灵渠水利工程原理.doc

.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1718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1.23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1015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、