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第5章 它山堰:中国最早采用堰体倾斜等技术的水利工程

它山堰位于鄞县(今鄞州区)鄞江镇西南它山旁,建于唐太和年(833年),系全国重点文物保护单位。它山堰长134。4米,面宽4。8米,皆用长2至3米、宽0。2至0。35米的条石砌筑,计80片半,左右各36石级。它山堰建成后,发挥了巨大的作用。上游的水被堰阻挡,流入南塘河,使鄞西七乡20余万亩农田得以灌溉:遇到洪灾,上游洪水则漫过堰面注入奉化江,经甬江入镇海口泻人海中,减轻鄞西洪灾。

它山堰与郑国渠、灵渠、都江堰合称为中国古代四大水利工程,经历千余年悠久岁月,至今依然能发挥引水灌溉防御成卤、宣泄洪水的作用。其堰体倾斜度、粘土夹碎石层、堰体平面布局以及多级护理消能防冲方式,创造了我国占水利工程的奇迹。其中前两项为全国古水利工程之首创,比国外同类技术的运用早200多年。

上世纪90年代,在它山堰修复期间,清华大学沈之良等水利专家对堰体及地基进行浅层地震波勘探,总结出它山堰的四大技术成就:

其一,石堰堰底倾向上游,其倾角约为5度。这一构造措施,能使堰体的水平抗滑稳定性增加一倍以上。这一结论是根据当代水工建筑物设计理论得出的,而1000多年前宁波的能工巧匠,凭他们的实践经验,匠心独具,就懂得这一点,这在国内外的古代坝工建设中属首创。

其二,历代修堰所遗留下,的零散分布的条石下面,尚有一层厚度与分布范围有待进一步查清的粘土夹碎石层。这一粘土夹碎石层不仅可防止上游水流向下游的渗流,还可防止涨潮时成卤水自下游向上游的渗透,从而保证了引水水质,这是它山堰创造的又一奇迹。

其三,在堰体厚度布置下,不是采用传统的等厚布置,而是采用渐变方式,即河床中央的堰体厚度为3。85米,朝左右两侧逐渐减薄到2米左右。据水利专家分析,河床中央堰体较之河床左右两侧,其刚度之比可达7倍以上。

其四,它山堰堰体横跨河床长达100余米,它在平面上并未采用直线布置,而是略带向上游鼓出的弧形。这样,当溢流时,尤其在宣泄汛期洪水时,水流会向河床中心集中,这在很大程度上减少了对河道两岸的冲刷。而堰体的消能,采用了多级护理消能防冲方式,这与近代水力学中所提出的分散消能原理,也是不谋而合的。