都江堰：逻辑、胆识与智慧新解

今天是清明节，也是都江堰延续了一千多年的“放水节”——祭祀为这座著名水利工程做出了伟大贡献的秦蜀守李冰，当然也包括跟随他治理岷江的劳动大众。

由于古时的记载过于简单，现代的解释谈到了江水在荣枯变换间因“弯道环流”、以及因“内、外江高地宽窄有别” 而致“四·六分水”和有效排沙。但是，这些解释仍不够具体，也不够系统，以至于都江堰真正的智慧至今也未能充分显现。

对此，笔者依据山川地理、水岸关系以及工程逻辑性等，对都江堰的建造过程进行了重新梳理，期望能够让古人在此过程中发挥出来的胆识与智慧得到应有的体现，也让去都江堰旅游的人们真正看懂都江堰。

一  岷江水患

从任何一张地图上，我们都可以看到，在出山的最后一段旅途上，岷江遭遇了坚硬花岗岩石壁的迎面阻挡，被迫以大弯折的方式从现今紫坪铺水库坝址处的山缝之间倾泻而出，然后继续在大山挟持下弯流而行，直至关口与白沙河的汇合处才得以冲出峡谷。

出峡后，岷江江流向东直指主要由砂砾石覆盖隆起的玉垒山。由于砂砾岩石抗冲刷能力较差，玉垒山江岸便在江流的不停冲刷下逐步后退，形成了直至离堆前的一道弧形大弯及一片较为广阔、西高东低的河滩。

沿大弯从离堆前出山的岷江，其流向转为东北—西南方向，进入了成都平原中西部。这片区域主要由岷江冲积而成，也被岷江及平原西部大山共同塑造成了西北高东南低的地势。

不幸的是，冲过离堆的岷江恰恰位于平原西北高点，其东北—西南的流向，正是朝着成都平原的西部高处而去的。但是，冲入平原高处的水流依其避高趋下的本性，又往平原的东南方向冲下，在没有山石阻挡的平原上发散开来，肆意而行。（图一）

这些大大小小的河流，不仅会因夏涨冬落，而且会因它们携带的泥沙拥塞而变动不居、反复折腾，让居住在这个平原上的古蜀人吃尽了苦头。

与此相反，在成都平原东北部岷江河水到达不了的区域，则时不时会遭受旱灾的侵袭。

岷江水患对后来的都江堰也造成过巨大破坏。明确记载发生于公元910年（距都江堰建成约1160年后）的岷江大洪水，就将原来的渠首【图一中‘鱼嘴（旧址二）’，甚至包括‘鱼嘴（旧址一）’】冲毁，包括鱼嘴在内的渠首不得不下移约一公里至现在的位置【图一中‘鱼嘴（新址）’】。

数千年间，地势导引河流，河流规范人居，至今成都平原上包括成都市在内，许多城镇街道都呈“西北-东南”走向，原因就在于岷江的各支流受制于大平原西北高、东南低的地势而顺行所致。

二  江流序变

我们可以注意到，从出峡（关口之后）到出山（离堆之后）之间的这段河道，与其前后两段有着明显的不同，不仅大弯道内套着几个小弯道，还在河滩上出现了大大小小的江心洲。

大弯道内之所以会出现小弯道，是因为砂砾石覆盖下较硬岩石出露，形成突出江岸的山嘴所致。这些山嘴从上至下主要有白沙山嘴、观音岩山嘴、杨泗庙山嘴和虎头崖山嘴。

在这些山嘴前，江水被迫改变了原来向东的流向，转为偏南或偏西方向，而在绕过山嘴后又因河道整体向东倾斜重新改回原来向东的流向。这样，江水经过四个山嘴就分别形成了三个较小的弯道环流（简称“弯流”）。

而江心洲的形成方式则是多种多样的，比如河道中的岩石出露、弯道环流在山嘴尾端水势变换等导致分流，然后重新汇合。在岷江此段河道中，我们没有发现有岩石出露，那么这些江心洲形成的起因就是弯流在山嘴尾端水势变换等导致了分流。

       从任意蜿蜒的河流中都能看到，河水经过山嘴后，只要河道有一定宽度，它就会挟其动能沿尾端方向冲出去一段距离。在其它条件相差不大时，这个距离与水势大小成正比关系。

所以，我们容易看到在水势变化时，河流冲出山嘴尾端后出现分流、甚至主流变换水道的现象。特别明显的是，在夏季丰水期，尤其是洪水期，河流的主流会走远离尾端的水道，支流则走靠近尾端的水道；而到冬季枯水期，情况则相反。

