都江堰水利枢纽古今谈

都江堰水利枢纽古今谈摘要：世界文化遗产都江堰，是中国古代著名的水利工程。它创建于公元前256年。其渠首是一座大型无坝、一组水工建筑物合理地布局在3000余米的岷江河床中的水利枢纽工程。诸设施各自发挥应有的功能并互相有机配合，共同实现着分水、溢洪、分沙，将足够的水量引入灌渠，灌溉成都平原和川中丘陵地。它是古代水利工程，也是当今正使用着的水利工程，并且社会经济效益远超往古。都江堰水利枢纽工程蕴含着丰富而卓绝的科学思想。二千多年来，在历代人们精心保护和不断采用新材料新技术的改进下，“经久不衰”。为保护好这份文化遗产和持续发展，必须处理好保护与使用的关系，坚持依法治堰，科学管理工程设施，合理开发水资源，加强岷江上游的生态建设，让都江堰水利永远造福于人类。关键词：都江堰、枢纽工程、水利、古今都江堰水利枢纽工程，位于四川省都江堰市（原灌县县城，清代灌口镇）城西1.5km处的岷江河床中。枢纽工程以下的干渠、支渠、斗渠，脉走支分于成都平原和部分川中丘陵地，形成巨大的灌区，创造着巨大的水利经济效益。都江堰水利工程创建于公元前256年，迄今已有2258年的历史，它是著名的古代水利工程，也是当今正为中国现代化建设发挥着巨大经济效益的水利工程。二千多年前古代水利工程至今还在利用，而且发挥着远超往古的功能，在世界上“唯此一处”。人们高度赞誉这一伟大的古代水利工程是：“世界水利史上的奇迹”、“永恒的工程”。它所蕴藏的卓绝而丰富的科学思想，闪耀着人类智慧的光辉。都江堰是中国的，也是世界人民共同的科学文化遗产。2000年11月，联合国教科文组织世界遗产委员会审议通过，将这个灿烂的中华文明列入了世界遗产名录。1 枢纽工程设施布局与功能都江堰枢纽工程诸设施，分布在上自岷江上游干流在出山口与支流白沙河汇合处，下至内江宝瓶口止的3020m河床中。枢纽工程（也称“渠首工程”、“渠首枢纽工程”）的现况是：主体工程包括，鱼嘴分水堤、飞沙堰坝、宝瓶口、外江节制闸、工业引水档水闸；辅助工程，百丈堤、二王庙顺水堤、人字堤等设施。鱼嘴，主体工程最重要的设施。它决定着取够灌渠用水，并含沙量较少。当今鱼嘴是卵石水泥建筑物；它将岷江一分为二，外江（西）是岷江正流，内江（东）是成都平原灌渠的咽喉，故又称灌江。内江取水口处宽150m，外江宽130m。鱼嘴距上游白沙河口2050m，其间有靠东岸的“百丈堤”，是人工沙石工程，全长1950m，其功用是将洪水与所含泥沙逼向外江，并起到护岸、防止河槽摆动的作用。百丈堤的设置、鱼嘴的位置，起到了“分四六，平源旱”的作用，确保内江取足用水而又避免灌区发生洪涝灾害。飞沙堰，主体工程又一重要水工建筑物。鱼嘴向南延伸为分水堤（又称金刚堤），是沙石垒筑的河心大堤，其堤两边有浆砌大卵石护堤工程，分隔着内、外江，下至710m处为一缺口，宽240m，口处堰高2m。内江水涨、洪水带着泥沙由此湃流向外江（岷江正流），效果极佳，故称飞沙堰溢洪道，古称侍郎堰。飞沙堰与离堆之间还有一道人字堤和64m宽的人字堤溢洪道（杨柳堰），仍然起着湃出内江洪水泥沙的作用。宝瓶口，主体工程中一关键设施。距飞沙堰下口120m处是一山崖缺口。此缺口位于古灌县城墙西门玉垒关下，是玉垒山麓被凿开的一个缺口。其底宽14.3m，顶宽28.9m，高19m。此处山崖上刻有水则。