都江堰在选址、设计、施工及管理中的特点.docx

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1、都江堰在规划选址、设计、施工及管理上的特点岷江发源于四川省松潘县弓杠岭，上游汇集百川，战国时。河水直接奔腾而下，夹带大量沙石，流入平原河床淤塞，灾害频繁。秦国吞并了蜀国和巴国，设蜀郡和巴郡。秦王任命李冰为蜀郡郡守治理灾荒，李冰走遍岷江两岸，观山势、察水情，日夜辛劳，制定治水方案。根据川西西北高，东南低的地理条件，组织人民凿开离堆，在岷江激流中修建分水提，在平原上开辟河渠，引水灌田，变害为利，使川西平原成为“天府之国”。都江堰，位于“天府之国”四川的西部，距成都55公里，创建于战国末期秦昭襄王晚年(公元前256年)，巧妙地兴建了鱼嘴、宝瓶口、飞沙堰、金刚堤、百丈堤等渠首工程;创造出独特的建堰治河

2、技术;建立了一整套防沙治水经验与严密的维修制度以及完警的管理，圆满地解决了引水与防洪排沙的矛盾，历22,00多年而不衰，使人们长期受益，成为现存世界上最悠久的我国灌溉面积最大的水利工程。在2000年被联合国教科文组织列为世界文化遗产，并于2013年在成都召开的国际水利大会上获颁水利工程遗产奖。下面就都江堰在选址、设计、施工及管理上的特点作具体分述说明。一、选址特点成都一带是一块盆地，岷江在盆地中流过，土地很肥沃，水源又充沛，是个发展农业的好地方。可是那时，成都盆地却年年闹荒，有的地方涝，有的地方旱，人民生活困苦。为了改变这种情况，李冰一直沿着岷江到上游去寻找原因。原来岷江发源于终年积雪的岷山，

3、上游坡度很大，水流很急。一流到灌县地方，地势突然平坦，上游冲下的泥沙就把河道淤塞了。到了夏天，岷山上的积雪融化，雪水大量往下冲，就冲出河道，漫上岸来，下游就闹水灾。灌县城外有一座玉垒山，挡住了岷江去路，所以岷江以东一大片土地，又得不到水来灌溉。李冰父子俩找出了原因，便专心研究治理的方法，还虚心地征求当地居民的意见最后作出计划，带领人们修治岷江。他们把玉垒山凿开了一个口子，叫宝瓶口，让岷江分出一条支流向东流去，一来减少岷江的水量，来可以灌溉岷江以东的土地。这条支流叫做内江，内江南岸剩下一大堆孤立的岩石，叫做离堆。接下来又带人凿开离堆，为了把岷江的水引人内江，李冰在宝瓶口上游，利用江心的沙滩，设计

4、了一个分水堰。他领着人们在沙滩两旁筑了两条堤坝内金刚堤和外金刚堤，把岷江分成两支：东边就是内江，用于农业灌溉；西边流入岷江原来的河道，叫做外江，用于泄洪。都江堰工程位于岷江由峡谷流入成都平原的起始段，居高临下的特殊地理位置，可对成都平原及其相邻地区实行自流灌溉。二、设计特点都江堰水利工程具有独到的科学性和创造性。它采用“无坝引水”的工程形式，建筑在山川与平原的胭喉要冲。其主要工程由都江鱼嘴(分水堤)，飞沙堤(溢洪道)，宝瓶口(引水口)三大工程构成。 1.鱼嘴分流分沙工程鱼嘴在崛江都江堰河段江心洲洲头，早期用卵石竹笼堆砌成鱼嘴状的分水建筑物，把岷江分成外江与内江，也是都江堰第一次分水、分沙工程。

5、外江是岷江的主江道；内江则是引岷江水经宝瓶口进入成都平原灌溉农田一由于鱼嘴的位置、形状、高度选择恰当。同时，外江大致保持45度的交角，随着岷江水位涨落及鱼嘴受淹没程度的不同，交角也随之变化，从而起调节内外江流量的作用中、枯水期岷江流量小，水流走弯，主流绕过鱼嘴进人内江，使内江可分得六成水量，为灌区春耕提供了水量，这时外江只得四成来水。汛期鱼嘴大部分被淹没，岷江水面比降大，使岷江水流取直，外江进口正对眠江上游水流，使其分得六成来水。因岷江卵石推移质集中在汛期，所以外江也能排走大部分卵石推移质。内江分水量则相反，只分得四成来水，从而能减轻内江灌区受洪水与卵石推移质的危害【近代大量的研究均证明了鱼嘴

