第四十一章 都江堰

    电子版的黑板报是同学们的创意。让其上学校网页，还是张校长的提议。上学校网页校外人士也能看见，外交无小事，这事除了张校长还没有人敢提议。张校长认为：

    第一，克己复礼，站在周礼的立场上解说《诗经》，自然就与站在汉礼、宋礼、明礼、西礼的立场解说《诗经》有所不同。

    第二，用自然科学来解说《诗经》。打破《诗经》研究从文学经典到文学经典的封闭圈子，更准确地理解《诗经》。

    第三，这点最重要，让考文科同学对理科有兴趣，不拉后腿；考理科同学说话文雅，写作来几句《诗经》显得有档次。有利于学校排名上涨，事实也确实上涨了，就应该做。

    校长提议，谁敢反对。于是就全票通过。希望班的黑板报成为希望中学的热门专栏，除了有新意意外，还因为希望中学的其它栏目几十月如一日没有变化。希望班的黑板报，出了一期又一期，比半月刊的杂志上网的频率还高，不看它看什么。同学们看，张校长也看，而且每期不拉。新一期黑板报《葛藟》又介绍了新知识河流弯流作用。末了还醒目地预告：隆重邀请师祖介绍：前无古人后无来者的水利工程——都江堰。

    这个有意思，张校长当即做出重大决定——旁听。

    周一，张校长突然到来，让同学们大吃一惊。琦琦熊最先反应过来，带头鼓掌说：“同学们让我们以热烈的掌声欢迎校长莅临我班指导教学工作，请校长先说两句好不好！”

    说完向上扬手，示意同学们起立。

    “好！”同学们站起来鼓掌。

    张校长双手下按示意同学们坐下。等同学们坐下安静以后。张校长说：“我今天不是来指导工作的，是来做学生的。熊老师是我校教学最有创意的老师，八班是我校进步最大的班。今天请熊先生为我们讲解都江堰，开创了本校开放性教学的先河。今天有幸听熊先生讲课，是同学们的荣幸，也是我的荣幸。请熊先生将我当作八班的学生，师祖请。”

    哈哈哈，笑声消除了张校长到来的紧张空气。

    师祖镇静地走上讲台，打开事先准备好的PPT.开始讲解。

    都江堰水利工程位于中国SC省都江堰市，岷江出山口。东南为成都平原，西北为龙门山脉。公元前256年秦昭襄王践位期间，由郡守李冰督造，劈开玉垒山，修造都江堰。从此成都平原旱涝无忧，成都人民过上了安逸的生活。人民没有忘记其督造者李冰，以所能给予的最高规格建庙祭司。你们看这是二王庙，庙上的匾额是“被泽千秋”。孔子儿子早死，没有什么建树，孙子子思后世也只封沂水侯。在中国历史上因巨大贡献被后世封王的就凤毛麟角，而连带儿子一起封王、一同祭司的只有李冰。

    在历史长河中，都江堰曾经代表世界水利工程的高峰。时至今日，从一些角度看它仍巍然屹立在世界科技之巅。保有了四个世界之最。

    第一，最安全。无坝引水，无溃坝之忧，是世界上最安全的水利工程。经受汶川地震的考验，安然无恙。

    第二，最环保。因势利导，不改变环境，是世界上最环保的水利工程。

    第三，最高效。不仅彻底解决了成都平原干旱和洪水问题，而且工程量小、维护简单，是世界上投入产出比最高的高效水利工程。

    第四，最长久。连续不间断使用了两千多年，创造了世界水利工程使用年限记录，而且这个记录还将被一再刷新，是世界上最长久的水利工程。

    下面我们就一起向李冰学习如何建造世界最安全、最环保、最高效、最长久水利工程除了都江堰。

    都江堰有李冰留下的三句真言：“因势利导”，“深掏滩、低作堰”，“遇弯截角，逢正抽芯”。

    水利工程位置是固定的，河流位置是变动，所谓三十年河东三十年河西。三十年就变的河流，怎么让水利工程用三千年呢？

    李冰想到一个好办法，因势利导。因山势导水流，山不变水亦不变。

    河堤之间统称为河床。河床内深浅不一，深的称河道，浅的称（江心）洲、（江边）滩。平原上稳定河床来回游荡。稳定河床不仅很困难，而且代价极大。黄河河床稳定了，泥沙淤积变成了天上河，经常泛滥。

    河流出山口受构造运动控制，位置会稳定很长时间。少则一幕构造运动，长则一期构造运动。一幕构造运动多长时间？约百万年。百万年！足够了，一万年前还是旧石器时代。李冰将都江堰选在岷江出山口，河床稳定问题解决了。

    建设都江堰的目的是什么呢？

    留水去沙。将沙留在岷江中，将清水引向成都平原，而且是流量基本稳定。

    李冰是怎么做到的呢？

    利用弯流作用，建设了鱼嘴——金刚堤分流体系和飞沙堰－宝瓶口分流体系。

    下面我们来说弯流作用，河流的不是直线的，等速的。下层江水速度高，含沙量大。江岸是斜面的，江水转弯时，下层江水先撞击江岸，先由凹岸转向凸岸；上层江水后撞击江岸，后由凹岸转向凸岸。

    李冰就是利用二者位置差，设计建造了鱼嘴－金刚堤分流体系。你们看这是鱼嘴，鱼嘴正好让过下层水流，截住上层水流。而金刚堤阻止了分开的水流重新汇合。

    鱼嘴工程就是金刚堤的堤首。堤首破开江水，是金刚堤中受江水冲刷最强的部位。为了加强堤首抗冲刷能力，古时候用大条石将堤首垒砌三角形。远远望去在奔腾的江水中其象逆流而上的鱼嘴，故而得名。

