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浅述河流动力学原理在都江堰工程的应用

摘要：本文通过对都江堰主体工程各部分的介绍和分析（具体为宝瓶口、鱼

嘴、飞沙堰等三部分），浅述工程中运用到的河流动力学原理。

关键词：都江堰；河流动力学原理

都江堰是中国历史上著名的水利工程，它的建设最终使得原来洪涝灾害

频繁的川西平原转变成为举世闻名的鱼米之乡。都江堰至今已屹立2200余年，

仍然发挥着灌溉、防洪、供水、发电、漂木、航运、旅游等各方面的作用，可谓

“人类工程史上的伟大创举”，凝结着华夏劳动人民的智慧。

都江堰作为举世闻名的无坝引水工程，有着历史、文化、科技等方面的多重

研究意义。本文仅仅从河流动力学的角度来看看都江堰工程有什么伟大之处。

都江堰工程简介

都江堰渠首枢纽工程建造于四川省都江堰市附近的岷江干流上，为战国时期

蜀郡太守李冰约在公元前256-251年主持修建。

岷江发轫于四川北部，是位于长江上游的一条相对较大的支流。在都江堰修

建之前，每当春夏时节山洪暴发，汹涌的江水大量涌入成都平原，在狭窄的河道

上引发洪水，每每洪水退去，又是沙石千里。并且地处岷江东岸的玉垒山还会阻

止江水往东，形成“东旱西涝”的后果。大约在公元前256年，秦蜀郡太守李冰在

总结前人治水经验的基础上，主持建造了都江堰。成都平原成为名副其实的“天

府之国”，而李冰长久以来也受到当地人民的拥戴和纪念。

都江堰的主要组成部分

都江堰的设计思路是把江水一分为二，将一条水流引入成都平原。这样不但

可以分洪减灾，而且还能灌溉农田，达到一举两得的功效。该工程地理位置优越，

布置符合自然规律，自兴建以来已工作逾两千载，经久不衰。

都江堰枢纽工程的主要工程设施有：宝瓶口、金刚堤、鱼嘴、飞沙堰、百丈

堤和人字堤等等。各设施相互协作，互为补充，共同实现了引水、分水、排沙、

泄洪以及护岸的功能。

在都江堰所有的工程设施中，宝瓶口、鱼嘴和飞沙堰被称为都江堰的“三大

件”，即三大核心设施。这三大工程充分利用了河流动力学的一些基本原理，有

机结合，相辅相成，联合发挥了引水、分洪、排沙的综合效用。

2.1宝瓶口

“宝瓶口”指的是位于玉垒山上一个人为开凿出的长约20米、宽约40米、高

约80米的口子。因为形状像瓶口，故得名“宝瓶口”。因为玉垒山的打通，江水

得以顺利流到东边，这样不但可以减少西区江水的流量，使西区的江水不再泛滥。

同时宝瓶口还让部分江水流入东部干旱地区，使那里的田地得到灌溉，缓解了东

区的干旱问题。宝瓶口的建设是都江堰工程的第一步，是治理水患的关键环节。

2.2鱼嘴

古人在开凿完宝瓶口之后，还在岷江中修建了分水堤，这样就让让宝瓶口的

灌溉和分洪功效得到充分利用，使江水在顺利东流的同时能维持一定流量。因为

大堤前端的形状类似于鱼的头部，这个工程又被称为“鱼嘴”。鱼嘴将上游下来的

江水一分为二：西边被称作外江，沿岷江顺流而下；东边被称作内江，流向宝瓶

口，内江流过宝瓶口又经过形形色色的渠道，便构成了一个纵横交错的灌溉网络。

自从鱼嘴建成之后，成都平原的水旱灾害减少了很多。

2.3飞沙堰

为了避免灌溉区水流出现水量不稳定的现象，流向宝瓶口水量的大小需要得

到有效控制。古人在鱼嘴的尾部位置修建了“平水槽”和“飞沙堰”溢洪道，它们共

同起到分洪的作用。飞沙堰采用竹笼装卵石的办法堆筑，有调节水量大小的功效。

在内江达到一定水位时，水流会自动经由平水槽，漫过飞沙堰而流入外江，使得

进入宝瓶口的水流不至太大以至于在灌区形成洪水；同时，漫过飞沙堰而流向外

江的水流会产生漩涡，又可以有效带走淤积在宝瓶口四周的泥沙。

都江堰运用的河流动力学原理

都江堰工程之所以得以运行2200余年而继续发挥作用，这和它合理的设计

有很大的关系。它的成功，关键在于它自觉运用了一些河流动力学的原理。

下面让我们详细看看都江堰运用了哪些河流动力学的原理，使得宝瓶口、鱼

嘴、飞沙堰三者可以紧密合作，以达到“引水、分水、排沙”的综合效果。

3.1河流弯道环流原理

从地理位置分析，鱼嘴的设计主要运用了河流的弯道环流原理。所谓的弯道

环流，是指河流在流经弯道时，在质点因曲线运动而产生的离心力的影响下，表

层水流趋向凹岸，底部水流趋向凸岸，从而使凹岸发生侵蚀，凸岸发生堆积的现

象。

现在分水堤的东侧是岷江的凹岸，也就是内江经过的地方；西侧则是岷江的

凸岸，即外江经过的地方