atcmkt: 都江堰-VIII

都江堰

帝堯時黃河流域洪水為患，鯀使用障水法九年未能治好水患。記載上說鯀是用簡單的堤工障水方法。有些旅遊書說鯀使用的方法就是把居住的的地方圍堵起來防水，如果相信的那腦袋裡面真的是裝滿了水；正確點的解釋是鯀採用他自已故鄉當時的方法，就是沿著河邊築堤。可是黃河卻是泥沙之河，無論河堤如何高築，最後河床越堆越高最後都決堤而失敗，於是鯀被殺於羽山，鯀的兒子禹就接手治理水。為什麼是禹？推論到這裡應是當時華夏民族諸侯部落中，最擅長搞江河治水的部族。擅長治水當然那地域洪水常常為患，自岷江流域，包括大渡河古時常災，這裡的人那時對治水富有經驗。舜殺了鯀找治水專家難道往住在蒙古包的地方找不成？禹是鯀的兒子，鯀死後他的兒子當然也是這個地域的領袖。這個地域就是岷江流域！

史載大禹的故鄉，就在汶川刳兒坪。

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公元1974年在都江堰市岷江（外江）發掘出一尊東漢建寧元年（公元168年）雕刻的李冰石像。於是有專家研究，都江堰並非始於李冰時期…其實以邏輯推論我們都知道：秦起自咸陽，大禹，李冰、都江堰都是同一個地域和歷史源頭，不需要什麼專家研究，羅馬不是一天建成的，岷江水患是逐步改良的，到了李冰時，水利技術已高度成熟，因時制利建起了都江堰。

說到因時制利，香港政客更因公便利，預知有些未公開資料，例如庫房水浸，這個政黨提議派六千，那個政黨提議派八千，例如巴士加多一班，公園加多一排座位…於是未公佈前提早在街頭鼓吹一番，事後虛作是自已的政積(其實議員政客。並無政積，只是吹，雞蛋裡面找石頭)。傳說堯舜時代是明君，鯀九年治水不成被殺了頭。華夏幾千年來行之有效的是為政者不在多言，是看做了什麼實事。如果這些只懂批評不懂做事的抽水政客生逢堯舜時代，一定被堯舜殺個血流成河，比秦始皇焚書坑儒還要多。結論是古人做實事只懂治水，現代政客政棍空話連篇只懂抽水。

都江堰是現今全世界、唯一使用年代最久，到了今天仍然運作，沒有大壩以無埧引水的防洪，運輸、灌溉的水利工程。秦昭王公元前256年派李冰與其子修建都江堰，引岷江水灌溉成都平原，為36年後秦始皇統一中國打下經濟基礎。

都江堰把江水分流，靠西為外江，靠東為內江。外江主要是排洪，內江則為灌溉水道，所以江水分流又稱「灌江」。都江堰市古稱灌縣

灌縣(古城牆)

歷史上魚嘴的位置一直在變動。最早的魚嘴位於白沙河口下游不遠處；現在的魚嘴位於白沙河口下游2050米，這一位置是1936年大修時確定的。秦代時都江堰叫湔堋，魚嘴位于韓家埧。韓家埧是沙洲，那時並不是完全採用順水分流，當江水水位下降需要江水灌溉時，用竹籠裝滿卵石，在韓家埧沙洲(江中心)臨時築起竹籠卵石橫堤欄截部份外江水。” 破竹為籠，圓徑三尺，以石實之，累而壅水” ，使之” 江至都安，堰其右，撿其左，正流遂東”( 益州記) ，下面這張圖上下代表東西方向。

秦時都江堰的設立事因是春耕需要水，但這區域雨季集中五月到十月，春季岷江水流流量少，而春耕需要灌溉，古時還未有電動機閘，那時的使用竹籠滿載卵石，截斷部份外江，把岷江水大部份引入內江，成外四內六之分。到了春夏洪水季節時，水位抬高漫過魚嘴，這時欄截部份內江，那就六成水流直奔外江，四成流入內江，使灌區免受水淹。在那時解決了成都平原的干旱水患問題。