飞沙堰处的内江宽70m，此处狭窄，宝瓶口外河宽4050m，故形成“瓶颈”，是成都平原及川中丘陵引水的咽喉。内江从鱼嘴分水，在金刚堤与东岸玉垒山坚硬赤砾岩逼流下迅速流经飞沙堰至宝瓶口，急流受缺口所阻，形成一大洄水沱（伏龙潭），壅水超过水则（水位标尺）14划，洪水即从飞沙堰溢出，湃去外江。水位14划时，流量为385 m3/s，足够灌区春耕用水。宝瓶口与飞沙堰，形成一个自然节制闸，确保灌区不受洪涝灾害。飞沙堰上口斜对着内江左岸的玉垒山脚下的虎头岩，由此而上至二王庙山门脚下是一段岸长400m的弯道，今有用混凝土和浆砌大卵石筑成的“二王庙顺水堤”，高9.1米，顶宽4.63.2m，起着护岸和导正水流的作用。外江节制闸，内、外江引入流量分配节制闸。此为渠首处一显眼现代水工建筑物。都江堰渠首是大型无坝引水工程。一年四季，岷江水量在变化，为引水灌溉，或堵截江流掏挖内、外江河床沉沙，古人用竹笼杩槎调节。鱼嘴前，向东岸，向西岸，使用大竹笼盛卵石，用三根木桩支撑杩槎，一个个排开去，封住内江口、外江口。清明节后春灌，砍去内江杩槎，江水流入灌区，成都平原耕田插秧；冬季岁修时，封住内江口，掏挖飞沙堰对面凤棲窝处沉积的沙石（下埋卧铁，年年挖至此）。竹笼杩槎，就地取材，虽易办，也易损，常被岷江洪水冲毁；以往，洪水过后，立即修复竹笼杩槎。1974年4月，在鱼嘴尖端下78m处建成外江节制闸，长104.4m，8孔，电动启闭各孔大钢板闸门。建闸之前，多番试验，钢闸门代替杩槎而未改变原河道流势及内外江分流、分沙比例和内江漂木流送的规律（今岷江上游已封山育林，不再漂木）。此闸设置，确保了对江水分流的不间断调节，以免洪水入内江成灾。工业引水挡水闸，渠首处又一显眼的现代水工建筑物。此闸位于飞沙堰坝尾170m处，闸门8孔，每孔宽12m，总宽105.8m；闸上为白墙黄瓦“廊桥”，两端有重檐飞甍“桥头亭”，十分美观。由于都江堰灌区的扩大，城市工业用水的增加，又要维护飞沙堰固定的堰高坝长规制和景观，1963年在飞沙堰坝尾建成工业用水的引水工程，在内江断流岁修时引外江水入离堆公园下的暗渠，流经1502m注入宝瓶口下、走马闸上游的内江中。1992年；将原临时性挡水设施改建为挡水闸。平时关闸拦水，洪水时开闸泄洪排沙。此闸使内江引水量增加4046.5 m3/s，满足了成都工业和城市生活用水的需求。渠首枢纽工程诸设施，不仅布局合理，科学，效能巨大而互相配合，形成一个有机的整体，共同实现着分水、溢洪、排沙，将足量的清水引入灌渠的总体设计思想和配置原则。岷江，是长江上游的一大支流，发源于岷山山脉的弓杠岭（古称羊膊岭，今四川松潘县境），河源海拔4000m，都江堰渠首高程730m，其间距341km，纳入大小河流138条，水量充沛，水流湍急，夹带沙石多，年平均来水量150.82亿m3，年均输沙量1300万吨（折合650万m3）；上游积水面积达25820 km2，“千里岷山雪”，夏季常遇江水猛涨。洪峰达7700 m3/s，经鱼嘴分水，飞沙堰和杨柳堰（原在金刚堤中段还有平水槽，1962年填塞）溢洪，只有10%的水量入宝瓶口。岷江中沙石，经分沙、飞沙，只有8%的入宝瓶口。由此可见，诸水工设施功能之巨大，高效。正因将洪水与沙石两大难题解决得好，都江堰历久不衰。