都江堰是如何運作的？
雖然看了百科上的解釋，可還是不太明白這個工程是如何運作的。
水旱從人，不知饑饉，時無荒年，謂之天府——都江堰
都江堰建成後，成都平原沃野千里，兩千多年經久不衰，至今仍在發揮著社會、經濟、環境和生態等多種效益，可謂世界水利史上璀璨明珠。
1.概況
公元前256年，秦國蜀守李冰父子開建長江流域上的第一項大型水利工程—都江堰，其興建目的在於「辟沫水之害」，即消除岷江水害[1]，同時具備航運與灌溉之利。工程巧妙利用自然條件，合理布局各項建築物，因地制宜進行施工，由此發揮出持久而巨大的效益[2]。
古往今來，一切水利工程，歸根結底，不外乎控制和調度水沙，工程的關鍵性與成敗得失，都取決於此[3]。我國著名水利工程中，有相當一部分是因為對泥沙問題處理不當而失效，使工程最終毀於泥沙淤積。黃河流域的工程較為顯著，其中三門峽的泥沙問題為最，三門峽建成後，蓄水的同時攔截了大量泥沙，泥沙得不到有效排泄，導致運行不到一年，便致使渭河流域淤積大量泥沙，河床抬高，大片良田浸沒，土地迅速鹽鹼化，危險直逼古都西安。長江流域，如鑒湖、芍陂、長渠、木渠等，歷史上也曾因泥沙淤積而湮廢或衰落。都江堰工程長盛不衰的重要原因之一，就是它有效地處理了泥沙問題。那麼它是如何做到的呢？
2.工程原理
都江堰樞紐位於岷江中游，地處岷江由山谷河道進入成都沖積平原之處，佔據了分水引水的制高點，工程中最核心的三道屏障：魚嘴、飛沙堰和寶瓶口，如圖1所示，對來水來沙進行了逐級篩選，才達到水旱從人、取清排渾之功。下面進行分別介紹。
2.1魚嘴
作為第一道屏障，魚嘴起第一級分水排沙作用，其將岷江分成內、外二江，內江為引水河道，將岷江部份水量引入地勢較高的寶瓶口，外江為泄洪排沙河道。由於魚嘴作用：洪季，內江引40%的清水，60%的水和大量泥沙進人外江；而枯季，內江引60%的水，以滿足下游灌區用水[4]。即為「魚嘴分四六」原則。
分水原理如圖2，首先介紹下流量公式Q=AU，其中Q為流量，A為過水斷面面積，U為斷面平均流速，從公式出發做定性理解：枯水季節，水位較低，①內江河床較低，其過水麵積A大於外江，②由於枯季來水少，水流動能小，主流（即流速最大處）偏於岸邊（也就是圖中示意的低水傍岸，高水居中），因此內江平均流速U大於外江。故內江Q大於外江Q；在洪水季節，水位較高，①外江過水斷面A大於內江，②高水居中，主流偏向外江，故外江平均流速U大。故外江Q大於內江Q。
至於排沙作用，枯水季節流量小，帶不動沙，本身就沙少水清，不太需要考慮排沙問題；洪水季節，由於主流在外江，又因為凹岸沖刷凸岸淤積作用（2.2介紹），處於凸岸的外江含沙量較大，故大量泥沙被主流帶入外江，第一級排沙成功√。
2.2飛沙堰
飛沙堰，顧名思義，作用就是排沙。在洪水季節，泥沙為何會從飛沙堰被甩出？平時輕鬆甩100斤卵石，1966年甚至甩出過2噸中的石塊，簡直逆天！下面介紹逆天排沙原理。首先介紹兩個概念：彎道環流和凹沖凸淤。
① 彎道環流，水流過彎時，由於離心力作用，凹岸水位較高，如圖3所示，各位平時泡咖啡攪拌也能看到周圍水位高於中心水位，一個道理。因為凹岸水位高，水深大，故凹岸底部水壓力大P=ρgh，在壓力作用下凹岸底部水流向凸岸，形成了彎道橫向環流。
② 凹沖凸淤，如圖4所示，在垂向上，泥沙濃度分布為上稀下濃，這個就不給公式了，相信大家這點生活經驗還是有的。彎道環流+上稀下濃，底部渾水從凹到凸，上部清水從凸到凹，長此以往，凹沖凸淤。
現在可以解釋飛沙堰的飛沙技能了，飛沙堰處於彎道河流，此處會形成彎道環流現象，如圖5所示，在彎道環流作用下，清澈的表層流進入內江，渾濁的底層流帶入外江。至於甩100斤巨石，由於挾沙力與流速U高次方成正比，故而，第二級排沙成功√
2.3寶瓶口
寶瓶口作為最後一道關卡，其最重要的作用為「引清排渾」。機理如下：
第一，彎道水流有縱向流速，也有彎道環流，故水流在彎道中會形成螺旋流，如圖6所示：在水流順江向下，較清澈的表層流流向凹岸（寶瓶口），渾濁的底層流流向凸岸（飛沙堰），寶瓶口正對錶層流流向，為「正面引水」的姿態[5]，同時在河道螺旋流的作用下，挾帶泥沙的底層流從堰頂翻越到外江。
第二，由於寶瓶口為收窄斷面，在收窄處會形成迴流，如圖6所示，在迴流作用下，泥沙會被甩到飛沙堰上。
都江堰工程，是古代水利人智慧的結晶，其中蘊含的寶貴經驗和科學思想對如今的水利工程都有很大的現實意義，將經驗拆解細化並最終轉化為系統科學，這將是現代科學的目標。
Reference
[1] 李可可. 都江堰——分疏治水的成功典範[J]. 中國農村水利水電, 2008(03):79-80.
