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近代中國水利工程理念的變革—以民國前期官廳水庫規劃為例

發布時間:2019-06-22所屬分類:科技論文瀏覽:1

摘要:中國傳統水利事業歷史悠久,但19世紀中葉后,由經驗科學指導、側重于限制下游洪水泛流的治河理念已不可為繼。民國前期,中國本土水利人才為解決水利事業的實際需要,在引介西方水利工程技術的過程中,主動更新工程理念。中國第一座新式大型水庫官廳水

  摘要:中國傳統水利事業歷史悠久,但19世紀中葉后,由經驗科學指導、側重于限制下游洪水泛流的治河理念已不可為繼。民國前期,中國本土水利人才為解決水利事業的實際需要,在引介西方水利工程技術的過程中,主動更新工程理念。中國第一座新式大型水庫——官廳水庫的早期規劃即反映了這一過程。官廳水庫的早期規劃,不僅發展了清中后期萌發的筑壩攔河思路,使其在近代社會變遷與西學東漸進程中漸趨可行;并且在技術突破和工程論證中引發了觀念層面的變化:以徑流調控和流域治理為宗旨、地形水文測量為規劃依據、重視工業經濟的水利工程理念隨之產生并逐步強化。官廳水庫的早期規劃在一定程度上展現了中國水利工程現代化的歷史特殊性。

  關鍵詞:近代,水利史,工程理念,官廳水庫

中國水利水電科學研究院學報

  工程理念貫徹工程活動的始終,是工程活動的出發點和歸宿,是工程活動的靈魂。[1]中國傳統水利歷史悠久,工程理念發展成熟較早:其價值目標旨在限制洪水泛流、利用水土資源、增加灌溉面積等;防洪治河較限于下游;規劃依據以感性經驗居多;頂層設計則基于農業經濟。19世紀中葉以來,中國發展水利的主體目標尚未發生根本性變化,但傳統水利工程建設卻已趨于失效;與此同時,中國社會卻經歷著深刻變革,工業經濟因素增長,西方科學技術傳入,促發了水利工程理念的革新。

  由此開始,中國水利史也進入一個重大轉變階段。近年來,學界對這一轉變階段的研究,較多注意于水利科學家、學術教育機構發展、水政變革、流域治理等問題,探討水利工程理念變革的成果則不多見。事實上,水利工程理念的變革對各流域治理具有協同性影響,一些典型工程具有先導作用,例如,在探索新式水利管理與流域治理較早的海河流域,水利科學共同體實踐新技術,在大型水利樞紐工程方面首開先河,中國第一座大型水庫——官廳水庫即是典型代表。

  官廳水庫作為根治海河的關鍵工程,使一度威脅北京的永定河水患得到控制,一向被視為共和國水利史上的里程碑事件,對其工程理念從早期萌芽直至逐步具體、明晰化的過程進行探究尤為必要。因此,本文擬通過梳理晚清到民國前期官廳水庫的構想規劃,進而管窺中國近代水利工程理念的變革過程,希望有助于深入了解中國水利工程現代化的歷史特殊性。

  一、官廳攔河筑壩思路緣起

  水壩水庫工程體系(Dam-ReservoirSystem)的大量出現,無疑是現代水利造物活動的突出特征之一。永定河官廳水庫的規劃,可追溯至清中后期筑壩蓄洪方略的產生。傳統治河手段的失效是其重要動因。

  1.防洪治河陷入困境

  中國傳統水利事業衰落的因素主要有三:國力日衰、財政支持減少;遭遇技術瓶頸、人才匱乏;人地矛盾加劇、水環境惡化。對永定河而言,水環境惡化這一因素尤為突出。北京成為政治中心后,永定河上、中游環境破壞日趨嚴重,下游則迫于人口增長與土地開發,進行大規模筑堤。至清康熙年間系統性筑堤,雖然有助于控制洪水,卻對海河流域水環境造成了難以逆轉的影響。

  清中葉后,永定河防洪減災已捉襟見肘。主要表現在:其一,傳統治河工程不可為繼。筑堤束水是明清時期治河方略的主流。明代潘季馴“筑堤束水、以水攻沙”治水思想,把筑堤但求安全的消極防御思想發展為積極的治河手段。[2]清前期永定河堤防工程設計,一定程度上即以“束水攻沙”理論作為前提。然而,永定河堤“兩岸相去,遠者寬不過二三里,近則連河一半里至數十丈不等”,[3]寬縮無律,與潘氏治河旨趣不符。而且,“清河之勢渙,與龍鳳河合流,而二河之勢弱,固不能收以清刷濁之益。”[4]

