摘要：本文重點論述李冰科學地利用地貌條件、彎道環流，河床平衡剖面和河流動力均衡原理，修建的都江堰工程質量高，效益好，千古不廢的成功經驗。

關鍵詞：都江堰 河流地貌 深淘灘

1 都江堰的沿革

都江堰位于岷江中游的四川省都江堰市(原灌縣)城西門外的玉壘山下，古稱湔堰。都江堰北面有一岷江的支流叫白沙河，古稱湔水，湔堰因此而得名。三國時，諸葛亮在都安縣(即原灌縣導江鋪)設堰官，繼續保護、維修古堰、發展農業，故將湔堰改稱都安堰。又因流經郫縣地區的岷江稱郫江，所以，宋代時又將都安堰改為今日的都江堰。都江堰自古至今發揮了排洪、灌溉的巨大作用，灌溉面積現已達一千萬畝。

2 河流地貌在都江堰工程上的應用

李冰在平原地形上，采用分流導江，筑堰引水方法修建都江堰時，合理利用地貌條件、河床形態對水流影響，成功地利用彎曲河床和分汊河床的發育規律指導工程建設，使工程建設建立在高度科學理論基礎上，具體表現分析如下。

2.1 合理利用地貌條件選址

古堰東部正是現在的成都平原，這個平原形似一把張開的紙扇向東南傾斜，而都江堰市城西一帶恰好處在扇形平原的頂端，海拔700多米(成都附近海拔400m左右)，居高臨下。這種自然傾斜地形，是修建水利工程最有利的地形，它可以不打壩，只修堤，開渠引水灌溉。所以李冰合理利用了這個有利地形，確定在此修建都江堰。

2.2 彎道環流對金剛堤、魚嘴的建造作用

都江堰工程由魚嘴(分水堤)、飛沙堰(溢洪道)、寶瓶口(引水口)三大工程構成(見圖1)。它們有機的組合，聯合發揮了引水灌溉、排洪、排沙和減災的巨大作用。魚嘴與金剛堤連在一起，位于江心，它們的建造和作用與彎曲河床形態有密切關系。金剛堤實質是岷江河床上的江心洲，魚嘴位于金剛堤的頂端，形如鯨魚之嘴巴，故名為魚嘴。魚嘴與金剛堤的共同作用是使岷江河床分汊，即分為內江和外江，所以魚嘴與金剛堤是一個非常關鍵的工程。從分水堤與金剛堤位于河床中心位置分析，這個堤的建造，主要是李冰利用了河流的彎道環流的科學原理形成的。如現在的分水堤東側是岷江凹岸，也正是內江流經的部位，西側是岷江的凸岸，也正是外江流經的部位。這里的彎道環流的表流流入凹岸，把凹岸被侵蝕的和過境的大量泥沙，由環流的底流再搬運到凸岸堆積成遇回扇，其中一部分泥沙在江心堆積形成規模宏大的江心洲(金剛堤)，泥沙在洲頭不斷堆積、延伸，加之人工不斷對它們修筑、加固和保護，形成今日之天然——人工金剛堤和魚嘴。金剛堤和魚嘴的存在，使岷江主流在此成為分汊型河床。尤其魚嘴的存在意義，在于發揮分汊河流的分水分沙作用，如冬、春枯水季節，岷江水位較低，河流主流線多靠近河谷凹岸流去，分水堤將約十分之六的江水流入內江，十分之四的江水流入外江，保證了灌區的用水量，簡稱“四六分水”；夏、秋洪水季節，岷江水位相對升高，河流主流線相對變直，大部分江水流向凸岸，故分水堤又將十分之六的江水排入外江，十分之四的江水注入內江。顯然，這是李冰掌握了分汊口即江心洲(金剛堤)和洲頭(魚嘴)的分水分沙特點，又利用了內江具有平面彎道環流泄水特性，創造的科學分水方法。