6、“分四六”的科学性】。中、枯水期当崛江流量小于500m3/s时，内江可分得岷江的水量(简称分流量)为55%-60 %；外江只有40%-45%。当主汛期流量达2000 m3/s时，内外江分流量各占一半，随着流量的增加，外江分流量随之增加，当岷江发生特大洪水，洪峰流量达7000 m3/s时，外江的分流量达60%。根据1975-1978年岷江与内江的印石推移质测验资料的统计，内江的卵石推移质平均占岷江的26%，而外江却占了74%。岷江的卵石推移质的年平均输沙量为已知，从而计算出经鱼嘴分流分沙后，外江与内江的卵石推移每年平均输沙量分别为7.738*105t/a与2.719*105t/a。由此可见，经鱼

7、嘴分沙后进人内江的卵石推移质显著减少。 2.宝瓶口引水工程宝瓶口位于内江左岸玉垒山与离堆之间，李冰利用这里地势较低的特点而由砾岩组成山地娅口，通过人工开凿出永久性的进水口，且因其形如瓶状而将其命名为宝瓶口。宝瓶口口门平均宽度为20m，只有内江河道宽度的四分之一其功能是引崛江水灌溉成都平原的农田。因组成宝瓶口口门的砾岩抵抗水流冲刷的能力较强。所以能长期保持稳定。汛期又能限制洪水进人内江灌区，从而起防洪作用。唐代诗人杜甫的石犀行诗句:“蜀人矜夸一千载，泛滥不及张仪楼。”相传成都城垣在秦灭蜀时由张仪设计的在城西建有张仪楼，杜甫的诗赞颂了宝瓶口的防洪作用。实测资料表明，1964年岷江特大洪水达7700

8、m3/s，而进人宝瓶口流量只有740m3/s，不到岷江洪水总量的10% ,随着流量的减小，进人宝瓶口的卵石推移质也大为减少。由此可见，宝瓶口巧妙地用口门宽度第二次调节了进八灌区的水沙，减轻了内江灌区洪水与卵石推移质灾害。 3.飞沙堰溢洪排沙工程飞沙堰是位干内江右岸金刚堤下端长度为270 m，堰顶高出内江河床2 m，属侧向溢洪排沙低堰，唐代称其为侍郎堰，因排沙效果很好，清代道光以后改称飞沙堰。飞沙堰采用卵石竹笼垒筑而成。用卵石竹笼垒砌的飞沙堰的优点是：若遇到大洪水飞沙堰能被冲溃，使其泄洪能力显著增加，以减少进人宝瓶口的洪水，减轻灌区的水灾一但洪水过后必须及时修复飞沙堰，并使其保持原有高程。飞沙堰

9、具有调节水量与泄洪、排沙的功能，巧妙地采用“低作堰”的方法，对岷江水沙进行第二次调节。自古至今均把堰顶高程筑得较低，仅高于内江河床。春耕期间，灌区需水量较大，而岷江的来水量较小，内江流量小于350m3/s，因有飞沙堰的侧向拦水，可将全部水量通过宝瓶口引人灌区汛期飞沙堰又可泄洪排沙，其数量随着眠江来水量的增加而增大。汛期飞沙堰平均能排走内江的70%以上的卵石推移质，经渠首堰两次分沙调节后，进人内江灌区的卵石显著减少。其次还有一些渠首工程及其功能，见下页表：都江堰渠首工程功能分见表名称 主要功能辅助及其他设施的次要作用鱼嘴分水分洪 分泥沙金刚堤分水逼水 保证内江流量飞沙堰排沙溢洪 节制内江流量溢洪

