王 軍，范 圍，王遠(yuǎn)銘

(1.遵義市水資源服務(wù)中心，貴州 遵義 563000；2.重慶市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147； 3.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065)

1 都江堰渠首工程的歷史演化

現(xiàn)今都江堰渠首工程位于二王廟、虎頭崖至離堆一帶，包括魚嘴、飛沙堰、寶瓶口三大主體工程。魚嘴自然分水分沙，飛沙堰可將進(jìn)入內(nèi)江的超量洪水和泥沙翻入外江，寶瓶口進(jìn)一步限制超量水流年進(jìn)入內(nèi)江干渠(見圖1、圖2)。三者構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，相輔相成，巧妙配合不假人力即可天然分水引水，使都江堰灌區(qū)從此達(dá)到“水旱從人”的目標(biāo)[1]。

戰(zhàn)國中期，蜀郡守李冰主持了都江堰水利工程的興建。在早期的都江堰工程中，筑魚嘴分流，鑿寶瓶口引水，修飛沙堰泄洪。都江堰的創(chuàng)建，改變了成都平原的天然水系，溝通了岷江和成都大小湖泊河流，使成都平原的河流及渠道獲得了充沛的水源，以及通暢的洪水通道[2]。西漢以來渠首逐漸完善，到兩宋時(shí)期，都江堰渠首工程狀況與現(xiàn)在的都江堰已大致接近。宋末元初，曾用16 000斤鐵鑄成一只大鐵龜作魚嘴。明代時(shí)期，用鐵錠、鐵柱和石料加固魚嘴，但不久后即被沖毀，后采用鐵牛魚嘴，并對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固，并用竹籠護(hù)持堰首。民國初期，水利知事用條石改建魚嘴，但于1936年再度被沖毀。同年冬天，大修都江堰，用混凝土和漿砌條石重建魚嘴，并沿用至今。

圖1 岷江流域水系分布圖和都江堰渠首樞紐位置示意圖Fig.1 The drainage chart of Minjiang River basin and location of Dujiangyan Canal head engineering

圖2 都江堰渠首樞紐工程布置示意圖Fig.2 The layout of Dujiangyan Canal head engineering

新中國成立后于1952年春與1953年在渠首分水口分別建成兩座節(jié)制閘。1970年冬徹底加固了離堆和寶瓶口。1974年春建成了外江樞紐閘。新中國成立以來，在渠首建成了一系列樞紐閘、分水閘等。都江堰經(jīng)過了大規(guī)模的整治、修理、改造、擴(kuò)建，成為了農(nóng)業(yè)、工業(yè)、人民生活用水的多用途的綜合性大型水利工程。

2 都江堰成功的秘訣

縱觀都江堰兩千多年的歷史，工程設(shè)施被運(yùn)用了千年以上，盡管期間多次失修而廢棄，但在每一次重建后都可以恢復(fù)原有型式，工程設(shè)施、布置、建筑物的形式都沒有發(fā)生太大改變。經(jīng)久不衰，逐步完善，不斷發(fā)展，興利除害，造福人民。

都江堰得以延續(xù)兩千多年依然持續(xù)發(fā)揮工程效益的技術(shù)基礎(chǔ)是其“乘勢(shì)利導(dǎo)，因時(shí)制宜”的設(shè)計(jì)思想和無壩引水、自動(dòng)調(diào)水調(diào)沙的樞紐設(shè)計(jì)[3]。都江堰的治水思想，包含了中國傳統(tǒng)文化中“天人合一”的思想，尊重自然規(guī)律，并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，做到“以水治水”。以都江堰處理泥沙的方式為例，首先在堰首加筑一道魚嘴，改變?nèi)肟谒鹘嵌?，使表面清水匯入河道，同時(shí)擋住河底的泥沙。其次利用飛沙堰，將含沙底流流向凸岸。這樣，河流中95%的泥沙便被排除掉了，每年的歲修工程的重點(diǎn)便是淘挖飛沙堰，由此減少了內(nèi)、外江因沙石沉積造成的淤塞[4]。其利用彎道水流天然排沙的規(guī)律來處理泥沙問題，就是都江堰工程中將水資源、河勢(shì)與人的智慧相結(jié)合的典型。

