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近代中国水利工程理念的变革—以民国前期官厅水库规划为例

发布时间:2019-06-22 15:07所属分类:科技论文浏览:1

摘要:中国传统水利事业历史悠久,但19世纪中叶后,由经验科学指导、侧重于限制下游洪水泛流的治河理念已不可为继。民国前期,中国本土水利人才为解决水利事业的实际需要,在引介西方水利工程技术的过程中,主动更新工程理念。中国第一座新式大型水库官厅水

  摘要:中国传统水利事业历史悠久,但19世纪中叶后,由经验科学指导、侧重于限制下游洪水泛流的治河理念已不可为继。民国前期,中国本土水利人才为解决水利事业的实际需要,在引介西方水利工程技术的过程中,主动更新工程理念。中国第一座新式大型水库——官厅水库的早期规划即反映了这一过程。官厅水库的早期规划,不仅发展了清中后期萌发的筑坝拦河思路,使其在近代社会变迁与西学东渐进程中渐趋可行;并且在技术突破和工程论证中引发了观念层面的变化:以径流调控和流域治理为宗旨、地形水文测量为规划依据、重视工业经济的水利工程理念随之产生并逐步强化。官厅水库的早期规划在一定程度上展现了中国水利工程现代化的历史特殊性。

  关键词:近代,水利史,工程理念,官厅水库

中国水利水电科学研究院学报

  工程理念贯彻工程活动的始终,是工程活动的出发点和归宿,是工程活动的灵魂。[1]中国传统水利历史悠久,工程理念发展成熟较早:其价值目标旨在限制洪水泛流、利用水土资源、增加灌溉面积等;防洪治河较限于下游;规划依据以感性经验居多;顶层设计则基于农业经济。19世纪中叶以来,中国发展水利的主体目标尚未发生根本性变化,但传统水利工程建设却已趋于失效;与此同时,中国社会却经历着深刻变革,工业经济因素增长,西方科学技术传入,促发了水利工程理念的革新。

  由此开始,中国水利史也进入一个重大转变阶段。近年来,学界对这一转变阶段的研究,较多注意于水利科学家、学术教育机构发展、水政变革、流域治理等问题,探讨水利工程理念变革的成果则不多见。事实上,水利工程理念的变革对各流域治理具有协同性影响,一些典型工程具有先导作用,例如,在探索新式水利管理与流域治理较早的海河流域,水利科学共同体实践新技术,在大型水利枢纽工程方面首开先河,中国第一座大型水库——官厅水库即是典型代表。

  官厅水库作为根治海河的关键工程,使一度威胁北京的永定河水患得到控制,一向被视为共和国水利史上的里程碑事件,对其工程理念从早期萌芽直至逐步具体、明晰化的过程进行探究尤为必要。因此,本文拟通过梳理晚清到民国前期官厅水库的构想规划,进而管窥中国近代水利工程理念的变革过程,希望有助于深入了解中国水利工程现代化的历史特殊性。

  一、官厅拦河筑坝思路缘起

  水坝水库工程体系(Dam-ReservoirSystem)的大量出现,无疑是现代水利造物活动的突出特征之一。永定河官厅水库的规划,可追溯至清中后期筑坝蓄洪方略的产生。传统治河手段的失效是其重要动因。

  1.防洪治河陷入困境

  中国传统水利事业衰落的因素主要有三:国力日衰、财政支持减少;遭遇技术瓶颈、人才匮乏;人地矛盾加剧、水环境恶化。对永定河而言,水环境恶化这一因素尤为突出。北京成为政治中心后,永定河上、中游环境破坏日趋严重,下游则迫于人口增长与土地开发,进行大规模筑堤。至清康熙年间系统性筑堤,虽然有助于控制洪水,却对海河流域水环境造成了难以逆转的影响。

  清中叶后,永定河防洪减灾已捉襟见肘。主要表现在:其一,传统治河工程不可为继。筑堤束水是明清时期治河方略的主流。明代潘季驯“筑堤束水、以水攻沙”治水思想,把筑堤但求安全的消极防御思想发展为积极的治河手段。[2]清前期永定河堤防工程设计,一定程度上即以“束水攻沙”理论作为前提。然而,永定河堤“两岸相去,远者宽不过二三里,近则连河一半里至数十丈不等”,[3]宽缩无律,与潘氏治河旨趣不符。而且,“清河之势涣,与龙凤河合流,而二河之势弱,固不能收以清刷浊之益。”[4]