表1 都江堰渠首工程功能分表名称主要功能辅助其他设施的次要作用鱼嘴分水分洪 分泥沙金刚堤分水逼水 保证内江水量飞沙堤排沙溢洪 节制内江水量溢洪道溢洪排沙 节制内江水量人字堤溢洪排沙 节制内江水量平水槽溢洪排沙 节制内江水量宝瓶口限洪节制内江水量，限泥沙伏龙潭蓄水沉沙 溢洪 分水百丈堤逼水护岸 使洪水、泥沙便于趋向外江鱼嘴前杩槎节制内江水量保护鱼嘴 沉沙排沙、分水2 历史上枢纽工程的维护与改进当今水利工程的科学技术的主要之点应是：工程规划应全面考虑，水利资源的控制、开发和利用进行合理安排，根据需要和当地的自然、经济和社会等可能的条件选择合理的使用方式与工程规模，设计安全、经济、运用和管理都方便的工程布置的最佳方案；其实施原则应是在保证规划目的全面实现的前提下，易行、节约，最大限度地做到安全，经济，高效。倘若我们以此去审视都江堰枢纽工程诸设施的布局、构件与各自的功能，无不令人赞叹称绝。都江堰渠首枢纽工程的总体规划思想，科学的实施原则，以及诸水工建筑物分布的格局，均是在历史上形成了的。二千多年来，随着历史经验的总结，社会的需求和建材的更新，枢纽工程诸设施都有一个不断追求完善、永固、高效的历史进程。都江堰渠首处，是岷江出山口，是成都冲积扇平原的顶端。成都平原由西北向东南倾斜，岷江流经其间，治岷江水患，兴平原水利，都江堰渠首河段是“控其领，扼其喉”的最佳处。成都平原北部边缘与传说的大禹故乡石纽（在今北川县）毗邻。汉代著作禹贡记载，禹曾经“岷山导江，东别为沱”。禹治川西洪水，开渠将岷江水分流，向东导入沱江。汉代蜀王本纪载，春秋末（公元前七世纪），“时玉山出水，若尧之洪水，望帝不能治，使鳖灵决玉山，民得安处”。玉山，今玉垒山。鳖灵，古蜀国望帝的相，后因治水有功得民拥戴取代望帝，建开明王朝。东晋常璩华阳国志蜀志载：“七国称王，杜宇称帝其相开明决玉垒山以除水害。”鳖灵治水，主要目的是消除水患。公元前276年秦国灭亡蜀国。公元前256年蜀郡太守李冰为安定社会秩序，建设秦国统一天下的大后方，十分注意社会经济的恢复和发展，治水兴农，发展交通。他亲自勘察岷江上游，至氐道北（今松潘），然后“因高卑之宜，驱自行之势”，在玉垒山下的河床中兴建水利工程。史记河渠书载：“蜀守李冰凿离堆，辟沫水之害，穿二江，成都之中。此渠皆可行舟，有余则用溉浸，百姓享其利。”作者司马迁曾实地考察过都江堰。华阳国志蜀志记载更为详细：“冰乃壅江作堋，穿郫江、检江，别支流双过郡下，以行舟船。岷山多梓、柏、大竹，颓随水流，坐致材木，功省用饶；又溉灌三郡，开稻田乃至湔堰上分穿羊摩江，灌江西，于玉女房下白沙邮作三石人，立三水中。与江神要，水竭不至足，盛不没肩。”由此可知，李冰治水的指导思想是将治水患与行丹、灌溉、漂运木竹等兴利并举，是综合开发水资源的思想；治水工程的选点科学，是最佳处；工程设施，“壅江作堋”和凿离堆、穿二江。所谓“堋”，宋高丞事物纪原解释：“蜀人谓堰为堋”，可知堋就是江中分水的堤，即今鱼嘴金刚堤一类建筑物。凿离堆，即将玉垒山麓凿开一缺口，引江水入灌区，分离的部分山体谓离堆。此缺口，即今宝瓶口。李冰又修沟渠，与平原上的自然河道相沟通，形成自流灌溉网；为灌溉外江以西的田土，凿羊摩江；在内江、外江、羊摩江的取水口处，各立一石人。石人的主要功用是测水位，水竭至足，不够灌溉用水；水盛没肩，预示将发生洪涝灾害。这就是历史上最早的水则。华阳国志所记载的都江堰不一定是李冰创建时的情况，但是渠首枢纽工程的总体设计思想，主体工程由一组水工建筑物有机配合的原则及其分布格局在李冰创建时已经奠定了。