2.3 河流動力均衡原理的科學應用

飛沙堰和寶瓶口的工程建設，科學地利用了河流動力均衡原理。飛沙堰位于金剛堤南端成一低矮的人工沙堤(實為一潛壩)，為什么飛沙堰要修在金剛堤南端?這是因為內江流水遇到虎頭巖的撞擊后自然形成渦流，這股渦流徑直向西南方向(現在的飛沙堰位置)流去，多余洪流和泥沙也隨之泄入外江，可見這位置正是保證內江洪流和泥沙排泄的最佳方向和位置，因此，決定在金剛堤南端修建飛沙堰。飛沙堰的作用一是起排洪排沙作用，二是起擋水作用，保證內江水位始終保持在一定的高度上，以保證成都平原灌溉有足夠的水量，如無此壩，內江水會大部分泄入外江，所以后人總結為正面引水，側面排沙，但必須要求飛沙堰壩面要低。李冰根據河流動力均衡原理歲修內江的經驗是“低作堰”。所謂低作堰，是指每年維修飛沙堰時，要保證飛沙堰始終保持在一定高度上，堰頂不能加固過高，即堰頂宜低不宜高。因為堰頂高了，造成排洪排沙不暢，使內江泥沙沉積加劇，洪澇頻繁，而堰頂低了，減少障礙，有利于排洪排沙。究竟堰頂低到什么標準合適，要根據寶瓶口的“水則”與灌區需水量的多少而定。現在的堰頂平于水則十五劃(每劃一市尺)是堰頂最合適的高度標準(現在飛沙堰的相對高度實為2m)。如果內江水位高出水則十五劃，堰頂也高出水則十五劃，對內江排洪不利，灌區就要鬧水災；相反，內江水位低于水則十五劃，堰頂也低于十五劃，內江大部分水流就會流入外江，灌區就缺水，影響灌溉農田，只有堰頂平于水則十五劃，恰到好處，灌區不澇不旱。

內江引水的咽喉工程----寶瓶口，它與飛沙堰二者有機的組合，共同承擔了排洪減災，保障灌區用水功能，其原理也是科學地利用了河流動力的均衡原理。如寶瓶口西邊凸出而高大的離堆山崖起到了阻擋內江洪流的作用，寶瓶口起到增加泄水的作用。如洪峰期間，一部分洪流遵照寶瓶口明文規定的“水則”，規規矩矩地從寶瓶口流出，保證成都平原灌溉用水，其余的洪流被迫通過飛沙堰，人字堤流向外江，起到了排洪減災作用。由此可見，飛沙堰和寶瓶口排洪、輸水功能，完全是李冰科學地利用了河流動力均衡原理而巧妙設計的水利工程。

2.4 “深淘灘”的理論依據分析 李冰為避免內江河床泥沙淤積，除采取側面面排沙方法外，還總結出“深淘灘、低作堰”的方法，對內江河床淤積的泥沙每年進行一次淘挖，稱為歲修。所謂“深淘灘”，就是對內江河床淤積的泥沙必須清除淘挖到一定的深度。究竟淘挖到什么深度合適?據傳，李冰為了找到這個合適深度，曾多次觀測、實驗，他終于找到了一個深度，在這個深度的位置河床底下，曾埋了一個石馬作為標記(現代改為三個臥鐵)，要求以后每年歲修，淘見石馬淘沙就終止，即淘沙達到了標準深度。由此可見，石馬所埋深度是一個非常關鍵的問題，也是衡量歲修工程質量的標準。這個深度為什么是一個非常關鍵的問題?回答這個問題，只有用河床平衡剖面理論來解釋為妥。因為李冰深淘灘的目的就是要保持內江來沙輸沙處于年內平衡狀態，即一年內河床沖淤平衡，這就要求河床縱剖面必須達到平衡剖面狀態，深淘灘的最終目標就是內江河床相對處于平衡剖面狀態，河床不淤積，為了使河床達到此狀態，必須借助人為的疏浚淘沙措施，方能實現，所以每年歲修淘沙，必須淘挖到石馬埋深處(河床平衡剖面位置)。假若淘挖深度淺于石馬埋藏深度，河床仍繼續淤積抬高，對排沙不利，而且影響外江和內江的流量分配；若淘挖超過此深度，等于人為的相對降低了河床臨時侵蝕基準面，河流的活力復活，侵蝕作用反而加強，泥沙增多，加重了排沙的負擔，會使輸沙、來沙失去平衡。所以，李冰深淘灘確定的石馬埋藏深度是一個非常重要的科學理論問題，是河床平衡剖面理論應用于水利工程上的偉大創舉。 3 結語 李冰修建的都江堰水利工程，質量高，效益好，千古不廢，聞名中外，其原因是充分利用了科學理論的結果。李冰當時修建都江堰工程時，不僅利用了水力學理論，尤其成功地應用河床平衡剖面理論和河流動力均衡原理，創舉的“深淘灘、低作堰”的方法，實踐證明是非常先進的科學方法和理論，是我國古代最珍貴的科學文化遺產，科學價值意義深遠。我們應該繼承和弘揚它，努力發展現代科學，充分發揮科技是第一生產力的巨大作用，將河流地貌理論更好地運用于水利建設中。1998年長江等大江大河洪災發生的原因之一，是河床平衡剖面被破壞，借鑒都江堰歲修經驗，今后必須加強對大江大河河床平衡剖面的研究和對河道歲修的力度，恢復和保持河床處于相對平衡剖面狀態，以避免洪澇再次發生尤為重要。