都江堰的工作原理是什么？为何能留存千年，造福人类这么久？

　　前言
　　如今被叫做＂天府之国＂的四川成都地界，在古代的时候也曾经饱受洪灾的侵害。
　　彼时从四川地区西北部地界的雪山上开源而来的 岷江 ，经过了上游地区的高耸山脉和幽深地谷，在这里汇集成了非常湍急的水流，向成都平原一涌而去。
　　由岷江泛滥而来的水患，一次又一次崩溃在岸堤口，致使河两岸的人民饱受洪水之苦。
　　岷江水患
　　而当秦国收复了四川地区之后，秦王就召见和委任了 李冰 为当地的父母官，让李冰来治理这个地区的水灾。这种情况是在两千两百多年的战国之前，而这一次李冰主张的水利工程的修建，彻底改变了四川平原地区的水利情况。
　　这座水利工程让一度泛滥的四川水河，变得乖乖听话起来，可以说是根除了成都地区的水患灾难，为成都变成＂天府之国＂、越来越富饶奠定了重要的基础。直到两千多年后的今天，都江堰的水利工程依然发挥着非常重要的 防洪和灌溉农田 的作用。
　　而这座超级水利工程的基本运作原理，以及它的布局方面，要从李冰时代开始计算的话，已经过了两千多年，却依然没有太大的变化。就算把这座超级水利工程放到今天来看，依然是非常优秀的作品，水利工程的每一个部分都设计得相当高明。
　　都江堰水利工程
　　这让我们不得不佩服李冰父子，这就是古代人的智慧，放到今天依然适用的智慧。
　　那么千年奇迹都江堰，它的工作原理是什么呢？为什么能够造福人类两千多年呢？本期科普内容，一起来聊一聊大国工程——都江堰的千年奇迹。 难以治理的蜀地水况
　　都江堰，是地处在四川成都西北部地区边缘的岷江开源地，与彭州市、郫都区、还有温江地区的交接之处，西面和北面又和汶川相互连接，这里的地势是西北方向偏高，东南方向偏低。
　　这里的气候非常湿润，属于温带湿润季风性气候。都江堰的简称被叫做＂ 灌 ＂，在新石器时期这里就是古代蜀国人民居住的风水宝地，也是 古代蜀国的发祥地之一 。
　　都江堰
　　都江堰是一座各种方面浑然一体的城市，它主要体现在城市里面有水、而水又包含着整座城市。
　　但是在两千多年前，都江堰还是并不像现在这样，水与城和和美美。在两千多年前，这里曾洪水泛滥。
　　李白曾经在名作《蜀道难》里感叹道： ＂丛及鱼凫，开国何茫然＂、＂人或成鱼鳖＂ ，种种对时代惨状的描写和感慨，就是两千多年前成都地区的真实情况。这正是由于岷江发源而来的水没有治理好导致的。
　　都江堰水患自古严重
　　岷江是长江上游地区非常大的一个支流河水，它经过的成都平原，盆地的西部地区又是典型雨水充沛的地区，因此极易发生洪灾。
　　岷江的发源地被叫做东源和西源，东源头来自于弓杠岭，西源头来自郎架岭。 这两个源头都在松潘地区的一个地方进行汇流。 岷江流过的面积达一百三十三平方公里，全长七百九十三公里，平均坡度4.83%，年均总水量150亿m³左右，全河落差达到了3560m。
　　而当岷江水域走出源头地区的时候，从四川向西南流过，就形成了极为可怕的 地上悬江 ，这就导致了江水泛滥，百姓民不聊生。
　　岷江流域
　　要知道，天府之国的整个地势就是向东南倾斜，都江堰距离天府之国不过五十千米，但是坡度竟然已经达到了 二百七十三米 ，可见天府之国和都江堰之间的坡度有多大。 千年奇迹都江堰
　　所以在没有修建都江堰超级水利工程之前，每当岷江季节性奔涌而出，天府之国成都就会是洪水泛滥。当水灾与旱灾交叠而来，这里的庄稼田地就会 颗粒无收 。岷江水常年导致四川地区水患频发，已经成为阻碍古代蜀国走向繁荣富饶非常大的威胁了。
　　但是都江堰的建造就像一个千年难遇的＂奇迹＂，不仅有效治理了水况，还让奔涌的岷江变成了滋润天府之国的江水。这让百姓也可以挖开河道，利用岷江的水浇灌农田，至此成都成为了富饶而平和的地方。
　　都江堰的修建
　　事实上，当初秦王下令让李冰父子二人治理岷江水，修建都江堰，目的是 为了进攻楚国 ，想要让天府之国成为秦朝军队的 粮食后援地 。但没有想到的是，无心插柳柳成荫，这一举措反而换来的一方地区的富饶发展。
　　于是当地人民为了纪念李冰他们父子二人治理洪水，修建了这座超级水利工程，就在都江堰修建了一座 二王庙 ，每当清明时节来临的时候，当地人都会去庙里进行祭祀活动。
　　这座庙已然成了后代人们维系千年水利工程的地点。每年进行完都江堰的维护之后，人们也会在二王庙里面举行一种典礼仪式，就是 放水典礼 。由此可见，李冰父子在都江堰地区的百姓心里，地位有多么的高。
　　李冰父子雕像都江堰的治理原理
　　古往今来，水利工程的治理不过就是 控制和调度水沙 ，水利工程到底能不能修建成功，就是 取决于对水流和沙子的分配 。