現在使用的是電動機閘外江閘

古代單使用竹籠卵石太沉重，後來發展使用搓榪來人工改變內外兩江的分流比例。搓榪是一種以數根圓木為骨架，外覆竹蓆，內灌泥沙的截流物體。

景區裝飾搓榪---金剛堤岸邊

公元910年發生巨大洪水，催毀了都江堰，使之下移數百丈。洪水將大量沙石移到今天魚嘴位置。
公元1355年魚嘴已經移到白沙河口，
公元1786年已經移到人字堤(清朝時代)。
公元1933年8月25日(http://atcmkt.blogspot.hk/2012/03/blog-post_23.html ) 叠溪發生大地震；數分鐘內，整個叠溪垂直陷落600公尺，城區及附近21個羌寨人口全部覆滅，現今為叠溪海子。

叠溪海子位置圖

叠溪海子

1933年叠溪城沉下地底時14米洪峰再次催毀都江堰。那時候是中日戰爭爆發(1931年918事變)

1935~1936年成功大修魚嘴，就是今天的位置所在(即韓家埧和人字堤的中段)。上圖是1931年地震前的設計圖。1973年和2002年加固維修，建成現在電動制閘，取代1935年沿用的搓榪截流。

魚嘴、飛沙堰、寶瓶口是都江堰渠首三大主體。「魚嘴」是都江堰的分水工程，因形似魚嘴而得名。它位於江心，把岷江分成內外江。

堰首工程

魚嘴

除了前述竹籠卵石設施，李冰在岷江(都江堰的主流是岷江) 中心用石塊堆在江心造成分流。這個分流魚嘴，把岷江一分為二。

外江又稱「金馬河」，是岷江正流，主要用於行洪；內江是人工引水總乾渠，主要用於引流灌溉。其他設施還有內外金剛堤、人字堤及其他附屬建築。魚嘴決定了內外江的分流比例，是整個都江堰工程的關鍵。

未說魚嘴之前我們首先要了解彎曲河流平面和立體的特性。由於地面傾斜程度、岩石軟硬等等不同因素，所以河道變成彎彎曲曲的樣子。在河道彎曲的地方, 左右兩岸水流流速不一樣,一邊水流較急、侵蝕力強,形成凹岸(下圖A點、C’點) 。另外一邊因為水流慢、泥沙堆積，所以形成凸岸(A’點、C點)。用另一個說法凹岸是河流半徑的外灣，凸岸是河流到半徑的內灣。

在立體的構思理解來說，彎曲河流在主要流動的過程中又會產生上下翻轉螺旋環流。

對照” 河流橫向環流與螺旋流示意圖” 和下面魚嘴的圖，由于內江在凹岸(山體凹入，即右邊東岸) ，外江在凸岸(左邊外江處)。在魚嘴上游東岸還有百丈堤，全長1950米。百丈堤將江水逼向外江，其尾端和東岸佈置了搓榪(白色浪花處) 減慢了那段流速，更增加百丈堤前端凹岸江水壓力。灣流帶著沙石經百丈堤外則向著魚嘴而沖來。

目前的魚嘴平面為半月形，由漿砌條石和混凝土築成，長80米，最寬處39.1米，高6.6米。魚嘴前沿直伸江底，略為高出外江河床。當江流沖向魚嘴時，彎流表層水就流向凹岸(魚嘴江流流向內江)，而帶著沙石較重的底層水則流向外彎，這時沉在江底層的泥沙碎石就被帶出，這是第一次排沙過程

(上圖 c-d切面表示的螺旋流)。魚嘴流向內江的是表層水。

都江堰魚嘴在四川汶川512來因近震央，曾經受損，出現開裂，不過經過修復後影響不大。魚嘴堤壩向下游延伸，形成金剛堤，內堤長650米(計到飛沙堰前)，外堤長900米。金剛堤再往下，分別是飛沙堰和人字堤。

而流入內江的沙泥，沖積沿著內江南流向分水堤尾部。弱水期沉在堤尾北岸堆積。下圖為虎頭岩直壁、平行拍攝地點的右邊就是高出內江底兩米的飛沙堰。

飛沙堰的入口處；對著是內江東岸凸出一塊很大的崗石。岩壁直插江底

飛沙堰

飛沙堰位于魚嘴和寶瓶口連接處。是一座僅高出河床2米的低埧。當內江水量過大時，流速較高的江流偏向山體，在虎頭岩岸急轉灣的流會產生渦流，由于像水管彎流引導原理，會翻起流沙越過飛沙堰帶出外江。這個低堰就叫飛沙堰！這是第二次排沙過程。

