都江堰是世界文化遗产(2000年被联合国教科文组织列入“世界文化遗产”名录)、世界自然遗产(四川大熊猫栖息地)、全国重点文物保护单位、国家级风景名胜区、国家AAAAA级旅游景区。
都江堰位于四川省成都市都江堰市城西,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)[1],是蜀郡太守李冰父子在前人鳖灵开凿的基础上组织修建的大型水利工程,由分水鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口等部分组成,两千多年来一直发挥着防洪灌溉的作用,使成都平原成为水旱从人、沃野千里的天府之国,至今灌区已达30余县市、面积近千万亩,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,凝聚着中国古代劳动人民勤劳、勇敢、智慧的结晶。
都江堰和坎儿井体现古代人民怎样智慧
李冰采用中流作堰的方法,在岷江峡内用石块砌成石埂,叫都江鱼嘴,也叫分水鱼嘴。鱼嘴是一个分水的建筑工程,把岷江水流一分为二。东边的叫内江,供灌溉渠用水;西边的叫外江,是岷江的正流。又在灌县城附近的岷江南岸筑了离碓(同堆),离碓就是开凿岩石后被隔开的石堆,夹在内外江之间。离碓的东侧是内江的水口,称宝瓶口,具有节制水流的功用。夏季岷江水涨,都江鱼嘴淹没了,离碓就成为第二道分水处。内江自宝瓶口以下进入密布于川西平原之上的灌溉系统, 旱则引水浸润,雨则杜塞水门,保证了大约300万亩良田的灌溉,使成都平原成为旱涝保收的天府之国。都江堰的规划、设计和施工都具有比较好的科学性和创造性。工程规划相当完善,分水鱼嘴和宝瓶口联合运用,能按照灌溉、防洪的需要,分配洪、枯水流量。
为了控制水流量,在进水口作三石人,立三水中 ,使水竭不至足,盛不没肩。这些石人显然起着水尺作用,这是原始的水尺。从石人足 和 肩 两个高度的确定,可见当时不仅有长期的水位观察,并且已经掌握岷江洪、枯水位变化幅度的一般规律。通过内江进水口水位观察,掌握进水流量,再用鱼嘴、宝瓶口的分水工程来调节水位,这样就能控制渠道进水流量。这说明早在2300年前,中国劳动人民在管理灌溉工程中,已经掌握并且利用了在一定水头下通过一定流量的堰流原理。在都江堰,李冰又作石犀五枚,将其中两个留在内江中。石犀和石人的作用不同,它埋的深度是作为都江堰岁修深淘滩的控制高程。通过深淘滩,使河床保持一定的深度,有一定大小的过水断面,这样就可以保证河床安全地通过比较大的洪水量。可见当时人们对流量和过水断面的关系已经有了一定的认识和应用。这种数量关系,正是现代流量公式的一个重要方面。
坎儿井的结构,大体上是由竖井、地下渠道、地面渠道和“涝坝”(小型蓄水池)四部分组成,吐鲁番盆地北部的博格达山和西部 的喀拉乌成山,春夏时节有大量积雪和雨水流下山谷,潜入戈壁滩下。人们利用山的坡度,巧妙地创造了坎儿井,引地下潜流灌溉农田。坎儿井不因炎热、狂风而使水分大量蒸发,因而流量稳定,保证了自流灌溉。
在吐鲁番盆地大量兴建的原因,是和当地的自然地理条件分不开的。吐鲁番是中国极端干旱地区之一,年降水量只有16毫米,而蒸发量可达到3000毫米,可称得上是中国的“干极”。但坎儿井是在地下暗渠输水,不受季节、风沙影响,蒸发量小,流量稳定,可以常年自流灌溉。
吐鲁番虽然酷热少雨,但盆地北有博格达山,西有喀拉乌成山,每当夏季大量融雪和雨水流向盆地,渗入戈壁,汇成潜流,为坎儿井提供了丰富的地下水源。盆地北部的博格达峰高达5445米,而盆地中心的艾丁湖,却低于海平面154米,从天山脚下到艾丁湖畔,水平距离仅60公里,高差竟有1400多米,地面坡度平均约四十分之一,地下水的坡降与地面坡变相差不大,这就为开挖坎儿井提供了有利的地形条件。吐鲁番土质为砂砾和粘土胶结,质地坚实,井壁及暗渠不易坍塌,这又为大量开挖坎儿井提供了良好的地质条件。