原創 都江堰的工作原理是什麼？為何能留存千年，造福人類這麼久？
前言
如今被叫做"天府之國"的四川成都地界，在古代的時候也曾經飽受洪灾的侵害。
彼時從四川地區西北部地界的雪山上開源而來的
岷江
，經過了上游地區的高聳山脈和幽深地穀，在這裡匯集成了非常湍急的水流，向成都平原一湧而去。
由岷江氾濫而來的水患，一次又一次崩潰在岸堤口，致使河兩岸的人民飽受洪水之苦。
岷江水患
而當秦國收復了四川地區之後，秦王就召見和委任了
李冰
為當地的父母官，讓李冰來治理這個地區的水灾。這種情況是在兩千兩百多年的戰國之前，而這一次李冰主張的水利工程的修建，徹底改變了四川平原地區的水利情况。
這座水利工程讓一度氾濫的四川水河，變得乖乖聽話起來，可以說是根除了成都地區的水患災難，為成都變成"天府之國"、越來越富饒奠定了重要的基礎。直到兩千多年後的今天，都江堰的水利工程依然發揮著非常重要的
防洪和灌溉農田
的作用。
而這座超級水利工程的基本運作原理，以及它的佈局方面，要從李冰時代開始計算的話，已經過了兩千多年，卻依然沒有太大的變化。就算把這座超級水利工程放到今天來看，依然是非常優秀的作品，水利工程的每一個部分都設計得相當高明。
都江堰水利工程
這讓我們不得不佩服李冰父子，這就是古代人的智慧，放到今天依然適用的智慧。
那麼千年奇迹都江堰，它的工作原理是什麼呢？為什麼能够造福人類兩千多年呢？本期科普內容，一起來聊一聊大國工程——都江堰的千年奇迹。
難以治理的蜀地水况
都江堰，是地處在四川成都西北部地區邊緣的岷江開源地，與彭州市、郫都區、還有溫江地區的交接之處，西面和北面又和汶川相互連接，這裡的地勢是西北方向偏高，東南方向偏低。
這裡的氣候非常濕潤，屬於溫帶濕潤季風性氣候。都江堰的簡稱被叫做"
灌
"，在新石器時期這裡就是古代蜀國人民居住的風水寶地，也是
古代蜀國的發祥地之一
。
都江堰
都江堰是一座各種方面渾然一體的都市，它主要體現在都市裡面有水、而水又包含著整座都市。
但是在兩千多年前，都江堰還是並不像現在這樣，水與城和和美美。在兩千多年前，這裡曾洪水氾濫。
李白曾經在名作《蜀道難》裏感歎道：
"叢及魚鳧，開國何茫然"、"人或成魚鱉"
，種種對時代慘狀的描寫和感慨，就是兩千多年前成都地區的真實情况。這正是由於岷江發源而來的水沒有治理好導致的。
都江堰水患自古嚴重
岷江是長江上游地區非常大的一個支流河水，它經過的成都平原，盆地的西部地區又是典型雨水充沛的地區，囙此極易發生洪災。
岷江的發源地被叫做東源和西源，東源頭來自於弓杠嶺，西源頭來自郎架嶺。
這兩個源頭都在松潘地區的一個地方進行匯流。
岷江流過的面積達一百三十三平方公里，全長七百九十三公里，平均坡度4.83%，年均總水量150億m3左右，全河落差達到了3560m。
而當岷江水域走出源頭地區的時候，從四川向西南流過，就形成了極為可怕的
地上懸江
，這就導致了江水氾濫，百姓民不聊生。
岷江流域
要知道，天府之國的整個地勢就是向東南傾斜，都江堰距離天府之國不過五十千米，但是坡度竟然已經達到了
二百七十三米
，可見天府之國和都江堰之間的坡度有多大。
千年奇迹都江堰
所以在沒有修建都江堰超級水利工程之前，每當岷江季節性奔湧而出，天府之國成都就會是洪水氾濫。當水灾與旱灾交疊而來，這裡的莊稼田地就會
顆粒無收
。岷江水常年導致四川地區水患頻發，已經成為阻礙古代蜀國走向繁榮富饒非常大的威脅了。
