都江堰實現水沙分離運用的具體原理是怎樣的？

01-07

我看過一個圖解說在進入魚嘴前的兩個轉彎處，水流的順時針和逆時針方向的旋轉實現了水沙分離，但是沒有進一步的詳細說明，所以我主要想了解實現水沙分離所根據的流體力學的原理是什麼，最好有圖片可以直觀說明。

qinyu12341說的很詳細了

我來補充一下。水流在流經彎道時，由於重力和離心力的共同作用，斷面內形成橫向環流，也稱為副流。橫向環流與縱向主流運動的疊加，使彎道水流呈螺旋流運動狀態。利用彎道水流的水沙運動特性，把引水口門設在凹岸，這樣在引水的同時可以盡量減少引沙，從而可以減少引水渠系的泥沙淤積。都江堰實現水沙分離運用的就是這個原理。

「魚嘴」是都江堰的分水工程，因其形如魚嘴而得名。它位於江心，把岷江分成內外二江。外江位在西，又稱「金馬河」，是岷江正流，主要用於行洪；內江位在東，是人工引水總乾渠，主要用於灌溉，又稱「灌江」。魚嘴決定了內外江的分流比例，是整個都江堰工程的關鍵。

內江取水口寬150米，外江取水口寬130米，利用地形、地勢使江水在魚嘴處按比例分流。春季水量小時，四成流入外江，六成流入內江以保證春耕用水；春夏洪水季節時，水位抬高漫過魚嘴，六成水流直奔外江，四成流入內江，使灌區免受水淹。這就是所謂「分四六，平潦旱」。此外，在古代還使用榪槎來人工改變內外兩江的分流比例。榪槎是一種以數根圓木為骨架，外覆竹席，內灌泥沙的截流物體。當需要時，只要在一側的江面放置若干座榪槎，便能減少該側的水量。一般在春季來水較少時使用這種方法截流外江，增大內江的水流供給，待春耕結束水位上漲後，再砍去榪槎，使水流恢復正常。1974年以後，在外江口建造了永久性水閘，從而取代了榪槎來實現圍堰和泄洪。

飛沙堰起到溢洪排沙的作用,飛沙堰將超過灌區需要的江水自行排到外江，使成都平原免受洪澇；又能將水中裹挾的大量砂石利用離心力從這裡湃到外江，避免淤塞內江、寶瓶口和灌區。飛沙堰遵循「低作堰」的原則，即堤頂低作與對岸標準台頂等高，使超過寶瓶口流量上限的內江水漫過堰頂流入外江。如果遇到特大洪水，堰體會自行潰堤，讓江水回歸岷江正流。內江水位達到水則十四劃時，流量為385立方米每秒，即夠灌區春耕用水。若飛沙堰堰頂高度與此水位相齊，則內江水超出十四則時，多餘的江水即可從飛沙堰溢去外江。此外，飛沙堰下游不遠的寶瓶口有很好的控水作用，即便內江的流量高達3000 立方米每秒，寶瓶口的進水量也在700立方米每秒左右。沿金剛堤而下的急流受寶瓶口限流所阻，在口外形成一個洄水沱，即伏龍潭。加上飛沙堰對面突入內江的虎頭岩對水流、砂石的導引作用，洪水便連同大量泥沙翻過飛沙堰，排往外江。據當代實測，岷江內江流量超過1000立方米每秒時，便有40%的洪水和98%泥沙從飛沙堰排出。飛沙堰頂高的調節，加上寶瓶口的限流、虎頭岩的導引，即可保證引水區既有足量清水，又無洪澇威脅。

寶瓶口同飛沙堰配合具有節制水流大小的功用，是控制內江進水量的關鍵。內江水流經過寶瓶口流入，灌溉成都平原的大片農田；在洪水期間，內江水位提升高過飛沙堰，洪水就進入外江流走，再加上寶瓶口對水流的約束，達到了防洪的作用。內江水流進寶瓶口後，順應西北高、東南低的地勢沿大小各支引水渠不斷分流，形成自流灌溉渠系，灌溉成都平原上一千餘萬畝農田。

偉大的設計工程！