2,300年前の水利事業がなぜ今も行われているのでしょうか?都江堰の原理は素晴らしい

三峡ダムの他に、有名な水利プロジェクトを二つ挙げなさいと言われたら、まず思い浮かぶのはおそらく都江堰灌漑システムだろう。

都江堰は三峡ダムと同様に近代または現代に建設されたと考える人もいるかもしれないが、実際には都江堰は2,300年以上前の東周時代に建設された。これは2,300年以上前に建設され、現在でも使用されている水利事業です。 「豊かな土地」四川省は都江堰によって作られたとも言えるでしょう。では、古代人はなぜ都江堰を建設したのでしょうか?東周の時代、蜀は後ほど繁栄していませんでした。成都平原では干ばつが頻繁に発生し、西部の岷江両岸では洪水が頻繁に発生した。当時の蜀は干ばつや洪水に見舞われる災害多発の地であったことがわかります。紀元前316年、秦国は蜀国を滅ぼし、後に蜀県を設置しました。これは、蜀が災害に見舞われた地から繁栄した地へと変貌する始まりを示しました。

商鞅の改革以来、秦国はますます強大になり、長い間六つの国を併合したいと考えていました。蜀を征服した後、蜀を秦国の後方の穀倉地帯にしようとした。

しかし、蜀は災害の地であるのに、どうして穀倉地帯になることができるのでしょうか?蜀の状況を完全に変えるために、秦国はついに岷江を成都平原に迂回させることを決定した。これにより、岷江の洪水期に水の流れを変えて洪水問題を解決するだけでなく、成都近郊の干ばつも解消され、一石二鳥となる。アイデアは良かったのですが、それを実行するのは困難でした。まず、岷江と成都の間には玉蕾山がありました。岷江を成都に流すためには、玉磊山に穴を開ける必要がありました。当時の建設能力では、これは完成までに20年から30年かかる大規模なプロジェクトでした。

さらに、たとえ玉瀾山に開削が成功したとしても、水路を掘って水を流した後、その水はどのように分配されるのだろうか。乾季と洪水期の水量はどのように調整されるのでしょうか?海岸の浚渫と砂の除去はどのように行われるのでしょうか?

これらはすべて非常に難しい問題であり、現代においても設計するのは依然として非常に困難です。それで、都江堰はこの問題をどう解決するのでしょうか?都江堰に含まれる原理は、今日の物理学者を驚かせるのに十分であると言わざるを得ません。都江堰の建設に責任を負ったのは、蜀県知事の李冰とその息子でした。 2,300年前に生きていた人が、熱膨張と収縮を利用して山を切り開くことを実際に思いついたとは想像しがたい。李冰とその息子は、まず人々に岩を火で燃やし、次にその上に冷たい水をかけるように命じました。暑さと寒さにより岩石は非常にもろくなり、掘削が容易になりました。その結果、本来なら20～30年かかるはずだったプロジェクトが8年で完了した。

山を切り開き、運河を掘るのと比べると、いかに水を分け、水をコントロールし、砂を排水するかが本当の課題です。

都江堰の構造図を見ると、李冰とその息子が都江堰を建設するために選んだ場所は、偶然にも岷江の湾曲部であったことがわかります。彼らは川の曲がり角に水路を作るための島型の要塞を建設した。この転流島の先端部分は「フィッシュマウス」と呼ばれています。玉嶽川の左側は外河、右側は内河と呼ばれています。内江の水は最終的に下の保平口を通って成都に流れます。ここにトリックがあります。李冰が都市を設計したとき、内川を外川より深くし、水面から見ると外川の方が内川より広い。この設計により、成都地域は乾季に水不足に悩まされることがなく、洪水期にも洪水に見舞われることはありません。なぜ？

乾季には岷江の水位は低くなりますが、内江自体が外江よりも深いため、内江には外江よりも多くの水が流れ、成都地域への水供給が確保されます。

洪水期には水位が上昇します。水面のせいで、外側の川は明らかに内側の川よりも広いので、外側の川には内側の川よりも多くの水が流れます。これにより、成都に流れる水が制御され、洪水が防止されます。特定の年に水量が特に多かった場合はどうなるでしょうか?それは問題ではありません。下のフェイシャヤンが見えますか?とても低い堰です。水位が飛沙堰を超えている限り、余剰水はここから外河に逆流するため、成都が洪水になることはありません。この独創的な設計により、水の分配と制御の問題が解決され、次のステップは砂の除去です。川が流れると、大量の土砂が運ばれ、時間が経つと必然的に川の水路が塞がれてしまいます。この問題を解決するにはどうすればいいでしょうか?

李氷は物理学が何であるか理解していませんでしたが、彼のデザインのいたるところに物理学が応用されていました。

特に川が曲がるときには、堆積物は川の中で均等に分布していません。シルト自体は重いので、曲がるときにカーブの内側に行き、シルトのないきれいな水はカーブの外側に投げ出されます。このため、李冰は川の湾曲部に都江堰を建設することを選んだのです。川の水は沈泥を運んで曲がり角の内側に流れ、その大部分は外側の川に流れ込みますが、きれいな水は曲がり角の外側に流れ、内側の川に流れ込み、成都に向かって流れていきます。内江河に流入した少量の土砂は内江河の外水路の内側に沿って流れ、最終的には飛沙岩堰を通って外江河に戻ります。最終的にほとんどの沈泥は外河に流れ込むため、毎年の浚渫作業は非常に容易になり、都江堰灌漑システムは引き続き稼働することができます。 2,300年前にこのようなダムを使わない水路工事が成功したことは奇跡とも言えるでしょう。