论河流地貌在水利建设上的作用——以都江堰为例(郭耀文)

热度67票 浏览66次 【共0条评论】【我要评论 时间:1999年4月01日 13:44

河流地貌水利建设上的作用——以都江堰为例水利论文?F!|$o8D;v

郭耀文

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(青海师大地理系)

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摘 要本文重点论述李冰科学地利用地貌条件、弯道环流,河床平衡剖面和河流动力均衡原理,修建的都江堰工程质量高,效益好,千古不废的成功经验。

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关键词都江堰 河流地貌 深淘滩水利论文 Xi&pz'S[H0c p9g4L Z

1 都江堰的沿革水利论文DOW^4A;_]*k

  都江堰位于岷江中游的四川省都江堰市(原灌县)城西门外的玉垒山下,古称湔堰。都江堰北面有一岷江的支流叫白沙河,古称湔水,湔堰因此而得名。三国时,诸葛亮在都安县(即原灌县导江铺)设堰官,继续保护、维修古堰、发展农业,故将湔堰改称都安堰。又因流经郫县地区的岷江称郫江,所以,宋代时又将都安堰改为今日的都江堰。都江堰自古至今发挥了排洪、灌溉的巨大作用,灌溉面积现已达一千万亩。

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2 河流地貌在都江堰工程上的应用

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  李冰在平原地形上,采用分流导江,筑堰引水方法修建都江堰时,合理利用地貌条件、河床形态对水流影响,成功地利用弯曲河床和分汊河床的发育规律指导工程建设,使工程建设建立在高度科学理论基础上,具体表现分析如下。

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2.1 合理利用地貌条件选址

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  古堰东部正是现在的成都平原,这个平原形似一把张开的纸扇向东南倾斜,而都江堰市城西一带恰好处在扇形平原的顶端,海拔700多米(成都附近海拔400m左右),居高临下。这种自然倾斜地形,是修建水利工程最有利的地形,它可以不打坝,只修堤,开渠引水灌溉。所以李冰合理利用了这个有利地形,确定在此修建都江堰。水利论文Bg(EH'}"f3r6S

2.2 弯道环流对金刚堤、鱼嘴的建造作用

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  都江堰工程由鱼嘴(分水堤)、飞沙堰(溢洪道)、宝瓶口(引水口)三大工程构成(见图1)。它们有机的组合,联合发挥了引水灌溉、排洪、排沙和减灾的巨大作用。鱼嘴与金刚堤连在一起,位于江心,它们的建造和作用与弯曲河床形态有密切关系。金刚堤实质是岷江河床上的江心洲,鱼嘴位于金刚堤的顶端,形如鲸鱼之嘴巴,故名为鱼嘴。鱼嘴与金刚堤的共同作用是使岷江河床分汊,即分为内江和外江,所以鱼嘴与金刚堤是一个非常关键的工程。从分水堤与金刚堤位于河床中心位置分析,这个堤的建造,主要是李冰利用了河流的弯道环流的科学原理形成的。如现在的分水堤东侧是岷江凹岸,也正是内江流经的部位,西侧是岷江的凸岸,也正是外江流经的部位。这里的弯道环流的表流流入凹岸,把凹岸被水利论文n4[W/Jx vv/G

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图1 都江堰示意图水利论文;L7u/us#x0[)q9O6f&E

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侵蚀的和过境的大量泥沙,由环流的底流再搬运到凸岸堆积成遇回扇,其中一部分泥沙在江心堆积形成规模宏大的江心洲(金刚堤),泥沙在洲头不断堆积、延伸,加之人工不断对它们修筑、加固和保护,形成今日之天然——人工金刚堤和鱼嘴。金刚堤和鱼嘴的存在,使岷江主流在此成为分汊型河床。尤其鱼嘴的存在意义,在于发挥分汊河流的分水分沙作用,如冬、春枯水季节,岷江水位较低,河流主流线多靠近河谷凹岸流去,分水堤将约十分之六的江水流入内江,十分之四的江水流入外江,保证了灌区的用水量,简称“四六分水”;夏、秋洪水季节,岷江水位相对升高,河流主流线相对变直,大部分江水流向凸岸,故分水堤又将十分之六的江水排入外江,十分之四的江水注入内江。显然,这是李冰掌握了分汊口即江心洲(金刚堤)和洲头(鱼嘴)的分水分沙特点,又利用了内江具有平面弯道环流泄水特性,创造的科学分水方法。

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2.3 河流动力均衡原理的科学应用水利论文1rhg;RIy7_2b