    鱼嘴——金刚堤分流体系效果如何呢？

    凹岸深，凸岸浅。枯水季节，水位降低，靠凹岸截面比例增大；洪水季节，水位上升，靠凹岸截面比例减小。内江枯水季节比例高，洪水季节比例低。都江堰的鱼嘴就具有大致倒“四六”分水的功能。即枯水季节6：4，洪水季节4：6。实现了内江流量的相对稳定。

    洪水季节鱼嘴流入内江的水仅为40％，由于含沙量降低一半，二者乘积内江携沙比例不到20%，简称为四六分水，二八分沙。

    “真巧妙。李冰怎么知道鱼嘴改建在哪呢？”张鹏问。

    问得好！下层水流转向，向下走，形成漩涡。到了对岸，形成上涌。漩涡和上涌的连线就是下层水流的水道。只要将鱼嘴建在连线之下，就可让过下层水流，截住上层水流。

    原理虽然简单，但运行起来还是有问题。河床稳定了，河道——下层高速水流通道不稳定，由于侧向加积河道逐年向下游迁移。其结果是下层水流对鱼嘴的冲击逐年增强，导致下部被掏空，而坍塌。

    怎么解决这个问题呢？

    河道复原。在枯水季节将新沉积物挖走，恢复河道原来面貌。具体cao作就是：遇弯截角、逢正抽芯。

    侧向加积加大了河道的弯曲度，截角使弯曲度降低。沉积使河道变浅，逢正抽芯，使得河道变深。从而保证高速的下层水流在鱼嘴前面通过。

    后来的官员不懂河流弯流作用，不知道遇弯截角、逢正抽芯说的是什么，没有每年恢复河道。为了鱼嘴不被冲毁，想方设法加固鱼嘴。用条石建设鱼嘴，用铁牛镇之。结果连铁牛也滚落到滔滔江水之中。

    “现在怎么样了？”钱多多急切地问。

    解决了。不过不是李冰的办法，而是材料科学进步。用水泥固结鱼嘴的地基，让下层水流侵蚀速率大大降低，好多年维护一次就够了。比每年遇弯截角、逢正抽芯，工作量小多了，也简单多了。

    接下来我们一起研究飞沙堰－宝瓶口分流体系。

    飞沙堰－宝瓶口分流体系实际是一个加强版的弯流作用。在金刚堤上开一个口子，上游为金刚堤，下游为人字堤，中间修一个矮坝——飞沙堰。让内江的水通过飞沙堰，与外江水汇合。由于飞沙堰低，内江两侧存在水位差，流量越大，水位差越大，弯流作用越强，漩涡直径越大，速度越高。排沙效果越好。

    任何事物有利的一面，就有弊的一面。高速漩涡排沙效果提高了，对河岸的侵蚀也增强了。李冰怎么解决这个问题呢？

    玉垒山的虎头岩是石英岩——一种硅质胶结非常好的石英砂岩，石英硬度8，耐磨。2千年大漩涡的侵蚀也不过凹进去10米。李冰在虎头岩斜下方建飞沙堰，漩涡位置就定在虎头岩下。

    在虎头岩下劈开山体，挖一条引水渠，被引水渠分离的山体称之为离堆。引水口渠截面形状像个花瓶，所以称引水口为宝瓶口。宝瓶口宽20米、高40米、长80米。

    虎头岩下急速旋转的大漩涡将泥沙吸入，下潜至对岸在飞沙堰上涌，将沙石抛向外江。宝瓶口是相对静水区。排沙的效率由上、下层水流的速度差决定，速度差越大，排沙效果越好，飞沙堰分流体系上、下层水流的速度差比鱼嘴分流体系上、下层水流的速度差大得多，排沙效果也好得多，从宝瓶口引向成都平原的水就变成清水。

    宝瓶口下大，上小，水位提高，水量增加不大。进入成都平原的流量是稳定的。

    “神奇！”夏燕说。

    的确神奇。李冰留下的维护方法也很简单，“深掏滩、低作堰”。

    深掏滩：枯水期水道都会淤积，为了保持水道不变，掏滩到见卧铁就恢复水道的原样，从而让江水千年沿一个方向冲向虎头岩。

    低作堰：飞沙堰越低，内江两侧水位差越大，虎头岩下漩涡越急，排沙效果越好。飞沙堰越低，宝瓶口的水位越低，引水量越小。这是一对矛盾。李冰认为主要矛盾是排沙，适当低点更好。

    “太神奇了！我们可以再造一个吗？”

    道可道，非常道。条件变了，方法也应该随之改变。

    第一，都江堰的建造需要特定的地质条件。条件不具备，不能建。都江堰的地质条件世所罕见，但不是独一无二的。可以再造。

    第二，现代科技发达了。材料和装备已经今非昔比，已经不需要那么费尽心机建都江堰了，直接硬来建大坝就可以了。建大坝虽然贵得多，但水的利用率更高，经济上更划算。

    “唉，真遗憾。”同学们说。

    “虽然都江堰不用建了，但是这堂课还是非常有意义的。因势利导思考问题的方法在各行各业都可以借鉴，不论工程设计还是思想工作，大家将受益终身。谢师祖教诲！”张校长说完起立长鞠。

    “谢师祖教诲！”同学们这次没有笑，都起立长鞠致谢。