當逢洪峰時，內江主流線靠近東岸。主流沖擊虎頭岩的結果是彎流轉向圖中這條低堰河道湧來，彎流轉向產生自然導引作用。平常這裡是干的河道，入口是比內江江底高出兩米的堤壩；由於寶瓶口限流，伏龍潭(下圖遠處白色牌轉灣處)產生上升螺效應，多餘水迴流的水，和虎頭岩破流產生的上下環流，挾著泥沙捲越前方低堰，排到外江。

飛沙堰第二次排沙過程有點像我們日常的去水，例如座廁或洗手盆的隔氣。隔氣除了阻隔水管裡面的臭氣外，另一個功用就是把沉在水管中的微細垃圾沖走。當上圖干河中的小樹長大後，情況就像我們的去水排隔氣管道中積聚著頭髮，碎骨，雜物，那麼排沙效用就會消失。這就是為什麼李冰留給後世的一句，深淘灘，低作堰！

寶瓶口同飛沙堰配合具有節制水流大小的功用，是控制內江進水量的關鍵。

根據實測，岷江內江流量超過1000立方米每秒時，便有40%的洪水和98%泥沙從飛沙堰排出。

寶瓶口

寶瓶口原是玉壨山伸向岷江的一條山脊。在灌城附近這條山脊離虎頭岩不遠處，李冰在這條岩石崗開鑿一條明渠堰槽渠道引流到內江，被開鑿出來夾在內外江之間的崗石叫離堆(即現在離堆公園的伏龍觀下方)。

離堆上面的觀景迴廊和我們的景區講解員，下面是寶瓶口進水河道

開鑿於都江堰時開鑿一條渠槽，上寬下窄，頂寬29米，底14.3米，高18.8米，峽口長36米。內江流入寶瓶口的進水口寬70米，這個堰槽就叫寶瓶口。

寶瓶口的入口(左) 和出口(右)

寶瓶口

我們知道明渠液位與流量和截面面積、坡度、粗糙度有關系，因此上游的水位與堰槽流量取決於堰槽尺寸。

等速明渠(流體力學)

寶瓶口屬等速流槽結構，產生束水作用。在洪峰時，即使內江流量高達三千立方米(水位升高)，寶瓶口只能充許700立方米/秒的流量流過。由于狹窄，於是在離堆(即伏龍潭) 下的江水型成急促橫流漩渦。可以想像這個橫流漩渦的中軸線是垂直的，把過去流量少時沉在近寶瓶口江底的沙泥游搞起；上升的表面迴流到飛沙堰，夾雜虎頭岩的轉灣水流帶出翻過飛沙堰，排出外江。故此都江堰的設計實行了三重排沙過程

為了保証等速流，當上游的水位上升，多餘的水除了飛沙堰還有另一條再稍高點堤堰的渠道排出外江。加上在魚嘴上游百丈堤、韓家埧處加設臨時卵石橫堤則屬於一次分流，二次分流；這樣就確定了寶瓶口洪水或乾旱的流量。

寶瓶口岩基經過江水兩千多年的急速衝擊，出現了極大的空洞，1965年和1970年曾兩次加固離堆。

灌溉水網工程

灌溉河網

說完都江堰的位置、成因、遷移、歷史、和流體力學有關的常識；跟著就看看都江堰的水網。秦時都江堰叫湔堋(羌人叫堰做堋) ，三國時叫都安堰，宋代才叫都江堰，那時”都”是指成都，流經成都之江和其他河網(例如沱江等等)總稱叫都江堰灌溉系。都江堰代表水利的名稱到此而立。而位于灌縣(即都江堰)的都江堰樞紐可分為堰首和灌溉水網兩大系統。因為灌溉水網雖屬都江堰系統，但不屬景區，歸入這篇網誌會太長，所以我把游記照片編到picasaweb相片集去。

都江堰工程以引水灌溉為主，兼有防洪排沙、水運、城市供水等綜合效用。內江水流經過寶瓶口首先分支後，便為都江堰灌溉河網區。都江堰灌溉河網包括柏條河四大干流。四大干流分別是蒲陽河、柏條河、走馬河和江安河。

柏條河是水電站的最後處女地，建立水電站後，都江堰灌溉河網發電站將達到一百座

都江堰寶瓶口後共有四大干流，六大河渠和無數的小分支。由此流向成都平原干渠建有水電站超過一百座。而前述大渡河則將會有水電站超過356座！中國人那種一窩蜂的干勁在文化遺產面前表露無遺！