都江堰為什么難以復(fù)制？

余秋雨先生在游覽都江堰、青城山后寫下了這樣一句話，“拜水都江堰，問道青城山”。我國山水眾多，各有不同，成都地區(qū)的山水文化可見一斑。都江堰作為成都平原地區(qū)重要的水利工程，從開始至今已經(jīng)運作兩千年，造福不少后人。

既然都江堰功效如此突出，為何中國歷代王朝沒有在全國范圍內(nèi)大批復(fù)制都江堰這種水利工程呢？

岷江，乃是長江上游的重要支流，歷史上甚至一度被認為是長江正源。

其全長1279公里，流域包含四川阿壩、成都、樂山、宜賓等重要城市，是四川境內(nèi)一等一的大江。而都江堰，正好處于岷江從四川盆地西部山脈進入成都平原的關(guān)鍵點上。

由于都江堰此處的岷江江水剛剛從龐大山區(qū)流出，所以都江堰的岷江江段落差大、水量高。上古之時，一到夏季洪水泛濫，成都平原立時就變成千里澤國，人畜無存。

公元前250年左右，即距今約2300年前，李冰奉秦國朝廷之命任蜀郡太守。此后李冰父子在岷江進入成都平原入口處開山鑿石修建都江堰，化腐朽為神奇，將岷江由害變利，造就了今后2000多年的“天府之國”。

如下圖所示，整個都江堰主體工程由3部分組成——分水魚嘴、寶瓶口和飛沙堰。

在這3個部分中，分水魚嘴起到的作用最為關(guān)鍵。如上圖所示，分水魚嘴將岷江分成了圖上所示的“內(nèi)江”和“外江”兩條江。內(nèi)江和外江的江面寬度并不一樣，外江要寬些，內(nèi)江要窄些。

這樣一來在豐水期如洪水季節(jié)來臨時，由于此時水位高，更多的江水將從江面更加寬闊的外江排出，據(jù)測算這個比例大約在60%左右。

至于剩下的40%江水則是進入內(nèi)江，內(nèi)江底部有個寶瓶口，如下圖所示，寶瓶口將分流一部分江水進入成都平原進行灌溉。

由于寶瓶口分了一部分江水走，所以洪水季節(jié)岷江也不至于泛濫，同時分走的江水還能用于灌溉農(nóng)田，一舉兩得。

從分水魚嘴和寶瓶口這兩個關(guān)鍵設(shè)施便可得知，都江堰的根本功能就是防洪和灌溉。

如上面兩張圖所示，外江江面雖寬，但河床淺，內(nèi)江江面窄，但河床更深。

所以在豐水期水位高時，外江分到的江水要多些，這是為了泄洪，但在枯水期水位低時，內(nèi)江由于河床深分到的江水更多，以保證農(nóng)田灌溉水量所需。

根據(jù)現(xiàn)代對水量的觀察和測算，豐水期時外江分到的水量為6成，內(nèi)江為4成。

而到了枯水期，這個水量分配比例則徹底反了過來，外江變?yōu)?成，內(nèi)江變成了6成，由于此時內(nèi)江分到的水量更多，因此枯水季時寶瓶口灌溉用水所需反而得到了最大程度的保障。

