都江堰水利工程

都江堰水利工程
摘要：都江堰水利工程不仅在四川在全国甚至整个水利历史地位中到占有举足轻重的位置，它的整个设计遵从的是道家因势利导的哲学思想，采用科学的方法按照河流动力学的基本原理发挥着防洪灌溉的作用，成就了成都的天府之国的美誉。

作为四川人又是水利专业的学生都很有必要对其工作机理有个比较清楚的认识，看见一些报道讲很多人去都江堰参观旅游因为没有专业人士的讲解不能感受到这项工程的意义价值在哪，觉得无趣，希望通过这次论文让自己成为一个比较内行的人，下次去都江堰旅游的时候不仅自己可以更好的领略都江堰水利工程的魅力也可以和其他人分享分享。

关键词：都江堰；河流动力学；分流；排沙；
一工程介绍
注：在都江堰水利工程修建之前成都平原灌溉得不到满足，造成旱灾，而岷江河道汛期径流量过大发生洪灾，因此想出修建水利工程将岷江江水引到成都平原的办法，防洪减旱，乘势利导，自流灌溉。

（一）第一期工程：宝瓶口
注：修建宝瓶口的目的主要是想将岷江江水分流部分进入成都平原，防洪减旱。

工程：以烧石开山为主的传统办法, 把石头烧破裂以后, 将碎石推入江中, 形成水道, 因而建成了宝瓶口。

玉垒山向西伸进岷江的这一块山尾巴，用人工开凿岩石，给拦腰截断，形成一个向东的分水口，也就是都江堰工程的第一部分宝瓶口，留在江心的那一块山体，就叫做“离堆”，有了宝瓶口，岷江一分为二，可以分一部分江水向东，灌溉成都平原了。

分析：
1、“热胀冷缩原理”——宝瓶口修建时由于那时还未发明炸药，必须采用人工开山的办法，而当时的人们能想出用火烧石，利用热胀冷缩的原理加快工程进度，是一个很了不起的科学方法。

2、弯曲河道的水流运动及河床演变——弯道水流的动力轴线，主要特点：在弯道进口段或上游过渡段，偏靠凹岸；随水位流量变化，主流线低水傍岸，高水居中。

所以在枯水期水流傍向凹岸宝瓶口水量不足。

（二）第二期工程:鱼嘴
注：在宝瓶口修建之后，虽然起到了一定程度上的分流和灌溉的作用，成都平原干旱得到一定缓解，但是由于东都地势较西部高江水难以流入宝瓶口，因此开始进行二期工程鱼嘴。

工程：在枯水期，江水不爱往东而流，成都平原得不到灌溉。

于是在江心的“离堆”向上游方向，修筑一个几百米长的大堤，这个大堤就叫做“金刚堤”，金刚堤迎着上游江水的头部，就叫做“鱼嘴”。

从“鱼嘴”到“离堆”之间的金刚堤，就等于把岷江水进一步一分为二，西面的原有岷江河道，叫做“外江”；东面的河道，叫做“内江”。

其中“内江”有人工导流渠的意思，每年到了枯水期，就组织人工，对“内江”进行掏挖，挖得比外江低，这样，就解决了枯水期江水不爱流入宝瓶口的问题。

同时，内江在凹岸，外江在凸凹又刚好解决了泥沙淤积问题
分析：
1、悬移质泥沙的紊动扩散理论——含沙量分布上稀下浓，分布不均，重力使得下沉，淤积作用明显；扩散使其悬浮，冲刷增强；
2、弯曲河道的水流运动及河床演变——水流作曲线运动，由于离心力作用
水面产生横比降形成封闭环流，表层水流流向凹岸，底层向凸，这一环流叠加在主流上，形成螺旋流；所以内江在凹岸，江水的表层清水会抢进内江；而江水的底层浊水就会流入凸岸的外江。