当分流出现后，如果各支分流仍然处于同一河道并且这条河道中间无岩石等障碍物阻挡，那么它们就会在分流之后，由处于高位的那些分流遵循本性，向处于低位的分流流去，重新汇合；此时，夹在各支分流中间因淤积而露出水面的砂石河滩就被称为“江心洲”，其面对江流的顶端则被称为“鱼嘴”。

恰好，岷江在这一区段就具备了上述特征，因此它在此段蜿蜒前行中出现分流的同时，也出现了主流、支流在季节之间变换及生成了数个江心洲（图二）。

需要注意的是，江心洲是变动的，不仅因洪水期会有更多漫滩支流出现而短暂地分割出更多的江心洲，每个江心洲的位置、形状也会随江流、江岸的改变而出现变化；相应，鱼嘴位置也不得不随之发生改变。

在（图二）中，笔者将现在循外江而行的江水，标示成了将虎头崖对面的江心洲切割成两半，并在虎头崖下、飞沙堰上方重新汇合的情形。这种标示符合上述分析，反映了从上游分流到江心洲西面的江水，在向东倾斜河道的导引下，同样有着趋向东面分流汇合的自然要求。不仅如此，这种要求还可以从下述宝瓶口、离堆的形成推断上去印证。

三  宝瓶口“天生”

       任乃强先生在其《华阳国志校补图注》一书的注释中曾指出：“伏龙观之宝瓶口，上侏罗纪砾岩之裂缝也。天然自生，非人力所鑿。”

       由前面（图一）（图二）可见，岷江在将玉垒山向东节节冲退后，形成了一个大中套小的弧形弯道。在伏龙观建于其上的离堆前，这个弧形弯道却出现了一个深度大于100米的凹进。而这个凹进的形成就是理解宝瓶口裂隙出现的关键。

在远古时期，玉垒山留给岷江的大概率只是一条狭窄的水道。哪怕被江水节节冲退后，其江岸线和山脚线在离堆附近所包含的，也会是远较今日离堆及附近江岸线更为凸出的一个大山嘴。（图三）

从（图三）可见，这部分凸出山嘴正对的是夏季、尤其是洪水期观音岩山嘴分流后重汇而来的主流，不可避免会受到洪水程度不等的断续冲击。久而久之，这部分江岸相对于其它部分就会退缩消减得更为迅速，直到退至离堆跟前。

显然由于地质状况差异，离堆周围部分——包括其东北方与玉垒山连接部分——对江流的冲击抵抗力相对离堆较弱。于是，离堆周围部分在江流的冲击下就会逐步坍塌消失，而离堆与玉垒山的连接部分也会在坍塌到一定程度后出现山间裂隙——这就是宝瓶口初时 “天然自生”的过程。

离堆相对于周边更能抵抗江流冲击的原因，是离堆自身有较硬岩石支撑或档护——约为民国时期拍摄的一幅影像，就显示了离堆下迎水面就曾有一处称为“象鼻石”的出露岩石存在。

此外，上述洪水期主流在没有冲垮离堆、彻底冲开宝瓶口之前，只能顺势向离堆右方拐进。今日所称“溢洪道”的水道，应该就是那时冲刷而成并遗留下来的。

四  治水初衷

对岷江水害的治理，见于史书最早的是大禹，其在“梁州”（古代包括巴、蜀及汉中在内的区域）对岷江进行了“东别为沱”（《尚书·禹贡》）——即对岷江进行主动分流的活动，但是“东别”具体实施于何处却未有记载。

其次是一位叫做开明，后来成为开明王朝创立者（丛帝）的古蜀国官员。东晋常璩撰写的《华阳国志·蜀志》记载道，古蜀国杜宇时期（约公元前676年），“会有水灾，其相开明，决玉垒山以除水害”。由此可知，开明是在现今都江堰的玉垒山下，将宝瓶口已有的山间大裂缝加深拓宽，主动从离堆前流过的岷江主流上分出一条支流来；这一方面可以减小岷江冲向平原西部高地的水量，降低其在平原上漫流的危害程度，另一方面则可将此支流引入平原东部，灌溉那里的农田。这种一举两得的办法无疑对成都平原上的农业发展起到了推动作用。

