都江堰的修建源於一個偶然的機遇。
公元前4世紀,雄踞於中國西北的秦國朝廷中,大將司馬錯提出建議,先攻占南面毗鄰的蜀國,利用蜀國占據長江上游的優勢,順長江而下,吞併當時唯一能和秦國相抗衡的楚。
秦惠文王採納了司馬錯的軍事策略後,在公元前316年舉兵滅掉了蜀國。公元前280年的秋天,大將司馬錯從岷江上游出發順水進入長江,南下攻擊楚國,然而軍隊因為糧草缺乏補充,在今天的涪陵、重慶一帶陷入癱瘓。
這次戰爭的失敗,暴露了秦國利用蜀國作為攻楚跳板的缺陷:因為當時訓練士兵、打造兵器、集結軍隊主要是在蜀國的中心成都,可是造船和啟運卻要在岷江上游進行,兵馬從成都到岷江的運輸碼頭至少要經過50多公里的陸路,這樣一來就很難在作戰中及時補充兵援和物資。
公元前272年,李冰來到蜀郡擔任郡守,秦王計劃把岷江改道,使之經過成都,從而成為一條真正的戰爭補給線,這個計劃的實施最終落在了李冰的身上。
怎樣能讓岷江水經過成都,使航道暢通,同時在發洪水時控制水,不使其泛濫平原?這是李冰苦苦思索的問題。公元前270年,方案終於提出:必須在岷江河道上建立一個既能引水又能防洪的水利工程,這個工程是這條戰爭補給線能否形成的關鍵。
秦昭襄王批准了李冰的計劃,出兵10萬,支持李冰的建設。
選擇在山區和平原的交界點上建造都江堰以扼住岷江的咽喉
從甘肅和四川交界處的雪山發源的岷江,是長江最重要的一條支流,千百條涓涓細流穿過峽谷,沿江兩岸山高谷深,水流湍急,到灌縣附近,岷江進入成都平原,便像脫韁的野馬一般,一次次衝決堤岸,泛濫成災,塑造出了不穩定的河床和時分時合的漢道。特別是在灌縣城西南面,有一座玉壘山,阻礙江水東流,每年夏秋洪水季節,常常造成東旱西澇。在岷江河道中哪一個位置修建工程才合適呢?
李冰經過實地考察,選擇了在山區和平原的交界點上建造都江堰以扼住岷江的咽喉。
人們用竹片編成籠,籠內裝滿卵石,然後用渡船拋至江心。4年以後,在岷江河道間出現了一個類似於大魚嘴的江心壩,岷江江水被魚嘴一分為內外兩江,其中內江為引水河道,也就是從岷江引水通往成都的那條河道。然而,位於成都平原西北角的玉壘山是內江水流入平原的必經之路,為了清除這個自然障礙,李冰必須想辦法在玉壘山上開出一條水道。在2000多年前的戰國時代,生產工具的局限使得人們只能使用棍棒和鐵錘把大山鑿開。這時,李冰想出了一條妙計:先從甘肅和四川交界處的雪山發源的岷江,是長江最重要的一條支流,千百條涓涓細流穿過峽谷,沿江兩岸山高谷深,水流湍急,到灌縣附近,岷江進入成都平原,便像脫韁的野馬一般,一次次衝決堤岸,泛濫成災,塑造出了不穩定的河床和時分時合的漢道。特別是在灌縣城西南面,有一座玉壘山,阻礙江水東流,每年夏秋洪水季節,常常造成東旱西澇。在岷江河道中哪一個位置修建工程才合適呢?李冰經過實地考察,選擇了在山區和平原的交界點上建造都江堰以扼住岷用火燒岩石,直燒到岩石發紅,再用冰涼的江水澆在滾燙的岩石上,岩石在熱脹冷縮中裂成碎塊,這時民工們再用棍棒和錘子鑿開石壁,工程的進度就會快得多。在技術手段缺乏的古代,用這種辦法對付堅硬的岩石的確十分聰明,因而東漢虞詡在甘南開運河、唐李齊物在三門峽鑿開元新河時都用了這個辦法。
