(舉世聞名的「魚嘴」)
★ 平時: 防洪引水(四六分洪)
1. 第一次分洪(魚嘴)
把裝滿石頭的大竹籠沉入江底,壘起一座人工小島(江心島),叫「金剛堤」,活像一條800公尺的石頭大魚。湍急的岷江由遠處奔騰過來,被尖銳的魚嘴劈成兩股。外江是正流,滾滾地流進長江;內江(支流)流進寶瓶口,灌溉成都平原。
(站遠一點看,「魚嘴」是這樣的:)
2. 第二次分洪(虎頭岩)
玉壘山鑿穿了,被孤立的山體叫「離堆」。雖然落單了,還是頑強地站在水裡。它的尖角叫「虎頭岩」,再一次把岷江劈開。
3. 攔水(飛沙堰)
金剛堤有個大缺口,沒有封死,只設置了一道低堰。堰頂不過超出內江河床兩公尺,拿不出堤壩的架勢,反倒像個台階。在枯水季節,低堰比河水略高,把那點河水攔進灌溉區去了。
4. 引水(寶瓶口)
岷江不再潑辣了,按照人類的指揮,從「魚嘴」分流成兩條河。外江浩浩蕩蕩地匯入長江。內江直奔「寶瓶口」(瓶頸),流進李冰開鑿的兩條幹渠(河道),流向成都平原。
西高東低,內江自動流進來了!成都平原的農民開挖大大小小的溝渠(支渠、毛渠),把水引向農田。江水形成一個縱橫交錯的自流灌溉網,進入千家萬戶的農田。
5. 四六分洪
外江地勢高,內江地勢低,岷江會不會竄進寶瓶口,淹沒成都平原呢?
還好,內江口(寬度130公尺)比外江口(150公尺)窄,兩道分水口又讓水勢減弱。經過一連串的堤堰作用,枯水季節(總水量以1.0計算)引進六成(水量0.6)河水,其餘四成(水量0.4)進入外江。
★ 洪水季: 洩洪排沙(二八排沙)
1. 離心力(金剛堤彎道)
2. 踢到台階,產生渦流(飛沙堰、離堆)
洪水的力道超過堤堰作用,當然六親不認,也不管魚嘴、虎頭岩、飛沙堰是誰啦。堂堂一條龍,哪會被這些堤堰劈成兩半呢?把內外兩條江當成單一河道,拿出「猛龍過江」的威力向前奔騰!飛沙堰遇到大洪水,甚至會乖乖地潰堤。
洪水在彎道產生離心力,正繞得起勁呢。忽然撞到尖銳的虎頭岩和水底的崖壁(離堆),又踢到飛沙堰這個台階。飆得快,重心不穩,栽了一個大跟頭,形成強大的漩渦(橫向漩流、渦流、螺旋流)。
好恐怖的漩渦!夾帶砂石的底層水往上翻,捲起咆哮的浪花,超越「西高東低」的地形障礙,像跳高選手一樣翻過「台階」,衝向外江。大部分洪水和夾帶的沙石全都捲走了,經過外江匯入長江。少量的表層水流進「寶瓶」灌區;這「寶瓶」可真幸運啊,表層水沒夾帶多少泥沙。
飛沙堰在低水位時期明明是河堤,在洪水期卻變成溢洪排沙的台階。洪水越大,筋斗就翻得越急,也就跳得越猛,這漩渦就更恐怖了。
「四六分洪,二八排沙」。平時,六成水量被引進內江;在大洪水期間,沙石排除率達到80%,在超級洪水當中可以達到98%。
想練習跳高的人,可以在洪水期去飛沙堰接受啟蒙。漩渦呼嘯著,直徑30公分的大卵石,乒乒砰砰地跳出去。有一次,某個2.8噸的混凝土塊也變成跳高選手了,翻過飛沙堰躍進外江。
2. 瓶頸限流(寶瓶口)
普通洪水(總水量以3.0計算)當頭,洪水和沙石的排除率達到80%(水量2.4),只有20%(水量0.6)進入寶瓶口,挺不錯的。如果超級洪水(總水量以5.0計算)湧過來,也不需要擔心,洪水和沙石的排除率增加到90%(水量4.5),只有10%(水量0.5)進入寶瓶口。
寶瓶口這個瓶頸(節制閘、水門),兩邊有玉壘山和離堆。這兩座天然壩體可不是一般的土石壩或是混凝土壩,而是鑿穿的一座山,再怎麼沖刷都不會加寬或「放水」。
★ 領先時代的方案
都江堰真是個國寶啊!「分四六,平潦旱」,春季水量小,六成流進地勢低的內江(灌溉河道),給成都平原提供春耕用水。夏秋之交洪水洶湧,忽略堤堰的作用,六成奔進外江(洩洪河道)。
歐美的水利工程專家在幾十年前,推算出自動分水排沙的原理。「堰流原理」說,彎道河岸是環流(迴流)地形,會產生迴流系統,逼迫表層水流進凹岸。如果在這裡設置進水口,就能汲取清澈的表層水。至於底層水,則順著凸岸擠向外江。
他們是這樣推算出來的:
﹡用幾個世紀或更長的時間,累積氣象和水文的歷史資料,包括十年、幾十年和百年一次的水旱災。
﹡把資料分類,利用歷史模型或數位模型來分析,以便確定參數。
﹡建立一些複雜到不行的公式,計算水位、流量和過水斷面(台階),這也與彎道的橫向環流、縱向溢流有關。
李冰沒聽過現代物理學的那堆名詞,不知道「離心力」、「流體力學」或「河流泥沙運動力學」是什麼,更別提那些定律和公式了。光靠思考大禹和其它先人治水的經驗,觀察大自然的規律,再加上數不清的實驗和修正,就設計了一個正確的工程系統。
李冰在大自然的學府裡,體會了萬物運行和變化的規律;他不想破壞或壓制這條龍,希望能因勢利導,讓工程配合大自然的情勢(當地的地理條件),與大自然共存共榮。
﹡不在河道當中(主流)蓋水壩防堵,卻在支流設置了無壩引水的「離槽水庫」。水壩淤積泥沙,甚至造成斷流;離槽水庫剛好相反,不會對環境造成什麼衝擊。
﹡都江堰不是新建工程,只不過針對玉壘山和岷江的形勢,在山上開個口、在水裡蓋個台階,把跑道稍微調整調整。岷江得到一條順暢的路,就轉變成建設性的力量,不會再狂亂了。
★ 天(大自然)工(工程)合一
都江堰和天地山水溶為一體了!這些水氣淋漓的學問,解決了「洪、旱、河沙淤積」這些難題,到今天仍然是水利工程的圭臬。
造物(創造天地萬物)法則正是這樣的。上帝有個名字叫「自然」,祂用自然(單純、合理)的方式,創造了大自然,給人類提供一個單純而合理的活動環境。祂希望人類能單純、合理地過日子,那樣才能達到最精妙的結果。
用現代的眼光看來,都江堰是一項傑出的大型系統工程,設計方案(佈局)包括魚嘴分水堤、飛沙堰洩洪道、寶瓶引水口這三項主體工程,以及幾項附屬工程。首尾呼應,從分流、排沙到控流這些問題,都做了妥善的安排。
一系列的巧思,讓防洪灌溉的效益得到極致的發揮。超越了「巧奪天工」的層次,達到「天、工合一」的境界。
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