  堤防对河流的治导作用难以发挥,且以牺牲下游淀泊为代价,“不为全局计,而只为一河计”、“于是淀病而全局皆病,即永定一河亦自不胜其病”。([4],p.109)人地矛盾加剧后,水利工程陷于被动防御:“筑堤讵得已?皇祖为民计”;“堤长河亦随之长,行水墙上徒劳人”。[5]束狭河身后,耕地、民宅势必向滩地发展,弃守两难。

  其二,经验科学指导下的粗放型规划已难支撑工程决策。海河各支流“众水朝宗”的地理形势本就对防洪不利,号称“小黄河”的永定河又对海河全局举足轻重。系统筑堤后,泥沙长驱直入淀泊,阻塞大清河出路,威胁南运河安全,实难统筹兼顾。雍正四年虽谕令“引浑河别由一道入海”,([3],pp.398-399)却因关涉漕运,规划困难,“下口仍然归淀”。([4],p.110)乾嘉以后,永定河下口停沙、水流不畅的情况日趋严重。“凡低洼之区可以容水者,处处壅塞,已无昔日畅达之机”;欲挑挖河道,又因对地形、水文知之不详,“旋挑旋淤,终归无济”。[6]

  道光、同治年间也有数次人工改道,却始终未解决下口淤塞问题,使“河至今日,几无出路可寻。”[7]在传统经验科学指导下,“若大兴工作,诚恐无此财力,徒筑缺口,而缺口既多,引河太长,亦非巨款莫办。”([6],p.351)因此,“另辟一道入海之谕,终以治河诸臣胸无把握,未敢决策。其测算之不精详,可想见也。”[8]既然财匮力绌,规划依据又不充分,只能退而暂求消极防御。

  2.拦河筑坝呼声渐起

  乾隆八年,直隶总督高斌提议,“宣化境内之黑龙湾,怀来境内之和合堡,宛平境内之沿河口三处,皆两山夹峙,中经二十五六丈。其全河之水一线东趋,舍此更无别路,乃天成闸坝关键之地。若于此三处山口,就取巨石,错落堆叠,仿佛竹络坝之意,作为玲珑水坝,以勒其汹暴之势,则下游之患可以稍减。”([3],p.477)这是横截永定河干流的最早方案。其意图并不在分洪,而在滞洪,即削减洪峰流量,初步反映了径流调控的理念。

  清政府即于永定河与妫水河汇流处(今官厅水库内)试行。尽管该玲珑水坝在乾隆十二年就因冲毁而废弃,此真知灼见却为有识之士所重视。同治十二年,筑坝拦洪又被纳入备选治河方案。直隶名宦邹振岳发展了高斌筑坝思想,提出“若于上游,段段置坝,层层留洞,以节宣之,使其一日之流,分作两三日;两三日之流分作六七日,庶其来以渐,堤堰可以不至横决。”经官员查勘,卢沟桥七十里以上的石瓮崖处两山对峙,“若于此处置坝,极为得势。”([6],p.393)然而,进一步详勘得知,该处“河底旱滩,皆乱石淤沙,并无大石绵亘平铺”;“如崖下置坝,将来水势抬高,恐不止增一倍,则于民房、商贩、煤窑,种种碍事之处甚多。”([6],p.395)何况高斌玲珑坝失败在前,政府未敢尝试。

  光绪十九年,许振祎、周馥曾受命再次履勘怀来山峡,详查筑坝拦洪的可行性,结论是“虽有乌获孟贲之勇,亦苦立足无地”,([7],p.293)不能建坝。二十五年,黄思永又建议,“与其由空峡地岸设防,不如于山间夹沟筑坎,使有节制”;“坝以本山乱石叠成,拦以木桩。或以柳条编成簖式,使其罅能过水,急流缓泻,下游自无暴涨之患。不用条石,工料亦省”,([7],p.333)但未实施。

  陈潢有云:“河不可拦。”[9]中国古代虽不乏拦水堰坝建筑经验,可是,在河道单宽流量流速大、不便施工的山谷,仅凭传统技术,要横拦干流,极为困难。因此,晚清官员“考之治河诸书,亦未见有拦河筑坝之法。”([6],p.395)然而,在“屡经修治,迄无一劳永逸之方”的形势下,时人认为这种思路“未始非补偏救弊之一策”、“未尝不可采择而行,期于河工有益”。([7],pp.333-334)这反映了晚清政府转换治河思路的尝试,对河流中上游的重视程度增强。

