都江堰工程对现代水利工程全过程管理的启示
0 引言
余秋雨说中国历史上最激动人心的工程不是长城,而是都江堰工程。位于四川省都江堰市的都江堰工程是世界上最古老的、最完整的并且至今仍在发挥作用的伟大工程,是至今已有二千二百余年的无坝引水大型水利生态工程。这一水利史上的伟大创举,凝结着我国古代劳动人民辛勤、果敢、智慧的结晶。如今,水利水电部门在岷江流域开发的梯级水坝水库,如太平驿站、映秀湾、福堂和紫坪铺等水电站,它们在充分利用丰富的水能资源的同时,也带来了诸多环境和社会问题。而都江堰工程为无坝式引水工程,它巧妙的运用了地形地貌的优势,因地制宜,在很大程度上减少了对环境和社会的危害。因此,本文分析都江堰工程的管理理念,力图探索对现代水利工程全过程管理的启示。
图1 渠首工程水流流向简图
1 都江堰工程
1.1 都江堰工程历史概况
岷江是长江上游左岸的一级支流,源于岷山南麓,干流全长约735km。河源至都江堰市为上游,全长约340km,流域面积为2.3万km2。古代蜀地(今四川)非涝即旱,有“泽国”、“赤盆”之称,四川人民祖祖辈辈同洪水搏斗,生活苦不堪言。李冰任秦国蜀郡守,亲眼看到当地严重灾情。岷江两岸山高谷深,水流湍急;到都江堰附近,突然地势平坦,水流减缓,往往冲决堤岸,泛滥成灾;从上游挟带来的大量沙石也容易堆积于此,壅高河床,加重患情;特别是在都江堰城西南面,有一座玉垒山,阻挡江水东去,每年夏秋洪水时期,常造成西涝东旱。在李冰父子主持下,采取“引水灌田,分洪减灾”的理念,巧妙的利用岷江出山口处特殊的地形和水势,组织民众在成都平原西部的岷江上筑鱼嘴分流,修飞沙堰泄洪排沙,凿宝瓶口引水灌溉,分洪减灾。历时14年,李冰父子终建成了都江堰这一举世瞩目、造福千秋的综合水利工程。据华阳国志记录,从此成都平原“水旱从人,不知饥馑,时无荒年,天下谓之天府也”,成都平原“天府之国”的美名因此而来。
1.2 都江堰工程运行原理
都江堰渠首工程由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三大主体工程以及百丈堤、金刚堤、人字堤、外江闸等附属工程组成。三大主体工程合理布局,充分利用了周围的地形环境和岷江河床弯道环流的水流规律,相辅相成、协调运行,完成了分流、泄洪、排沙、引水的任务。都江堰工程水流流向如图1所示,从岷江来水,到鱼嘴分流,分为内外二江。内江水一部分经过宝瓶口到都江堰灌区,另一部分经飞沙堰汇入外江。
鱼嘴四六分流,鱼嘴和金刚堤把汹涌的岷江水分为内、外二江。李冰治水时让内江河床低于外江,这样,在秋冬枯水季,岷江主流奔入内江,保正约六成水进入内江,约四成水排往外江;而春夏丰水季,鱼嘴前的沙洲被淹没,不再受弯道的制约,水流会大量冲向河流弯道的内侧,主流直奔外江,又因为外江修建的比较宽,所以约六成水排往外江,四成水进入内江,此时内外江进水比例便自动反转过来,这就是都江堰“分四六,平潦旱”的奇特功效[1]。此外,外江入口处河床凸起,而内江入口处河床凹陷,根据弯道环流原理:含有少量沙石的表层水会流向凹岸,也就是内江;含有大量沙石的底层水会流向凸岸,也就是外江,所以很大一部分沙石会被外江排走。从鱼嘴进入内江的水流已经不再那么汹涌,但依旧携带大量沙石,这时就需要飞沙堰发挥作用了。
飞沙堰泄洪、排沙。正常情况下,飞沙堰发挥内江堤岸作用,把水拦入宝瓶口,成都平原用水得以保证;当内江引水量超过宝瓶口危险水位时,过剩的水便从飞沙堰自行排出;若遇特大洪水,飞沙堰还会自动溃堤,把大量的洪水泄入岷江主流,看似平凡的飞沙堰,就是如此让成都平原免于水灾。飞沙堰的另一重要作用是“飞沙”,飞沙堰恰好处于内江进入宝瓶口的急转弯处,内江水以巨大的冲击力流到此处,会被飞沙堰旁边狭窄的宝瓶口所制约,加上弯道环流、离堆的顶托作用,在飞沙堰附近形成漩涡,产生强力的回旋流,且洪水越大,回旋流越强,将进入内江约70%的沙石托起并甩出飞沙堰,进入外江,飞沙堰就这样完美的完成了泄洪排沙两大任务。
宝瓶口引水。宝瓶口处本来是玉垒山的一段石壁,李冰治水时,为了使内江水和外江水彻底分离开,实现分洪灌溉的计划,在鱼嘴下游1000m左右的地方,花了八年时间将石壁凿开,为内江水找到了一个合适的出口,形成了如今千年不变的宽度。凿开宝瓶口后,在右岸留下一座魏然挺立的大岩堆,与玉垒山隔江而峙,称为“离堆”。由于宝瓶口过水断面狭窄,即可限制进入成都平原的水量。如果遇到洪水时期,大量的水被宝瓶口阻拦,水面就会上升,当水面超过旁边的飞沙堰时,就会被飞沙堰后面的排洪渠排外外江,实现二次排洪,因此,宝瓶口是成都平原免于洪水威胁的屏障。
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