众所周知，都江堰的巨大水利效用让成都平原成为中国腹地的鱼米之乡，没有都江堰，就不会有四川“天府之国”的美誉。
然而各位有没有想过一个问题，既然都江堰功效如此突出，为何中国历代王朝没有在全国范围内大批复制都江堰这种水利工程呢？
都江堰
退一万步说，就算古代生产力不发达，无法兴建大批量的水利工程，但今日之中国可是有“基建狂魔”之称，以当今中国的基建能力，在全国各地建几百个“都江堰”那根本就是小菜一碟。
但为什么直到今天，我们也没听说哪个地方复制了都江堰这样的水利工程呢？
这其中当然有缘故，而且答案，就藏在都江堰自身的千古秘密之中！
要想弄懂都江堰的技术含量究竟“高”到了什么程度，首先得弄清都江堰的运行原理，接下来本文将图文并茂、通俗易懂地讲讲这个原理，包您弄明白。
岷江，乃是长江上游的重要支流，历史上甚至一度被认为是长江正源。
其全长1279公里，流域包含四川阿坝、成都、乐山、宜宾等重要城市，是四川境内一等一的大江。而都江堰，正好处于岷江从四川盆地西部山脉进入成都平原的关键点上。
由于都江堰此处的岷江江水刚刚从庞大山区流出，所以都江堰的岷江江段落差大、水量高。上古之时，一到夏季洪水泛滥，成都平原立时就变成千里泽国，人畜无存。
公元前250年左右，即距今约2300年前，李冰奉秦国朝廷之命任蜀郡太守。此后李冰父子在岷江进入成都平原入口处开山凿石修建都江堰，化腐朽为神奇，将岷江由害变利，造就了今后2000多年的“天府之国”。
如下图所示，整个都江堰主体工程由3部分组成——分水鱼嘴、宝瓶口和飞沙堰。
都江堰水利工程示意图
在这3个部分中，分水鱼嘴起到的作用最为关键。
如上图所示，分水鱼嘴将岷江分成了图上所示的“内江”和“外江”两条江。
它把岷江一分为二究竟有何意义？
答案：调节水量！
从图上可以明显看出，内江和外江的江面宽度并不一样，外江要宽些，内江要窄些。
这样一来在丰水期如洪水季节来临时，由于此时水位高，更多的江水将从江面更加宽阔的外江排出，据测算这个比例大约在60%左右。
至于剩下的40%江水则是进入内江，内江底部有个宝瓶口，如下图所示，宝瓶口将分流一部分江水进入成都平原进行灌溉。
宝瓶口分水灌溉示意图
由于宝瓶口分了一部分江水走，所以洪水季节岷江也不至于泛滥，同时分走的江水还能用于灌溉农田，一举两得。
从分水鱼嘴和宝瓶口这两个关键设施便可得知，都江堰的根本功能就是防洪和灌溉。
看到此处估计有人会问了，你这只讲了丰水期，那在秋冬季节时的枯水期呢，那时候宝瓶口分出去灌溉的水量很可能不足，到时又该怎么办？
要解决枯水期的问题，答案不在肉眼能看见的水面，而在看不见的水底，同时这也是都江堰真正的秘密所在！
以下是两张丰水期和枯水期时内外江的截面示意图，一看就明白。
如上面两张图所示，外江江面虽宽，但河床浅，内江江面窄，但河床更深。
所以在丰水期水位高时，外江分到的江水要多些，这是为了泄洪，但在枯水期水位低时，内江由于河床深分到的江水更多，以保证农田灌溉水量所需。
根据现代对水量的观察和测算，丰水期时外江分到的水量为6成，内江为4成。
而到了枯水期，这个水量分配比例则彻底反了过来，外江变为4成，内江变成了6成，由于此时内江分到的水量更多，因此枯水季时宝瓶口灌溉用水所需反而得到了最大程度的保障。
正因为都江堰有这种在不同季节动态调整岷江水量的神奇作用，所以它才得了个“水旱由人”的千古美誉。
区区一道工程，不过就2个简单设施——分水鱼嘴和宝瓶口，就算天算地算尽了一切，无论你大自然是洪水泛滥还是枯水少雨，宝瓶口永远不缺灌溉用水，这就是都江堰的神奇之处。
