都江堰水利工程簡(jiǎn)介.ppt

1、都江堰水利工程簡(jiǎn)介,目錄,一 主體工程 二 效用 三 管理 四 歷史變遷,五 相關(guān)古跡 六 相關(guān)人物 七 參觀文獻(xiàn),一 主體工程,1.1 分水魚(yú)嘴 1.2 寶瓶口 1.3 飛沙堰,1.1 分水魚(yú)嘴,“魚(yú)嘴”是都江堰的分水工程，因其形如魚(yú)嘴而得名。它位于江心，把岷江分成內(nèi)外二江。外江位在西，又稱(chēng)“金馬河”，是岷江正流，主要用于行洪；內(nèi)江位在東，是人工引水總干渠，主要用于灌溉，又稱(chēng)“灌江”。魚(yú)嘴決定了內(nèi)外江的分流比例，是整個(gè)都江堰工程的關(guān)鍵。 內(nèi)江取水口寬150米，外江取水口寬130米，利用地形、地勢(shì)使江水在魚(yú)嘴處按比例分流。春季水量小時(shí)，四成流入外江，六成流入內(nèi)江以保證春耕用水；春夏洪水季節(jié)時(shí)，

2、水位抬高漫過(guò)魚(yú)嘴，六成水流直奔外江，四成流入內(nèi)江，使灌區(qū)免受水淹。這就是所謂“分四六，平潦旱”。此外，在古代還使用榪槎來(lái)人工改變內(nèi)外兩江的分流比例。榪槎是一種以數(shù)根圓木為骨架，外覆竹席，內(nèi)灌泥沙的截流物體。當(dāng)需要時(shí)，只要在一側(cè)的江面放置若干座榪槎，便能減少該側(cè)的水量。一般在春季來(lái)水較少時(shí)使用這種方法截流外江，增大內(nèi)江的水流供給，待春耕結(jié)束水位上漲后，再砍去榪槎，使水流恢復(fù)正常。1974年以后，在外江口建造了永久性水閘，從而取代了榪槎來(lái)實(shí)現(xiàn)圍堰和泄洪。 魚(yú)嘴近照目前的魚(yú)嘴平面為半月形，由漿砌條石和混凝土筑成，長(zhǎng)80米，最寬處39.1米，高6.6米。魚(yú)嘴堤壩向下游延伸，形成金剛堤，內(nèi)堤長(zhǎng)650米，

3、外堤長(zhǎng)900米。金剛堤再往下， 分別是飛沙堰和人字堤。在魚(yú)嘴上游東岸還有百丈堤，全長(zhǎng)1950米，將洪水與泥沙逼向外江，并起到護(hù)岸的作用。魚(yú)嘴、百丈堤、金剛堤，連同飛沙堰與寶瓶口協(xié)調(diào)作用，起著泄洪、排沙和調(diào)節(jié)水量的功能。 歷史上魚(yú)嘴的位置一直在變動(dòng)。最早的魚(yú)嘴位于白沙河口下游不遠(yuǎn)處；現(xiàn)在的魚(yú)嘴位于白沙河口下游2050米，這一位置是1936年大修時(shí)確定的。（詳見(jiàn)下文堰首位置） 都江堰魚(yú)嘴在四川汶川512地震中受損，出現(xiàn)開(kāi)裂，不過(guò)經(jīng)過(guò)修復(fù)后影響不大。,1.2 寶瓶口,寶瓶口是都江堰的引水工程，是在玉壘山延伸向岷江的山崖上人工鑿開(kāi)的缺口，距飛沙堰下口120米，位于古灌縣城墻西門(mén)玉壘關(guān)下，開(kāi)鑿于都江堰創(chuàng)

