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中国古代治水文化的典范-都江堰

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四川有一句谚语叫“先有都江堰,后有天府之国”。川西平原因为有了都江堰,把水患变害为利,才成了肥沃富饶著名的天府之国。都江堰水利工程的巨大功用自不待说。最为神奇的是,绵绵2200多年,它一直涓涓滋润川西平原,迄今依然不倦地哺育天府之国。在全世界还没有另外一个工程有如此之长的生命史。

成都平原本是一块盆地,它的西北是绵延的岷山山系。发源于成都平原北部岷山的岷江,沿江两岸山高谷深,水流湍急;到灌县附近,进入一马平川,水势浩大,往往冲决堤岸,泛滥成灾;从上游挟带来的大量泥沙也容易淤积在这里,抬高河床,加剧水患,现在的天府之国就会成一片泽国;特别是在灌县城西南面,有一座玉垒山,阻碍江水东流,每年夏秋洪水季节,常造成东旱西涝。都江堰从根本上把水患变害为利。 

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宝瓶口
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都江堰鱼嘴,前面的就是岷江,被鱼嘴分割为内江和外江

所谓大道至简至易。从表面总体看,都江堰的结构极为简单。它由三部份组成(见图):鱼嘴,宝瓶口和飞沙堰。

都江堰包括岷江中间的一条浅堤,把岷江一分为二成内江和外江。这条堤并不是去挡住洪水,而是在河当中,把洪水一分为二。由于堤像一条头朝前的鱼,人们把它的最前沿部份称为“鱼嘴”。鱼嘴自动按四六分成,洪水季节外江六成,内江四成,而在枯水季节内江六成外江四成。分入内江的水,流下去约一千米,就到了“宝瓶口”。这个“宝瓶口”是人工从玉垒山凿开的一个二十米宽的口子。由于象瓶口,就叫它“宝瓶口”。一进这口,水就被引向东,顺从地灌溉川西平原去了。分水堰两侧垒砌大卵石护堤,靠内江一侧的叫内金刚堤,外江一侧叫外金刚堤,也称“金堤”。分水堰建成以后,内江灌溉的成都平原就很少有水旱灾了。以后,为了进一步控制流入宝瓶口的水量,在鱼嘴分水堤的尾部,又修建了分洪用的平水槽和“飞沙堰”溢洪道。当内江水位过高的时候,洪水就经由平水槽漫过飞沙堰流入外江,以保障内江灌区免遭水淹。同时,由于漫过飞沙堰流入外江的水流的漩涡作用,有效地保证泥沙不在宝瓶口前后沉积。

都江堰没有修一道坝横截洪水,而只是用竹笼装卵石堆筑而成的顺流而行的低堤。低提只是引导了河流水流。

整个都江堰的建筑,只用河边漫山遍野的竹子编成长长的竹笼,把河里大大小小的鹅卵石往竹笼里一装。河道挖起来的土在宝瓶口一侧垒成“离堆”,夏天它把汹涌而来的洪水挡一下,提高水位,使更多的水从飞沙堰流走,调节了流入宝瓶口的水量。都江堰只是把自然界已有的加以疏导和重新调整。它不是一个独立于自然的一个新建工程建筑,而是成为自然的协调而不可分的一部份。

中国古代“天人合一”的思想在整个都江堰的工程中体现得最为充份。借自然之力以用其妙,化害为利,与自然和谐共处,这一直是中国古人所具有的能力。“天人合一”并不只是一个哲学概念,而是人与自然之间客观存在的相互制约,并且是主动的制约关系。现代科技工程人员,虽然不乏对“天人合一”思想的追求者和欣赏者,但过度依赖于数值分析和计算,不承认自然生命的一面,对自然的感悟能力不断减弱。从而,如此巧借天力的水利工程是现在任何一位水利专家都不可能想象出来的。相反,2200年前的都江堰设计者李冰并不知晓现代物理学的诸多名词,也没有流体力学的概念,尽凭借对自然生命的观察和感悟,才设计出了这样一个天人合一的都江堰。

