用IT视角解读祖传系统——都江堰

余秋雨曾说过:"中国历史上最激动人心的工程不是长城,而是都江堰。当然长城同样非常伟大。

说起都江堰,恐怕世上不知道的人比知道的人少;听闻过其大名,但少有人知道他的大名为啥如此的响亮;而且持续时间还这么久(时间单位以千年计)。

如果没有一个导游给讲解,也就是观观江水,走走几座桥,看看远处青色覆盖的岷山,最后也就是以到此一游结束。(读完本文你应该不用导游了,这只是本文的副作用之一)

作为一个已在成都定居10+的新成都人,还是第一次去景区评级为5A级的都江堰,游玩里发现都江堰和我们做的IT系统很类似,所以突发奇想:如果都江堰是一个IT系统。那么是否可以用一个IT的视角去解读它? 我的回答是:应该可以。

都江堰系统的主要目标----防洪和灌溉

防洪

在开凿都江堰之前,成都平原上基本不住人,为什么了?每到夏秋两季,是四川的雨水区,从岷江上游爆发的山洪,经常性的冲击成都平原,造成洪灾。

另外从地理环境上分析,四川是一个盆地,就像一个大盆子;四周雪山融化后的雪水,夏季暴雨,都往这个大盆子里汇流;雨水一大排不及时,就成了菏泽之国。

所以那时候的人们住哪里了?一般住山里。

灌溉

成都平原当时拥有优质土地十几万亩(上古时期被洪灾不断的冲刷形成的肥沃土地,现在已有上千万亩);夏秋两季倒是不缺水,而且还超量了,因为经常性的闹洪灾 ;但春冬两季又是枯水期,下雨少;并且这两季气温低,雪山上融合的水就更少了,这就造成了旱灾

夏秋两季劳苦农民只能祈求老天爷不要下这么多的雨了;而到了秋冬两季农民又哀求老天爷尽量下点雨吧,农民太难了。估计在每个农民心理把自己能想到的神灵 阿弥陀佛,太上老君,玉皇大帝 都朝拜过一遍;但每年的结果还是一样。

2200多年前,从底层人民到上层国君 都极度的渴望 这么一套系统来解决这个尖锐又矛盾的问题。

主要模块

都江堰核心模块包含三个部分:鱼嘴飞沙堰宝瓶口 。三者有机配合,相互制约,协调运行。

鱼嘴------分流(四六分水),流量第一次清洗(二八分沙)

为什么叫鱼嘴了,看下面的图。大家可以先猜猜(看第一眼很难和菜桌上的鱼嘴联系起来)

因为这个是鳄鱼的嘴巴

鱼嘴主要是把岷江的水一分为二,进行分流;左边部分流向外江(即原来的水道),右边部分为内江,人工引水渠道,主要用于灌溉。

分流(四六分水)

李冰治水时让内江河床低于外江,在冬、春枯水季节,岷江水位较低,河流主流线,多靠近河谷凹岸流去(即内江),金刚堤将约十分之六的江水流入内江,十分之四的江水流入外江 ,保证了灌区的用水量。 夏、秋洪水季节,山雨和洪水较多,岷江水位相对升高,河流主流线相对变直,大部分江水流向凸岸,故金刚堤又将十分之六的江水排入外江,十分之四的江水注入内江。通过自动调节水量达到第一次泄洪和防旱

流量清洗(二八分沙)

在鱼嘴分流的地方,内江处于凹岸,外江处于凸岸,根据弯道的水流规律,澄澈的表层水流流向凹岸,浑浊的带有大量沙石的底层水流,流向凸岸,这样大概80%的的沙石都会被外江带走;第一次进行流量清洗

飞沙堰------限流降级,二次流量清洗

飞沙堰是都江堰三大件之一,看上去十分平凡,其貌不扬,其实它的功用非常之大。可以说是确保成都平原不受水灾的关键部件。

飞沙堰修建在鱼嘴尾部的一道低坝。宽240米、下距宝瓶口200米,高与宝瓶口水则十三划齐平

限流(防洪,防旱)

