都江堰-修建原因

如题所述

论河流地貌在水利建设上的作用——都江堰

1 都江堰的沿革

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。

2 河流地貌在都江堰工程上的应用

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。

2.1 合理利用地貌条件选址

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。

2.2 弯道环流对金刚堤、鱼嘴的建造作用

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

图1 都江堰示意图

Sketch of Dujiangyan project

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。

2.3 河流动力均衡原理的科学应用

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。

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。

2.4 “深淘滩”的理论依据分析

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。

3 结语

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。
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第1个回答  2007-10-23
1、什么叫“堰”——挡水低坝。

2、为什么要修都江堰?

因为修郡江堰前岷江是一条害河,岷江中游地区东旱西涝,为了灌溉农田,变水害为水利,所以要修这个水利工程。

1、为什么叫都江堰?

名称由来:古代一些灌溉工程,常以渠首修筑的堰来命名。都江堰古名叫“ 堰”,因境内有 水江入岷江而得名。蜀汉时 堰属都安县,因此又叫“都安堰”,都江堰这个名称是南宋以后才有的。堰所在的县名先后叫导江县、灌洲、灌县,1988年灌县改建制为市,以堰名为都江堰市。

2、都江堰修建时间、所处位置、修建主持人、名称的由来。

时间:战国时期(约前256—前251年,即距今2200多年)

位置:岷江中游,今都江堰市

修建主持人:李冰父子

5、主体工程及各自作用:第一步,宝瓶口——引水工程;第二步,分水鱼嘴——分

水工程;第三步,飞沙堰——溢流排沙工程。

6、主体工程设计的巧妙。

三大工程相辅相成,共同完成自动引水分流、调节两江流量和防洪排沙的作用,既保证了灌溉区的用水需要,又防止和减轻了洪灾的威胁,成为古代世界史上科学治水的伟大壮举和一大奇观。

关于修建

1、为什么要修宝瓶口,遇到什么问题,是如何克服的?

只要打通玉垒山,使岷江水能够畅通流向东边,这样既可以减少西边的江水的流量,使西边的江水不再泛滥,同时也能解除东边地区的干旱,使滔滔江水流入旱区,灌溉那里的良田。这是治水患的关键环节,也是都江堰工程的第一步。玉垒山山石坚硬,民工们用铁具凿、挖、撬,工程进度极其缓慢。后来,一个有经验的老民工建议,应当在岩石上开一些沟槽,然后放上柴草,点火燃烧,岩石在柴草的燃烧下就会暴裂,可以加快挖的速度。实践证明这个办法非常有效。经过一段时间的努力,终于在玉垒山开凿了一个20米宽、40米高、80米长的口子,因形状很像瓶口,因此叫“宝瓶口”。奔流不息的岷江水通过宝瓶口源源不断地流向东部旱区,这样,东部的农田得到了灌溉。都江堰的第一大工程终于完成了。

宝瓶口引水工程完成后,虽然起到了分流和灌溉的作用,但因江东地势较高,江水难以流入室瓶口,怎样才能让水更多地往东流入宝瓶口呢?从而引出要修分水鱼嘴。

2、为什么要修分水鱼嘴,怎样在江中修坚固的堰堤,为什么分水鱼嘴要有弯度?

为了便岷江水能够顺利东流且保持一定的流量,并充分发挥宝瓶口的分洪和灌溉作用,李冰在开凿完宝瓶口以后,又决定在岷江中修筑分水堰,将江水分为两支:一支顺江而下,另一支被迫流入宝瓶口。在江心修筑分水堰是一项很艰巨的工程,因为江心水高涌大,水流急速,筑成的堰提要很坚固,否则随时都会被洪水冲走。开始修筑分水堰时,他们采用往江心抛石块的办法,结果没有成功。因为,抛下去的石块,经不住洪水的冲击,不断地被洪水冲走。怎么办?岷山一带盛产大竹,当地人用竹子盖房、编竹笼来装东西的方法,使李冰大受启发。他请来许多竹工,让他们编成长3丈、宽2尺的大竹笼,再往里面装满鹅卵石,然后让民工将沉重的大竹笼一个一个地沉大江底。结果大竹笼在湍流的水中安然不动,稳稳地固定在那里,周围再用大石头加固,就这样分水大提终于建成。由于大提前端的形状好像一条鱼的头部,所以被称为“鱼嘴”。鱼嘴的建成将上游奔流的江水一分为二:西边称为外江,它沿岷江河雨顺流而下;东边称为内江,它流入室瓶口,江水经大大小小的渠道,形成一个纵横交错的灌溉网。从此以后成都平原就很少有水旱灾难,用竹笼装卵石来截流的办法也沿用至今。

(请大家设想,分水鱼嘴修成什么形状好呢?教师提示:设想鱼嘴两边如果修成直的,会是什么情况;如果修成弯的,有一定弧度,又会怎么样?——减缓水流速度、使江水流向宝瓶口)

都江堰工程修到这,西涝东早的问题已解决,工程似乎可以完工了,但为何还要修飞沙堰?

3、为什么还要修飞沙堰,堰的高度有讲究吗?

为了进一步控制流入宝瓶口的水量,防止灌溉区的水量忽大忽小、不能保持稳定的情况,李冰又在鱼嘴分水堤的尾部,靠着宝瓶口的地方,修建了分洪用的平水槽和“飞沙堰”溢洪道。飞沙堰同样采用竹笼装卵石的办法堆筑,堰顶做到比较合适的高度,起一种调节水量的作用。当内江水位过高的时候,洪水就经由平水槽漫过飞沙堰流入外江,使得进入室瓶口的水量不致太大,保障内江灌溉区免遭水灾;同时,由于漫过飞沙堰流入外江的水流产生了游涡,还可以有效地减少泥沙在宝瓶口周围的沉积。至此,都江堰工程基本完成。

是什么原因使都江堰历久不衰?其奥秘何在?(除了合理的位置、科学巧妙的设计和牢固的修建这些因素外,还与长期的维修是分不开的!)

2、维修的原则。

深淘滩,低作堰。

3、是如何维修的?

(1)用淘河床挖出的砂石培高、加固堤岸,一举两得。(好聪明!)

(2)宝瓶口的沙不能淘得过深也不能太浅。

(3)每年维修时,要砌好分水鱼嘴——因这里易被江水冲损。

关于作用

老师准备如下资料,适时拾缺补漏:

1、都江堰消除了岷江水患,灌溉了大片田地,使成都平原成为沃野,造福了当地的人民。

2、2200多年来,都江堰一直造福于人类,至今可灌溉土地千万亩,发挥了巨大的社会价值,成为我国古代规模最大、效益最好、历史最久的水利工程。所以造福千秋的都江堰,在2000年被联合国列入“世界古代文化遗产”名录。

3、都江堰地点选择恰当,工程布局合理,配套严密完整,修建就地取材,整个系统自流灌溉,用功省而效益大,当时条件那么艰苦,而人们还能造出规模这么大、效益这么好的工程,真伟大!此外,都江堰水利工程重在疏导,体现了古代先民战胜自然、让自然为人类服务的能力。我们充分感受到,我国古代人民具有高度的智慧和杰出的创造力。

4、从都江堰化水害为水利,我们应该明白人类发展与自然环境之间的关系。我们应该善待大自然,爱护大自然。如果人类一味地向大自然索取,不去保护,最终会受到大自然的惩罚。所以我们要树立环保意识,尽自己的一分力,从每一件小事做起,去保护大自然,让大自然为人类造福。
第2个回答  2007-10-23
答那么多干什么,修建他的原因就是解决旱涝问题,把成都平原变成天府之国