4、建時(shí)。寶瓶口上寬下窄，底寬14.3米，頂寬28.9米，平均寬度20.4米，高18.8米，峽口長(zhǎng)36米?？趦?nèi)即內(nèi)江流入的進(jìn)水口寬70米，口外出水口寬40-50米，形如“瓶頸”，寶瓶口也因此得名。 寶瓶口同飛沙堰配合具有節(jié)制水流大小的功用，是控制內(nèi)江進(jìn)水量的關(guān)鍵。內(nèi)江水流經(jīng)過(guò)寶瓶口流入，灌溉成都平原的大片農(nóng)田；在洪水期間，內(nèi)江水位提升高過(guò)飛沙堰，洪水就進(jìn)入外江流走，再加上寶瓶口對(duì)水流的約束，達(dá)到了防洪的作用。內(nèi)江水流進(jìn)寶瓶口后，順應(yīng)西北高、東南低的地勢(shì)沿大小各支引水渠不斷分流，形成自流灌溉渠系，灌溉成都平原上一千余萬(wàn)畝農(nóng)田。 寶瓶口與離堆。圖左水道是寶瓶口，圖中山體是離堆。寶瓶口左岸山崖上刻有幾十

5、條分劃，每劃間距為一市尺，名為“水則” ，用以觀測(cè)水位漲落，是中國(guó)最早的水位標(biāo)尺。足用的水則數(shù)隨著都江堰灌溉面積的擴(kuò)大而增加。宋朝時(shí)水則僅有十劃，水位達(dá)到六則時(shí)即為足用，再高就會(huì)產(chǎn)生澇災(zāi)（宋史：“則盈一尺，至十而止； 水及六則，流始足用”）；元朝時(shí)足用數(shù)為九則（元史：“以尺畫(huà)之，比十有一。 水及其九，其民喜， 過(guò)則憂，沒(méi)有則困”）。清朝時(shí)以十六則為大洪水，現(xiàn)在需十四則才能保證春耕用水，崖上石刻水則已經(jīng)達(dá)到二十四劃。 寶瓶口右邊的山丘，因?yàn)榕c山體相離，故名“離堆”。上有祭祀李冰的伏龍觀，又稱(chēng)老王廟。寶瓶口巖基經(jīng)過(guò)江水兩千多年的急速?zèng)_擊，出現(xiàn)了極大的空洞，1965年和1970年曾兩次加固離堆。,1

6、.3 飛沙堰,飛沙堰起到溢洪排沙的作用，原名“侍郎堰”，唐高宗龍朔年間（661年663年）筑成，是內(nèi)江的溢洪排沙通道，故名。飛沙堰是金剛堤下段710米處的一個(gè)缺口，位于虎頭巖對(duì)岸，寬240米，堰頂高過(guò)河床2米。飛沙堰將超過(guò)灌區(qū)需要的江水自行排到外江，使成都平原免受洪澇；又能將水中裹挾的大量砂石利用離心力從這里排到外江，避免淤塞內(nèi)江、寶瓶口和灌區(qū)。飛沙堰遵循“低作堰”的原則，即堤頂?shù)妥髋c對(duì)岸標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)頂?shù)雀?，使超過(guò)寶瓶口流量上限的內(nèi)江水漫過(guò)堰頂流入外江。如果遇到特大洪水，堰體會(huì)自行潰堤，讓江水回歸岷江正流。內(nèi)江水位達(dá)到水則十四劃時(shí)，流量為385立方米每秒，即夠灌區(qū)春耕用水。若飛沙堰堰頂高度與此水位相

7、齊，則內(nèi)江水超出十四則時(shí)，多余的江水即可從飛沙堰溢去外江。此外，飛沙堰下游不遠(yuǎn)的寶瓶口有很好的控水作用，即便內(nèi)江的流量高達(dá)3000 立方米每秒，寶瓶口的進(jìn)水量也在700立方米每秒左右。沿金剛堤而下的急流受寶瓶口限流所阻，在口外形成一個(gè)洄水沱，即伏龍?zhí)?。加上飛沙堰對(duì)面突入內(nèi)江的虎頭巖對(duì)水流、砂石的導(dǎo)引作用，洪水便連同大量泥沙翻過(guò)飛沙堰，排往外江。據(jù)當(dāng)代實(shí)測(cè)，岷江內(nèi)江流量超過(guò)1000立方米每秒時(shí)，便有40%的洪水和98%泥沙從飛沙堰排出。飛沙堰頂高的調(diào)節(jié)，加上寶瓶口的限流、虎頭巖的導(dǎo)引，即可保證引水區(qū)既有足量清水，又無(wú)洪澇威脅。,二 效用,都江堰工程的主要作用是引水灌溉和防洪，另外也兼具水運(yùn)和城市

