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都江堰水利工程蕴藏的原理解秘

 思明居士 2019-06-29

都江堰水利工程坐落在成都平原西部的岷江上,始建于秦昭王末年(约公元前256~前251) ,由分水鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口等部分组成。这是全世界迄今为止,年代最久、唯一留存、仍在一直使用,以无坝引水为特征的宏大水利工程,凝聚着中国古代汉族劳动人民勤劳、勇敢、智慧的结晶。


都江堰无坝,却能让岷江水乖巧地流入成都平原,时至今日两千多年,仍发挥着防洪灌溉的作用。

堰与堤坝的基本区别在于:堤,必须保证水流不得漫过;而堰,枯水季节可拦水,丰水季节又可让水自动漫过。


或许下面一个视频可以解决你对都江堰的疑惑↓↓↓


都江堰水利工程原理解读



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都江堰水利工程是世界上最古老的,

并且至今还在发挥作用的伟大工程,

它利用地形与水势、以鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三大工程,

解决了泄洪、排沙两大难题。


宝瓶口所起到的作用就是约束进入成都平原的水量,

如果遇到洪水时期,大量的水被宝瓶口阻拦,

水面就会上升,当水面超过旁边的飞沙堰时,

就会被飞沙堰后面的排洪渠排往外江,达到二次排洪。


宝瓶口修建过程

李冰父子在修建都江堰时,由于当时还未发明火药,李冰便以火烧石,使岩石爆裂,终于在玉垒山凿出了一个宽20公尺,高40公尺,长80公尺的山口。因其形状酷似瓶口,故取名“宝瓶口”,把开凿玉垒山分离的石堆叫“离堆”。

之所以要修宝瓶口,是因为只有打通玉垒山,使岷江水能够畅通流向东边,才可以减少西边的江水的流量,使西边的江水不再泛滥,同时也能解除东边地区的干旱,使滔滔江水流入旱区,灌溉那里的良田。这是治水患的关键环节,也是都江堰工程的第一步。


宝瓶口

分水鱼嘴的修建

宝瓶口引水工程完成后,虽然起到了分流和灌溉的作用,但因江东地势较高,江水难以流入宝瓶口,为了使岷江水能够顺利东流且保持一定的流量,并充分发挥宝瓶口的分洪和灌溉作用,修建者李冰在开凿完宝瓶口以后,又决定在岷江中修筑分水堰,将江水分为两支:一支顺江而下,另一支被迫流入宝瓶口。由于分水堰前端的形状像一条鱼的头部,所以被称为“鱼嘴”。


鱼嘴分流

都江堰的第一道水利工程是鱼嘴,

它修建在岷江的弯道处,

汹涌的水流到了这里会被这道“分水堤”分为内江和外江,

只有内江水可以进入成都平原。


鱼嘴的建成将上游奔流的江水一分为二:西边称为外江,它沿岷江河雨顺流而下;东边称为内江,它流入宝瓶口。



由于内江窄而深,外江宽而浅,这样枯水季节水位较低,则六成的江水流入河床低的内江,四成水排在江外,保证了成都平原的生产生活用水;


而当洪水来临,由于水位较高,水流会大量冲向河流弯道的内侧,也就是外江,又因为外江修建得比较宽,所以会有6成水排往外江,四成水进入内江,这样保证了进入成都平原水量的稳定。这种自动分配内外江水量的设计就是所谓的“四六分水”。

分水鱼嘴


按河床高低排沙

此外,内江入口处,河床凹陷,

而外江入口处河床凸起,按照水流的自然规律,

澄澈的表层水流向凹地,浑浊的底层水流向凸地,

所以,很大一部分的沙石都会被外江带走。

从鱼嘴进入内江的水流已经不再那么汹涌,

但依旧携带大量沙石,这时候就需要飞沙堰发挥作用了,

飞沙堰是内江外侧的一道低矮堰坝,

内江水巨大的冲击力流到此处,

会被飞沙堰旁边狭窄的宝瓶口所制约。

飞沙堰二次淘沙

加上离堆的顶托作用,

在飞沙堰附近形成漩涡,

水中剩余的沙石大量被漩涡甩出飞沙堰,

其余的沙石在飞沙堰对面的回水区凤栖窝沉淀,

每年有河工掏出清理,

这样就有效的防止了泥沙淤积导致的河流溃堤。


飞沙堰

为了进一步控制流入宝瓶口的水量,起到分洪和减灾的作用,防止灌溉区的水量忽大忽小、不能保持稳定的情况,李冰又在鱼嘴分水堤的尾部,靠着宝瓶口的地方,修建了分洪用的平水槽和“飞沙堰”溢洪道,以保证内江无灾害,溢洪道前修有弯道,江水形成环流,江水超过堰顶时洪水中夹带的泥石便流入到外江,这样便不会淤塞内江和宝瓶口水道,故取名“飞沙堰”。