  堤防對河流的治導作用難以發揮,且以犧牲下游淀泊為代價,“不為全局計,而只為一河計”、“于是淀病而全局皆病,即永定一河亦自不勝其病”。([4],p.109)人地矛盾加劇后,水利工程陷于被動防御:“筑堤詎得已?皇祖為民計”;“堤長河亦隨之長,行水墻上徒勞人”。[5]束狹河身后,耕地、民宅勢必向灘地發展,棄守兩難。

  其二,經驗科學指導下的粗放型規劃已難支撐工程決策。海河各支流“眾水朝宗”的地理形勢本就對防洪不利,號稱“小黃河”的永定河又對海河全局舉足輕重。系統筑堤后,泥沙長驅直入淀泊,阻塞大清河出路,威脅南運河安全,實難統籌兼顧。雍正四年雖諭令“引渾河別由一道入海”,([3],pp.398-399)卻因關涉漕運,規劃困難,“下口仍然歸淀”。([4],p.110)乾嘉以后,永定河下口停沙、水流不暢的情況日趨嚴重。“凡低洼之區可以容水者,處處壅塞,已無昔日暢達之機”;欲挑挖河道,又因對地形、水文知之不詳,“旋挑旋淤,終歸無濟”。[6]

  道光、同治年間也有數次人工改道,卻始終未解決下口淤塞問題,使“河至今日,幾無出路可尋。”[7]在傳統經驗科學指導下,“若大興工作,誠恐無此財力,徒筑缺口,而缺口既多,引河太長,亦非巨款莫辦。”([6],p.351)因此,“另辟一道入海之諭,終以治河諸臣胸無把握,未敢決策。其測算之不精詳,可想見也。”[8]既然財匱力絀,規劃依據又不充分,只能退而暫求消極防御。

  2.攔河筑壩呼聲漸起

  乾隆八年,直隸總督高斌提議,“宣化境內之黑龍灣,懷來境內之和合堡,宛平境內之沿河口三處,皆兩山夾峙,中經二十五六丈。其全河之水一線東趨,舍此更無別路,乃天成閘壩關鍵之地。若于此三處山口,就取巨石,錯落堆疊,仿佛竹絡壩之意,作為玲瓏水壩,以勒其洶暴之勢,則下游之患可以稍減。”([3],p.477)這是橫截永定河干流的最早方案。其意圖并不在分洪,而在滯洪,即削減洪峰流量,初步反映了徑流調控的理念。

  清政府即于永定河與媯水河匯流處(今官廳水庫內)試行。盡管該玲瓏水壩在乾隆十二年就因沖毀而廢棄,此真知灼見卻為有識之士所重視。同治十二年,筑壩攔洪又被納入備選治河方案。直隸名宦鄒振岳發展了高斌筑壩思想,提出“若于上游,段段置壩,層層留洞,以節宣之,使其一日之流,分作兩三日;兩三日之流分作六七日,庶其來以漸,堤堰可以不至橫決。”經官員查勘,盧溝橋七十里以上的石甕崖處兩山對峙,“若于此處置壩,極為得勢。”([6],p.393)然而,進一步詳勘得知,該處“河底旱灘,皆亂石淤沙,并無大石綿亙平鋪”;“如崖下置壩,將來水勢抬高,恐不止增一倍,則于民房、商販、煤窯,種種礙事之處甚多。”([6],p.395)何況高斌玲瓏壩失敗在前,政府未敢嘗試。

  光緒十九年,許振祎、周馥曾受命再次履勘懷來山峽,詳查筑壩攔洪的可行性,結論是“雖有烏獲孟賁之勇,亦苦立足無地”,([7],p.293)不能建壩。二十五年,黃思永又建議,“與其由空峽地岸設防,不如于山間夾溝筑坎,使有節制”;“壩以本山亂石疊成,攔以木樁。或以柳條編成籪式,使其罅能過水,急流緩瀉,下游自無暴漲之患。不用條石,工料亦省”,([7],p.333)但未實施。

  陳潢有云:“河不可攔。”[9]中國古代雖不乏攔水堰壩建筑經驗,可是,在河道單寬流量流速大、不便施工的山谷,僅憑傳統技術,要橫攔干流,極為困難。因此,晚清官員“考之治河諸書,亦未見有攔河筑壩之法。”([6],p.395)然而,在“屢經修治,迄無一勞永逸之方”的形勢下,時人認為這種思路“未始非補偏救弊之一策”、“未嘗不可采擇而行,期于河工有益”。([7],pp.333-334)這反映了晚清政府轉換治河思路的嘗試,對河流中上游的重視程度增強。

