“深淘滩、低筑堰”
01
都江堰
世界文化遗产、国家AAAAA级旅游景区、中国古代著名水利工程
▲ 都江堰与成都的区位 ▲
都江堰，位于四川省成都市都江堰市城西，坐落在成都平原西部的岷江上， 是由渠首枢纽（鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口）、灌区各级引水渠道，以及各类水库和塘堰等所构成的一个庞大的工程系统，是四川省不可替代的水利基础设施。
▲ 都江堰地处岷江出山口 ▲
都江堰恰位于江河出山口处，借助特殊的地形、水脉、水势，乘势利导，无坝引水，自流灌溉，使堤防、分水、泄洪、排沙、控流相互依存，共为体系，保证了防洪、灌溉、水运和社会用水综合效益的充分发挥。
02
都江堰工作原理
“世界灌溉工程遗产”
▲ 成都平原看都江堰 ▲
秦昭王后期（约公元前276年至251年），蜀郡守李冰总结了前人治水的经验，组织岷江两岸人民，修建都江堰。
首先“凿离堆，避沫水之害”。即将瀚山伸向灌县城西的一段余脉，凿开一道约二十米宽的引水口，这既可以分洪减灾，又能引水灌溉成都平原。
二是“壅江作”。即修筑都江堰分水堤。其布局是：在离堆以上的一段江心，沿左侧山麓的走向，就地取沙石修筑长堤。并将此段山麓，修整成为引水渠的左岸，构成从右（岷江正流）向左的弧形弯道（这段弯道称为内江），以迫使表层水自右向左进入引水渠；底层水挟带泥沙仍奔向正流。因此，大大减少了灌溉渠道的泥沙淤积，使渠道的畅通得到保障。
▲ 川西高原看成都平原 ▲
都江堰处于中国西部高原山地与成都平原两大地形阶梯的转折部，属龙门山脉的西南延展部分，是中国龙门山大断裂带通过的地区。
▲ 龙门山山脉与都江堰 ▲
西部属龙门山南段四川盆地边缘山地，由一系列北东一南西向山地构成，地势高亢，山岭海拔3000米以下。
东部属成都平原，地势平缓，海拔一般在720米以下。
▲ 龙门山山脉与都江堰 ▲
都江堰渠首枢纽主要由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三大主体工程构成。三者有机配合，相互制约，协调运行，引水灌田，分洪减灾，具有“分四六，平潦旱”的功效。
▲ 序列影像图 @lreept ▲
要说清楚都江堰的分水、排沙的问题，就不得不说水流与河道的发展演变。
▲日渐弯曲的河道▲
受到地形地貌、河床地质的影响，河流总是很难做真正的“直男”。
▲河道演变示意图 @OpenQGIS▲
伴随时间的流逝，水流对河岸进行冲刷腐蚀。在河道弯曲的区段外侧冲刷（这一侧被叫做凹岸），在内侧堆积（这一侧被称为凸岸），进而使得河道越来越弯。（如上图所示）
对于这个现象，背后的基本原理又是怎样呢？
因为河道中的水与河床摩擦，部分河道的推移质（沙石）会伴随水流的冲刷从上游向下游转移，这种转移会导致推移质（沙石）集中在河道的一侧。
▲ 底层水流与表层水流 @OpenQGIS ▲
沙石的密度大于水，这也导致沙石只能跟随下层水流运动。底层水流与河床摩擦系数大，从而导致底层水流速低。表层水流与底层水流都是水分子的摩擦，这导致表层水流几乎没有收到摩擦阻力的影响。而这导致的结果就是表层水速度快于底层水。
在弯道处，表层水跑得快，弯道刹不住，则会偏向弯道外侧，也就是凹岸区域；底层水跑得慢，受到表层水挤压，只能屈居弯道内侧。
当然这是从宏观的水流方向来说的。
▲ 截面回转流 @OpenQGIS ▲