10、道溢洪排沙 节制内江流量人字堤溢洪排沙 节制内江流量平水槽溢洪排沙 节制内江流量宝瓶口限洪节制内江水量 限泥沙伏龙潭蓄水沉沙 溢洪 分水百丈堤逼水护岸 使洪水、泥沙趋向外江鱼嘴前杩槎节制内江流量保护鱼嘴 沉沙排水 分水 都江堰工程在分水、灌溉及泄洪上主要运用了三大原理。第一，水分四六。岷江在关口段江面狭窄，起到控制江水流向的作用。小水时，天然江心洲韩家坝出露水面，主流在关口节点的控制下被挑向左岸而进人韩家坝左汉，沿百丈堤下泄并直趋内江，形成枯水季节内江分六成、外江分四成的天然倒四、六分流。大水时，韩家坝淹没过流，主流取直，过韩家坝顶后趋向外江，形成洪水季节内江分四成、外江分六成的天然四、六分流

11、。第二，弯道环流。在都江堰河段，悬移质基本属于冲泻质的范围，泥沙淤积问题主要是在洪水季节运动的卵石推移质。在小水时段，卵石难以起动，推移质泥沙很少，所以内江分水六成并无多少泥沙。洪水时主流从外江宣泄。自然也挟带了大部分运动的卵石推移质。此外，内江进口处于微弯河段的凹岸，在弯道环流的作用下，卵石推移质沿凸岸一侧输移而进人外江，根据实测资料分析，进人内江的卵石输移量只占岷江总量的26%左右。 第三，回旋流理论。水流进入内江以后，局部河势仍属于微弯河段，飞沙堰位于内江弯道的下段。在弯道环流的作用下，底部水流的流向指向飞沙堰，底流横切越过堰顶，卵石和高浓度的近底悬沙能有效地排向外江，表层水流则基本与堰

12、顶平行而流向下游，形成堰顶溢流时底部的单宽流量大、上部的单宽流量小的特殊流态，在中等流量的需水季节，用较少的水量排走进入内江的大部分卵石和泥沙飞沙堰的排沙作用则随泄洪量的增加而增强。洪水越大，飞沙堰的分流比越高，排沙效果越显著。 此外，都江堰的设计还体现了科学的综合开发总体规划思想。公元前316年秦国灭亡蜀国，第二届蜀郡太守是李冰。李冰为了安定社会秩序，建设秦国统一夭下的大后方，十分注意社会经济的恢复和发展，治水兴农，发展交通。他亲自勘察岷江上游，至氏道北(今松潘)，最后“因高卑之宜，驱自行之势”，仍然选点在玉垒山下，“奎江作绷”，兴建水利工程。李冰在这里发展了前人治水的业绩，根据社会的需要和

13、当地与成都平原的自然条件进行了综合的总体规划：“凿离堆，辟沫水之害”，“此渠皆可行舟，余则用溉浸砌”，“开成都两江，溉田万顷”，将人工渠与自然河道沟通，实现了控制或调整天然水的分布。对于岷江的分水、泄洪、排沙等问题，在总体规划上作了全面综合治理的考虑，创造出一套合理、奇特、费省效宏的枢纽工程布局(这一点，后代愈加完善)。如此复杂的水资源开发，如此科学的总体规划，如此独特的工程，在此之前是不曾有过的。三、施工特点都江堰系统工程的创建，包括渠首分水堤溢洪道、内江宝瓶口、柏条河(娜江)、走马河(检江)、府河、昆河;外江羊摩江(沙沟河、黑石河、羊马河)。从渠首到灌区首尾配套一条龙，没有这样的系统工程建

14、设，就没有效益。要完成这项重大的工程是非常艰巨的，这就涉及到人力、物力、财力、国力的条件有否可能，如果条件不具备就谈不上修都江堰。仅以几项主体工程应完成的数量和所需的劳力就非常巨大。但是古代人们充分利用峨江盛产的竹、木、与河床上大量的卵石为建材，创造出独特的建堰治河技术，主要有卵石竹笼、干砌卵石、杩槎、羊圈、木桩等。现将其简述如下:卵石竹笼：据史书记载，“破竹为笼.围径三尺，长十丈以石实中，累而雍水二”，这是用岷江盛产的白甲竹慈竹编成笼，笼中装卵石，制成体积较大的卵石竹笼，用于垒筑鱼嘴，修建飞沙堰、笼硬分水堤、丁坝以及护岸.堵口、封拦汉道等。干砌卵石：选用粒径粗、硬度大的眠江卵石砌筑堰，拦水埂

