靈渠水利工程原理

靈渠靈渠，古稱秦鑿渠、零渠、陡河、興安運河、湘桂運河，是古代漢族勞動人 民創(chuàng)造的一項偉大工程。位于廣西壯族自治區(qū)興安縣境內(nèi)，于公元前214年鑿成通航。靈渠流向由東向西， 將興安縣東面的海洋河 （湘江源頭， 流向由南向北）和興安縣西面的大溶江（漓江源頭，流向由北向南）相連，是世界上最古老的運河之一，有著 “ 世界古代水利建筑明珠 ”的美譽。一、歷史背景“六王畢，四海一 ”。公元前 221 年，秦始皇吞并六國、平定中原后，立即派出三十萬大軍，北伐匈奴；接著，又揮師五十萬南下，平定“百越”。為盡速征服嶺南， 秦始皇下令開鑿靈渠。 此項艱巨的任務(wù)， 交由監(jiān)御史史祿和3 位石匠擔(dān)綱。古人感佩于史祿開鑿靈渠居功至偉，稱贊他“咫尺江山分楚越， 使君才氣卷波瀾。 ”興安縣也留下了為紀(jì)念3 位石匠而留下的 “三將軍墓 ”。歷 4 年艱辛，這條體現(xiàn)中國古代勞動人民智慧和科學(xué)技術(shù)偉大成就的人工運河，終于鑿成通航。其后，漢代馬援，唐代李渤、魚孟威又繼續(xù)主持修筑靈渠。 靈渠南渠岸邊的四賢祠內(nèi)， 至今還供奉著史祿和他們的塑像。靈渠在向世人展示著中華民族不畏艱險、 刻苦耐勞精神的同時， 也展示著中華民族豐富的智慧和無窮的創(chuàng)造力。秦國軍隊對水路的利用從陜西省咸陽出發(fā)，沿漢水（漢江），順流南下，至武漢（漢口，漢水入長江之處）。由漢口，沿長江溯流西南而上，至湖南省洞庭湖，從洞庭湖（湘江入精品資料湖之處），沿湘江溯流南上， 由永州市， 沿湘江， 進入廣西全州市， 至興安縣（靈渠）。由靈渠，順流西向，至溶江鎮(zhèn)，進入大溶江（流向由北向南）；順流向南，進入漓江江段， 經(jīng)桂林、陽朔、樂平，入桂江江段， 經(jīng)昭平， 至梧州。從梧州市，若向東，則進入廣東西江江段，至珠江（舊稱粵江），入?？谠趶V州；若溯流，則可西向，進入廣西腹地。二、修建原理。興安流傳這樣一句民諺： “興安高萬丈,水往兩頭流”。形象地概括了興安的地理特征。興安的地形是：東南和西北高,中間低,形成了“湘水北去,漓水南流”的獨特現(xiàn)象,中間是著名的湘桂走廊。湘漓二水雖同在境內(nèi) ,但在何處筑壩分水？怎樣把水從低處引向高處？頗需一番縝密勘察和研究。古代修渠技術(shù)人員在作了詳細(xì)考察之后,選擇了湘漓二水相距 4 公里處,即今分水塘筑壩分水 ,這里水流平緩 ,有利斷流筑壩 ,且地處湘江上游,水位相對要高 ,筑壩攔水后水位又進一步提高,可開渠引水直接注入漓江支流始安水。這一選擇充分體現(xiàn)出我國古代勞動人民豐富的實踐經(jīng)驗和聰明才智。筑攔河大壩后 ,還須打開飛來石附近的巖石,開鑿城臺嶺及始安嶺的山腳成渠, 筑秦堤至大灣陡處；挖開分水嶺太史廟山(越城嶠)與始安水匯合而入漓。在生產(chǎn) 力十分低下的古代 ,完成這些工程確是十分不易,故靈渠又名“秦鑿渠”。靈渠工程包括鏵嘴、大小天平、南渠、北渠、秦堤、陡門以及堰壩、水涵、橋梁等,構(gòu)成一個整體。鏵嘴位于分水塘攔河大壩上游 ,前銳后鈍 ,其形如犁鏵 ,故名。鏵嘴高 2.3 米, 邊長 40 米,另一邊一長 38 米,寬 22.8 米,由長約 1.7 米,寬厚 60 厘米至 1 米的石塊砌成。上游海洋河來的水經(jīng)此一分為二 ,注入南北渠。其作用是幫助大小天平合理分水 ,并使水流減緩 ,以利大小天平安全和行船。 大小天平呈人字結(jié)構(gòu) ,是截流分水、引湘入漓的關(guān)鍵工程。南渠一側(cè)為小天平 ,長 130 米；北渠一側(cè)為大天平 , 長 344 米。