至秦惠王灭蜀（公元前316年）前，按伐蜀建议者司马错的描述，此时的蜀地已然是一个“其国富饶，得其布帛金银，足给军用”的地方。

那么李冰建设都江堰的目的何在呢？这就要从秦国的企图和李冰担任蜀守的形势要求说起。

秦灭蜀及巴最主要的目的，是要借蜀、巴的长江上游优势，配合出关中的另一路大军“以东向楚”夹击楚国。之后数十年，秦也确实以巴蜀为基地陆续从楚国手中夺取了大片土地。到李冰接任蜀守一职时（约公元前256年），秦对楚作战已进入后期，其统一六国的战争大幕也即将拉开。

在此之时，如果认为李冰任蜀时的大作大为与秦国灭蜀的既定目的、与即将到来的统一战争无关，那是说不过去的。

其实，我们只要把李冰接任后所做的主要事情串联起来——从现今都江堰“穿郫江、检江，别支流，，，，以行舟船。”在现今乐山“凿平溷崖，通正水道。”至现今宜宾遇“不可凿”的峻崖，“积薪烧之”，，，，——就可以看到，所有这些耗费巨大的工作，都是在开凿、疏通水道，使之在成都平原地带聚集人员、物资，向面对楚国的黔中和长江中下游地区的输送更为便利，为消灭楚国进而“天下并”做准备的。

可见，李冰修建的都江堰，初始其实是一项包括岷江中、下游河道整治在内的军事后勤工程的一部分。

当然，作为一方主政官员，接续开明的做法，引流灌溉以发展农业仍然是李冰的职责，即便都江堰作为军事工程也依然可以为民所用，就像司马迁在《史记·河渠书》中对这些河道描述的那样：“此渠皆可行舟，有余则用溉浸，百姓飨其利。”

五  壅江作堋

作为承担了军事后勤任务的河道，其尽可能需要满足的条件应该是四时（春、夏、秋、冬）皆可行船。由此，能够行船的河流与能够灌溉的河流相比，除了流量必须够大，以保证行船不会搁浅外，还须流量相对稳定，不然运输就会时断时续。

以后来李冰必须建造都江堰的行为来看，原由开明开凿的水道是不能满足上述要求的。

那么，李冰面对当时的情形会采取什么办法呢？显而易见，第一，需要将宝瓶口在开明已经开凿的基础上进一步凿宽凿深，让其可以通过更多的水量。

第二，需要把离堆前斜流而过的江水的一部分相对稳定地引入宝瓶口中。

达到第一点要求不难；而达到第二点要求最直观的办法，是在离堆前方建一座伸向江中的拦水坝，直接把一部分江水挡入宝瓶口中。

但是这种办法存在着两个严重缺点，一是岷江自身在季节之间，甚至是在日夜之间，江水流量就可以发生巨大的变化，此时要保证宝瓶口流量的基本稳定，就得不断调整这个伸入江中的拦水坝长度，这将消耗大量的人力物力。

二是此处为分流重汇区域（图二），江水的汹涌和紊乱超乎寻常，这会大大提升拦水坝被冲垮的风险，也导致堤坝的保护、修复需要超乎寻常的人力物力投入，这无疑进一步加大了整个工程运营的难度。

有没有更好的办法可以弥补上述的缺点？当然有，那就是换一种更为大胆的思路：修一条贯通整条大江，将江面水位抬升至宝瓶口所需流量水位的水坝——这就是后来称为“堰”的设施。

作为“坝”类之一，“堰”之拦水的目的是抬升并控制水位，因此它允许所拦之水的水位升到要求高度后，多余的水可以翻过坝顶流出去。显然，“堰”不需要为了保持水位而不断调整自己的状态，相对上述第一个缺点这无疑是一种重大的改进——《华阳国志·蜀志》记载的“冰乃壅江作堋”指的就是此事；而这个“堋”，就是被后人称之的“飞沙堰”。（图四）

但是，由于横贯大江之中，飞沙堰坝体肯定会受到江流的巨大冲击，由此产生的后果不仅不会弥补上述第二个缺点，反而还可能将其进一步放大。

怎么办？此时此境，唯有减少来水才能降低冲击的危害，除此之外并无其它选择；而要减少来水，唯一能够做的也只能是让江水在抵达飞沙堰之前被先行分流，或者是对已有的分流予以调整。

要在分流重汇之地，江水涨落之间，既让飞沙堰受到的冲击程度降低，又要保证宝瓶口有足够且稳定的进水，看上去这不是一个简单的任务。

六  四·六分水

      进一步分析可知，由于丰水期宝瓶口的进水量只可能嫌多不可能嫌少，而枯水期来水或许还达不到翻坝的程度，江水对飞沙堰的冲击损害也就不大。

于是，上述任务可以简化为两点：一是如何在丰水期将更多江水从流向飞沙堰的河道上分离出去；二是如何在枯水期将更多江水引入流向飞沙堰的河道中。按今天的情景简言之就是：在实现或利用先行分流的同时，如何让江水主流在丰水期走外江，而在枯水期走内江——这就是被称作“四·六分水”要求的本意。

