都江堰水利枢纽关键技术的分析与应用

　　都江堰是战国时期李冰父子组织修建的渠首引水灌溉工程，两千多年来一贯发挥着防洪灌溉的作用。都江堰枢纽工程主要由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三部分构成，其分水分沙效果确保了成都平原常年具备适宜的水源。其中的工程设施和治水理念在现代的水利工程中都有所体现。本文通过分析都江堰关键技术，认识其治水技术对现今水利工程的指导意义。

　　都江堰坐落在成都平原西部的岷江上，是战国时代蜀郡太守李冰父子主持修筑的大型渠首引水工程。经两千多年来的自然变迁和人工修整，一贯发挥着防洪灌溉的作用。内外江分水鱼嘴是人工对自然沙洲的分水堤前部进行改造，将岷江水分为内外二江。宝瓶口同飞沙堰共同作用，具有控制水流大小、将固体颗粒排至外江的功用，是确保内江供水安全的关键。内江水经过宝瓶口流进灌区内的田地;洪水时期，内江水位抬升至飞沙堰以上，则洪水主动流至外江，另加上宝瓶口对水流的约束作用，起到了防治洪水的作用。其中的治水理念和方法在现在的水利工程和水运工程中都有很多应用。

　　一、鱼嘴工程

　　文献记载的“分四六”，现今都江堰春灌期内江分流靠近75%， 而汛期只有37.5%。经过两千多年的自然演变和人为修筑，鱼嘴分流的效果比历史记载更好，对内、外江的分水分沙起到了关键性的作用。鱼嘴工程具有分流分沙、稳定洲头和调整不利流态等功能，已经成为水利工程建设中采用的主要整治建筑物形式之一。现代水利和航运部门也多次采用鱼嘴工程进行河道的整治。鱼嘴工程可以按按修建位置和建筑物的形式划分为洲头鱼嘴工程、鱼骨坝和洲尾鱼嘴工程三种。

　　1、洲头鱼嘴工程

　　洲头鱼嘴工程修建于洲头，轴线与水流方向平行或呈微小夹角，一般由洲头指向非引水支汊方向， 与整治线基本平行，调整两汊的分水、分沙情况和固定滩头，并且能有效改善流态。在枯水期可接引水流进入通航支汊， 稳定流势， 确保所需支汊水量充足。已建的洲头鱼嘴工程较多， 如陆西口水道洲头分流坝、川江东溪口浅滩洲头坝等。长江口深水航道治理工程中也建设了分流口，有效固定江亚南沙，确保了航道稳定。

　　2、鱼骨坝

　　鱼骨坝是外形与鱼骨相似的一种涉水建筑物，一般依江心洲头修建，由顺水流方向的顺坝和与正交或斜交的刺坝组成。顺坝与洲头鱼嘴工程功能相似，主要用于分流、分沙和调整水体流向;刺坝类似于丁坝，可用于调节环流的运动，削弱水流对坝体的冲刷，加强坝体的稳定性，从而起到改善枯水期航道、稳定河相和滩槽格局的作用。现有的相关研究还不够充分，缺乏具体的设计理论。目前建成的有：长江中游戴家洲河段航道整治一期工程和窑监河段航道整治一期工程等。

　　3、洲尾鱼嘴工程

　　洲尾鱼嘴工程的作用主要是减小汇流角，使两股汊流平顺交汇，增大水流交汇区流速以 冲深航道;还起到了缩窄河流宽度、增加其流速，加大水体的冲刷能力;利用两汊交流而消耗水能等作用。洲尾顺坝工程往往沿洲尾浅脊的方向施工以减少工程量，同时冲刷浅区。川江航道整治工程中的王家滩、小南海滩等工程中运用了洲尾鱼嘴并取得了很好的效果。

　　二、飞沙堰与宝瓶口

　　1、宝瓶口

　　宝瓶口具有调节水流大小的作用，是控制成都平原灌区流量的关键。内江水经宝瓶口流入，而在洪水时期，内江的水位抬升高过飞沙堰，冗余的水就流至外江。宝瓶口对水流的限制，有效地达到了防治洪水的效果。内江水在流入宝瓶口后，沿地势走向不断分出支渠，自流灌溉一千余万亩的成都平原。

　　2、飞沙堰

　　飞沙堰起到溢洪排沙的作用，飞沙堰将超过成都平原灌区适应能力的江水排放到外江;又能将水中包含的大量固体颗粒排放到外江，避免堵塞宝瓶口。水流在经过弯道时会形成竖直方向的环流。内部的环流运动与水流方向运动的叠加，使水流呈螺旋状运动形态。利用水沙运动特性，把引水口设在凹岸，这样在引水的同时可以尽量减少引沙，从而可以减少引水渠的泥沙淤积。相关理论已经吸收进现代流体力学中，针对旋流沉砂池的应用也有很多研究。

　　三、渠首工程

　　都江堰作为现存的历史最为久远的无坝渠首工程，历经两千多年还发挥着灌溉的效用，成就了四川天府之国的美名。渠首引水工程是指为了从水源处引水，以满足工农业用水需求，而修建的建筑物的综合体。渠首工程应能保证满足工农业对水量和水位的综合要求，从水源处向干渠供水。为使供水水量和供水水质满足各部门用水要求，可采用不同的工程设施对水流进行调节及引水。灌溉渠首工程一般分为：蓄水渠首工程;用引水渠首工程和提水渠首工程三大类。

　　1、蓄水渠首工程

　　蓄水渠首工程适用于河道长期径流总量满足灌溉要求，但其不能适应各时期所需用水量的情况。此时，需拦河筑坝抬高水位，形成水库以达到调蓄水量的目的;利用闸门或通过坝下管道、坝内管道等方式向灌区引水。此类渠首工程常与水力发电、防洪等其他水利事业相结合，以达到对水资源综合利用的目的。

　　2、引水渠首工程

　　当河道流量能够满足用水要求时，为引取水流，需在引水口附近修建引水枢纽。引水渠首工程一般可分为无坝引水及有坝引水两类。无坝引水工程的主要建筑物是进水闸门，必要时布置导流坝，在河流的的天然水位或水位略微壅高的情况下引取河水。枢纽通常还应设置上下游整治建筑物及防沙设施等。有坝引水枢纽由于受到坝体高度和上游库容量大小的限制，一般只能小幅度壅高水位，几乎无法起到调节流量的作用，通常适用于水源日常流量充沛，能够满足用水需求，但日常水位低于引水所需水位的情况。

　　3、提水渠首工程

　　提水灌溉是利用提水机具浇灌作物的灌溉方式。当水源水量充足，但水位较低不足以引水或者当地工程地质条件不适于修筑其他形式的水利工程设施时，可以修建泵站，用水泵将水抽到干渠再对需水部门进行供给。提水灌溉工程除需修建泵站外，一般不需修建其他水工建筑物，而且受外界环境条件的影响较小;可以有效缩短干渠长度、工期短、受益快。但提水设施在运行期间消耗较多的能源，所需的管理费用和运营费用比自流灌溉更高。

　　结论

　　都江堰作为我国古代最为辉煌的水利工程，历经两千余年还发挥着防洪灌溉的作用。都江堰中的思维和技术中有很多已经应用到现在的水利工程或者航道治理中。为了在相关工程设计中做到经济、可靠、环保， 许多问题有待进一步研究。我们应当充分关注都江堰的水力原理和建设理念，为以后的工程建设提供理论指导。

　　作者：刘佳明 王新奎 来源：科技资讯 2016年2期