灵渠水利工程原理

灵渠灵渠，古称秦凿渠、零渠、陡河、兴安运河、湘桂运河，是古代汉族劳动人 民创造的一项伟大工程。位于广西壮族自治区兴安县境内，于公元前214年凿成通航。灵渠流向由东向西， 将兴安县东面的海洋河 （湘江源头， 流向由南向北）和兴安县西面的大溶江（漓江源头，流向由北向南）相连，是世界上最古老的运河之一，有着 “ 世界古代水利建筑明珠 ”的美誉。一、历史背景“六王毕，四海一 ”。公元前 221 年，秦始皇吞并六国、平定中原后，立即派出三十万大军，北伐匈奴；接着，又挥师五十万南下，平定“百越”。为尽速征服岭南， 秦始皇下令开凿灵渠。 此项艰巨的任务， 交由监御史史禄和3 位石匠担纲。古人感佩于史禄开凿灵渠居功至伟，称赞他“咫尺江山分楚越， 使君才气卷波澜。 ”兴安县也留下了为纪念3 位石匠而留下的 “三将军墓 ”。历 4 年艰辛，这条体现中国古代劳动人民智慧和科学技术伟大成就的人工运河，终于凿成通航。其后，汉代马援，唐代李渤、鱼孟威又继续主持修筑灵渠。 灵渠南渠岸边的四贤祠内， 至今还供奉着史禄和他们的塑像。灵渠在向世人展示着中华民族不畏艰险、 刻苦耐劳精神的同时， 也展示着中华民族丰富的智慧和无穷的创造力。秦国军队对水路的利用从陕西省咸阳出发，沿汉水（汉江），顺流南下，至武汉（汉口，汉水入长江之处）。由汉口，沿长江溯流西南而上，至湖南省洞庭湖，从洞庭湖（湘江入精品资料湖之处），沿湘江溯流南上， 由永州市， 沿湘江， 进入广西全州市， 至兴安县（灵渠）。由灵渠，顺流西向，至溶江镇，进入大溶江（流向由北向南）；顺流向南，进入漓江江段， 经桂林、阳朔、乐平，入桂江江段， 经昭平， 至梧州。从梧州市，若向东，则进入广东西江江段，至珠江（旧称粤江），入海口在广州；若溯流，则可西向，进入广西腹地。二、修建原理。兴安流传这样一句民谚： “兴安高万丈,水往两头流”。形象地概括了兴安的地理特征。兴安的地形是：东南和西北高,中间低,形成了“湘水北去,漓水南流”的独特现象,中间是著名的湘桂走廊。湘漓二水虽同在境内 ,但在何处筑坝分水？怎样把水从低处引向高处？颇需一番缜密勘察和研究。古代修渠技术人员在作了详细考察之后,选择了湘漓二水相距 4 公里处,即今分水塘筑坝分水 ,这里水流平缓 ,有利断流筑坝 ,且地处湘江上游,水位相对要高 ,筑坝拦水后水位又进一步提高,可开渠引水直接注入漓江支流始安水。这一选择充分体现出我国古代劳动人民丰富的实践经验和聪明才智。筑拦河大坝后 ,还须打开飞来石附近的岩石,开凿城台岭及始安岭的山脚成渠, 筑秦堤至大湾陡处；挖开分水岭太史庙山(越城峤)与始安水汇合而入漓。在生产 力十分低下的古代 ,完成这些工程确是十分不易,故灵渠又名“秦凿渠”。灵渠工程包括铧嘴、大小天平、南渠、北渠、秦堤、陡门以及堰坝、水涵、桥梁等,构成一个整体。铧嘴位于分水塘拦河大坝上游 ,前锐后钝 ,其形如犁铧 ,故名。铧嘴高 2.3 米, 边长 40 米,另一边一长 38 米,宽 22.8 米,由长约 1.7 米,宽厚 60 厘米至 1 米的石块砌成。上游海洋河来的水经此一分为二 ,注入南北渠。其作用是帮助大小天平合理分水 ,并使水流减缓 ,以利大小天平安全和行船。 大小天平呈人字结构 ,是截流分水、引湘入漓的关键工程。南渠一侧为小天平 ,长 130 米；北渠一侧为大天平 , 长 344 米。