但是都江堰的建造就像一個千年難遇的"奇迹"，不僅有效治理了水况，還讓奔湧的岷江變成了滋潤天府之國的江水。這讓百姓也可以挖開河道，利用岷江的水澆灌農田，至此成都成為了富饒而平和的地方。
都江堰的修建
事實上，當初秦王下令讓李冰父子二人治理岷江水，修建都江堰，目的是
為了進攻楚國
，想要讓天府之國成為秦朝軍隊的
糧食後援地
。但沒有想到的是，無心插柳柳成蔭，這一舉措反而換來的一方地區的富饒發展。
於是當地人民為了紀念李冰他們父子二人治理洪水，修建了這座超級水利工程，就在都江堰修建了一座
二王廟
，每當清明時節來臨的時候，當地人都會去廟裡進行祭祀活動。
這座廟已然成了後代人們維繫千年水利工程的地點。每年進行完都江堰的維護之後，人們也會在二王廟裡面舉行一種典禮儀式，就是
放水典禮
。由此可見，李冰父子在都江堰地區的百姓心裡，地位有多麼的高。
李冰父子雕像
都江堰的治理原理
古往今來，水利工程的治理不過就是
控制和調度水沙
，水利工程到底能不能修建成功，就是
取決於對水流和沙子的分配
。
而我國很多水利工程中，有很大一部分就是由於對水沙的治理進行的不得法而導致了水利工程無效，也讓水利工程最終掩埋在泥沙的堆積裏。
比如
黃河的治理
，就是因為泥沙問題而讓古往今來的水利專家相當的頭痛。而長江三峽也不外如此，因為蓄水的時候也攜帶和攔截了非常多的泥沙，使得泥沙沒有辦法及時排出去，導致了三峽工程運行還不到一年，就出現
地上懸河
的狀態。
而且地上懸河還會導致大片大片的田地被淹沒，把土地沙漠化鹽鹼化。這種威脅直接跨越到西安地區。
黃河區域的地上懸河
但是都江堰的治理就沒有出現這種情況，兩年多年一直興盛著四川，最後使得四川獲得了天府之國的稱號，那麼它是怎樣做到的呢？
這就不得不提到都江堰的工作原理。
都江堰位於岷江的中游地段，地理位置是處在岷江由河谷處進入成都平原的交界處。都江堰的修建位置非常適合引流和分水。
工程非常覈心的三道關卡分別是：
魚嘴、飛沙堰以及寶瓶口
。下麵會一一進行講解。
魚嘴作為都江堰的第一道關卡，它很好的起到了
分泄水流和排出泥沙
的作用。魚嘴會把岷江水分成內外兩道江水，內江是用來引水的，可以把岷江水一部分的水量引入地勢比較高的寶瓶口，而外江是用來排出泥沙的。
都江堰魚嘴
這樣就可以總結出洪水時期魚嘴的作用了，
內江可以引流40%的洪水，減緩岷江排水壓力，而外江可以把60%的水和泥沙排泄掉。
當進入枯水期時，就完全反過來了，就變成了內江引流60%的水，這樣可以用來灌溉百姓的農田，也可以滿足當地人民的日常用水。
一個分流措施就可以造成多種福利，真的不得不感慨李冰父子的智慧。而面對上文提到的像黃河一樣的排沙問題，由於枯水時期水量還是比較小的，所以這個時期泥沙的含量也比較小，故而在此時不用考慮泥沙的問題。
但是當洪水時期的時候，外江的作用就凸顯出來了，這裡凹陷的岸面沖刷凸起的岸面的淤積，所以可以把大量的泥沙帶到外江，這樣就起到了很大的排沙作用。
魚嘴工作原理
第二道關卡
飛沙堰
，它的主要作用就是
進行排沙
。當水流過彎道的時候，由於離心力的作用，凹陷的岸面水位會比較高，同時水深度也很大，所以凹陷的岸面水壓也比較大。在這種壓力之下就使得了凹陷的岸面水流向凸起的岸面，自動形成了一個
彎道型的環流
。
所以飛沙堰的工程原理就是
讓河流轉彎