  飞沙堰和宝瓶口的工程建设,科学地利用了河流动力均衡原理。飞沙堰位于金刚堤南端成一低矮的人工沙堤(实为一潜坝),为什么飞沙堰要修在金刚堤南端?这是因为内江流水遇到虎头岩的撞击后自然形成涡流,这股涡流径直向西南方向(现在的飞沙堰位置)流去,多余洪流和泥沙也随之泄入外江,可见这位置正是保证内江洪流和泥沙排泄的最佳方向和位置,因此,决定在金刚堤南端修建飞沙堰。飞沙堰的作用一是起排洪排沙作用,二是起挡水作用,保证内江水位始终保持在一定的高度上,以保证成都平原灌溉有足够的水量,如无此坝,内江水会大部分泄入外江,所以后人总结为正面引水,侧面排沙,但必须要求飞沙堰坝面要低。李冰根据河流动力均衡原理岁修内江的经验是“低作堰”。所谓低作堰,是指每年维修飞沙堰时,要保证飞沙堰始终保持在一定高度上,堰顶不能加固过高,即堰顶宜低不宜高。因为堰顶高了,造成排洪排沙不畅,使内江泥沙沉积加剧,洪涝频繁,而堰顶低了,减少障碍,有利于排洪排沙。究竟堰顶低到什么标准合适,要根据宝瓶口的“水则”与灌区需水量的多少而定。现在的堰顶平于水则十五划(每划一市尺)是堰顶最合适的高度标准(现在飞沙堰的相对高度实为2m)。如果内江水位高出水则十五划,堰顶也高出水则十五划,对内江排洪不利,灌区就要闹水灾;相反,内江水位低于水则十五划,堰顶也低于十五划,内江大部分水流就会流入外江,灌区就缺水,影响灌溉农田,只有堰顶平于水则十五划,恰到好处,灌区不涝不旱。

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  内江引水的咽喉工程----宝瓶口,它与飞沙堰二者有机的组合,共同承担了排洪减灾,保障灌区用水功能,其原理也是科学地利用了河流动力的均衡原理。如宝瓶口西边凸出而高大的离堆山崖起到了阻挡内江洪流的作用,宝瓶口起到增加泄水的作用。如洪峰期间,一部分洪流遵照宝瓶口明文规定的“水则”,规规矩矩地从宝瓶口流出,保证成都平原灌溉用水,其余的洪流被迫通过飞沙堰,人字堤流向外江,起到了排洪减灾作用。由此可见,飞沙堰和宝瓶口排洪、输水功能,完全是李冰科学地利用了河流动力均衡原理而巧妙设计的水利工程。

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2.4 “深淘滩”的理论依据分析水利论文(tU)K!u3vB7?+g

  李冰为避免内江河床泥沙淤积,除采取侧面面排沙方法外,还总结出“深淘滩、低作堰”的方法,对内江河床淤积的泥沙每年进行一次淘挖,称为岁修。所谓“深淘滩”,就是对内江河床淤积的泥沙必须清除淘挖到一定的深度。究竟淘挖到什么深度合适?据传,李冰为了找到这个合适深度,曾多次观测、实验,他终于找到了一个深度,在这个深度的位置河床底下,曾埋了一个石马作为标记(现代改为三个卧铁),要求以后每年岁修,淘见石马淘沙就终止,即淘沙达到了标准深度。由此可见,石马所埋深度是一个非常关键的问题,也是衡量岁修工程质量的标准。这个深度为什么是一个非常关键的问题?回答这个问题,只有用河床平衡剖面理论来解释为妥。因为李冰深淘滩的目的就是要保持内江来沙输沙处于年内平衡状态,即一年内河床冲淤平衡,这就要求河床纵剖面必须达到平衡剖面状态,深淘滩的最终目标就是内江河床相对处于平衡剖面状态,河床不淤积,为了使河床达到此状态,必须借助人为的疏浚淘沙措施,方能实现,所以每年岁修淘沙,必须淘挖到石马埋深处(河床平衡剖面位置)。假若淘挖深度浅于石马埋藏深度,河床仍继续淤积抬高,对排沙不利,而且影响外江和内江的流量分配;若淘挖超过此深度,等于人为的相对降低了河床临时侵蚀基准面,河流的活力复活,侵蚀作用反而加强,泥沙增多,加重了排沙的负担,会使输沙、来沙失去平衡。所以,李冰深淘滩确定的石马埋藏深度是一个非常重要的科学理论问题,是河床平衡剖面理论应用于水利工程上的伟大创举。

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3 结语

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  李冰修建的都江堰水利工程,质量高,效益好,千古不废,闻名中外,其原因是充分利用了科学理论的结果。李冰当时修建都江堰工程时,不仅利用了水力学理论,尤其成功地应用河床平衡剖面理论和河流动力均衡原理,创举的“深淘滩、低作堰”的方法,实践证明是非常先进的科学方法和理论,是我国古代最珍贵的科学文化遗产,科学价值意义深远。我们应该继承和弘扬它,努力发展现代科学,充分发挥科技是第一生产力的巨大作用,将河流地貌理论更好地运用于水利建设中。1998年长江等大江大河洪灾发生的原因之一,是河床平衡剖面被破坏,借鉴都江堰岁修经验,今后必须加强对大江大河河床平衡剖面的研究和对河道岁修的力度,恢复和保持河床处于相对平衡剖面状态,以避免洪涝再次发生尤为重要。水利论文qE,CZlx+?

参考文献水利论文RrF6x.B c+}t*B;qcJ

1 严钦尚等。地貌学。北京:高等教育出版社,1985.

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2 四川省水利厅。旅游都江堰。成都:四川人民出版社,1984.

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3 杨景春。地貌学教程。北京:高等教育出版社,1985.水利论文R'kXaf] \G)?~

 

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