1974年3月，在外江闸下游130米处施工，从4.5米深处挖出东汉建宁元年（168年）雕刻的李冰石像。石像高2.9米，前胸及两袖刻有隶书文字：“故蜀郡守李府君讳冰”，“建宁元年闰月戊申朔二十五日都水掾”，“尹龙长陈壹造三神石人水万世焉”。此文物是李冰创建都江堰和古代管理都江堰制度的有力依据。李冰创建的都江堰，二千多年来不仅受到合理的利用，科学的保护，而且将其发展、完善。鱼嘴有一个上下移动的历史进程，李冰作的堋口湔堰，在今白沙河入岷江处，以后鱼嘴下移至今二王庙、索桥以下，当今鱼嘴的位置定于1936年；古代鱼嘴建造，“累石子作长汀以遏水”，元明两朝曾为用打木桩填卵石上压石条铁板大铁龟大铁牛追求永久牢固而争论了几百年，但终没有解决问题，1935年都江堰管理处处长张沅主持，将鱼嘴向外江西移20米，深挖基础，用大木排架、卵石、混凝土，浇成流线型新鱼嘴，使用至今，完好无损。1961年岁修工程中，渠首和灌区多采用卵石混凝土及水泥沙浆砌卵石堤埂，代替竹笼卵石埂临时性工程；1964年，改造人字堤为混凝土卵石；同年，飞沙堰也改原大方木柜装卵石打木桩的“安羊圈”技术为2.5m见方、厚40cm的混凝土隔墙密填卵石沙浆砌牢技术；1971年彻底清理使用了二千多年的宝瓶口伏龙潭，并用钢筋水泥衬护加固离堆崖壁；1974年建成的电动外江节制闸，代替了鱼嘴前的竹笼杩槎，调水操控更如人意，提高了效率；现代的水位标尺比古代水则更为精确，等等。二千多年来的变化，“万变不离其宗”，即所含的科学原理没有变，枢纽主体工程没有变，始终有鱼嘴金刚堤，有内江外江，有飞沙堰溢洪道，有伏龙潭宝瓶口，而且人们至今仍遵循着“深掏滩、低作堰”；“遇弯截角，逢正抽心”的“六字诀”、“八字格言”的古训进行维修和保护，所以渠首处虽然见到电动钢板闸门，钢筋水泥建材，但都江堰仍然是名符其实的古代水利工程。其间的变化，是社会文明的发展，是科学技术的进步。人们与时俱进，继承和弘扬着这珍贵的文化遗产。而且，人们始终遵循着一条治水原则“乘势利导”，一条施工原则“因地制宜”，所以都江堰始终保持着“费省而效宏”的优点和特点。都江堰枢纽工程如此卓绝，强有力地控制着灌区的防洪与灌溉，为社会带来巨大的经济效益。古代，它不仅防洪消灾，行船、漂木，而且大利于农业发展。自从有了都江堰，成都平原“水旱从人，不知饥馑”，“沃野千里，号为陆海”，四川有了“天府之国”美名。天府，就是天堂，就是皇帝的府库、粮仓。历代成都平原都是国家生产粮食的基地之一。汉代时，都江堰“溉田万顷”。清朝末年，溉田300万亩。新中国成立后，大力保护和科学发展，七十年代打通成都东边的龙泉山脉，将灌渠引向川中丘陵地区，这是旷古未有的大发展。当今都江堰向37个县、3000多万人供应农业用水、工业用水、城镇生活用水、旅游景区用水，灌溉农田1008万亩。据发展规划，控灌面积为1500万亩，发挥远超往古的社会效益。3 维护都江堰持续发展的生态环境 都江堰是中华民族缔造的优秀科技成果，我们应当“继承这一份珍贵的遗产”(毛泽东语)。科学的东西，社会又需要，能永久。都江堰枢纽工程，十分科学；加之人们持续不断地合理的管理与维修，所以能“经久不衰”。 都江堰渠首枢纽工程诸设施的形状和位置布局所蕴藏科学性，就是与所选点环境相适应的合理性。