剩余泥沙的淤积问题。据说几吨重的大石头都会翻滚过去。 分析: 1、 悬移质泥沙的紊动扩散理论 :含沙量分布上稀下浓,分布不均,重力使得下沉,淤积作用明显;扩散使其悬浮,冲刷增强。 2、 弯曲河道的水流运动及河床演变 ——顶冲点(主流开始逼近凹岸的位置)冲击凹岸形成漩涡,低水(含沙量大)上堰过飞沙堰,高水(清水)下挫流入宝瓶口,这又在很大程度上解决了泥沙淤积的问题,水量遇到排沙越明显。 河流机理总结 (一)河流四六分水 (枯水期内江六成,外江四成,进行灌溉;丰水期内江四成,外江六成,避免洪灾) (二)弯道环流,清水流向凹岸,浊水流向凸岸 历史发展过程 (一)创建期 (二)逐步完善期(汉代至唐代) (三)成熟期(宋元明清) (四)承前启后期(20世纪30-80年代)