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水利工程论文-论河流地貌在水利建设上的作用-以都江堰为例.doc

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水利工程论文-论河流地貌在水利建设上的作用-以都江堰为例.doc

水利工程论文论河流地貌在水利建设上的作用以都江堰为例摘要本文重点论述李冰科学地利用地貌条件、弯道环流,河床平衡剖面和河流动力均衡原理,修建的都江堰工程质量高,效益好,千古不废的成功经验。关键词都江堰河流地貌深淘滩1都江堰的沿革都江堰位于岷江中游的四川省都江堰市原灌县城西门外的玉垒山下,古称湔堰。都江堰北面有一岷江的支流叫白沙河,古称湔水,湔堰因此而得名。三国时,诸葛亮在都安县即原灌县导江铺设堰官,继续保护、维修古堰、发展农业,故将湔堰改称都安堰。又因流经郫县地区的岷江称郫江,所以,宋代时又将都安堰改为今日的都江堰。都江堰自古至今发挥了排洪、灌溉的巨大作用,灌溉面积现已达一千万亩。2河流地貌在都江堰工程上的应用李冰在平原地形上,采用分流导江,筑堰引水方法修建都江堰时,合理利用地貌条件、河床形态对水流影响,成功地利用弯曲河床和分汊河床的发育规律指导工程建设,使工程建设建立在高度科学理论基础上,具体表现分析如下。2.1合理利用地貌条件选址古堰东部正是现在的成都平原,这个平原形似一把张开的纸扇向东南倾斜,而都江堰市城西一带恰好处在扇形平原的顶端,海拔700多米成都附近海拔400m左右,居高临下。这种自然倾斜地形,是修建水利工程最有利的地形,它可以不打坝,只修堤,开渠引水灌溉。所以李冰合理利用了这个有利地形,确定在此修建都江堰。图1都江堰示意图SketchofDujiangyanproject2.2弯道环流对金刚堤、鱼嘴的建造作用都江堰工程由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口引水口三大工程构成见图1。它们有机的组合,联合发挥了引水灌溉、排洪、排沙和减灾的巨大作用。鱼嘴与金刚堤连在一起,位于江心,它们的建造和作用与弯曲河床形态有密切关系。金刚堤实质是岷江河床上的江心洲,鱼嘴位于金刚堤的顶端,形如鲸鱼之嘴巴,故名为鱼嘴。鱼嘴与金刚堤的共同作用是使岷江河床分汊,即分为内江和外江,所以鱼嘴与金刚堤是一个非常关键的工程。从分水堤与金刚堤位于河床中心位置分析,这个堤的建造,主要是李冰利用了河流的弯道环流的科学原理形成的。如现在的分水堤东侧是岷江凹岸,也正是内江流经的部位,西侧是岷江的凸岸,也正是外江流经的部位。这里的弯道环流的表流流入凹岸,把凹岸被侵蚀的和过境的大量泥沙,由环流的底流再搬运到凸岸堆积成遇回扇,其中一部分泥沙在江心堆积形成规模宏大的江心洲金刚堤,泥沙在洲头不断堆积、延伸,加之人工不断对它们修筑、加固和保护,形成今日之天然人工金刚堤和鱼嘴。金刚堤和鱼嘴的存在,使岷江主流在此成为分汊型河床。尤其鱼嘴的存在意义,在于发挥分汊河流的分水分沙作用,如冬、春枯水季节,岷江水位较低,河流主流线多靠近河谷凹岸流去,分水堤将约十分之六的江水流入内江,十分之四的江水流入外江,保证了灌区的用水量,简称四六分水夏、秋洪水季节,岷江水位相对升高,河流主流线相对变直,大部分江水流向凸岸,故分水堤又将十分之六的江水排入外江,十分之四的江水注入内江。显然,这是李冰掌握了分汊口即江心洲金刚堤和洲头鱼嘴的分水分沙特点,又利用了内江具有平面弯道环流泄水特性,创造的科学分水方法。2.3河流动力均衡原理的科学应用飞沙堰和宝瓶口的工程建设,科学地利用了河流动力均衡原理。飞沙堰位于金刚堤南端成一低矮的人工沙堤实为一潜坝,为什么飞沙堰要修在金刚堤南端这是因为内江流水遇到虎头岩的撞击后自然形成涡流,这股涡流径直向西南方向现在的飞沙堰位置流去,多余洪流和泥沙也随之泄入外江,可见这位置正是保证内江洪流和泥沙排泄的最佳方向和位置,因此,决定在金刚堤南端修建飞沙堰。