灵渠水利工程原理

灵渠水利工程原理

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1、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

2、,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

3、,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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

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