8、供水的功能。它將岷江水一分為二，引一部分流向玉壘山的東側(cè)，讓成都平原的南半壁不再受水患的困擾，而北半壁又免于干旱之苦。幾千年來(lái)，岷江在這里變害為利，造福農(nóng)桑，將成都平原變成“水旱從人，不知饑饉，時(shí)無(wú)荒年”的“天府之國(guó)”2，并進(jìn)而促進(jìn)了整個(gè)四川地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展。 都江堰初成時(shí)以航運(yùn)為主、灌溉為輔。史記河渠書(shū)記載，“穿二江成都之中，此渠皆可行舟，有余利用溉浸，百姓饗其利。”3岷江和長(zhǎng)江因之得以通航，岷江上游盛產(chǎn)的木材還可以漂運(yùn)成都，使得成都從秦朝時(shí)起便成為蜀地交通的中心。 除了水運(yùn)之利，都江堰于農(nóng)業(yè)灌溉的效益隨著灌溉渠系的發(fā)展愈加為世人所倚重。岷江左岸水源流出寶瓶口至玉壘山東側(cè)之后，沿李

9、冰開(kāi)鑿的兩條干渠流向成都。西漢時(shí)，蜀郡太守文翁新開(kāi)一條干渠將岷江水引至成都平原東部。東漢時(shí)，“望川原”上“鑿石二十里”，使灌渠延伸過(guò)現(xiàn)在雙流的牧馬山高地。同時(shí)岷江右岸的引水渠系在李冰時(shí)代開(kāi)辟的羊摩江基礎(chǔ)上不斷向成都平原西南部延伸發(fā)展。經(jīng)過(guò)上百年開(kāi)發(fā)，到漢朝時(shí)都江堰灌區(qū)已經(jīng)從秦朝時(shí)的郫縣到成都一線，發(fā)展到彭縣、廣漢、新都一帶，灌溉面積達(dá)“萬(wàn)頃以上”（漢朝1頃約合今70畝）。漢書(shū)地理志提到成都平原時(shí)稱(chēng)“民食稻魚(yú)，無(wú)兇年憂，俗不愁苦”。到唐朝時(shí)，益州大都督長(zhǎng)史高儉廣開(kāi)支渠，此后灌區(qū)渠系經(jīng)過(guò)多次整修愈加繁密，灌田面積繼續(xù)擴(kuò)大。都江堰的功效從此轉(zhuǎn)為以農(nóng)田灌溉為主。 宋朝時(shí)都江堰灌區(qū)又有顯著發(fā)展，據(jù)王安石

10、的京東提點(diǎn)刑獄陸君墓志銘可知，當(dāng)時(shí)灌區(qū)至少已達(dá)1府、2軍、2州共12個(gè)縣，其中僅陸廣負(fù)責(zé)的灌區(qū)就有1.7萬(wàn)頃（約合今137.7萬(wàn)畝）。清朝時(shí)，灌溉范圍達(dá)到14個(gè)州縣約300萬(wàn)畝。到了民國(guó)時(shí)期，1937年（民國(guó)二十七年）統(tǒng)計(jì)的灌溉面積為26371萬(wàn)畝；1938年（民國(guó)二十八年）出版的都江堰水利述要記述受益于都江堰的田地“計(jì)有川西14縣之廣約520余萬(wàn)畝”。 中華人民共和國(guó)成立后繼續(xù)擴(kuò)建和改造都江堰的灌溉系統(tǒng)。1960年代末，灌溉面積達(dá)到678萬(wàn)畝；到1980年代初，灌區(qū)擴(kuò)展到龍泉山以東地區(qū)并建成水庫(kù)近300座，灌溉面積擴(kuò)大到858萬(wàn)畝；此后進(jìn)一步的灌區(qū)改造將灌溉區(qū)域擴(kuò)大到1000多萬(wàn)畝，總引水量

