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李冰總結前人治水的經驗，提出“分洪以減災，引水以灌田”的治水方針，決定在岷江上修建一座防洪、灌溉、航運兼用的大型綜合水利工程。他精心地進行設計，調動大量人力、物力投入修建。經過艱辛的努力，工程終於完成，這就是舉世聞名的都江堰。
整個都江堰工程包括渠首工程和灌溉渠道兩大系統。渠首工程在今四川灌縣城西。這裡地扼岷江從山區進入平原的咽喉要衝，利用江水的落差和平原的傾斜，可以實現自流灌溉，費用省，效益大，一勞永逸。渠首工程由分水堤、寶瓶口和飛沙堰三個主要部分以及其他輔助工程組成。分水堤好象一個“金”字，所以又叫金剛堤。它的前端好象魚嘴，稱為分水魚嘴。分水堤如同一把利劍，插入滔滔的江水之中，把岷江一分為二，形成外江和內江。西邊的外江是岷江主流，主要作用是排水洩洪；東邊的內江則供給灌溉用水。寶瓶口是鑿開玉壘山而形成的一個引水口，長約八十米，寬僅二十米，狹窄如瓶頸。它能自動控制從內江流入渠道的水量，起節制閘的作用。飛沙堰是分水堤和寶瓶口之間的一道低矮的滾水壩。漲水季節，過量的洪水夾著大量泥沙和石塊漫過壩頂，流入外江，既分洪又減淤，一舉兩得，保證了灌區的安全。分水堤、飛沙堰和寶瓶口有機結合，渾然一體。從寶瓶口引入的江水透過四條大幹渠和密如蛛網的支渠毛渠，流向廣闊的成都平原。四大幹渠實際上就是四條河道，其中兩條從成都城下流過，可以行駛船隻、放送木排，為船運提供了方便。兩千多年前建成的都江堰，設計便如此科學合理，在世界水利史上也是少見的。
民間傳說，在都江堰動工前夕，李冰和江神進行過殊死搏鬥。當時，江神提出要娶美女二人為妻，並揚言說如不答應，就要製造水災。為了不讓百姓受害，李冰說他願把自己的女兒送給江神。送女那天早晨，他帶著美酒和食品，獨自一人來到江神廟。江神以為李冰是來向他敬酒的，十分高興。誰知李冰舉起酒杯以後，卻一一列數江神的罪過，痛斥它的貪婪和殘暴。江神氣急敗壞地逃向河邊，變為一頭黑犀牛。李冰緊追不捨，也化為牛，和江神展開搏鬥。你來我往，幾十個回合不分勝負。江岸上人山人海，人們屏著呼吸焦急地等待著較量的結果。一會兒，李冰汗流浹背地來到人群之中，對他的下屬說：“我鬥累了。南面那條牛就是江神，你們去把它殺死吧！”下屬應命勇敢地衝上前去，奮力搏鬥，終於把兇惡的江神殺死。這個傳說生動而曲折地反映了李冰和修堰群眾，在興建都江堰過程中，所進行的艱苦卓絕的努力。
開鑿寶瓶口是整個工程的關鍵。在沒有炸藥和先進工具的戰國時代，要鑿開堅硬的岩石，打穿玉壘山，並不是容易的事。李冰集思廣益，想出了好辦法。他讓民工們把許多木柴堆積在岩石上，放火點燃。熊熊的烈火把岩石燒得滾燙，趁熱澆淋冷水，頑石便在冷熱的急驟變化中炸裂開了。工程中需要修建很多堤壩。怎樣堆砌呢？李冰從洗衣婦女用的竹籠得到啟發。他讓民工們從山上砍來竹子，編成一個個大竹籠，放在水邊，然後填滿鵝卵石，層層相疊，一條條堤壩就修起來了。這樣就地取材，簡便易行，節省了很多費用，加快了工程進度。為了測量水位，控制內江水量，李冰讓石工打了三個石人，立在分水魚嘴附近的內江中，要求水量多時不超過石人的肩，少時不能讓石人露出腳。水利史專家說，這三個石人實際上是世界上最早的水則（水R）。
都江堰建成以後，成都平原的水患大為減輕，經濟面貌根本改觀。天旱時，開啟水門，清水自動流入田間，浸潤禾苗；下雨時，關上水門，多餘的水順渠流走。蜀地沃野千里，水旱從人，不知饑饉，沒有荒年，從此稱為“天府之國”。兩千多年來，都江堰一直髮揮著它的效益，人們讚美它“