作为现存世界上历史最悠久、至今仍发挥巨大作用的水利工程体系，都江堰从创建到成熟有一个逐步发展的历史过程。根据渠首工程及灌区的发展，大致可以将都江堰的演变过程划分为创建期、逐步完善期、成熟期和承前启后期。
一、创建期
有关都江堰的创建，最早见于西汉司马迁的《史记·河渠书》，“于蜀，蜀守冰凿离碓，辟沫水之害，穿二江成都之中。此渠皆可行舟;有余则用溉浸，百姓飨其利。至于所过，往往引其水益用溉田畴之渠，以万亿计，然莫足数也。”此后，班固的《汉书·沟恤志》、应助的《风俗通义》都有详细记述。由这些史料和都江堰的现代情况来看，都江堰应是创建于战国末期，此时的蜀地已成为秦国为完成统一大业的大后方。关于都江堰具体的始创年代，应是创建于秦昭王五十一年(公元前256年)，创建者是秦蜀守李冰。所谓“凿离碓”，指的应是开凿都江堰的宝瓶口这一工程。“壅江作堋”，根据一些学者的研究，即指的是类似分水鱼嘴的工程。可见都江堰在创建之初，可能只有两个工程——分水鱼嘴和宝瓶口，重要的溢洪工程——飞沙堰在创建时期还未出现。并且，李冰在主持修建都江堰的时候，他考虑这项工程所要发挥的效益依次是防洪、航运和灌溉。创建期的都江堰，主要是分水鱼嘴(也称“堰”)和引水的宝瓶口，还没有形成一个完善的互相影响的水利系统，但此时的都江堰因分水鱼嘴与宝瓶口组合在一起仍可发挥综合性效益。
二、逐步完善期(汉至唐)
西汉文帝时期，文翁任蜀守，史载他引水工程“溉灌繁田千七百顷”，这不仅使得都江堰的灌溉面积扩大，保证了成都平原西北部的灌溉水源，而且也使得都江堰的内江水系与沱江相联，都江堰的作用由此进一步提升。
三国时期的蜀，由于要大力发展经济，统治者对水利的重视尤其体现在加强对都江堰的管理上，不仅在都江堰置堰官，而且还派军队驻守，以保证对都江堰的有效控制。
西晋时，在蜀郡同样设置有专门负责灌溉用水调度的官职，如蜀渠都水行事、蜀渠平水、水部都督等，可见中央政府十分重视都江堰的重要作用。
成书于北魏时期的《水经注》在引用以上史料的同时还补充:“李冰作大堰于此，壅江作堋，”。从这些记载来看，魏晋南北朝时期的都江堰，其渠首工程应包括堋 (相当于鱼嘴)、渠口(宝瓶口)、内江引水渠以及内江各干渠的进水口，同时，由时人对都江堰的认识也可以看出，这时期的都江堰渠首各工程之间的关系更加紧密，都江堰工程本身也日趋成为一个系统工程。
至唐代时，有关都江堰的记载更加详细。《新唐书·地理志》记载说:导江“有侍郎堰，其东百丈堰，引江水以溉彭、益田，龙朔中筑。又有小堰，长安初筑。”唐代的都江堰渠首工程有键尾堰(相当于鱼嘴)、侍郎堰、百丈堰，不过这里的侍郎堰、百丈堰不一定就是指的今日的飞沙堰和鱼嘴之上游的百丈堰，但组合在一起应是发挥壅水、引水的重要作用。
唐代都江堰的灌区也有很大的发展，灌区不仅继续延伸至成都平原南部甚至崛江中游，而且灌区的管理组织体系和管理制度得到进一步完善，从渠首到灌区己形成了较严格的岁修制度，保证了都江堰永续不断地发挥作用。
三、成熟期(宋元明清)
两宋时期，有关都江堰的文字记载较前代大有增加，由这些丰富的记载可知都江堰的主体工程包括象鼻、离堆、侍郎堰、支水和摄水等，其中“象鼻”指的就是具有分水引水功能的鱼嘴，“离堆”即进水的宝瓶口，“侍郎堰”在此时的功能相当于泄洪和排沙的飞沙堰，“支水”和“摄水”等辅助设施大致相当于导流堤、拦河低堰等。至此，拥有分水、导流、引水和溢洪排沙综合功能的工程体系的形成，标志着都江堰作为一项综合性的水利工程己经进入了成熟期。
成熟期的都江堰内江灌区共分出4条干渠，灌溉着成都府，蜀、彭、绵、汉等地，灌溉面积超过200万亩。都江堰的管理也更加完善，不仅形成了稽查、水政和工程三个互相制约的管理体系，而且都江堰还成为国家水利工程，朝廷派出御史领提举官，到灌区巡视，代表中央政府监督岁修工程质量和经费使用情况，地方上则设置各级官员共同负责灌区的水政和都江堰工程的管理及岁修活动。
宋代以后，由于战争的破坏，导致都江堰连年失修而废弃，除了宝瓶口被保留之外，都江堰的其他工程设施几乎都因受到破坏而荡然无存。当战争结束后，都江堰又得到重建，并迅速恢复原有灌区的规模。必须要提到的是，重建后的都江堰各工程设施都是原来的工程型式，进一步说明了都江堰经过近千年的演变和
发展己经足够成熟，并且其所采用的工程型式和设置也被证明是符合历史发展需要的。
元代时，“都江堰”一词第一次出现在文献记载中之，不过特指渠首的鱼嘴，“宝瓶口”一词则最早出现于明代文献记载。到清乾隆时期，虽然仍需岁修，但是鱼嘴的位置稳定在今安澜索桥处，飞沙堰、百丈堰等工程设施也相应形成了固定的建筑型制。清嘉庆年间，都江堰的鱼嘴、飞沙堰、人字堤等工程名称都可见于文献记载，这些名称一直沿用至今。
由于岁修工程浩大，并且需要很大的人力、财力和物力，从元代开始，有主持者尝试用砌石来取代竹笼以筑堤堰，并企图以永久性的工程结构省去浩大的岁修工程，但由于都江堰所处的河段水流流速过大，以砌石为代表的刚性工程材料易被水流冲毁，因此竹笼材料仍占主导地位。不过，这种以永久性工程结构代替竹笼工程的尝试却为后来都江堰工程的技术变革提供了前提。
四、承前启后期(20世纪30-80年代)
这里的承前启后期是就都江堰的工程技术而言的，这一时期大致是从20世纪30年代开始，到80年代结束。1935年，都江堰的鱼嘴首先改用水泥来修筑，鱼嘴由此成为都江堰水利工程中第一个传统工程结构与现代水工结构的结合物，此后，飞沙堰、鱼尾、金刚堤等工程设施陆续采用水泥修筑，意味着现代水利技术、建筑材料与古老的水利工程型式在都江堰这一水利工程上达成了调和，并且使都江堰重新焕发生机。
与此同时，都江堰灌区的管理也出现新变化，以县为单位的用水户组织参与到灌区水政和工程管理中，各种水利会、堰工讨论会等的成立，显示出都江堰及灌区已经开始了现代水利管理的模式。1974年，随着外江节制闸的建成，以杩槎作为拦水工程设施的传统工程结构彻底地退出历史舞台，都江堰成为一处古老与现代、多种技术集于一身的持续发展的水利工程。
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