歷經8年時間,玉壘山山體上終於劈開了一條寬為20米、長80米的水路,岷江水進入了平原。因為這個進水口形似寶瓶,後人為紀念李冰的奇思妙想,把這個進水口稱為「寶瓶口」。從此汩汩清流從寶瓶口源源流岀,永久性地灌溉著成都平原。公元前256年,世界水利史上的驚世之作都江堰竣工,開始了它對成都平原持續至今的影響。
四川有一句諺語叫「先有都江堰,後有天府之國」。內江水進入成都平原後成都平原上的人民順勢引水,只開渠不設閘,把內江水流一分為二,二分為四……有了岷江水的灌溉,成都平原於是變成了肥沃的良田。從公元前230年開始,有10萬秦國人陸續從北方遷往蜀地與當地居民共同開墾廣闊的平原,屯積的糧食使蜀郡成為當時秦國最大的糧倉。我的手機 2019/7/25 14:26:06秦國國力因之與日俱增,成為當時中國疆土上最強大的王國。
公元前223年,秦國百萬大軍從成都順岷江而下進入長江,一舉滅掉了楚國,並在兩年後統一了全國,成為了中國歷史上第一個中央集權的封建帝國。
「分四六,平潦旱」指的是都江堰的水量調配功能
巴比倫王國建於幼發拉底河上的納爾一漢謨拉比渠和古羅馬的人工渠道早已荒廢,而同樣古老的都江堰卻獨步千古,長盛不衰。僅從灌溉量來說,接受都江堰潤澤的土地已由當初的200萬畝增加到現在的1000萬畝。中國古人因為戰爭目的而修建的水利工程經歷了2000多年依然被人們利用,工程上的設計究竟有什麼樣的奧秘呢?
都江堰是世界上最早的無壩引水工程,整個工程包括主體建築物、輔助建築物,以及延伸到整個灌區的渠系建築物。工程的奧秘主要體現在主體建築物上魚嘴分水堤、寶瓶口及飛沙堰。
魚嘴分水堤,是都江堰的分水建築物,岷江衝出山口之後,江水經魚嘴分流,馴服地分成內江和外江。外江為主流,主要用於泄洪內江水通過寶瓶口引入灌區。
值得說明的是,這裡不是簡單地實現了內外江分流。都江堰童叟傳誦的治水三字經中最著名的「分四六,平潦旱,指的是都江堰的水量調配功能。平時內江進水六成,外江進水四成:若遇洪水,這個比例自然倒轉,六成水排到外江,四成水進入內江如果水量還嫌大,寶瓶口就會將過量的水擋在口門之外,多餘的水就會自動通過飛沙堰流到外江,從而始終保證成都平原不受潦旱之苦。
在寶瓶口的北岸岩壁上,有古人鑿刻的幾十條橫道,名叫「水則」,這可能是我國最早的水文標尺—水漫過16劃為洪汛期,第19劃則為警戒水位。古人用竹籠卵石砌成飛沙堰和人字堰,水過16劃,就會從這兩個排洪道向外江溢出,特大洪水時,飛沙堰會自動崩塌泄洪,不讓過多的水進入寶瓶口。
飛沙堰位於寶瓶口的前邊,除了能夠自動調節進入寶瓶口流量以外,還能有效地排除進入內江的泥沙和卵石,防止寶瓶口被淤塞。
根據流體力學的原理,水流經過彎道時,由於彎道環流的作用,凹岸一側容易引到清水,凸岸一側容易淤積。由於飛沙堰位於內江的凸岸,寶瓶口位於內江的凹岸,於是內江的泥沙和卵石就通過飛沙堰排入了外江。
同樣的道理也使得魚嘴在分水時,把更多的泥沙分給了外江。魚嘴位於岷江的一個彎道處,內江一側位於凹岸,外江一側位於凸岸,岷江從上游帶來的泥沙大多直接進入了外江,這就是都江堰的第一次排沙。除了充分保證泄洪安全和排沙以外飛沙堰還必須保證在枯水期時有足夠的水量流進灌區。因此,飛沙堰的堰頂高程和長度都極具奧妙。這就不得不提到傳說為由李冰留下的治水六字真言:「深淘灘,低作堰」。而這「深」與「低」的標準則是從李冰時起就埋在內江河道里的石馬(後人改成了臥鐵)。