同時(shí)，變化發(fā)展是都江堰永葆青春的核心主題[5]。都江堰兩千多年來，工程結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，工程技術(shù)不斷提升，終于趨于成熟。都江堰工程的管理也經(jīng)歷了又粗放到精細(xì)，從傳統(tǒng)到現(xiàn)代化的過程。都江堰是對(duì)歷代治理者治水經(jīng)驗(yàn)的繼承、借鑒、發(fā)展、應(yīng)用，也是理論方法和技術(shù)措施的不斷創(chuàng)新。都江堰工程并不是一味的“遵舊制、毋擅變”，而是因時(shí)而異，因需而異，在保持傳統(tǒng)中合理有效成分的同時(shí)，不斷超越傳統(tǒng)、更新傳統(tǒng)。

3 渠首改造對(duì)下游徑流過程影響

自新中國成立來，都江堰水利工程原有設(shè)施、信息化管理系統(tǒng)和管理體制機(jī)制及管理能力與實(shí)現(xiàn)水資源高效利用和現(xiàn)代化管理的要求等都有不小差距，對(duì)都江堰進(jìn)行改造是應(yīng)對(duì)國家現(xiàn)代化發(fā)展的需要[6]。但同時(shí)都江堰的改造不可避免地對(duì)下游水資源利用以及下游水環(huán)境產(chǎn)生影響。根據(jù)四川省水文局提供的水文數(shù)據(jù)，本文以1974年春建成外江樞紐閘為時(shí)間點(diǎn)，對(duì)比分析都江堰渠首改造前后內(nèi)江、外江以及內(nèi)外江匯合后岷江彭山斷面的徑流變化情況。

3.1 渠首改造前后內(nèi)江徑流量變化

選擇寶瓶口水文站為內(nèi)江徑流量控制斷面，分別選取1964～1974年、1976～1987年斷面徑流量過程為渠首改造前后的徑流量過程，對(duì)比分析渠首改造前后內(nèi)江徑流量的變化。圖3表明，渠首改造后寶瓶口月平均流量在12～5月變化不大，6～11月增加。全年平均流量增加31m3/s，增加了14%。其中8月份流量變化最大，增加了38%，2月份流量變化最小，增加了2%。

圖3 寶瓶口1964～1974年及1976～1987年 逐月平均流量變化關(guān)系Fig.3 The average monthly flow rate at Baopingkou for 1964～1974 and 1976～1987

以汛期典型7月為代表進(jìn)行分析，渠首改造前，內(nèi)江汛期流量波動(dòng)較大，變幅在110m3/s之內(nèi)，渠首改造后，內(nèi)江汛期流量趨于穩(wěn)定，流量波動(dòng)在72m3/s范圍內(nèi)，且與渠首改造前相比，改造后的月平均流量明顯增大(改造前：348m3/s；改造后：396m3/s)。以1月作為枯期代表月進(jìn)行分析，渠首改造后枯期月平均流量略有減小，從133m3/s降低為120m3/s。全年平均流量改造前為215m3/s，改造后增加為245m3/s。(詳見圖4)

圖4 寶瓶口枯期1月、汛期7月及年平均流量在渠首改造前后的變化關(guān)系Fig.4 he change of flow rate in January and July at Baopingkou, and its annual flow rate before and after the reconstruction of Dujiangyan Canal head engineering

3.2 中游彭山站在改造前后的徑流量變化

選擇彭山水文站為岷江徑流量控制斷面，分別選取1964～1974年、1976～1987年斷面徑流量過程為渠首改造前后的徑流量過程，對(duì)比分析渠首改造前后岷江徑流量的變化。圖5表明，改造后彭山站流量在1～5、10～12月份平均流量減少18m3/s，在6～9月平均增加52m3/s，全年平均減少了4%。其中5月份變化最大，降低了18%，8月份變化最小，增加了0.5%。

圖5 彭山站1964～1974年及1976～1987年 多年平均流量與月份的關(guān)系Fig.5 The average monthly flow rate at Pengshan station for 1964～1974 and 1976～1987

以汛期典型7月為代表進(jìn)行分析，渠首改造前后，岷江汛期流量變化不大，流量波動(dòng)很大。以1月作為枯期代表月進(jìn)行分析，渠首改造后枯期月平均流量略有減小，從197m3/s降低為171m3/s。全年平均流量改造前月平均為704m3/s，改造后減小為676m3/s。(詳見圖6)