大小天平相交尖端正对海洋河来水方向 ,轴线间的夹角 108 度。现存的大小天平是用大块石灰岩砌成。 坝顶平铺条石 ,宽约 2 米,石与石之间镶嵌紧密 , 相接处凿有凸形凹槽 ,熔生铁水浇成铁码 ,使巨石相互联成一体 ,其后为倾斜宽 17 18 米。以长石直竖鳞比排插 ,名为鱼磷石。 它既可抗拒下泄水的冲刷 ,又可使河水带来的泥沙充填期间 ,鱼鳞石越挤越紧。这一设计符合力学原理 ,构思巧妙。大小天平的砌筑 ,提高了湘江的水位 ,使湘水能够分入漓江；与铧嘴配合 ,合理分流 , 使湘漓二水大致为三七分派 ,即三分入漓七分入湘； 大小天平均可溢洪流 ,水大时,可滚水而过流入湘江故道 ,使水位不超过渠道允许的高程 ,确保渠道安全 ,“天平”就是这个意思。大小天平坝拦河截流后 ,湘江上游的海洋河水便分为两支,分别入南、北二渠。南渠水从分水塘南陡而入 ,往北穿兴安县城 ,过大湾陡 ,从太史庙山折西 ,往西南流 , 沿途纳入几条漓江小支流之水后 ,至大溶江汇入漓江 ,渠道全长 33.15 公里,平均坡降 0.91%, 水面宽 6 至 50 米,水深 1.2 3 米。南渠的开凿 ,仅解决了引湘入漓的问题 ,为了使南来北往的船只顺利通航 ,除开凿南渠外 ,秦人又开凿了北渠。北渠自分水塘北陡往北 ,蜿蜒于湘江右岸冲积平原,再入湘江。北渠若直线开凿,不过两公里。但渠床比降大而破坏了铧嘴分水效果 ,入南渠的水量见将减少 , 甚至断流。所以 ,为平缓坡降 ,渠道转了两个大弯 ,大致成了两个 s 型,渠道长度延至 3.25 公里,平均坡降 1.69 ,河面宽 10 15 米。北渠虽不及南渠工程艰难 ,却至关重要。既确保了灵渠的分水效果 ,又减缓了水流速度 ,便利了舟楫往来。北渠的设计开挖 ,具有极高的科学水平。灵渠为了溢流分洪和护渠 ,除了大小天平 ,还设有一道泄水天平 ,一道溢流堰 , 南渠 13 公里处的黄龙堤 ,以及北渠湘江入口处的竹枝堰和回龙堤。 这些堤堰的作用或汇流济运 ,或泄水分洪 ,一举而数得。灵渠工程的重要组成部分是秦堤。全长3.25 公里。堤最高处 5 米以上,即南陡至飞来石一段的社公堤,下为湘江故道 ,灵渠依托其上。 此处依山傍水筑堤 ,工程艰险,是整个工程最簿弱的环节,一直是历代维修的重点。 右为湘江故道 ,左为南渠 , 两泓清流之间的秦堤绿树成荫,鸟语花香 ,风景如画。“江到兴安水最清,青山簇簇 水中生；分明看见青山顶,船在青山顶上行”。荡舟灵渠,对袁枚的这首诗 ,一定会有深刻的感受。陡门,即船闸,是灵渠上用来提高水位的工程设施。灵渠的陡门先于巴拿马运河和伏尔加顿河运河的水闸上千年！是世界“船闸之父”,清人陆纶在陡门口号中描述：“陡门弯弯三十六 ,二水湘漓一派分”。清楚地告诉我们 ,灵渠有陡门36 座。灵渠陡门最早的记载见于唐宝历初年(825 年)李渤主持重修灵渠时 ,初为竹木结构 ,唐咸通九年 (868 年)鱼孟威主持修渠“悉用坚木排竖”,迟至明初才改为石结构。陡门,是使船只在水浅流急的运河上航行的一项创造,是科学的工程设施 , 灵渠因此又称之为“陡河”。水涵,又名渠眼 ,俗称塘孔 ,即为渠堤下之分水兼排水涵洞。水大则以泄洪,水小则以放水灌田。古有水涵二十四,今尚存者已不多。灵渠上有诸多古桥 ,乾隆年间还有 11 座,即南渠上的粟家桥、万里桥、沧浪桥、接龙桥、肖家桥、三里桥、霞云桥、培元桥、