　　而我国很多水利工程中，有很大一部分就是由于对水沙的治理进行的不得法而导致了水利工程无效，也让水利工程最终掩埋在泥沙的堆积里。
　　比如 黄河的治理 ，就是因为泥沙问题而让古往今来的水利专家相当的头痛。而长江三峡也不外如此，因为蓄水的时候也携带和拦截了非常多的泥沙，使得泥沙没有办法及时排出去，导致了三峡工程运行还不到一年，就出现 地上悬河 的状态。
　　而且地上悬河还会导致大片大片的田地被淹没，把土地沙漠化盐碱化。这种威胁直接跨越到西安地区。
　　黄河区域的地上悬河
　　但是都江堰的治理就没有出现这种情况，两年多年一直兴盛着四川，最后使得四川获得了天府之国的称号，那么它是怎样做到的呢？
　　这就不得不提到都江堰的工作原理。
　　都江堰位于岷江的中游地段，地理位置是处在岷江由河谷处进入成都平原的交界处。都江堰的修建位置非常适合引流和分水。 工程非常核心的三道关卡分别是： 鱼嘴、飞沙堰以及宝瓶口 。下面会一一进行讲解。
　　鱼嘴作为都江堰的第一道关卡，它很好的起到了 分泄水流和排出泥沙 的作用。鱼嘴会把岷江水分成内外两道江水，内江是用来引水的，可以把岷江水一部分的水量引入地势比较高的宝瓶口，而外江是用来排出泥沙的。
　　都江堰鱼嘴
　　这样就可以总结出洪水时期鱼嘴的作用了， 内江可以引流40%的洪水，减缓岷江排水压力，而外江可以把60%的水和泥沙排泄掉。
　　当进入枯水期时，就完全反过来了，就变成了内江引流60%的水，这样可以用来灌溉百姓的农田，也可以满足当地人民的日常用水。
　　一个分流措施就可以造成多种福利，真的不得不感慨李冰父子的智慧。而面对上文提到的像黄河一样的排沙问题，由于枯水时期水量还是比较小的，所以这个时期泥沙的含量也比较小，故而在此时不用考虑泥沙的问题。
　　但是当洪水时期的时候，外江的作用就凸显出来了，这里凹陷的岸面冲刷凸起的岸面的淤积，所以可以把大量的泥沙带到外江，这样就起到了很大的排沙作用。
　　鱼嘴工作原理
　　第二道关卡 飞沙堰 ，它的主要作用就是 进行排沙 。当水流过弯道的时候，由于离心力的 作用，凹陷的岸面水位会比较高，同时水深度也很大，所以凹陷的岸面水压也比较大。在这种压力之下就使得了凹陷的岸面水流向凸起的岸面，自动形成了一个 弯道型的环流 。
　　所以飞沙堰的工程原理就是 让河流转弯，形成一个弯道环流 。这样就可以在弯道环流的作用之下，清澈的水向内江用来灌溉农田，而夹杂着泥沙的水就流向外江，这一步很好的实现了排沙能力。
　　飞沙堰工作原理
　　第三道关卡，也就是最后一道关卡 宝瓶口 ，它的主要作用是 引用清水排泄掉混浊的水。 在这里弯道的水因为有着自己特定的流速，所以也会形成漩涡一样的水流。比较清澈的水就会流向凹陷岸面也就是宝瓶口，而比较混浊携带泥沙的水就会流向凸起的岸面飞沙堰。
　　宝瓶口也会因为在河道漩涡的作用之下，把不必要的泥沙引向飞沙堰。而且宝瓶口是不断收窄的，在收窄的过程中也会形成一定的回流，所以在回流是也会把泥沙带到外江。
　　都江堰工程是古代人的智慧结晶，放到今天都会依然适用的工作原理，给后人治理洪水提供了非常大的借鉴意义，那么都江堰为何能造福人类两千多年呢？
　　都江堰水利工程位置示意图造福人类两千多年的工程
　　说到造福这就不得不提到治水圣人李冰，他提出了一个治水概念＂ 岁修 ＂。
　　从黄河就可以看出，所有的水利工程都容易 泥沙淤积 。所以都江堰也是并非是修建成功之后，就可以一劳永逸的工程。它之所以能够持续造福天府之国人民两千多年，这背后的维护成本功不可没。
　　在汉灵帝时期就会有负责维护都江堰的工作，到了三国时期， 诸葛亮甚至会专门设置职位，用来维护都江堰的工程枢纽正常运转 。到了宋代，就彻底又完善地整理出了 岁修制度 。
　　岁修
　　岁修就是利用每年的枯水时期对整个水利工程进行修正，主要工作是指 要在内江掏挖淤泥，也要除掉外江的沙砾 。当然也会有大修，就是隔上几年就对都江堰进行大规模修整。
　　当年的岁修不像现在用钢筋混凝土，那时用的是竹笼搭建的鱼嘴，会使用竹木和卵石等一些天然的材料。这样会顺承自然，既不会概念河流的流态也不会改变河流走势。
　　这就是都江堰为何经过了两千多年依然能造福人类的根本原因。
　　用天然材料维修结语
　　两千多年前，在李冰的带领之下，人们克服了种种艰难困苦，经过了将近十年的努力，终于修建好了这座历史上宏伟的工程，都江堰。李冰也因为治理水患而汇集后代人民，深受当地人的爱戴。
　　润泽了巴蜀苍生的都江堰，巧夺天工，这是世界上唯一一个用了千年之久的水利工程，它对后世治水起到非常大的启示作用，这座千年奇迹，用现代科学家们的话来形容就是：空前绝后。
　　都江堰水利工程