  二、官厅拦洪水坝进入工程规划

  水坝水库工程体系的建造,既需近代坝工技术知识,也需要综合规划、调控径流的近代工程理念。前述永定河筑坝拦河方案迟迟未能实施,既因技术条件不足,“水大则易于冲坍,坝工既难经久”;([7],pp.333-334)也因视野所限,对削减洪峰流量认识不足,易将筑坝与“开渠”、“分水”划等号:“和合口以上,一片平沙,沙外即山。如欲引水治田,则无田可耕”;“实不能建坝分水”。([7],p.333)筑坝削减洪峰的方案要切实可行,须近代高坝大库出现。[10]

  1.近代坝工技术与水库防洪理念的传播

  洋务运动时期,近代西方水利技术传入中国。除水泥、挖泥船外,国人也注意到英法等国的坝工技术。此时,世界建坝潮流已经兴起,1893年《益闻录》与《万国公报》报道了英属印度佩里尔坝的建造,记录其“中央以泥土沙灰碎石为之”、“再用石门答土安砌”[11]等技术细节。1898年,比利时工程师卢法尔勘查黄河,其后提出,上游“应否建设闸坝用以拦沙,或择大湖用以减水,亦应考求。治河有此办法,理合声明。”[12]

  同年,《格致新报》也刊登了阿斯旺旧坝兴工的消息。值得注意的是,该坝设计目标本以灌溉为主,[13]国内报道却着重谈防洪,强调尼罗河“涨则一片汪洋”、“此水平治甚难”;埃及造坝蓄水是“冀永免泽国坼地之患”。[14]管窥所及,可知当时国人对水利工程的希求方向。对水库防洪的真正理解始于中国水利专业人才。20世纪初,全球水坝水库工程建设迅速发展。早年留学海外的杨豹灵、李仪祉等人均注意到此类枢纽工程对中国水利的意义。

  1915年,河海工程专门学校(下称“河专”)成立,致力于培养“熟谙吾国河流之历史地理”[15]的本土水利人才,支撑现代水利规划设计的工程知识也随着现代土木水利人才的增加而传播。李仪祉在“河专”课堂上讲授了“Reservoir”工程,以“陂”、“塘”诠释,并启发学生思考更适宜的译名,汪胡桢想到用“水库”二字概括这种“蓄潦济旱能发电”[16]的工程,与中国旧式陂塘作出区分。“河专”学生还曾自制水库模型。1917年,海河流域发生特大洪水,天津租界受灾。

  时任全国水利局技正的杨豹灵在查勘水势后提出,“治理之法,其要有三:一于上游诸山造林,一于山峡间筑堵垣,一于适当地建水库,使水之挟沙既少,而又有水库以澄清之,则淤垫将次已矣。”[17]1918年赴康奈尔大学攻读水利及卫生工程的徐世大,也以《筑湖防水论》作为其学位论文,并将部分章节发表于1919年《中国工程学会会报》创刊号上。

  1921年,南通保坍会孙寿培在《河海月刊》译介了美国迈阿密地区的水库防洪,载录其混凝土筑坝蓄水、涵洞泄水设计,注称“足为吾国取法者”。[18]1923年《水利杂志》上介绍防洪工程手段时,“作坝”与“蓄水池”的顺序已在“人造泄水沟”与“河堤”之前。[19]水利专业人才对水库工程的重视与宣传,使水库防洪方案及其水工原理渐为人知。

  不过,民初水库防洪思路尚不能称作成熟的工程理念。1915年,荷兰工程师方维因(VanderVeen)查勘华北各河,规划水利。其助手汪胡桢曾提议水库方案,但他认为费用浩大,“恐怕贵国负担不起”。[20]1917年直隶大水后,方维因虽指出“缺乏天然蓄池”为洪灾原因之一,肯定“人为蓄池”的效用,但认为“中国北部之地势,极不宜于大蓄池之建设”——可供施工的旷地不足,且须筑高坝才能见效,费用过大;而“最不利于蓄池之点,即河流夹带泥沙极多,蓄池虽建设完备,不久亦为泥沙淤满。

  欲去此淤泥,其工程极大,且需每年排除一次,否则随去随淤,仍属无效。”[21]杨豹灵虽曾将水库与造林、筑垣并列,也顾虑“筑堵垣也、建水库也,工巨费繁,日久仍失其效。三者中,尤以造林为最适宜、最便利之举。”[17]这固然受民初植树造林思潮影响,却也说明,因建筑高坝、管理水库淤积等关键技术的支撑不足,时人对水库防洪仍乏信心。