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都江堰治水三字经

都江堰:为何具有精确参数

都江堰总体结构非常简单纯朴,它的一切都借助于自然而又完全融于自然。然而,都江堰的具体结构参数虽然简单,但非同寻常。

“鱼嘴”是都江堰的分水工程,因其形如鱼嘴而得名,它昂头于岷江江心,把岷江分成内外二江。西边叫外江,俗称“金马河”,是岷江正流,主要用于排洪;东边沿山脚的叫内江,是人工引水渠道,主要用于灌溉;鱼嘴的设置极为巧妙,它利用地形、地势,巧妙地完成分流引水的任务,而且在洪、枯水季节不同水位条件下,起着自动调节水量的作用。

鱼嘴所分的水量有严格的比例。春天,岷江水流量小;灌区正值春耕,需要灌溉,这时岷江主流直入内江,水量约占六成,外江约占四成,以保证灌溉用水;洪水季节,二者比例又自动颠倒过来,内江四成,外江六成,使灌区不受水潦灾害。在壁上刻的治水《三字经》中说的 “分四六,平潦旱”,就是指鱼嘴这一天然调节分流比例的功能。

在数学里有一个非常奇特的数0.618,称之为黄金数。它有着令人不可思议的代数和几何性质。按照0.618的比例来分割,称之为黄金分割,所以0.618也称为黄金比例。黄金分割有着独特的最优性质。“分四六”正好是黄金分割。

宝瓶口是节制内江水量的口门。为了控制内江流量,李冰父子作石人立在江中,作为观测水位的标尺,古时叫水则,要求水位“竭不至足,盛不没肩”。《宋史》就有“则盈一尺,至十而止; 水及六则、流始足用。”《元史》有“以尺画之、比十有一。水及其九,其民喜,过则忧,没有则困”的记载。石人就相当于今天的水文站了。

当年李冰治水修筑都江堰的重要方法

李冰还作石犀,埋在内江中,作为岁修时候淘挖泥沙的深度标准。岁修的原则是“深淘滩,低作堰”。“深淘滩” 是说淘挖淤积在内江江底的泥沙要深些,要淘到石犀到为止,否则内江水量过小,不敷灌溉用;“低作堰”是说飞沙堰堰顶不可修筑太高,以免洪水季节泄洪不畅,危害成都平原。

李冰如何获得这些数据呢?按照当前的方法,首先需要收集大量的气象水文历史资料,然后进行分类,如十年一遇和百年一遇的大旱大涝,再利用历史模型或数字模型进行分析,从而确定参数。显然2200年前的李冰不可能有这些,不过也正是因为没有这些,才能获得具有永久性适用的参数。而现在的手段只能是暂时与局部适用的参数,因为历史资料并不包含未来。

我们知道,数学里有一种技术,叫坐标变换。在不同的坐标体系,同一个几何形状,在不同的坐标体系可显示完全不同的形状。在一个坐标中可能极为复杂,而在另一坐标体系可能就非常简单。在简单的形状下,什么都是一目了然了。一条河流似乎很复杂,涉及到地理地质水文气象诸如此类。在别的空间中,一条河流是一个生命体。如果能透过这一空间而直接认识那一空间,河流的过去,现在和将来就可能一目了然了。当然,要透过这一空间,并不能通过坐标变换这种数学方法来实现,而是要通过人的特别的功能来实现。这样的功能人类本来是具备的。但由于现代人类受到西方实证科学的冲击,同时淡化了心性与道德的修养,这种功能也就退化消失了。关于李冰建都江堰,有许多传说,如李冰降伏孽龙在离堆之下,用石犀压水怪,与江神要约等。这些传说正是反映了另外空间所发生的事情。

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  二王庙,纪念李冰父子

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