文到此处，都江堰的第一个秘密算是讲完了，接下来它还有第二个秘密——飞沙堰。
这张珍贵老照片记录了都江堰“岁修”景象，而“岁修”则主要是修飞沙堰
除了那些有大量数学计算公式的专业论文，至今我还没见过有哪篇文章能把飞沙堰的原理讲清楚的，今日便深入浅出地为各位讲讲，还是那句话，包你明白。
说起这飞沙堰，其实它的结构极其简单原始，甚至原始到了不值一提的程度——一座高出河床约2米高的矮堤坝，主体由鹅卵石笼沉入水下组成。
下图中就是鹅卵石笼，到了都江堰还能看到。
飞沙堰的作用说到底其实就两个——控制内江水量和排出内江沙石。
岷江水中的沙石含量虽然没法和黄河比，但一到洪水季节，江水裹挟而来的沙石也不少。
这些沙石若长期不处理，那么它们就会堵塞内江河道，令内江河床抬高，从而导致前文所述的内外江“四六分水”机制失效。
为了解决这个“内江沙石累积”的问题，所以都江堰整体工程便多了第三个设施——飞沙堰。
飞沙堰的第一个重要功能是拦水。
在枯水期时，由于岷江整体水量不大，所以要把内江分到的6成江水尽量引入宝瓶口做灌溉用水，飞沙堰起的就是这个拦水作用。
但在进入雨季时，岷江有时候会爆发特大洪水，这个情况是完全不受人力制约的，它只和该年夏季的降雨量有关。
当出现这种情况时，分水鱼嘴虽然还起作用，但内江水流一样会变得很大，如果内江水流量超过宝瓶口的泄洪流量时，同样会造成水灾。
这时候飞沙堰的第二个功能便体现出来了——泄洪。
洪水季节时的都江堰河道
由于飞沙堰是由鹅卵石笼沉入水底搭建而成，巨大的洪水冲击力会自动将它冲垮，从而让内江河道完全通畅，起到泄洪效果。待到洪水过去枯水季到来，人们会找到夏天时冲到下游的鹅卵石笼，扛回来后重新沉在飞沙堰的位置，让它继续承担枯水季节的拦水作用。
换言之，古代的飞沙堰其实是个活动的堤坝，洪水来时冲垮，枯水时存在，而且由于它制作简单、成本低廉，实在是做这种“活动式堤坝”的不二良选。
除此之外，飞沙堰还有第三个功能——冲沙。
看到此处估计又会有人问了，它明明是个堤坝，为啥还能冲沙呢？
因为它利用了高科技理论——弯道环流原理。
都江堰的整个岷江河道都是呈弯曲状态，尤其是内江弯曲幅度更大，这样的场所，天然就是利用“弯道环流原理”进行冲沙的绝妙场地。
弯道环流原理属于流体力学中的一个重要理论：水流在弯道内运动时会产生离心力，使上层水流指向凹岸，下层水流指向凸岸，形成一个不断旋转并整体向前运动的水流。示意图如下：
弯道环流表层和底层水流运动方向示意图
上图我画的只是个示意图，像这种上下层水流共同旋转，其最终结果就是在水里产生一个力道强大的漩涡。
都江堰的内江河道恰恰是一个弯道，所以江水里会产生大量漩涡暗流。而这些漩涡行进到飞沙堰时，就会被水下的堰体拦住，在漩涡的作用下，河底沙石会被旋转水流抛到上层流水中，从而越过飞沙堰泄出。
换而言之，飞沙堰朝内江方向的堰体前，常年都有大量漩涡暗流存在，虽然这些漩涡不断出现又消失，但它们却像兢兢业业的清道夫一样，不断清理着内江里面沉积的沙石，将沙石从飞沙堰上方通过的江水中排出。
这也是飞沙堰中“飞沙”一词的由来，极其形象。
现在这个堰体是后来修建的，原来的飞沙堰是沉入水底，只有2-米高，江水可从上方越过
坦率地讲，这个飞沙堰无论是它的建造材料（鹅卵石笼）还是建造方法（直接沉入水下堆砌），看起来都像是个敷衍了事的青铜货色，但真正在实际中用起来，大家才知道它原来是个低调的王者。