圖6 彭山站枯期、汛期月平均流量及年平均流量與年份的關(guān)系Fig.6 The change of flow rate in January and July at Pengshan station, and its annual flow rate before and after the reconstruction of Dujiangyan Canal head engineering

3.3 金馬河(外江)在改造前后的徑流量變化

選擇彭山水文站流量減去寶瓶口水文站流量為

圖7 金馬河1964～1974年及1976～1987年 多年平均流量與月份的關(guān)系Fig.7 The average monthly flow rate of Jinma river for 1964～1974 and 1976～1987

外江，分別選取1964～1974年、1976～1987年斷面徑流量過程為渠首改造前后的徑流量過程，對(duì)比分析渠首改造前后外江徑流量的變化。圖7表明，改造后金馬河流量在6月份增加了6m3/s，其他月份平均減小了68m3/s，全年平均減小了16%。其中3月份變化最大，降低了40%，9月份變化最小，增加了0.9%。

以汛期典型7月為代表進(jìn)行分析，渠首改造前后，外江汛期流量減小，改造前月平均流量為860m3/s，改造后減小為795m3/s。以1月作為枯期代表月進(jìn)行分析，渠首改造后枯期月平均流量略有減小，從64m3/s降低為51m3/s。全年平均流量改造前為384m3/s，改造后減小為322m3/s(圖8)。

圖8 金馬河枯期、汛期月平均流量及年平均流量與年份的關(guān)系Fig.8 The change of flow rate in January and July of Jinma river, and its annual flow rate before and after the reconstruction of Dujiangyan Canal head engineering

4 對(duì)策思考

1974年修建外江臨時(shí)閘以后，為了保證灌區(qū)供水，外江斷流時(shí)間相對(duì)延長。到2030年，都江堰灌區(qū)需要的引水量將達(dá)到岷江可引水量的極限，即岷江金馬河河段將處于長時(shí)間斷流的狀態(tài)[7]，不僅河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定受到威脅，同時(shí)水體的自凈能力也會(huì)降低[8]。所以應(yīng)在保證內(nèi)江流量的前提下，適當(dāng)補(bǔ)充金馬河流量。

首先通過河道水生生物生物節(jié)律以及污染負(fù)荷變化規(guī)律、水文情勢(shì)變化規(guī)律，合理確定金馬河和岷江中游生態(tài)需水和環(huán)境需水，為合理確定措施提供依據(jù)[9]。

其次，實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度，全面實(shí)施節(jié)水管理，嚴(yán)守水資源開發(fā)利用控制、用水效率控制、水功能區(qū)限制納污三條紅線。制定水量分配方案，建立取用水總量控制指標(biāo)體系[10]。優(yōu)化水資源配置，強(qiáng)化水資源統(tǒng)一調(diào)度和管理，提高水資源優(yōu)化配置決策水平，促進(jìn)水資源合理、高效利用[11]。引進(jìn)和推廣節(jié)水型新工藝、新技術(shù)，提高灌溉效率。

合理配置魚嘴斷面的水資源，實(shí)施跨流域調(diào)水。當(dāng)金馬河流量低于生態(tài)流量時(shí)，增大金馬河流量配置。同時(shí)沱江和涪江具有豐沛的水量，可以在春灌季節(jié)從沱江和涪江引水，以補(bǔ)充所需流量[7]。

5 結(jié) 論

本文通過回顧都江堰渠首工程的歷史演化，利用已有水文資料分析都江堰渠首工程改造前后岷江及內(nèi)江、外江的徑流過程影響，得到如下結(jié)論。

5.1 都江堰渠首工程改造改造后內(nèi)江全年平均徑流量由215m3/s增加至245m3/s；岷江全年平均徑流量由704m3/s，減小為676m3/s；外江全年平均流量由384m3/s減小為322m3/s。

5.2 都江堰渠首工程的改造，導(dǎo)致下游內(nèi)、外江水文情勢(shì)發(fā)生改變，不僅河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定受到威脅，同時(shí)水體的自凈能力也會(huì)降低。

5.3 合理確定外江和岷江中游生態(tài)需水和環(huán)境需水、落實(shí)水資源管理政策、節(jié)約灌區(qū)綜合用水、合理配置魚嘴斷面的水資源及實(shí)施跨流域調(diào)水增加水資源量，是都江堰可持續(xù)發(fā)展的保障。