11、達(dá)100億立方米，使之成為目前世界上灌溉面積最大的水利工程。,三 管理,都江堰有效的管理保證了整個(gè)工程歷經(jīng)兩千多年依然能夠發(fā)揮重要作用。漢靈帝時(shí)設(shè)置“都水椽”和“都水長(zhǎng)”負(fù)責(zé)維護(hù)堰首工程；蜀漢時(shí)，諸葛亮設(shè)堰官，并“征丁千二百人主護(hù)”（水經(jīng)注江水）。此后各朝，以堰首所在地的縣令為主管。到宋朝時(shí)，制定了施行至今的歲修制度。 古代竹籠結(jié)構(gòu)的堰體在岷江急流沖擊之下并不穩(wěn)固，而且內(nèi)江河道盡管有排沙機(jī)制但仍不能避免淤積。因此需要定期對(duì)都江堰進(jìn)行整修，以使其有效運(yùn)作。宋朝時(shí)，訂立了在每年冬春枯水、農(nóng)閑時(shí)斷流歲修的制度，稱(chēng)為“穿淘”。歲修時(shí)修整堰體，深淘河道。淘灘深度以挖到埋設(shè)在灘底的石馬為準(zhǔn)，堰體高度以與對(duì)

12、岸巖壁上的水則相齊為準(zhǔn)。明代以來(lái)使用臥鐵代替石馬作為淘灘深度的標(biāo)志，現(xiàn)存三根一丈長(zhǎng)的臥鐵，位于寶瓶口的左岸邊，分別鑄造于明萬(wàn)歷年間、清同治年間和1927年。,四 歷史變遷,始建 通常認(rèn)為，都江堰是由秦國(guó)蜀郡太守李冰及其子率眾于前256年左右修建的。史記河渠書(shū)記載：“蜀守冰，鑿離堆，避沫水之害；穿二江成都之中”。華陽(yáng)國(guó)志蜀志又載：“以李冰為蜀守乃壅江作堋，穿郫江、檢江，別支流，雙過(guò)郡下，以行舟船?！薄佰战鬈　币话阏J(rèn)為即是指修筑分水魚(yú)嘴，“鑿離堆”即為開(kāi)鑿寶瓶口，“穿二江”、“雙過(guò)郡下”句即指李冰主持開(kāi)鑿了通向成都的兩條干渠。1974年在外江出土的東漢石像上有銘文“李府君諱冰”，這被認(rèn)為是李冰始

13、建都江堰的實(shí)證。 李冰主持建造都江堰的傳統(tǒng)說(shuō)法并非沒(méi)有受到質(zhì)疑。質(zhì)疑者的觀點(diǎn)基于對(duì)古代文獻(xiàn)的疑析。他們認(rèn)為，“沫水”是大渡河的古稱(chēng)，而不是指古代一般稱(chēng)為“江”的岷江。因此史記說(shuō)李冰“鑿離堆避沫水之害”是否就是指開(kāi)鑿都江堰寶瓶口便成了疑問(wèn)。而華陽(yáng)國(guó)志記載古代蜀國(guó)的開(kāi)明“決玉壘山以除水害”，與水經(jīng)注中“江水又東別為沱，開(kāi)明之所鑿也”相應(yīng)證，似乎是比李冰更早的開(kāi)明開(kāi)鑿了寶瓶口這一都江堰的關(guān)鍵工程。不過(guò)，反對(duì)這一說(shuō)法的觀點(diǎn)也有強(qiáng)有力的反證。寶瓶口所處的山脈晚到唐朝時(shí)才開(kāi)始使用“玉壘山”這一名稱(chēng)，因此成書(shū)于東晉的華陽(yáng)國(guó)志所指之開(kāi)明治水的玉壘山當(dāng)在別處。,四 歷史變遷,堰首位置 自都江堰建成以來(lái)，堰首樞紐