分水鱼嘴、宝瓶口、飞沙堰这3个主要部分构成了整个都江堰水利工程的主体，它自动分水、排沙、灌溉、泄洪，整个运行不但高度自动化，而且一用就是2000多年，可靠性高到令人瞠目结舌，甚至今天还在起着不可替代的作用。
以今日人类之科技，无论做出什么机器，恐怕都无法连续运行2000年之久，但都江堰，做到了！
事实上直到今天，人类以现有科技想要完全复制出另一个都江堰也是极其困难的，因为就算走遍全世界，我们也无法找到另一条岷江、另一个和都江堰地理特点一模一样以及一年四季水量类似的地方。
它的成功，只存在于灌县这里的一小截岷江，以当前中国的基建能力，或许可以不惜人力物力在另一条江里将其完全照搬过去，但这样一来花费太过庞大，失去了都江堰高性价比的本来意义。
但令人庆幸的是，如今的科技已完全探索清楚了都江堰的科学奥秘，虽然它无法被完全复制，但它的各种运行原理却可以为其他水利工程所借鉴，用另一种方式造福于世界各地的人民。
毫无疑问，都江堰是极其伟大的，然而我们越是明白它的伟大，越是有个问题横亘于心——这个完美到无以复加、运用了多种现代科学原理的水利工程真的是2300年前古人的作品？
首先第一个问题，2300年前的古人们究竟是如何发现都江堰这处江段的利用价值的？
都江堰岷江江段全景
四川境内的大小江河多如牛毛，就算古人心有灵犀从这些江河中挑选出了岷江，那也需要对岷江沿岸进行一次全面实地考察，然后再圈上几个可能的地点，之后还要对这些地点进行长达数十年一年四季不能间断的水文观察，接着才谈得上拟定初步建设方案。
没有详尽的水文资料打底，想要建造都江堰这么一个能集精确分水、排沙灌溉于一体的综合性水利工程，那无疑是痴人说梦。
古人究竟是如何做到这些的？
第二个是分水鱼嘴选址问题。
如下图所示，分水鱼嘴所在江面有约300米宽，鱼嘴所在地点可谓恰到好处，无论往左几米或往右几米，都不可能刚好得到“四六分水”这个效果。那么古人是如何在这么宽的江面上得知建造分水鱼嘴的精确地址的呢？
分水鱼嘴所在江面
即使以今天的科技，要找到如同分水鱼嘴这样一个精确的分水地点，那也需要日以继夜的水文观察，这段江面每一米的水流流量都要进行记录，还要考察水面下方以及上下游的河床高低，然后把所有这些数据输入大型计算机建模运算，大概才能得出安置分水鱼嘴的精确地点。
但古人并不具备这些条件，他们究竟是怎么找准位置的？
还有第三个问题，古人并不懂弯道环流原理，更不懂流体力学，他们为何会知道利用弯道环流效应来冲沙呢？
除此之外，其实还有不少类似的问题，其实所有问题加起来就一件事——建设都江堰所要用到的科学技术已经远远超出了2300年古人掌握的知识范畴，他们到底是怎么做到这一切的？
这是都江堰一个至今仍未完全解开的谜题。有人说是因为古人长期对大自然的观察，所以自行摸索和总结了相关经验。
这个说法可以解释一部分问题，但对“确定分水鱼嘴精确位置”等事实就没法解释了，毕竟鱼嘴选址这个事，无论怎么看都需要极精深的数学计算和流体力学等相关知识才能完成。
分水鱼嘴，它的大小，以及所在的这个位置可以说妙到毫巅
或许在不久的将来，随着考古的进一步发现，我们才能真正解开都江堰是如何建造的这一千古之谜。
撰文/月影里的酒
（补充一下，分水鱼嘴的建设同样利用了弯道环流原理来排沙，上游来的沙石大约有8成被它分到了外江，俗称“二八排沙”。本文为篇幅计，便没有重复讲述弯道环流在分水鱼嘴上的应用，请知悉。）
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