这就在很大程度上解决了泥沙淤塞内江的问题。

（三）第三期工程：飞沙堰
注：鱼嘴工程修建之后解决了枯水期问题和丰水期部分泥沙问题，但是在丰水期可能给内江造成径流过大以及泥沙对内江的淤积，于是修建飞沙堰。

堰和堤的共同点都是挡水，但其不同在于：堤，必须保证水流不得漫过；堰，就是又档水还又让水能漫过去。

工程：飞沙堰实际上是在金刚堤最靠近离堆的地方，故意留出一段凹槽，宝瓶口很狭窄，在丰水的季节，内江的水位必然涨得很高，那么，高出来的水，就全都从飞沙堰漫过去，流回到原来的水道，也就是外江了，这就保证丰水季节大水不至于淹了成都平原；另一个妙用在于，宝瓶口上游内江东岸是“S型”的，大水冲到这里，直接撞到半挡着的玉垒山体岩壁，就会翻滚，下层泥沙翻上来，翻过飞沙堰，翻到外江里。

这又解决了剩余泥沙的淤积问题。

据说几吨重的大石头都会翻滚过去。

分析：
1、悬移质泥沙的紊动扩散理论：含沙量分布上稀下浓，分布不均，重力使得下沉，淤积作用明显；扩散使其悬浮，冲刷增强。

2、弯曲河道的水流运动及河床演变——顶冲点（主流开始逼近凹岸的位置）
冲击凹岸形成漩涡，低水（含沙量大）上堰过飞沙堰，高水（清水）下挫流入宝瓶口，这又在很大程度上解决了泥沙淤积的问题，水量遇到排沙越明显。

二 河流机理总结
（一） 河流四六分水（枯水期内江六成，外江四成，进行灌溉；丰水期内江四成，外江六成，避免洪灾）
（二） 弯道环流，清水流向凹岸，浊水流向凸岸
弯道处横断面形状
弯道处横断面水流状态
丰水期
枯水期
内江40%
内江60%
外江60%
外江40%
三 总结：
（一） 都江堰水利工程技术
1.物理学“热胀冷缩的原理”。

2.河流动力学“悬移质泥沙的紊动扩散理论”：含沙量上稀下浓，分布不均，重力使得下沉，淤积作用明显；扩散使其悬浮，冲刷增强。

3.河流动力学“弯曲河道的水流运动及河床演变理论”
：水流作曲线运动，
形成弯道环流
弯道环流造成泥沙的运动1
弯道环流造成泥沙的运动2
最后形成清水向凹岸流，浊水向凸岸流
弯道环流造成泥沙的运动3
由于离心力水面产生横比降形成封闭环流，表层水流流向凹岸，底层向凸，这一环流叠加在主流上，形成螺旋流，弯道水流的动力轴线，主要特点：在弯道进口段或上游过渡段，偏靠凹岸；随水位流量变化，主流线低水傍岸，高水居中；顶冲点（主流开始逼近凹岸的位置）低水上提，高水下挫。

（二）心得体会
1.这篇文章引用了许多网上资料，其中一篇资料上讲在鱼嘴工程中间：“由于内江被挖得比外江深，那么当丰水季节的时候，江水的表层（清水）会抢进内江；而江水的底层（浊水）就会流入较高的外江”，通过对河流动力学知识分析，我认为网上这样叙述不是很合理所以将其改为“内江在凹岸，江水的表层清水会抢进内江；而江水的底层浊水就会流入凸岸的外江”。

不知我的理解是否正确还望老师批评指正。

2.通过这次对都江堰工程的学习了解，让我对整个建造机理有了全面认识，同时由于时间有限这次了解主要是在工程技术上，对于其文化历史人文上的了解还不够。

3.伟大的都江堰工程利用简单的物理、河流动力学原理，鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三大主体工程三者有机配合，相互制约，协调运行，引水灌田，分洪减灾，造就了“天府之国”。

参考文献：
1.河流动力学复习——百度文库
2.都江堰水利工程——百度百科
3.都江堰水利工程基本原理——新浪博客
4.都江堰工程技术秘密——百度文库。