[2] 王興奎, 曲兆松, 張尚弘, 等. 都江堰防洪方略探討[J]. 水力發電學報, 2005(04):31-35.
[3] 李可可, 黎沛虹. 都江堰——我國傳統治水文化的璀璨明珠[J]. 中國水利, 2004(18):75-78.
[4] 孫硯方, 彭述明, 王興奎, 等. 都江堰樞紐分流規律研究[J]. 水力發電學報, 2006(03):11-15.
[5] 胡振鵬. 都江堰工程分水排沙的系統科學原理初探[J]. 南昌大學學報(工科版), 1991(02):15-21.
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第四重點，歲修。其實就是挖沙修壩。
第五重點，離堆加強環流。其實還是利用環流來拋沙，只是，這是人工的促進拋沙，排沙能力更強了。寶瓶口為最智慧之處。江心州為最難施工之處。仔細的想一想，都江堰的位置幾乎是唯一的合適位置，引水口（寶瓶口）確定之後，分流（魚嘴江心州）也就隨之確定，再之後由於歲修要求，排沙（飛沙堰）、（離堆）也相應確定。如果讓我們來修建都江堰，我們也會這樣做，所以，都江堰工程的存在是歷史的偶然也是歷史的必然。生活在川西壩子的四川人深知千百年來都江堰水利工程帶來的好處。水旱從人，不知饑饉，天下糧倉，美譽天府。而都江堰水利工程之真實功能人們卻往往知之不詳，即便是率領遊客，指點江山的導遊們也往往難述其詳。想來難免頹然，受其恩澤的後人們當知先輩的偉業。
都江堰水利工程最關鍵、最偉大之處在於其渠首工程。它共分三個部分，魚嘴分水堤、泄洪飛沙堰和控水寶瓶口。三者首尾相接、互相照映、渾然天成、巧奪天工。 魚嘴分水堤坐落在岷江中游的頂端。它將奔騰而來的岷江一分為二，外江為原始河床內江用於引流灌溉，其巧有二。其一是它利用內江河床低而枯水季節六成引水，外江河床寬則洪水季節6成泄洪。所謂「分四六、平潦旱」正是此理。內江低矮狹窄，枯水期水量不豐，水流盡向低處，內江得水六成。洪水期水量過剩，由於內江河床狹窄，當水位上升至一定高度時，外江寬闊的河面自然引走多餘的水量，細測下來，竟是科學的6：4和4：6。分配由水量的變化而自動調控。其二是魚嘴處於岷江中游第一彎的末端，它巧妙地利用了彎道流體力學的自然法則，即表層水流入凹岸，低層水流入凸岸。魚嘴的使命，是要將盡量清澈的江水引入內江，而內江入水口正好處於江彎外測，也就是江彎的凹岸。於是表層水、沙石含量較少的江水自然湧入內江，而底層水則順著江彎的凸岸擠向外江，絕大部分沙石也就在外江河道上滾動，留沉。據資料表明，僅僅由於魚嘴的巧妙的「站位」，就能自動將沙石的80%排在外江。所謂「四六分洪、二八排沙」說的便是這個道理。 飛沙堰和寶瓶口位於渠首工程的末端，當魚嘴將江水導入內江以後，奔騰的江流便準備著流向成都平原。如何駕馭岷江那不羈的野性？這就得從都江堰的第二和第三部分說開去。 欲說飛沙堰得先談寶瓶口。寶瓶口是由人工開鑿的一通山峽，玉壘山被一分為二，其間只留出20米的入水口，內江水從百米之寬的河道湧向寶瓶口，平水季節奔流而過，高峰時節則節節升高，不加節制的水流不斷爬升，一涌而入，澇害盆地。此間飛沙堰的設計與寶瓶口呼應結合，它的高度剛好超過內江河床2.5米。