问题到此，自然与我们前面的描述起了关联。前面提到，岷江流经山嘴后，不仅通过分流造就了江心洲，还形成了在丰水期因水势更大、冲出尾端更远距离，会有更多的江水进入江心洲的西侧；反之，在枯水期则会有更多江水进入江心洲东侧的情形——这与上述“四·六分水”要求具有变换上的一致性。（图五）

既然如此，利用这已存在的自然分流进行我们所需要的分流不就是最佳的选择吗？

但是，由于江流具有的各种变化，自然分流变换的一致性并不意味着水量在大小分配上也能够满足前述的要求。于是，通过人为干预进行细调成为必要。

从分流形成的原理可见，调整分流的水量比例，既可以通过改变形成分流的山嘴尾端方向或对其进行伸缩处理来进行，也可以通过改变承接分流的鱼嘴方向或对其予以伸缩处理来进行。

显然，在山嘴形态和地质都相对稳定的情况下，对分流比例的调整就只需要对鱼嘴的方位、伸缩进行调整就行了。

进一步看，丰水期巨量江水是很难通过一次分流就达到要求的。对此，李冰采取了充分利用岷江在此段自然形成的连续分流，进行鱼嘴梯次配置以及开凿“平水槽”等小型泄洪道的方式。这样就既保证了江水在到达飞沙堰之前向各个江心洲西侧的分流尽可能充分，又降低了承担最终分水任务的鱼嘴受江流变换影响的程度——这就是为什么会在主要实现“四·六分水”的鱼嘴二前方还要修建鱼嘴一的原因。

当然，枯水期由于水势减缓，江水主流就会沿各个江心洲的东侧行进，这样宝瓶口的进水量也能得到保证。

大功就此告成？否。别忘了，如我们前面分析的那样，由于这一段河道的西高东低特征，以及鱼嘴二与飞沙堰之间存在相当的距离，分到鱼嘴二西侧的江流会在飞沙堰之前与鱼嘴二东侧的那一支江流重新汇合。

为避免这种情况发生，李冰采取了直接的办法，就是对回流予以阻挡；其结果就是我们今日还能看到的、从鱼嘴二一直延伸到飞沙堰尾端的护岸石堤下半段——它原来有一个名称叫“逼水坝”，意即用来逼退向东回流江水的堤坝，可谓名副其实！

当所有这些活动都完结后，我们得到的是一项三重递进的综合水利体系，即：以实现军用运输要求而加深拓宽宝瓶口；为保证宝瓶口进水量要求而建设飞沙堰；再为降低洪水期飞沙堰受冲击程度、提升枯水期宝瓶口进水量而建造鱼嘴、金刚堤及平水槽。

至此，这个开明始作、李冰接续的系统工程——都江堰——才终于可称大功告成了。

七  胆识与创新

综上分析可见，都江堰的建造是在一种特殊的地理环境下进行的，但它的建成却是古人在此之中大胆实践、善于创新的结果。

作为古人兴修水利的主要方式，水坝在全世界都可以见到踪影；近年良渚遗址水利设施的发现，又将人类应用水坝的历史推移到了5000多年前。而作为“坝”中另类“堰”的应用，由于其顶部需要过水，类似良渚水利设施采用的“草裹泥包”坝是无法经受住过水冲刷的，因此其应用难度更大。

从历史来看，人类在工程实践上具有循序渐进的普遍特征，我们由此可以估计，在都江堰工程对“堰”的大规模应用之前，其作为一种水利方式已经在田间沟渠等场合得到了应用；但是将“堰”从田间沟渠移植到大江之上，无疑是一步大胆且惊险的跨越。

为什么李冰敢于实施这种跨越？或许这又与当时可能已经出现或创新的两项技术有关：竹石笼和杩槎。

与泥土相比，石头抗水冲刷的能力可算非凡。但是，在都江堰建设的现场，可以就地取材的主要是个头不大的卵石，它们很容易在江水冲击下顺流而走。能够让这些卵石发挥起抗冲刷、抗冲击作用的方法，就是把它们牢固地集束在一起——这就是发明竹石笼的意义。

