“鱼咀分江内外流,宝瓶直扼内江喉。
成都坝仰离堆水,禾稻年年庆饱收。
李冰父子功劳大,作堰淘滩尽手工。
六字遗经传不朽,友邦人士共钦崇。”
这首诗是1959年10月12日董必武副主席陪匈牙利人民共和国贵宾参观都江堰时留下的。
都江堰位于四川省成都平原西部灌县附近的岷江上。公元前316年,秦惠文王派张仪、司马错率兵越秦岭灭掉控制成都平原的蜀国,设置蜀郡。大约在公元前256年,秦昭王派李冰为蜀郡守,要他去治理急待开发的西蜀。李冰精通天文地理。他早就听说成都平原土地肥沃,气候温暖,是发展农业生产的宝地,但因常闹水旱灾害,百姓贫苦不堪。他到任后,立即四出调查,很快就弄清了常闹水旱灾害的原因。原来,成都平原是西北高,东南低,倾斜度较大的扇形平原。岷江从西北群山中百曲千回奔流而下,到灌口(今四川灌县灌口镇)进入平原。由于玉垒山拦住岷江东去的道路,江流被迫折转向西,流到宜宾,汇入长江。这样,肥沃的成都平原紧靠着岷江,而大部分土地却得不到岷江的灌溉,要靠天吃饭,一遇上冬春无雨,就闹旱灾。可是夏秋季节,岷山上积雪融化,再加上接连不断的暴雨,使江水徒涨,经常冲毁灌口的堤坝,泛滥成灾,淹没成都平原上的农田、村庄、百姓世世代代深受其害。李冰决心除害兴利为百姓造福。他吸取劳动人民与水旱长期斗争的经验,充分地利用当地山川平原的优越性,因势利导,因地制宜,因时制宜,提出了“分流导江,筑堰引水”的科学治理方案,决定在岷江上修建一座防洪、灌溉、航运兼用的大型综合水利工程。他经过精心计算,合理地调动了大量的人力、物力,艰苦奋战了几年,终于建成了举世闻名的都江堰。
整个都江堰水利工程由渠首工程和灌溉渠道两大系统组成,其中最重要的是渠首工程。渠首工程在今四川灌县城西。分水堤、飞沙堰和宝瓶口是渠首工程的三个重要组成部分。分水堤选建在岷江河床弯道湍流中心,是就地取材,用竹筐装鹅卵石堆垒而成的。因其形状很象“金”字,所以又叫金刚堤。堤的前端尖锐,好象鱼咀,称为分水鱼咀。分水堤如同一把利剑,插入江心,将波涛汹涌的江流劈为两股。西股称外江,是正流,管排洪;东股称内江,是支流,管灌溉。这段河床弯道,北岸凹南岸凸;分水堤顺势北面凸南面凹。这样,滚滚而来的江水,由于弯道环流趋势,夹带泥沙的底层水自然流向凸岸——外江;含泥沙少的表层水自然流向凹岸——内江。春天和冬天,是岷江的枯水季节,水量小,流速缓,内江分六成水,外江分四成水,保证灌溉区用水;夏天和秋天,是岷江的洪水季节,水量大,流速急,内江分四成水,外江分六成水,既能保证灌溉区用水,又能防止灌溉区受害。分水堤起了自动分水排沙的作用。这种自动分水排沙的科学原理,在现代水利工程学上称为“凹岸引水,凸岸排沙”。飞沙堰是溢洪工程,选建在内江西岸,上接分水堤,下连离堆。堰稍低于堤岸,既能溢洪排沙,保障灌溉区不被淹没,又能拦截江流,保证灌区有足够的水用。飞沙堰对岸有块巨大的岩石伸向江心,叫虎头岩。当洪水季节,江水奔腾而来,一触到虎头岩上,浪花飞卷,形成巨大旋涡,泥沙无法落脚,洪峰不能突破虎头岩,被迫改道南行,越过飞沙堰流向外江,这叫“正面引水,侧面排沙”。当枯水季节,水位较低,越不过飞沙堰,从而保证有足够的水源供灌溉区使用。宝瓶口是引水工程。它是凿开玉垒山而形成的一个引水口,长约80米,宽仅20米,狭窄如瓶颈。开凿宝瓶口是整个工程的关键。在2000多年以前的战国时代,没有炸药和先进工具,要想凿开坚硬的岩石,打穿玉垒山,谈何容易!当年,李冰在玉垒山下集思广益,终于找到了好办法。他让民工们把枯竹干柴堆积在岩石上,放火点燃,熊熊烈火把坚硬的岩石烧得滚烫,趁热泼上冷水,顽石在冷热的骤变中炸裂了。今天的离堆就是这样被李冰从玉垒山上凿离出来的。李冰凿山为口的目的,是利用山石的坚固性来保证入水口不致因流水的冲刷变宽,从而给灌溉区造成水患。宝瓶口能够自动控制从内江流灌溉区的水量,起节制闸的作用。多余的水在宝瓶口前被高堆顶住,然后入人字堤,过飞沙堰流向外江。江水在宝瓶口前虽然经过两次排沙,仍然留有“余孽”。这些余孽,由于离堆岩壁对江流的抵托作用和宝瓶口对江流的约束作用造成旋流,最后被回旋到离堆旁边的泄洪河道排走。这就是现代水利工程学上所说的“回旋原理”。排除泥沙是水利工程的难题。2300多年前,李冰修建都江堰所应用的这些排除泥沙的科学原理,直到本世纪30年代外国水利专家才总结出来。为了测量水位,控制水量,李冰命其子二郎凿了三个石人,立在分水鱼咀附近的内江里,使“竭不至足,盛不没肩”,也就是说,要求枯水季节不能让石人露出脚,洪水季节不能淹没石人的肩。据水利史专家研究,这三个石人实际上是世界最早的测量水位的标尺。从石人“足”和“肩”这两个高程的确定,可以看出当时人们通过长期的观察,已经掌握了岷江洪、枯水位变化的一般规律。人们通过观察进水口的水位,掌握进水流量,再依靠鱼咀、飞沙堰、宝瓶口等分水工程调节水位,从而控制渠道进水流量。这说明早在战国时期,中国劳动人民已经掌握并利用了在一定水头下通过一定流量的“堰流原理”。为了维护都江堰,李冰还制定了“深淘滩”的岁修原则。他又让石匠凿了“石犀五枚”,令“二在渊中”。这埋在内江渊中的二枚石犀,它的深度就是都江堰岁修“深海滩”的控制高程。通过岁修,使河床保持一定的深度,有一定的过水断面,这样就可以保证河床能安全地通过比较大的洪水流量。由此可见,当时人们已经对流量与过水断面的关系有了比较深刻的认识,并在实践中加以应用。这种数量关系,正是现代流量公式的一个重要方面。分水堤、飞沙堰和宝瓶口,设计科学、结构严谨、布局巧妙,浑然一体。江水通过宝瓶口流入四条大干渠和密如蛛网的支渠毛渠,滋润着广阔的成都平原。四条大干渠就是四条河道,可以通行船只,放送木排。自从有了都江堰,成都平原“旱则引水浸润,雨则杜塞水门”,成为旱涝保收的米粮仓,开始享有“天府”的称号。