這就意味著當內江水位升高2.5米後，洶湧的波濤將從飛沙堰溢出。寶瓶口入水便始終在一個幾乎平衡的常量上。成都平原既獲灌溉又安然無恙，此間苦心可謂巧也。 由於離堆正對內江江心，奔騰而至的江水不能一氣通過，它衝擊著碩大無朋的中流砥柱，受阻後一股巨大的反作用力回蕩在離堆之下，身後洪流又至，衝擊力與反作用力交織作用，形成浩大的旋轉力，一圈一圈，一浪又一浪，這股迴旋力量足以將成噸的石頭飛揚出去。這樣飛沙堰同時又成了泄洪、排沙的兩用壩堤。岷江的沙石由魚嘴分離一次，再由飛沙堰淘汰一輪，如此「過濾」後的清水舒暢地流入成都平原。如此絕妙的設計堪為蓋世之作。 李冰父子為記載和傳說中的治水之人，千百年來受百姓頂禮膜拜，二王屆即為佐證。歷年的放水節，代代相傳，也是人們寄託敬意的寫照。李冰父子不但為中華歷史留下了這麼了不起的水利工程，還用其「深淘灘，低作堰」，「遇灣截角，逢正抽心」的治水哲思，昭示後人。而今人們對「遇灣截角，逢正抽心」注釋不同，筆者偶有所得，述諸筆端，是非曲直，還留待行家評說。 遇灣截角，應有所指，指的是魚嘴的處所，截角之妙，妙在灣末，既分四六，又排沙石。逢正抽心，應指離堆處所，逢正的主語應為離堆，逢正面而來之水，抽其心，減其銳氣，不讓它一瀉千里，而要它順從人意，從而能再度排沙，合理分流。平直的江河必是災難，天然彎道能調整河脈陰陽，使其張弛有度，舒展自如。若將截角和抽心理解為順直灣道，掏干阻礙，河道便成了鐵軌，一往無前的江水將會一任狂奔，洪水時節必將難以遏制。 都江堰較長城還早，造福人類已逾兩千多年。蜀人感恩於它，讚美其「天府美譽古堰來」。其實而今人們如何評論和讚美它都不會顯得過份，因為它不僅是功能卓著的水利工程，同時也是風韻卓然的旅遊景點…… 以上是特級導遊周小丁老師十年前的一篇導遊詞節選，我的珍藏。我不是水裡專業，說不太清楚。推薦你個紀錄片，《世界遺產在中國》第一集就是講的都江堰，對原理，歷史講的蠻清楚的。還有動畫演示。
水利工程三大主體工程 : 魚嘴、飛沙堰、寶瓶口。魚嘴位於岷江江心，因形似魚嘴而得名，將岷江分為內江和外江（現稱金馬河，將與青衣江、大渡河三江匯合，在宜賓流入長江）。其中外江作用於泄洪，東面鄰山的內江用於灌溉成都平原。飛沙堰主要作用於排沙。寶瓶口作用於控制內江水流量，形似瓶口而得名。當流入寶瓶口的水流量過大時，水量迴流，經飛沙堰流入外江，避免水患。（當然水利工程是充分順應了都江堰西北高，東南低的地勢特點） 其中呢，內江進入主城區後被人工開鑿為四條河流穿城而過。我也不知道說清楚沒，額、…… 倫家就是都江堰的……
「安流匯軌 深掏灘 低做堰」
這十字是至今刻在都江堰上面的，當年李冰父子營造都江堰，終於治好了水，為了防止治水之理流失，於是刻在石上。
這十個字解釋一下非常簡單，
要安置洪水，在洪水流經的地方給以軌道，洪水就不會危及到人把河底淤積的泥沙清理乾淨，讓水可以平緩的流過堰要低，不能做太高，做高了水就會高，也會變得急，就會變得危險然而卻是體現了古人無比的智慧，也是人與天調的哲學
然而看看今天：幾十米幾百米的大壩…城市鄉村規劃的時候選址就在群山的匯水線上，不淹你淹誰？推薦閱讀：
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