大小天平相交尖端正對海洋河來水方向 ,軸線間的夾角 108 度?，F(xiàn)存的大小天平是用大塊石灰?guī)r砌成。 壩頂平鋪條石 ,寬約 2 米,石與石之間鑲嵌緊密 , 相接處鑿有凸形凹槽 ,熔生鐵水澆成鐵碼 ,使巨石相互聯(lián)成一體 ,其后為傾斜寬 17 18 米。以長石直豎鱗比排插 ,名為魚磷石。 它既可抗拒下泄水的沖刷 ,又可使河水帶來的泥沙充填期間 ,魚鱗石越擠越緊。這一設(shè)計符合力學(xué)原理 ,構(gòu)思巧妙。大小天平的砌筑 ,提高了湘江的水位 ,使湘水能夠分入漓江；與鏵嘴配合 ,合理分流 , 使湘漓二水大致為三七分派 ,即三分入漓七分入湘； 大小天平均可溢洪流 ,水大時,可滾水而過流入湘江故道 ,使水位不超過渠道允許的高程 ,確保渠道安全 ,“天平”就是這個意思。大小天平壩攔河截流后 ,湘江上游的海洋河水便分為兩支,分別入南、北二渠。南渠水從分水塘南陡而入 ,往北穿興安縣城 ,過大灣陡 ,從太史廟山折西 ,往西南流 , 沿途納入幾條漓江小支流之水后 ,至大溶江匯入漓江 ,渠道全長 33.15 公里,平均坡降 0.91%, 水面寬 6 至 50 米,水深 1.2 3 米。南渠的開鑿 ,僅解決了引湘入漓的問題 ,為了使南來北往的船只順利通航 ,除開鑿南渠外 ,秦人又開鑿了北渠。北渠自分水塘北陡往北 ,蜿蜒于湘江右岸沖積平原,再入湘江。北渠若直線開鑿,不過兩公里。但渠床比降大而破壞了鏵嘴分水效果 ,入南渠的水量見將減少 , 甚至斷流。所以 ,為平緩坡降 ,渠道轉(zhuǎn)了兩個大彎 ,大致成了兩個 s 型,渠道長度延至 3.25 公里,平均坡降 1.69 ,河面寬 10 15 米。北渠雖不及南渠工程艱難 ,卻至關(guān)重要。既確保了靈渠的分水效果 ,又減緩了水流速度 ,便利了舟楫往來。北渠的設(shè)計開挖 ,具有極高的科學(xué)水平。靈渠為了溢流分洪和護渠 ,除了大小天平 ,還設(shè)有一道泄水天平 ,一道溢流堰 , 南渠 13 公里處的黃龍堤 ,以及北渠湘江入口處的竹枝堰和回龍堤。 這些堤堰的作用或匯流濟運 ,或泄水分洪 ,一舉而數(shù)得。靈渠工程的重要組成部分是秦堤。全長3.25 公里。堤最高處 5 米以上,即南陡至飛來石一段的社公堤,下為湘江故道 ,靈渠依托其上。 此處依山傍水筑堤 ,工程艱險,是整個工程最簿弱的環(huán)節(jié),一直是歷代維修的重點。 右為湘江故道 ,左為南渠 , 兩泓清流之間的秦堤綠樹成蔭,鳥語花香 ,風(fēng)景如畫?！敖脚d安水最清,青山簇簇 水中生；分明看見青山頂,船在青山頂上行”。蕩舟靈渠,對袁枚的這首詩 ,一定會有深刻的感受。陡門,即船閘,是靈渠上用來提高水位的工程設(shè)施。靈渠的陡門先于巴拿馬運河和伏爾加頓河運河的水閘上千年！是世界“船閘之父”,清人陸綸在陡門口號中描述：“陡門彎彎三十六 ,二水湘漓一派分”。清楚地告訴我們 ,靈渠有陡門36 座。靈渠陡門最早的記載見于唐寶歷初年(825 年)李渤主持重修靈渠時 ,初為竹木結(jié)構(gòu) ,唐咸通九年 (868 年)魚孟威主持修渠“悉用堅木排豎”,遲至明初才改為石結(jié)構(gòu)。陡門,是使船只在水淺流急的運河上航行的一項創(chuàng)造,是科學(xué)的工程設(shè)施 , 靈渠因此又稱之為“陡河”。水涵,又名渠眼 ,俗稱塘孔 ,即為渠堤下之分水兼排水涵洞。水大則以泄洪,水小則以放水灌田。古有水涵二十四,今尚存者已不多。靈渠上有諸多古橋 ,乾隆年間還有 11 座,即南渠上的粟家橋、萬里橋、滄浪橋、接龍橋、肖家橋、三里橋、霞云橋、培元橋、