  2.官厅拦洪坝工程方案提出

  1918年3月,在熊希龄督办海河流域筹赈救灾与河工讨论的基础上,顺直水利委员会宣告成立,“以新法改良河道”。[8]该会技术人员虽以外国工程师领衔,亦有中国专家;地形水文测量人员则以本土青年人才为主,须恺、许心武、顾世楫等“河专”毕业生都曾任职。这使该会兼具传播新技术与熟稔本土河情之长。鉴于粗放型规划导致治河失败的惨痛教训,“治河必先事测量”已深入人心。该会筹备期的会议上,中外人士均申明“必须以测量定施行之标准”、“无论如何应先设一测量局”;[22]“究竟何处宜开新河,何处宜恢复原状……总难决定,所以此刻入手办法,非测量不可。

  俟测量工竣后,才可讲到工程上的办法。”[23]顺直水利委员会1918年在海河流域开设了13处流量站,到1920年,流量站、水标站共增至41处。[24]永定河流域地形施测了天津到卢沟桥河段。在此基础上,该会粗略估计了永定河泄水量与最大洪水量,制定两点防洪目标:规划河槽、减少洪水泄量与烈度。对后者而言,提出的对策主要有“造林”和“建筑蓄水区”两项,造林方案排序在前。而蓄水区“应造在何处,虽无精确资料,以供研究;但诸河属山岭流域之中,必能觅得适宜之地点,可以确信无疑。”[25]

  从1918年到1921年,顺直水利委员会还考察了直隶各河挟带淤泥量,并在永定河官厅及其以下河流取样,初步分析了河中泥沙成分比例与颗粒性质,绘制了淤泥在静水中的沉淀速率曲线。([24],pp.20-21)尽管该会从事这项研究的主要目的,是通过泥沙下行量“推测北直隶湾西部尚有若干年可以通航,又是否可使直隶诸河挟淤量……尽数入海”,([24],p.23)但也为了解水库淤积提供了基础。

  三、官厅水库工程计划的发展

  国民革命军占领华北后,顺直水利委员会改组为华北水利委员会,隶属南京国民政府。该会聘李仪祉任主席,由留学归国人才与专业优秀人才组成,旨在“谋各河之根本治功”。[27]华北水利委员会的成立,对推动海河水利规划和水利工程研究起到了重要作用。其后,日伪统治华北时期虽也对永定河做了一些测量规划,但大体继承了华北水利委员会的工作方向;抗战胜利后,国民政府的华北水利建设也以沿袭、恢复华北水利委员会的规划为主。

  四、结论

  中国传统水利工程是以农业社会的生产力、生产关系作为其经济基础和服务对象的,其技术设备与工程理念也受限于这一经济基础。进入近代,一方面,传统农业经济仍作为国民经济基础而广泛存在,社会动荡、水环境恶化使防洪治河的需求比从前更为迫切,水利工程的首要目标并没有变;另一方面,工业经济因素增长,西方水利科学技术传入,使传统河工的一些构想得以发展、具体化——这一过程需要工业经济支撑下的技术和规划模式介入,遂引发观念层面的变化。

  官厅筑坝拦河方案的概念设计,最初源于晚清政府转换治河思路的尝试;而实现这一尝试的实际需要,又推动了一系列技术尤其是近代坝工技术的引介。赖之以集成工程整体的其他要素如水文测量、水力发电等技术的传播,则为工程规划提供了新的依据,并与技术瓶颈(混凝土筑坝技术、水坝消力技术、水库淤积管理技术)的突破一同强化着新的工程理念——它以径流调控及流域治理为宗旨,以地形水文测量为规划依据,顶层设计较侧重于工业经济需要,与传统水利工程理念已大不同。官厅水库早期规划的产生,既是工业经济因素增长和西方科学技术传入的结果,也促进着这一过程的进行。

  [参考文献]

  [1]殷瑞钰、汪应洛、李伯聪.工程哲学[M].北京:高等教育出版社,2007,170.

  [2]王涌泉.治河方略演变的若干历史问题[A],中国水利学会水利史研究会:黄河水利史论丛[C],西安:陕西科学技术出版社,1987,86.

  [3]陈琮著、蒋超.(乾隆)永定河志[A],中国水利史典编委会:中国水利史典(海河卷一)[C],北京:中国水利水电出版社,2014,425.

  [4]吴邦庆.畿辅河道水利丛书[M].许道龄校,北京:农业出版社,1964,575.

  [5]于敏中.日下旧闻考[M].北京:北京古籍出版社,1981,1564-1565.

  相关水利刊物推荐:《中国水利水电科学研究院学报》Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research(双月刊)2003年创刊,主要刊登我院科研人员在水利水电宏观决策研究、应用基础研究及工程应用方面的科技论文、专题综述和工程技术总结等,开展学术讨论,介绍国内外科技动态。

  

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