  二、官廳攔洪水壩進入工程規劃

  水壩水庫工程體系的建造,既需近代壩工技術知識,也需要綜合規劃、調控徑流的近代工程理念。前述永定河筑壩攔河方案遲遲未能實施,既因技術條件不足,“水大則易于沖坍,壩工既難經久”;([7],pp.333-334)也因視野所限,對削減洪峰流量認識不足,易將筑壩與“開渠”、“分水”劃等號:“和合口以上,一片平沙,沙外即山。如欲引水治田,則無田可耕”;“實不能建壩分水”。([7],p.333)筑壩削減洪峰的方案要切實可行,須近代高壩大庫出現。[10]

  1.近代壩工技術與水庫防洪理念的傳播

  洋務運動時期,近代西方水利技術傳入中國。除水泥、挖泥船外,國人也注意到英法等國的壩工技術。此時,世界建壩潮流已經興起,1893年《益聞錄》與《萬國公報》報道了英屬印度佩里爾壩的建造,記錄其“中央以泥土沙灰碎石為之”、“再用石門答土安砌”[11]等技術細節。1898年,比利時工程師盧法爾勘查黃河,其后提出,上游“應否建設閘壩用以攔沙,或擇大湖用以減水,亦應考求。治河有此辦法,理合聲明。”[12]

  同年,《格致新報》也刊登了阿斯旺舊壩興工的消息。值得注意的是,該壩設計目標本以灌溉為主,[13]國內報道卻著重談防洪,強調尼羅河“漲則一片汪洋”、“此水平治甚難”;埃及造壩蓄水是“冀永免澤國坼地之患”。[14]管窺所及,可知當時國人對水利工程的希求方向。對水庫防洪的真正理解始于中國水利專業人才。20世紀初,全球水壩水庫工程建設迅速發展。早年留學海外的楊豹靈、李儀祉等人均注意到此類樞紐工程對中國水利的意義。

  1915年,河海工程專門學校(下稱“河專”)成立,致力于培養“熟諳吾國河流之歷史地理”[15]的本土水利人才,支撐現代水利規劃設計的工程知識也隨著現代土木水利人才的增加而傳播。李儀祉在“河專”課堂上講授了“Reservoir”工程,以“陂”、“塘”詮釋,并啟發學生思考更適宜的譯名,汪胡楨想到用“水庫”二字概括這種“蓄潦濟旱能發電”[16]的工程,與中國舊式陂塘作出區分。“河專”學生還曾自制水庫模型。1917年,海河流域發生特大洪水,天津租界受災。

  時任全國水利局技正的楊豹靈在查勘水勢后提出,“治理之法,其要有三:一于上游諸山造林,一于山峽間筑堵垣,一于適當地建水庫,使水之挾沙既少,而又有水庫以澄清之,則淤墊將次已矣。”[17]1918年赴康奈爾大學攻讀水利及衛生工程的徐世大,也以《筑湖防水論》作為其學位論文,并將部分章節發表于1919年《中國工程學會會報》創刊號上。

  1921年,南通保坍會孫壽培在《河海月刊》譯介了美國邁阿密地區的水庫防洪,載錄其混凝土筑壩蓄水、涵洞泄水設計,注稱“足為吾國取法者”。[18]1923年《水利雜志》上介紹防洪工程手段時,“作壩”與“蓄水池”的順序已在“人造泄水溝”與“河堤”之前。[19]水利專業人才對水庫工程的重視與宣傳,使水庫防洪方案及其水工原理漸為人知。

  不過,民初水庫防洪思路尚不能稱作成熟的工程理念。1915年,荷蘭工程師方維因(VanderVeen)查勘華北各河,規劃水利。其助手汪胡楨曾提議水庫方案,但他認為費用浩大,“恐怕貴國負擔不起”。[20]1917年直隸大水后,方維因雖指出“缺乏天然蓄池”為洪災原因之一,肯定“人為蓄池”的效用,但認為“中國北部之地勢,極不宜于大蓄池之建設”——可供施工的曠地不足,且須筑高壩才能見效,費用過大;而“最不利于蓄池之點,即河流夾帶泥沙極多,蓄池雖建設完備,不久亦為泥沙淤滿。

  欲去此淤泥,其工程極大,且需每年排除一次,否則隨去隨淤,仍屬無效。”[21]楊豹靈雖曾將水庫與造林、筑垣并列,也顧慮“筑堵垣也、建水庫也,工巨費繁,日久仍失其效。三者中,尤以造林為最適宜、最便利之舉。”[17]這固然受民初植樹造林思潮影響,卻也說明,因建筑高壩、管理水庫淤積等關鍵技術的支撐不足,時人對水庫防洪仍乏信心。