飞沙堰采用竹笼装卵石的办法堆筑,堰顶做到比较合适的高度,起一种调节水量的作用。当内江水位过高的时候,洪水就经由平水槽漫过飞沙堰流入外江,使得进入宝瓶口的水量不致太大,保障内江灌溉区免遭水灾;同时,漫过飞沙堰流入外江的水流产生了游涡,由于离心作用,泥砂甚至是巨石都会被抛过飞沙堰,因此还可以有效地减少泥沙在宝瓶口周围的沉积。

飞沙堰

再来综合了解一下都江堰工程示意图




地理题中的都江堰水利工程

都江堰是一项伟大的古代科技水利工程,被称为古代水利的灿烂明殊。岷江是长江上游的一条较大的支流,发源于四川省北部高山地区。在都江堰建成以前,每当春夏山洪暴发之时。江水奔腾而下,由于河道狭窄,常常引起洪灾,洪水一退,又是沙石千里。岷江东岸的玉垒山阻碍江水东流,造成东旱西涝。

秦国蜀郡太守李冰和他的儿子,吸取前人的治水经验,主持修建了著名的都江堰水利工程。都江堰的整体规划是将岷江水流分成两条,其中一条水流引入成都平原。主体工程包括鱼嘴分水提、飞沙堰溢洪低坝和宝瓶口进水口。

(1)岷江受季风气候影响。水文变化大。仔细对比左右两图的变化,试分析岷江水从离堆附近引入成都平原时,冬夏引水量皆很稳定的原因。

(2)评价都江堰水利工程的影响。

(3)结合所学知识,说明都江堰水利工程在古代与今天的主要功能差异。

向左滑动找答案


















(1)对比两幅图的变化可知,右图中把岷江分成了内江和外江,飞沙堰连接着内外江。夏季,雨季时节,流入内江的水量可以通过飞沙堰进行调节,将多余的水量与泥沙分流到外江,从而减少流入成都平原的水量;冬季,降水量少的季节,利用飞沙堰将内外江进行隔开,从而保证冬季流入成都平原的水量,从而实现冬夏引水的稳定均衡。

参考答案:鱼嘴把岷江分成了内外两江;宝瓶口再次控制了入水量;飞沙堰既可以保证冬季入水,又可把夏季多余的水量与泥沙分流到外江,从而实现了引水的稳定均衡。(6分)

(2)都江堰是一项伟大的古代科技水利工程,被称为古代水利的灿烂明殊,主要从有利影响角度进行评价。从该工程本身来讲:该工程顺应当地的自然规律,并且充分利用自然资源的典范;因地制宜对自然条件进行改造与利用,扬长避短,保证了人地关系和谐。从对成都平原影响来讲:地势西高东低,岷江水可以自流注入成都平原,减少了成都平原的旱涝灾害;同时为成都平原提供了农业灌溉用水、城市生活用水量;对成都平原的生态环境与环境均没有破坏。

参考答案:该工程是顺应自然规律,并且充分利用自然资源的典范;利用西高东低的地势,使岷江水可以自流入成都平原;防洪抗旱,减少成都平原的旱涝灾害;为成都平原提高农业灌溉用水、城市生活用水;不存在生态破坏与环境污染。(8分)

(3)都江堰是一项伟大的古代科技水利工程,古代主要是具有水利功能;今天都江堰的水利功能仍然发挥着作用,同时作为一种水利旅游资源,发展旅游业,因此当今又具有了旅游观赏功能。

参考答案:在古代为水利工程,具有水利功能;在今天它既有水利功能,又具有旅游观赏功能。


最后我们再来综合了解一下都江堰的水利工程的功能:


都江堰运作原理


都江鱼嘴,也叫分水鱼嘴。它昂头于岷江江心,包括百丈堤、杩槎、金刚堤等一整套相互配合的设施。其主要作用是把汹涌的岷江分成内外二江,西边叫外江,俗称“金马河”,是岷江正流,主要用于排洪;东边沿山脚的叫内江,是人工引水渠道,主要用于灌溉。


飞沙堰溢洪道又称“泄洪道”,具有泻洪、排沙和调节水量的显著功能。飞沙堰的作用主要是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时,多余的水便从飞沙堰自行溢出;如遇特大洪水的非常情况,它还会自行溃堤,让大量江水回归岷江正流。飞沙堰的另一作用是“飞沙”,岷江从万山丛中急驰而来,挟着大量泥沙、石块,如果让它们顺内江而下,就会淤塞宝瓶口和灌区。


宝瓶口,具有节制水流的功用。夏季岷江水涨,都江鱼嘴淹没了,离碓就成为第二道分水处。内江自宝瓶口以下进入密布于川西平原之上的灌溉系统, 旱则引水浸润,雨则杜塞水门 ,保证了大约300万亩良田的灌溉,使成都平原成为旱涝保收的 “天府之国”。

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