飞沙堰的作用一是起排洪排沙作用,二是起挡水作用,保证内江水位始终保持在一定的高度上,以保证成都平原灌溉有足够的水量,如无此坝,内江水会大部分泄入外江,所以后人总结为正面引水,侧面排沙,但必须要求飞沙堰坝面要低。李冰根据河流动力均衡原理岁修内江的经验是低作堰。所谓低作堰,是指每年维修飞沙堰时,要保证飞沙堰始终保持在一定高度上,堰顶不能加固过高,即堰顶宜低不宜高。因为堰顶高了,造成排洪排沙不畅,使内江泥沙沉积加剧,洪涝频繁,而堰顶低了,减少障碍,有利于排洪排沙。究竟堰顶低到什么标准合适,要根据宝瓶口的水则与灌区需水量的多少而定。现在的堰顶平于水则十五划每划一市尺是堰顶最合适的高度标准现在飞沙堰的相对高度实为2m。如果内江水位高出水则十五划,堰顶也高出水则十五划,对内江排洪不利,灌区就要闹水灾相反,内江水位低于水则十五划,堰顶也低于十五划,内江大部分水流就会流入外江,灌区就缺水,影响灌溉农田,只有堰顶平于水则十五划,恰到好处,灌区不涝不旱。内江引水的咽喉工程宝瓶口,它与飞沙堰二者有机的组合,共同承担了排洪减灾,保障灌区用水功能,其原理也是科学地利用了河流动力的均衡原理。如宝瓶口西边凸出而高大的离堆山崖起到了阻挡内江洪流的作用,宝瓶口起到增加泄水的作用。如洪峰期间,一部分洪流遵照宝瓶口明文规定的水则,规规矩矩地从宝瓶口流出,保证成都平原灌溉用水,其余的洪流被迫通过飞沙堰,人字堤流向外江,起到了排洪减灾作用。由此可见,飞沙堰和宝瓶口排洪、输水功能,完全是李冰科学地利用了河流动力均衡原理而巧妙设计的水利工程。2.4深淘滩的理论依据分析李冰为避免内江河床泥沙淤积,除采取侧面面排沙方法外,还总结出深淘滩、低作堰的方法,对内江河床淤积的泥沙每年进行一次淘挖,称为岁修。所谓深淘滩,就是对内江河床淤积的泥沙必须清除淘挖到一定的深度。究竟淘挖到什么深度合适据传,李冰为了找到这个合适深度,曾多次观测、实验,他终于找到了一个深度,在这个深度的位置河床底下,曾埋了一个石马作为标记现代改为三个卧铁,要求以后每年岁修,淘见石马淘沙就终止,即淘沙达到了标准深度。由此可见,石马所埋深度是一个非常关键的问题,也是衡量岁修工程质量的标准。这个深度为什么是一个非常关键的问题回答这个问题,只有用河床平衡剖面理论来解释为妥。因为李冰深淘滩的目的就是要保持内江来沙输沙处于年内平衡状态,即一年内河床冲淤平衡,这就要求河床纵剖面必须达到平衡剖面状态,深淘滩的最终目标就是内江河床相对处于平衡剖面状态,河床不淤积,为了使河床达到此状态,必须借助人为的疏浚淘沙措施,方能实现,所以每年岁修淘沙,必须淘挖到石马埋深处河床平衡剖面位置。假若淘挖深度浅于石马埋藏深度,河床仍继续淤积抬高,对排沙不利,而且影响外江和内江的流量分配若淘挖超过此深度,等于人为的相对降低了河床临时侵蚀基准面,河流的活力复活,侵蚀作用反而加强,泥沙增多,加重了排沙的负担,会使输沙、来沙失去平衡。所以,李冰深淘滩确定的石马埋藏深度是一个非常重要的科学理论问题,是河床平衡剖面理论应用于水利工程上的伟大创举。3结语李冰修建的都江堰水利工程,质量高,效益好,千古不废,闻名中外,其原因是充分利用了科学理论的结果。李冰当时修建都江堰工程时,不仅利用了水力学理论,尤其成功地应用河床平衡剖面理论和河流动力均衡原理,创举的深淘滩、低作堰的方法,实践证明是非常先进的科学方法和理论,是我国古代最珍贵的科学文化遗产,科学价值意义深远。我们应该继承和弘扬它,努力发展现代科学,充分发挥科技是第一生产力的巨大作用,将河流地貌理论更好地运用于水利建设中。1998年长江等大江大河洪灾发生的原因之一,是河床平衡剖面被破坏,借鉴都江堰岁修经验,今后必须加强对大江大河河床平衡剖面的研究和对河道岁修的力度,恢复和保持河床处于相对平衡剖面状态,以避免洪涝再次发生尤为重要。参考文献1严钦尚等。地貌学。北京高等教育出版社,1985.2四川省水利厅。旅游都江堰。成都四川人民出版社,1984.3杨景春。地貌学教程。北京高等教育出版社,1985.

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