微观上来说河道并非像汽车赛道一样平铺在河道上。河道内的水流除了2D视角的左右关系。它还是具有上下的空间方位。
从河道截面的视角去观察：速度快的表层水流是在河道截面凹岸一侧靠上的位置，速度慢的底层水流在河道截面的凸岸一侧靠下的位置。流速快的地方势能更大，会倾向于抢夺流速慢的底层水流空间。由此则会在剖面上形成回旋状的水流。
▲ 螺旋流示意图 @OpenQGIS ▲
但别忘了，河流此时还在是向下游狂奔的。回旋的水流，加上水往低处流的不变哲理，这导致水流的实际流向是像弹簧一样的螺旋3D水流。
由此我们可以得出的结论：
水流会在河道弯曲处冲刷凹岸一侧，长此以往将导致凹岸一侧被吞噬。而水流则会将上游冲刷下来的沙石像下游搬运，并且向凸岸的一侧堆积。（这一这里说的堆积必须的一个前提便是水流无法漫过两侧河岸）
枯水期
丰水期
让我们回到都江堰，来看一看都江堰是借自然的力量来满足人类的需求的。
枯水期
枯水期影像
枯水期水系
内江外江被鱼嘴和金刚堤分流，水位低于飞沙堰，自然内外两江的水流互不干扰。
丰水期
丰水期影像
丰水期水系
丰水期时，由于内江较窄水流只占据40%，在经过飞沙堰时受水流与岩壁的冲击形成回流，将大量沙石由飞沙堰排向外江。
第一步
▲ 金刚嘴的分流作用 @OpenQGIS▲
丰水期，水流被鱼嘴和金刚堤分流内外两江。由于外江宽而浅，内江窄而深，导致水流60%进入外江，40%进入内江。完成初步控水分流效果。
第二步
▲ 飞沙堰工作原理 @OpenQGIS▲
飞沙堰正好处于金刚堤形成的凸岸尾端，根据刚刚提到的得出的结论【沙石总是有向凸岸一侧堆积的趋势】。水流中的沙石则会向金刚堤一侧堆积，内江段洪水主流直冲飞沙堰对岸的凤栖窝山体，进而形成回转水流，深层水带着巨大的水能同沉积在该段的沙石进行搏击，最终将卵石等推移质挑向对岸的飞沙堰。
如果飞沙堰是一堵高墙，那沙石在此处堆积也很合理了。可惜它不是，飞沙堰只略高于内江河道2米左右，高速的水流裹挟这沙石翻滚到飞沙堤上，经过飞沙堰泄洪道排入外江。
文章最开始提到的“深淘滩、低筑堰”，即说的这一部分：
所谓“深淘滩”，是指对内江凤栖窝下面的一段河床，每年淘淤必须淘至河中所埋“卧铁”为准。其所以要深淘，是为使内江河床保持一定的深度。否则，就会使次年春耕用水期间，在相同水位下，宝瓶口进水流量不足，不能保证灌溉用水需要，故有“深淘一寸，得水一寸，深淘一尺，得水一尺”的说法。同时，如不深淘，也会在汛期抬高水位，增大飞沙堰压力，冲毁飞沙堰，造成成都平原缺水灌溉。
所谓“低作堰”，是指飞沙堰不宜筑得太高，一般只应高出坝前河底二米左右。否则，“堤过高，则至秋水滥伤禾”，也会影响飞沙堰的泄洪和排沙效果。
第三步
▲ 离堆与宝瓶口的分流作用 @OpenQGIS▲
接下来含沙量少的水流经过内江，到达第三关——离堆。离堆设置有水流回转处，沙石多数会在此处堆积，进而再次做到净水的作用。此外超量的水还会通过人字堤溢洪道再次排入外江中。
▲ 都江堰大坝位置示意图 @OpenQGIS▲
事实上伴随着科技的发展，后来又建设了多处大坝，让都江堰的控水分流更加智能现代化。
但都江堰所带来的借自然之力行人类之事依然有着极其深远的意义，这又何尝不先人的“天人合一”思想的具象化传承。
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