 都江堰为什么难以复制？  余秋雨先生在游览都江堰、青城山后写下了这样一句话，“拜水都江堰，问道青城山”。我国山水众多，各有不同，成都地区的山水文化可见一斑。都江堰作为成都平原地区重要的水利工程，从开始至今已经运作两千年，造福不少后人。  既然都江堰功效如此突出，为何中国历代王朝没有在全国范围内大批复制都江堰这种水利工程呢？ 都江堰的根本功能就是防洪和灌溉 岷江，乃是长江上游的重要支流，历史上甚至一度被认为是长江正源。 其全长1279公里，流域包含四川阿坝、成都、乐山、宜宾等重要城市，是四川境内一等一的大江。而都江堰，正好处于岷江从四川盆地西部山脉进入成都平原的关键点上。  由于都江堰此处的岷江江水刚刚从庞大山区流出，所以都江堰的岷江江段落差大、水量高。上古之时，一到夏季洪水泛滥，成都平原立时就变成千里泽国，人畜无存。 公元前250年左右，即距今约2300年前，李冰奉秦国朝廷之命任蜀郡太守。此后李冰父子在岷江进入成都平原入口处开山凿石修建都江堰，化腐朽为神奇，将岷江由害变利，造就了今后2000多年的“天府之国”。 如下图所示，整个都江堰主体工程由3部分组成——分水鱼嘴、宝瓶口和飞沙堰。  在这3个部分中，分水鱼嘴起到的作用最为关键。如上图所示，分水鱼嘴将岷江分成了图上所示的“内江”和“外江”两条江。内江和外江的江面宽度并不一样，外江要宽些，内江要窄些。 这样一来在丰水期如洪水季节来临时，由于此时水位高，更多的江水将从江面更加宽阔的外江排出，据测算这个比例大约在60%左右。 至于剩下的40%江水则是进入内江，内江底部有个宝瓶口，如下图所示，宝瓶口将分流一部分江水进入成都平原进行灌溉。  由于宝瓶口分了一部分江水走，所以洪水季节岷江也不至于泛滥，同时分走的江水还能用于灌溉农田，一举两得。 从分水鱼嘴和宝瓶口这两个关键设施便可得知，都江堰的根本功能就是防洪和灌溉。   如上面两张图所示，外江江面虽宽，但河床浅，内江江面窄，但河床更深。 所以在丰水期水位高时，外江分到的江水要多些，这是为了泄洪，但在枯水期水位低时，内江由于河床深分到的江水更多，以保证农田灌溉水量所需。  根据现代对水量的观察和测算，丰水期时外江分到的水量为6成，内江为4成。 而到了枯水期，这个水量分配比例则彻底反了过来，外江变为4成，内江变成了6成，由于此时内江分到的水量更多，因此枯水季时宝瓶口灌溉用水所需反而得到了最大程度的保障。  正因为都江堰有这种在不同季节动态调整岷江水量的神奇作用，所以它才得了个“水旱由人”的千古美誉。 飞沙堰究竟有什么作用？ 飞沙堰是一座高出河床约2米高的矮堤坝，主体由鹅卵石笼沉入水下组成。 下图中就是鹅卵石笼，到了都江堰还能看到。  飞沙堰的作用说到底其实就两个——控制内江水量和排出内江沙石。 岷江水中的沙石含量虽然没法和黄河比，但一到洪水季节，江水裹挟而来的沙石也不少。 这些沙石若长期不处理，那么它们就会堵塞内江河道，令内江河床抬高，从而导致前文所述的内外江“四六分水”机制失效。 为了解决这个“内江沙石累积”的问题，所以都江堰整体工程修建了设施——飞沙堰。 飞沙堰的第一个重要功能是拦水。 在枯水期时，由于岷江整体水量不大，所以要把内江分到的6成江水尽量引入宝瓶口做灌溉用水，飞沙堰起的就是这个拦水作用。 但在进入雨季时，岷江有时候会爆发特大洪水，这个情况是完全不受人力制约的，它只和该年夏季的降雨量有关。 当出现这种情况时，分水鱼嘴虽然还起作用，但内江水流一样会变得很大，如果内江水流量超过宝瓶口的泄洪流量时，同样会造成水灾。 这时候飞沙堰的第二个功能便体现出来了——泄洪。 由于飞沙堰是由鹅卵石笼沉入水底搭建而成，巨大的洪水冲击力会自动将它冲垮，从而让内江河道完全通畅，起到泄洪效果。待到洪水过去枯水季到来，人们会找到夏天时冲到下游的鹅卵石笼，扛回来后重新沉在飞沙堰的位置，让它继续承担枯水季节的拦水作用。 换言之，古代的飞沙堰其实是个活动的堤坝，洪水来时冲垮，枯水时存在，而且制作简单、成本低廉。 除此之外，飞沙堰还有第三个功能——冲沙。 它利用了弯道环流原理。 都江堰的整个岷江河道都是呈弯曲状态，尤其是内江弯曲幅度更大，这样的场所，天然就是利用“弯道环流原理”进行冲沙的绝妙场地。 弯道环流原理属于流体力学中的一个重要理论：水流在弯道内运动时会产生离心力，使上层水流指向凹岸，下层水流指向凸岸，形成一个不断旋转并整体向前运动的水流。示意图如下： 都江堰的内江河道恰恰是一个弯道，所以江水里会产生大量漩涡暗流。而这些漩涡行进到飞沙堰时，就会被水下的堰体拦住，在漩涡的作用下，河底沙石会被旋转水流抛到上层流水中，从而越过飞沙堰泄出。 换而言之，飞沙堰朝内江方向的堰体前，常年都有大量漩涡暗流存在，虽然这些漩涡不断出现又消失，但它们却像兢兢业业的清道夫一样，不断清理着内江里面沉积的沙石，将沙石从飞沙堰上方通过的江水中排出。 这也是飞沙堰中“飞沙”一词的由来，极其形象。 现在这个堰体是后来修建的，原来的飞沙堰是沉入水底，只有2米高，江水可从上方越过。 都江堰建造之谜 分水鱼嘴、宝瓶口、飞沙堰这3个主要部分构成了整个都江堰水利工程的主体，它自动分水、排沙、灌溉、泄洪，整个运行不但高度自动化，而且一用就是2000多年，可靠性高到令人瞠目结舌，甚至今天还在起着不可替代的作用。 以今日人类之科技，无论做出什么机器，恐怕都无法连续运行2000年之久，但都江堰，做到了！ 事实上直到今天，人类以现有科技想要完全复制出另一个都江堰也是极其困难的，因为就算走遍全世界，我们也无法找到另一条岷江、另一个和都江堰地理特点一模一样以及一年四季水量类似的地方。 它的成功，只存在于灌县这里的一小截岷江，以当前中国的基建能力，或许可以不惜人力物力在另一条江里将其完全照搬过去，但这样一来花费太过庞大，失去了都江堰高性价比的本来意义。 但令人庆幸的是，如今的科技已完全探索清楚了都江堰的科学奥秘，虽然它无法被完全复制，但它的各种运行原理却可以为其他水利工程所借鉴，用另一种方式造福于世界各地的人民。
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