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1、都江堰:水利工程史上的奇迹张成岗张尚弘摘要都江堰工程是自然造化与人类智慧的完美结晶,具有很高的科技含量和深刻的文化内洒,堪称中国古代水利史上的瑰宝"作为我国最古老的水利工程之一,都江堰工程自建成以来已成功运行220多年,该工程在农业灌溉!城镇和工业供水!生态和文物保护!防洪!旅游!发电!水产和养殖等各方面发挥着极其重要的作用,为川西平原的发展做出了巨大贡献"本文聚焦中国的都江堰工程,并时相关哲学问题进行了反思"关键词都江堰工程工程生命力可持续发展作者张成岗张尚弘,清华大学,科学技术与社会研究中心,水利系一!导论都江堰位于四川省都江堰市,崛江上
2、游,是目前世界上惟一存留的以无坝引水为特征的古代水利工程"战国秦昭王时蜀郡守李冰借鉴前人的治水经验,与其子率众人兴建都江堰"他们巧妙地利用峨江出山口的特殊水文和地形特点,科学地解决了江水自动分流!自动排沙!控制灌溉需水量等问题,化水患为水利"都江堰的建成不仅使成都平原成为我国/水早从人0的著名粮仓,也是使成都平原被誉为/天府之国0的一项历时千载的惠民工程"都江堰工程构思巧妙!功能协调!道法自然,是自然造化与人类智慧的完美结晶,具有很高的科技含量和深刻的文化内涵,堪称中国古代水利史上的瑰宝"作为我国最古老的水利工程之一,都江堰工程自建成以来已成
3、功运行220多年,该工程工史程在农业灌溉!城镇和工业供水!生态和文物保护!防洪!旅游!发电!水产和养殖等各方面发挥着极其重要的作用,为川西平原的发展做出了巨大贡献"关于都江堰工程至少存在两个值得我们反思的问题:其一,一般水利工程的寿命仅以百年计,而都江堰工程何以运行两千多年而不衰,其中的科学技术原理和工程哲学思想何在?其二,都江堰的定位与发展问题"都江堰既是历史文物,又是当工程研究)跨学科视野中的工程前担负成都平原供水重任的水利枢纽,在这种双重身份下如何保护都江堰这一/活0文物,又如何根据成都平原社会经济发展的需要,不断发展完善都江堰,使其走
4、上可持续发展的道路?保护都江堰是否真的不能变动其中的一草一木?本文拟从这两个问题人手对都江堰工程这一水利史上的奇迹进行解读"二!都江堰工程:经久不衰的生命力何在?都江堰水利工程历经两千多年而不衰,与其同期修建的郑国渠却早已湮没无存,灵渠也失去了它以航运为主的功能,甚至在科学技术和生产力水平与古代不可同日而语的现代三门峡工程,也出现了工程短期报废的情况,而都江堰工程却能不断发展,在今天依然发挥着巨大的效益,叹服之余不能不令人深思"本文主要从科学原理!系统理论和社会因素等方面对都江堰工程经久不衰的生命力进行探讨"首先,从科学原理的角度讲,都江堰工
5、程不但占据了优越的地理位置,还科学地运用了水流泥沙运动及河床演变的规律,整个工程的设计完全符合水利科学的原理"眠江流至紫坪铺出关口后,地势由高山峡谷突变为平原,河床陡然开阔,水势趋缓,为都江堰渠首工程的建设提供了得天独厚的地理条件"此处位于呈扇形伸展的成都平原的顶部,海拔739米,是整个都江堰灌区的制高点"良好的地理位置,使都江堰既可扼制住刚出峡谷的眠江水势,使其不能直泻成都平原而引发洪水灾害,又可因地势高而控制整个都江堰灌区,造福川西大地,是设置渠首枢纽的最佳位置"都江堰枢纽主要由鱼嘴!金刚堤!飞沙堰和宝瓶口等组成分流!排沙!引水枢纽,河势
6、见图1"图1都江堰河势图程工史都江堰工程运行的科学原理如下:(l)鱼嘴分流"都江堰内外江分流的自动调节功能是由鱼嘴以上河段的自然条件形成的"小水时水流坐弯,在关口右岸山嘴挑流的作用下,水流出关口后偏向左
7、l岸,并沿左岸弯道向下,到鱼嘴时主流仍然偏左,致使内江分流比大于50%"在洪水期,关口右岸山嘴的挑流作用减弱,韩家坝河心滩过流,水流趋直,到鱼嘴时主流都江堰:水利工程史上的奇迹正对外江,所以外江分流比大于50%"(2)飞沙堰泄洪排沙"鱼嘴以下的内江河段在平面上为弯曲河道,坡陡流急,平均水面比降1.31%",将产生强烈的弯道环流"表层水流的流速
8、快,惯性大,主流指向凹岸,在凹岸边主流下潜,推动底部流速较小的水体流向凸岸,形成螺旋流"在弯道环流的作用下进人内江的卵石90%以上从飞沙堰排人外江"(3)宝瓶口引水"宝瓶口是成都平原引水干渠的咽喉所在,为保障成都平原用水,在小流量时,飞沙堰不过流,进人内江的水流全部进人宝瓶口;在大洪水时,则希望宝瓶口尽量少分流,以利灌区防洪"宝瓶口的平均宽度20.4m,比飞沙堰的前沿宽度小十余倍"洪水期的内江主流直冲离堆的凹形崖壁,主流反冲后形成的横向射流与宝瓶口的进水方向几乎成直角,极大地挤压了宝瓶口的有效过水面积,控制了宝瓶口的进流量,使进人内江的水流大
9、部分从飞沙堰外泄,再加上人字堤的分洪作用,使得眠江洪水越大,宝瓶口的分流比越小"都江堰工程所遵循的科学原理是该工程正常运行两千多年的根本保障,如果违背了科学原理,即