15、、溢流坝、护岸等。为了使干砌卵石的工程保持稳定。每个干砌的卵石都把卵石的大头向下安放，并同上下左右四周的卵石贴紧。为了增强干砌卵石建筑物抵抗水流冲刷的能力，还考虑到河味可能冲刷的深度确定各种高程建筑物基础开挖的深度。 杩槎：把梢径约20-30 cm、长度为6-9m的三根木材由竹绳捆绑而成的三角架，在三根梢木高度的1/3处加绑三根横木称盘杠，将杩槎固定成三角锥形，盘杠上加捆横木或压盘、压盘上置竹笼、内盛卵石作为压重以稳定妈搓在杩槎迎水部分。依次安放檐梁、签子、捶笆，最后倒土筑埂。以逐层加密的方法拦水。杩槎用于岁修截流、调节流量、抢险诸口、挑流护岸等。 桩工：属治河的护脚工程。因卵石河床与河滩上难

16、以打桩，只好挖坑。将坑挖到一定的深度，栽以木桩，再用卵石回填。桩木选用长2.5-3m，直径为20cm的木材，桩工常用于堤岸护脚，以防护岸工程受水流淘刷，用卵石竹笼堆垒鱼嘴或修筑堤堰时.为加强竹笼间相互联系，常贯以梅花桩，以增强这些建筑的稳定性。羊圈：是都江堰的一种基础工程。在鱼嘴工程的基坑中，四角立四根大木柱作骨架，每边连有横木，四壁插有签子，形成3-4 m的大木框，在框中装填大卵石，犹如关羊的圈，故称之羊圈。羊圈用在受急流顶冲之处，作为治河建筑物基础工程。古代“砌鱼嘴”时，都在安羊圈作护底，使鱼嘴能牢固。四、 管理特点岷江卵石推移质虽经渠首堰的分沙与筑堰治河技术利用后，内江及其灌区的卵石推移

17、质年输沙量分别仍有20多万吨与8万多吨，若不及时清理，势必导致渠首堰与灌区淤废历史上都江堰的主要工程建筑物均采用卵石、竹、木为原材料，虽经独特的建堰治河技术的制造，抗冲性与稳定性均有提高，但在流速较大的崛江水流冲刷下，仍可被冲坏，这些问题不解决，都江堰难以历久不衰.2200多年来，人们采用不断完善管理与维修的方法解决上述问题。首先建立了科学的防沙“六字诀”“低作堰、深淘沟”、治河“八字诀”“遇弯截角、逢正抽心”和治水“三字经”“探淘滩，低作堰。六字旨，千古鉴。挖河沙，堆堤岸。分四六，平潦早。水画符(水尺)，铁桩见。笼编密，石装健。砌鱼嘴，安羊圈。立湃缺(旁侧堰)，留漏罐(涵洞)。遵旧制，毋擅变

18、”。在都江堰管理方面，除行政管理外，还实行工程与资源管理，如在渠首堰埋立水尺与埋石马、卧铁、铜标，为清淤、修堰与灌区供水确定了技术标准；平整土地，修建灌渠，开挖他塘，容蓄降水；修建水库，囤蓄江水，将河渠塘库相连，扩大自流灌溉面积；根据受益情况实行役工浚堰；征收水费既为渠堰维修筹集经费，又可节约用水。在维修方面，建立严密的岁修制度；对天灾与战乱毁坏的都江堰实行大修。由于都江堰实行了完善的管理与维修，使渠首堰与河渠的淤沙能得到及时清理，被天灾毁坏的工程也能得到及时的维修。这些也是都江堰历久不废，使人类长期受益的重要原因之一。参考文献：1.2200多年来都江堰的效能为何经久不衰 林承坤 吴小根 2.都江堰水利工程运行2260年的科学原理 王光谦3.都江堰在科学技术史上的价值 李映发4.李冰父子与都江堰 龙为5.系统工程学在都江堰古老工程上的早期运用 吴敏良 赵建华 2014301580325