正因為都江堰有這種在不同季節(jié)動態(tài)調(diào)整岷江水量的神奇作用，所以它才得了個“水旱由人”的千古美譽。

飛沙堰是一座高出河床約2米高的矮堤壩，主體由鵝卵石籠沉入水下組成。

下圖中就是鵝卵石籠，到了都江堰還能看到。

飛沙堰的作用說到底其實就兩個——控制內(nèi)江水量和排出內(nèi)江沙石。

岷江水中的沙石含量雖然沒法和黃河比，但一到洪水季節(jié)，江水裹挾而來的沙石也不少。

這些沙石若長期不處理，那么它們就會堵塞內(nèi)江河道，令內(nèi)江河床抬高，從而導(dǎo)致前文所述的內(nèi)外江“四六分水”機制失效。

為了解決這個“內(nèi)江沙石累積”的問題，所以都江堰整體工程修建了設(shè)施——飛沙堰。

飛沙堰的第一個重要功能是攔水。

在枯水期時，由于岷江整體水量不大，所以要把內(nèi)江分到的6成江水盡量引入寶瓶口做灌溉用水，飛沙堰起的就是這個攔水作用。

但在進入雨季時，岷江有時候會爆發(fā)特大洪水，這個情況是完全不受人力制約的，它只和該年夏季的降雨量有關(guān)。

當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，分水魚嘴雖然還起作用，但內(nèi)江水流一樣會變得很大，如果內(nèi)江水流量超過寶瓶口的泄洪流量時，同樣會造成水災(zāi)。

這時候飛沙堰的第二個功能便體現(xiàn)出來了——泄洪。

由于飛沙堰是由鵝卵石籠沉入水底搭建而成，巨大的洪水沖擊力會自動將它沖垮，從而讓內(nèi)江河道完全通暢，起到泄洪效果。待到洪水過去枯水季到來，人們會找到夏天時沖到下游的鵝卵石籠，扛回來后重新沉在飛沙堰的位置，讓它繼續(xù)承擔(dān)枯水季節(jié)的攔水作用。

換言之，古代的飛沙堰其實是個活動的堤壩，洪水來時沖垮，枯水時存在，而且制作簡單、成本低廉。

除此之外，飛沙堰還有第三個功能——沖沙。

它利用了彎道環(huán)流原理。

都江堰的整個岷江河道都是呈彎曲狀態(tài)，尤其是內(nèi)江彎曲幅度更大，這樣的場所，天然就是利用“彎道環(huán)流原理”進行沖沙的絕妙場地。

彎道環(huán)流原理屬于流體力學(xué)中的一個重要理論：水流在彎道內(nèi)運動時會產(chǎn)生離心力，使上層水流指向凹岸，下層水流指向凸岸，形成一個不斷旋轉(zhuǎn)并整體向前運動的水流。示意圖如下：

都江堰的內(nèi)江河道恰恰是一個彎道，所以江水里會產(chǎn)生大量漩渦暗流。而這些漩渦行進到飛沙堰時，就會被水下的堰體攔住，在漩渦的作用下，河底沙石會被旋轉(zhuǎn)水流拋到上層流水中，從而越過飛沙堰泄出。

換而言之，飛沙堰朝內(nèi)江方向的堰體前，常年都有大量漩渦暗流存在，雖然這些漩渦不斷出現(xiàn)又消失，但它們卻像兢兢業(yè)業(yè)的清道夫一樣，不斷清理著內(nèi)江里面沉積的沙石，將沙石從飛沙堰上方通過的江水中排出。

這也是飛沙堰中“飛沙”一詞的由來，極其形象。

現(xiàn)在這個堰體是后來修建的，原來的飛沙堰是沉入水底，只有2米高，江水可從上方越過。

分水魚嘴、寶瓶口、飛沙堰這3個主要部分構(gòu)成了整個都江堰水利工程的主體，它自動分水、排沙、灌溉、泄洪，整個運行不但高度自動化，而且一用就是2000多年，可靠性高到令人瞠目結(jié)舌，甚至今天還在起著不可替代的作用。

以今日人類之科技，無論做出什么機器，恐怕都無法連續(xù)運行2000年之久，但都江堰，做到了！

事實上直到今天，人類以現(xiàn)有科技想要完全復(fù)制出另一個都江堰也是極其困難的，因為就算走遍全世界，我們也無法找到另一條岷江、另一個和都江堰地理特點一模一樣以及一年四季水量類似的地方。

它的成功，只存在于灌縣這里的一小截岷江，以當(dāng)前中國的基建能力，或許可以不惜人力物力在另一條江里將其完全照搬過去，但這樣一來花費太過龐大，失去了都江堰高性價比的本來意義。

但令人慶幸的是，如今的科技已完全探索清楚了都江堰的科學(xué)奧秘，雖然它無法被完全復(fù)制，但它的各種運行原理卻可以為其他水利工程所借鑒，用另一種方式造福于世界各地的人民。