14、的位置一直在變化。一方面是因?yàn)槊磕隁q修更換竹籠都會(huì)使堰首位置發(fā)生微小的改變。如果堰首遭遇大洪水被大規(guī)模破壞，再次修復(fù)后的位置變化就更大。另一方面，岷江河道也在不斷改變，河道的變遷加速了堰首位置的變化。古時(shí)岷江沒(méi)有現(xiàn)在這樣彎曲，經(jīng)過(guò)數(shù)千年的演變，岷江榪腳沱以下逐漸曲向左岸，榪腳沱以上則擺向右岸，這導(dǎo)致堰首位置緩慢下移，有向離堆拉近的趨勢(shì)。 最早的堰首樞紐，位于白沙河口下游不遠(yuǎn)處。五代前蜀武成三年六月二十六日（910年8月5日），暴雨造成岷江爆發(fā)大洪水，在超常洪水的巨大破壞作用下，一夜之間大堰下移“數(shù)百丈”4，傳說(shuō)為“江神移堰”。這次重大變故使堰首樞紐就此穩(wěn)定在從宋至今的位置上。1933年8月25

15、日，岷江上游疊溪大地震導(dǎo)致的山體滑坡將岷江截?cái)?，形成的堰塞湖?0月9日夜?jié)?，都江堰堰首建筑?4米高的洪峰沖擊下蕩然無(wú)存5。當(dāng)年，張沅主持都江堰大修，1936年完成，現(xiàn)在的堰首位置由此確立。,四 歷史變遷,技術(shù)變革 用傳統(tǒng)技術(shù)制作的竹籠和榪槎自秦以降，都江堰一直以竹籠盛裝卵石結(jié)合木樁構(gòu)筑。元朝時(shí)吉當(dāng)普首次引入鐵石結(jié)構(gòu)，此后對(duì)都江堰主體結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)論在明清兩代一直不休，都江堰整修也一直在竹籠、鐵石兩者間反復(fù)。直到近代，水泥、混凝土技術(shù)的引入徹底平息了雙方的爭(zhēng)論。 竹籠結(jié)構(gòu)的堰體很容易為岷江的急流沖刷損壞，每年都需要投入人工加以整修。隨著都江堰灌區(qū)的發(fā)展，歲修的工作量也越來(lái)越大。據(jù)記載，1335年

16、歲修中重點(diǎn)維修的工段達(dá)133處，竹籠需更換上萬(wàn)條。歲修所需的勞力和物資都是向灌區(qū)農(nóng)戶(hù)攤派得來(lái)，加上胥吏的盤(pán)剝，使“民不堪命”。為減少歲修工程量并減輕灌區(qū)民眾負(fù)擔(dān)，元初的李秉彝提出改造工程結(jié)構(gòu)的設(shè)想以謀求“一勞永逸”。元朝后期，四川肅政謙訪使吉當(dāng)普在這一設(shè)想的基礎(chǔ)上提出用永久性工程代替簡(jiǎn)易的竹籠結(jié)構(gòu)，以從根本上減輕民眾負(fù)擔(dān)。在他的主持下，大修從至正元年（1335年）十一月開(kāi)始?xì)v時(shí)5個(gè)月。吉當(dāng)普以錨鐵漿砌條石結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的竹籠卵石簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，對(duì)“岸善崩者，密筑江石以護(hù)之”，又首次鑄造“萬(wàn)六千斤”的鐵龜代替魚(yú)嘴。這次工程采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的鐵石材料建筑，是都江堰歷史上非常重大的改革，堰體結(jié)構(gòu)和筑造思想都發(fā)