当丰水季节内江的水量超过宝瓶口流量上限时,多余的水便从飞沙堰自行溢出;如遇特大洪水的非常情况,它还会自行溃堤,让大量江水回归岷江正流,这是第二次防洪

当在枯水季节,水位低于飞沙堰时,它便成了一道天然节制闸,自动失去了泄洪功能,让内江水只通过宝瓶口;不流入外江。通过低堰第二达到了防旱

二次流量清洗(飞沙)

岷江从万山丛中急驰而来(岷山水的出口和平原落差200多米),挟着大量泥沙,石块,如果让它们顺内江而下,就会淤塞宝瓶口和灌区。 而飞沙堰利用了弯道环流作用,岷江江水经鱼嘴分流入内江,水势被对岸的虎头岩一档、底层的泥沙扑向对岸飞沙堰。 飞沙堰在鱼嘴已排沙80%的基础上,继续把江水中约含15%沙石排向外江,最终流向成都平原的水流含沙量只占5%左右了,确保下游河道不被淤积;第二次进行流量清洗

宝瓶口------分流和控流量

宝瓶口这里本来是玉垒山的一段石壁,李冰治水时,花了8年时间将石壁凿开,形成了如今宽20米,深40米,长80米的一个"瓶子"。因它的形状像瓶口,故名宝瓶口,被分开的玉垒山形状如石堆,后人称之为离堆。

修建宝瓶口的目的是分流和灌溉,约束进入成都平原的水量,如果遇到洪水时期,大量的水被宝瓶口阻拦,水面就会上升,当水面超过旁边的飞沙堰时,就会被上面提到的飞沙堰排往外江,进行二次泄洪;并让流入成都平原这个内部 系统的流量始终是稳定的。

分布式系统

如果把都江堰系统看成是流量的网关,那么成都平原53个县市的土地灌溉网线和子分渠就是众多的内部子系统,这些子系统都有同一个流量入口的网关。

容错和稳定性

都江堰必须在各种自然条件下保持稳定运行,包括洪水和地震。这需要考虑到容错性和灾害恢复。

在夏季暴雨期,雨水非常充足,在加上气温高,山上积雪融合快;极容易造成下游河道的漫灌,通过两次分流和水量的调节,即使在暴雨期;灌入成都平原的水量也不会超过最高水位,这样就保证了大流量下成都平原内部系统的稳定性。

在枯水期,通过四六分水和飞沙堰拦水功能,让尽量多的岷江水流入内江;保持了灌入成都平原内部系统有持久稳定的水量,不至于无流量让系统饿死。

利用内江底层凹,外江底层凸的特点,对水中沙石进行第一次流量清洗,水中80%的沙石流入外江;而到了内江时,利用弯道环形作用,把剩余15%的沙石,甩向了飞沙堰;再加上每年的岁修制度,及时清理河道里剩余的沙石,保证了内江渠道不会拥堵,且流向成都平原的水里尽量少的带走沙石,防止下流渠道的堵塞。

可维护性

都江堰的维修六字诀和标准:"深淘滩,低作堰"

都江堰并不是一个365天都在运行的系统。它需要停机维修。
"深淘滩" :是指上文中的飞沙堰一段、内江一段河道要深淘,深淘是有标准的,这个标准是古人在河底深处预埋的"卧铁"。岁修淘滩要淘到埋藏在地里的卧铁为止,才算恰到好处,才能保证灌区用水(淘的太深,水量过大;淘的太浅,水量又不足)。并且在古代从制度上确认了维修周期,即岁修:大概每年春冬枯水季节时,进行岁修维护。
"低作堰" :指的是飞沙堰,此堰不能比宝瓶口高;要是比宝瓶口还高,一到发洪水;水都往宝瓶口流入,同样会造成成都平原的洪灾。

总结

都江堰是灌溉成都平原众多灌渠的网关系统;它在2000多年的时间里发挥了引流,流量清洗,防洪,防旱等功能。祖传系统优雅的设计和定期的维修;让它能这么平稳的长久运行,未来还将长时间持续的运行和发挥自身的作用。

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