  2.官廳攔洪壩工程方案提出

  1918年3月,在熊希齡督辦海河流域籌賑救災與河工討論的基礎上,順直水利委員會宣告成立,“以新法改良河道”。[8]該會技術人員雖以外國工程師領銜,亦有中國專家;地形水文測量人員則以本土青年人才為主,須愷、許心武、顧世楫等“河專”畢業生都曾任職。這使該會兼具傳播新技術與熟稔本土河情之長。鑒于粗放型規劃導致治河失敗的慘痛教訓,“治河必先事測量”已深入人心。該會籌備期的會議上,中外人士均申明“必須以測量定施行之標準”、“無論如何應先設一測量局”;[22]“究竟何處宜開新河,何處宜恢復原狀……總難決定,所以此刻入手辦法,非測量不可。

  俟測量工竣后,才可講到工程上的辦法。”[23]順直水利委員會1918年在海河流域開設了13處流量站,到1920年,流量站、水標站共增至41處。[24]永定河流域地形施測了天津到盧溝橋河段。在此基礎上,該會粗略估計了永定河泄水量與最大洪水量,制定兩點防洪目標:規劃河槽、減少洪水泄量與烈度。對后者而言,提出的對策主要有“造林”和“建筑蓄水區”兩項,造林方案排序在前。而蓄水區“應造在何處,雖無精確資料,以供研究;但諸河屬山嶺流域之中,必能覓得適宜之地點,可以確信無疑。”[25]

  從1918年到1921年,順直水利委員會還考察了直隸各河挾帶淤泥量,并在永定河官廳及其以下河流取樣,初步分析了河中泥沙成分比例與顆粒性質,繪制了淤泥在靜水中的沉淀速率曲線。([24],pp.20-21)盡管該會從事這項研究的主要目的,是通過泥沙下行量“推測北直隸灣西部尚有若干年可以通航,又是否可使直隸諸河挾淤量……盡數入海”,([24],p.23)但也為了解水庫淤積提供了基礎。

  三、官廳水庫工程計劃的發展

  國民革命軍占領華北后,順直水利委員會改組為華北水利委員會,隸屬南京國民政府。該會聘李儀祉任主席,由留學歸國人才與專業優秀人才組成,旨在“謀各河之根本治功”。[27]華北水利委員會的成立,對推動海河水利規劃和水利工程研究起到了重要作用。其后,日偽統治華北時期雖也對永定河做了一些測量規劃,但大體繼承了華北水利委員會的工作方向;抗戰勝利后,國民政府的華北水利建設也以沿襲、恢復華北水利委員會的規劃為主。

  四、結論

  中國傳統水利工程是以農業社會的生產力、生產關系作為其經濟基礎和服務對象的,其技術設備與工程理念也受限于這一經濟基礎。進入近代,一方面,傳統農業經濟仍作為國民經濟基礎而廣泛存在,社會動蕩、水環境惡化使防洪治河的需求比從前更為迫切,水利工程的首要目標并沒有變;另一方面,工業經濟因素增長,西方水利科學技術傳入,使傳統河工的一些構想得以發展、具體化——這一過程需要工業經濟支撐下的技術和規劃模式介入,遂引發觀念層面的變化。

  官廳筑壩攔河方案的概念設計,最初源于晚清政府轉換治河思路的嘗試;而實現這一嘗試的實際需要,又推動了一系列技術尤其是近代壩工技術的引介。賴之以集成工程整體的其他要素如水文測量、水力發電等技術的傳播,則為工程規劃提供了新的依據,并與技術瓶頸(混凝土筑壩技術、水壩消力技術、水庫淤積管理技術)的突破一同強化著新的工程理念——它以徑流調控及流域治理為宗旨,以地形水文測量為規劃依據,頂層設計較側重于工業經濟需要,與傳統水利工程理念已大不同。官廳水庫早期規劃的產生,既是工業經濟因素增長和西方科學技術傳入的結果,也促進著這一過程的進行。

  [參考文獻]

  [1]殷瑞鈺、汪應洛、李伯聰.工程哲學[M].北京:高等教育出版社,2007,170.

  [2]王涌泉.治河方略演變的若干歷史問題[A],中國水利學會水利史研究會:黃河水利史論叢[C],西安:陜西科學技術出版社,1987,86.

  [3]陳琮著、蔣超.(乾隆)永定河志[A],中國水利史典編委會:中國水利史典(海河卷一)[C],北京:中國水利水電出版社,2014,425.

  [4]吳邦慶.畿輔河道水利叢書[M].許道齡校,北京:農業出版社,1964,575.

  [5]于敏中.日下舊聞考[M].北京:北京古籍出版社,1981,1564-1565.

  相關水利刊物推薦:《中國水利水電科學研究院學報》Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research(雙月刊)2003年創刊,主要刊登我院科研人員在水利水電宏觀決策研究、應用基礎研究及工程應用方面的科技論文、專題綜述和工程技術總結等,開展學術討論,介紹國內外科技動態。

  

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