17、生了實(shí)質(zhì)上的劇變。 自吉當(dāng)普首次實(shí)踐鐵石結(jié)構(gòu)之后，明清兩代先后共有四次采用鐵石結(jié)構(gòu)大修都江堰樞紐。建文年間，灌縣知縣胡光延續(xù)以漿砌條石結(jié)合鐵釘錨固的方法修成鐵石堰堤。嘉靖十年（1531年），水利僉事張彥杲作議處修堰新規(guī)提出鐵石堰堤的預(yù)算。嘉靖二十九年（1550年）水利僉事施千祥以漿砌條石灌注鐵水固定的方法重修堰體堤壩，并且以7萬(wàn)斤生鐵鑄造了鐵牛魚(yú)嘴。25年后岷江大洪水對(duì)堰體造成較大破壞，水利僉事杜詩(shī)在巡按郭莊的指導(dǎo)下疏浚鐵牛魚(yú)嘴的基址，并用鐵條加固堰體和護(hù)岸。清光緒三年（1877年），四川總督丁寶楨參考明代時(shí)的辦法，又一次以鐵石結(jié)構(gòu)改造了堰體和堤壩。 鐵石結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)很明顯。由于鐵石堰體的整體性

18、和重量，它比竹籠結(jié)構(gòu)能抵御更強(qiáng)的水流沖擊，因此一次修建之后不需要像后者那樣每年都要較大規(guī)模的整修。但是它的缺點(diǎn)在當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力水平尚不發(fā)達(dá)的情況下同樣讓人難以承受。修建鐵石結(jié)構(gòu)耗費(fèi)甚大，而且往往由于基礎(chǔ)處理不夠深，并不能如預(yù)計(jì)的那樣長(zhǎng)久使用，壽命最長(zhǎng)的不過(guò)40年。另外，竹籠的構(gòu)筑能夠直接就地取材，能夠利用蜀地產(chǎn)竹和江邊多有卵石的優(yōu)勢(shì)。而灌區(qū)周邊冶鐵和采石卻都相當(dāng)不便。因此構(gòu)筑鐵石結(jié)構(gòu)平均下來(lái)的花費(fèi)相比采用竹籠結(jié)構(gòu)并無(wú)很大優(yōu)勢(shì)。 民國(guó)時(shí)，近代的設(shè)計(jì)施工方法以及新型建材逐漸傳入中國(guó)。民國(guó)二十三年（1934年），成都水利知事周郁如用條石修砌魚(yú)嘴，以水泥建筑魚(yú)嘴基礎(chǔ)。雖然還是由于基礎(chǔ)處理不深，堰體當(dāng)年就被特大洪水全部沖毀，但開(kāi)創(chuàng)了應(yīng)用水泥等近代材料修筑堰體的先河。1936年，四川省水利局長(zhǎng)張沅主持都江堰大修，重新設(shè)計(jì)魚(yú)嘴，采用巨型條石構(gòu)筑，以水泥為膠結(jié)材料，并且成功處理了魚(yú)嘴的基礎(chǔ)問(wèn)題。在采用近代先進(jìn)的設(shè)計(jì)和施工方法之外，張沅還秉承傳統(tǒng)的榪槎、竹籠等護(hù)堰手段層層設(shè)防。這次修建的魚(yú)嘴非常成功，奠定了現(xiàn)代魚(yú)嘴的基礎(chǔ)，直到1974年因修筑外江節(jié)制閘才被主動(dòng)拆除。 中華人民共和國(guó)成立后，魚(yú)嘴、離堆、寶瓶口，以及所有分水堤、導(dǎo)水堤和渠岸都以混凝土進(jìn)行加固和保護(hù)。灌溉渠系也進(jìn)行了系統(tǒng)整修和大力發(fā)展。最重要的變化是，都江堰原有的自流分水系統(tǒng)逐漸被人工控制的水閘系統(tǒng)所代替。現(xiàn)在都江堰的面貌與古代相比