為了保證古堰的永續使用,李冰制定了每年必須維護都江堰的歲修制度。據說除了兵荒馬亂的戰爭年代以外,每年都有歲修活動,一直持續到近代。
歲修的程序大致是這樣的:每年到了霜降時,人們就截斷外江,讓江水從內江流走(即現代意義上的截流和分期導流,比如三峽大壩就採用了分期導流),從而疏浚外江河道,這一定要在立春以前全面完成:立春時,人們就照外江那樣截斷內江,讓江水從外江流走,從而掏挖內江各條幹渠中的泥沙,修補破損的工程,這一定要在清明以前完成清明後是人們栽插水稻的季節,人們把內江水放開,都江堰就重又開始了一年的工作。
攔河大壩也可以建,只是不能建得太多,也不是建得越高越好
德國學者曾用先進的現代測量技術對都江堰工程進行研究,發現它完全符合現代水利工程的原理。這充分說明,在2000多年前修建都江堰的人完全掌握了治理河流的規律。
遠古時期大禹的父親鯀治水失敗就是因為他用的是「堵」的辦法,大禹以疏導的方法治水卻得以成功。後來,戰國時期老子主張的「道法自然」的思想被充分地體現在同時期李冰修都江堰治水的過程中,順應水性的自然成為治水的最高準則。
與現代西方的治水思路不同,李冰並沒有使用高閘大壩把江水硬性抵擋,而是採用柔性結構的竹籠卵石,以柔克剛。而且充分利用了河道對水流的自然衝力,約束水流前進的方向,工程的建設與自然的規律達到了完美結合。
縱觀全世界的河流,像都江堰這樣的順勢引水的工程為數並不多。人們修築攔河大壩的歷史也可追溯到公元前,如今約有40000多座高過15米的攔水大壩橫在河道上,其中被稱為巨型大壩的(高度至少150米)就有300多座。隨意流淌的河流被扼住了咽喉,曲線優美的身體上出現了塊塊臃腫。
為什麼古人順勢引水的成功經驗沒能被後人廣泛推行呢?其實攔河大壩也有它的功用,其一是蓄水以備河流季節性枯水時為人們提供穩定的水源:其二是抬高水位落差用來發電(目前水力發電量占全世界總電量的1/5)或灌溉。
在1832年法國人 Benoit Fourneyron發明了第一台水渦輪機以前,水能主要用來帶動水車,工業革命初期大約有50萬輛水車為歐洲的工廠和礦山提供動力。19世紀時隨著電站和輸電技術的發展,水渦輪機的作用被充分地發揮出來,歐洲的大小河川甚至溪流上迅速修建了水壩,當水渦輪機可以工作的水位落差從1900年的30米猛增到20世紀30年代的200米以上時,大壩也因之越建越高了。這時候水庫里的水也主要用於不斷擴張的城市了。
然而直到20世紀30年代以前,大壩的建設者們還都沒有非常完備的河流水文數據,以及相應的土木工程技術,那時建成的大壩大多已經倒塌了。即便是近現代用比較先進的技術修建起來的大壩也都面臨著使用壽命的問題。大壩的平均壽命是50年,對一些大壩來說,修復的費用將超過拆除它們的費用,即使是兩者的費用不相上下,拆掉大壩也可免除未來的維護成本。所以過去100年中在興建大壩方面一直領先世界的美國,已經拆除了578座大壩。
所以說,大壩不是不能建,而是不能建得太多,也不是建得越高越好,而應該審時度勢,適可而止,與自然和諧相處,以求得永續發展。
古人相信河流的生命與靈性,從而沒有把都江堰當作一勞永逸地改變和控制河流、使人凌駕於自然之上的工具,而是把它作為自然的一部分,作為與人們息息相連的生命存在。這種崇尚自然的工程設計和東方的哲學思想融為一體,渾然天成,所以才生生不息,歷久彌鮮。