当这些用竹条编结起来、直径最大超半米的长条竹笼被人们从其孔洞投入卵石填满后，卵石就会由于相互卡位而难以动弹，一笼卵石就能起到一块大石头的作用；而当一笼接一笼的竹石笼被堆叠起来，就等于成就了一堵石墙——飞沙堰和金刚堤等护岸石堤的坝体都可以这样建造形成。

从 “冰乃壅江作堋”的记载中可知，为了方便建造飞沙堰，李冰先进行了“壅江”——即暂时性地堵截江流——的工作。从目前已有的记载及推测来看，这一工作是在观音岩山嘴与鱼嘴二之间，以及外江回流内江的支流上采取措施堵截了通往内江河道的江流。

那么，李冰是怎样“壅江”的呢？

从方法上看，从江岸两边向江心抛石填土或抛投竹石笼都是可选的方法。但前者在只能依赖人工的情况下，越至江心难度越大；后者则在需要放水通流时，拆除坝体的难度又会相当的高。而利用杩槎技术——这种通过三角锥状绑木构件迎水而立，再逐渐添加挡水物阻断一截水流，多架连成一体完全截断江流——的方式，优势在于成本较低，建造与拆除都较方便；相对于前两种堵截方法，杩槎无疑是更好的选择。

有了竹石笼和杩槎技术的发明应用，李冰“壅江作堋”的难度就被大大减小了。

                                                                                                                     八  智慧所在

       在《汉语词典》上，智慧是指人辨析、判断和发明创造的能力。从逻辑上讲，体现出智慧性的活动是从对事物及其相互之间关系的领悟出发，再到综合各种知识、利用合理条件对这种领悟得到的新知识进行移植、组合或创新应用，从而在解决问题上可以获得超出已有方式的成果。就此而论，都江堰在建造上对“堰”的移植应用、对竹石笼和杩槎的创新应用，都是智慧的体现。

但是，都江堰工程最大的智慧还不在此。

我们知道，人类之所以能够超出其它动物成为地球高级生灵，完全不在于其自身的力大无穷，而在于其善于借力、借势而为。在古代，我们驯养牛和马，以借其力量与速度；在近代，我们转换水能、化石能等，借以驱动各种机械；到了现代，我们再借助光、风、地热能等，实现了自身能力水平的进一步提升。

可以说，善“借”才是人类的大智慧。

那么，都江堰的建造者“借”了什么吗？当然，他们借了大自然的水能——即我们俗称的“水势”；但囿于当时的科技水平，他们不可能将其转化为现代人类需要的机械能等，而只能是直接的借势省力——也就是借助水势作用来节省人力物力。

在都江堰水利系统中，对江水的借势省力主要体现在以下区域。

第一处是各山嘴与其对应的江心洲鱼嘴区域。如前所述，李冰在这些区域仅进行了调整与修建（稳定）鱼嘴和护堤等些微改进，就实现了借自然的主、支流季节变换最终达到了“四·六分水”的目的。此“借”前无古人也后无来者，可谓人类智慧的杰作。

另外，如平水槽等小型分流，也是借助了较小弯流的水势来实现的。

现代研究还发现，经由这些山嘴而过的岷江，以其弯流方式，还能带来丰水期将大部分河道砂石冲入外江的效果，由此降低了内江河床淤积的速度与程度，可算是对自然之力的一种“额外”之借。

第二处是凤栖窝—飞沙堰区域。

“深淘滩·低作堰”的修堰原则据传为李冰所留下。

就“深淘滩”的作用而言，后人多从满足宝瓶口进水的角度去理解。但是，如果我们观察凤栖窝至飞沙堰的地理就能发现，此处江流正对着飞沙堰。凤栖窝一带如果予以合适的淘深，就会加大鱼嘴至此的河道落差，从而使江水蓄积起更大的动能，将更多的泥沙排出飞沙堰外。（图六）

对应的“低作堰”之意，则不仅是不能过度增加飞沙堰的高度，而且还必须降低其迎水面的坡度，只有这样，过量江水及其裹挟的泥沙乃至石块才能更加顺利地翻坝而去。

不要小看这一智慧。正是由于“深淘滩·低作堰”，用于都江堰运营与维护的人力物力得以大大节省。当古代许多工程或多或少因维护成本过高而遭废弃，都江堰却能流传近百代、造福两千两百余年，秘诀就在这里。

       胆识、智慧并举，除患、兴利一体，作为古代世界的伟大工程，都江堰是当之无愧的！

      注：本文转自微信公众号“静夜微风”，转发时对文章内容进行了少量改动。