李冰创建都江堰，其枢纽工程的选点与设置，考虑的中心点是：“因高卑之宜，驱自行之势”。高卑之宜，指岷江从源头到出山口及从白沙河入口处到宝瓶口一段河床的地形与 坡度。自行之势，指岷江水流之势。从岷江的具体情况出发，从成都平原防洪兴利的需要出发，创建的枢纽工程是符合于客观实际的，所以它科学，因而能运用二千多年，不像国内外的其他古代水利工程早因泥沙淤塞而堙废了。 历史上的都江堰枢纽工程，适应于历史上的岷江水流情况。这个水流情况包括：因地形的高卑，河床的陡降所含的沙石；因上游的流域面积和森林覆盖率所带来的流量与流速。 倘若，岷江的情况变了，大变了，或者沙石剧增，或者河水大减，甚至如有的河流一样枯竭、断流，都江堰枢纽工程还适用?岂不报废了吗? 这实际上是一个生态环境带来的问题。都江堰以上的岷江河势，每半公里水面平均下降4m的陡斜河床是不易改变的，但江水流量、流速、所含的泥沙量则相对容易改变。只要上游生态遭到破坏，岷江即会显现险象。历史上，岷江上游是莽莽林海。上游积水面积2.5万km2，森林覆盖率，元代时达50%，明清两代由于修城垣、烧炭、木商贸易，原始森林锐减，尤其是近代的商贸使林木大遭砍伐。1912年70余家木商云集汶川、茂县，采木274万m3，几乎将岷江及主要支流两岸林木砍伐殆尽。1949年，岷江上游森林覆盖率下降为30%；五十年代后30年，上游伐木5895万m3，森林覆盖率陡降为18.8%，其破坏生态的势头十分严峻。 岷江上游生态的破坏，直接影响着都江堰水利。岷江水量因之变化，如下表所示：表2 上游生态变化与岷江水量减少年代年平均流量（m3/s）年平均径流量（108m3）最枯水月份流量（m3/s）最大洪峰流量（m3/s）30552（米3/秒）174.1 161377040496156.5151491050496156.5143342060494155.8145640070453142.6126464080452142.41182257说明：据四川省地方志编委会编纂都江堰志制表 由于岷江上游生态的破坏，不仅岷江水量减少，而且因水土流失使河水中泥沙骤增，河床增高，灌区中灌渠的泥沙淤塞也十分严重，一入雨季，渠首段、灌区干渠的防洪均是每年夏季时刻警惕的要务。 都江堰枢纽工程之科学，就在于“乘势利导”，从而实现对水资源综合开发、合理使用。上游生态破坏，岷江这个“势”，必然改变。所以，维护生态环境就是保护都江堰。 都江堰的永恒，需要上游的生态环境维护；自从创建了都江堰，也创造出成都平原“水旱从人，不知饥馑”，“春水绕蜀城、江村事事幽”的优美的自然环境和人文环境。 生态环境问题，是当今世界人们十分关心的大问题。我国政府高度重视这个问题，近几年来大倡封山育林，退耕还林，植树造林。岷江上游早已封山育林，原来的伐木工人已转变为治理荒山水土、植树造林的能手。都江堰自创建时就具备的“漂木”功能，当今已完全消失。都江堰的生态环境治理，虽然取得了一定成绩，但这方面还得加强而且持续下去。在岷江水减少，而灌区扩大的情况下，要保证都江堰枢纽工程永远持续地发展下去，发挥最大的功能，还有许多事情要做，如对岷江上游来水的调节与反调节、新材料的使用和水工建筑物的改进、电子信息技术在管理中的进一步运用等等，需要我们认真研究并采取相应的工程技术措施，遵照世界文化遗产公约和中国水利法规为世界人民保护好这份文化遗产，为民谋福，为国家经济建设作出新的贡献。9