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一、"束水攻沙"理论的创立者(2/2)

潘季驯评传作者:潘季驯评传 2017-02-13 11:48
》,见《总理河漕奏疏》(四任)卷一。

    ③ 潘季驯:《议筑长堤疏》,见《总理河漕奏疏》(二任)卷三。

    ① 潘季驯:《河道疏》,见《总理河漕奏疏》(二任)卷三。

    ② 潘季驯,《亟图疏治疏》,见《总理河漕奏疏》(二任)卷三。

    淤沙和下游入海河槽的目的。所以说这也是一种特殊的"束水",它通过堤防措施,把黄、淮二河约束于一槽,以达到"攻沙"的目的。

    据有关专家分析,在这里,"蓄淮刷黄"其实包含了两层意思:一是借淮水之"势"来冲沙,水合则势猛;二是借淮水之"清"以释浑,水清则沙刷。后者正是潘季驯的主要目的,是他在理论上的一个创造。他说:黄不旁决而冲槽力专,淮不旁决而会黄力专。如果"尽令黄淮全河之力,涓滴悉趋于海,则力强且专,下流之积沙自去。下流既顺,上流之淤垫自通,海不浚而辟,河不挑而深矣。"①他说:"须合全淮之水尽由此(清口)出,则力能敌黄,不为沙垫。"②"且所借以敌黄而刷清口者,全淮也。淮若中溃,清口必塞。"③因为"水合则势猛,势猛则沙刷,沙刷则河深"。这是他一贯的"借势行沙"的思想。

    但是,潘季驯"蓄淮刷黄"的基本目的,并不止于此。如果淮河不是一条清水河流而是一条多沙河流,潘季驯是决不会借淮之势的。这里就体现了他的"以清释浑"以解决黄河泥沙淤积的思想。何以见得呢?

    首先,潘季驯虽然强调"水合则势猛",但他却坚决反对将两条多沙河流相汇合。当时有人曾主张引沁水入卫河,以便分杀黄河之势。潘季驯明确表示了反对意见。他说:"卫水固浊,而沁水尤甚,以浊益浊,临清一带必致湮塞,不可也。"①他在另一场合又重申了这一观点:"沁河之浊,不减黄河。(卫河)小滩见苦浅涩,增此一河,必致淤塞,不可也。"②由此可以看出,潘季驯确实已经认识到:两条多泥沙河流相合,特别是加入一条含沙量更大的河流,会增加河道的淤积。所以,他主张的"水合则势猛,势猛则沙刷"其实是有条件的。他既反对将一条多泥沙河流本身分流,因为"水分则势缓";同时又反对将两条多泥沙河流相汇合,因为"以浊益浊","必至淤塞"。

    但是与此观点相对应,潘季驯却多次主张将清水河汇入多沙河。如睢水是相对于黄河含沙量较少的一条清水河流,瞧水沿岸有邸家湖、白鹿湖等,也都是清水湖。但是往年由于黄河泥沙淤塞了睢水入黄的口门,致使唯水往往潴于诸湖,溢入淮河。根据这种情况,潘季驯下令在睢水东岸修筑一条长达70 多里的归仁集堤。他指出归仁堤的作用之一,就是"遏睢水、湖水,使之并入黄河,益助冲刷,关系最为重大。"③显然,这同前面反对引沁入卫,就构成了鲜明的对比:"以浊益浊",必至淤塞;而以清释浑,则"益助冲刷"。可以看出,潘季驯对于用清水释稀泥沙,可以加大河床冲刷的认识是很清楚的。同样道理,潘季驯也正是看中了淮水是一条清水河,所以一定要加以利用。他说:"见今淮城以西,清河以东,二渎交流,严若泾渭。"①他把黄河与淮河比作泾水与渭水,一浊一清,泾渭分明。他认为,清口与黄河入海尾闾的淤塞,恰恰是由于高家堰决口,淮水东溃以后,失去了清水稀① 潘季驯:《两河经略疏》,见《河防一览》卷七。

    ② 潘季驯:《申明修守事宜疏》,见《河防一览》卷一○。

    ③ 潘季驯:《河议辩惑》,见《河防一览》卷二。

    ① 潘季驯:《河议辩惑》,见《河防一览》卷二。

    ② 潘季驯:《恭颂纶音疏》,见《河防一览》卷一○。

    ③ 潘季驯:《河防险要》,见《河防一览》卷三。

    ① 潘季驯:《河工告成疏》,见《河防一览》卷八。

    释和冲刷的结果。他分析说:"云梯关外海口甚阔,全赖黄淮二河并力冲刷。

    若决高堰,清口必淤;止余浊流一股,海口必塞;海口塞,则下壅上溃,黄河必决,运道必阻,此前岁之覆辙也。"因此,他力主黄淮合流,认为"黄淮并注,水涤沙行、无复壅滞。"②综上所述,可见潘季驯大筑高家堰,拦蓄淮水,"以淮敌黄",其基本的思想动机就是希望能够以稀释浑,以清刷浊。凡是清黄交接处所,他都力倡此主张。按照他的观点,"此在清口、直河、小河口,凡是清黄交接处皆然。"③从河流动力学的观点看来,用"以清释浑"增大河流冲刷的思想是符合泥沙运行规律的。引清水河流入黄河,不仅增大了整个河床的流量,加大了流速,从而提高了水流挟沙能力;同时,由于加大了清水流,使整个河流的含沙量相对减少,也提高了对河床的冲刷能力。所以蓄淮刷黄的措施被潘季驯提出后实行了近300 年,虽然对泗州及淮河下游造成下一定的不利影响,淹没了洪泽湖周围和泗州城以上淮河两岸的一些土地,并留下了一些后患。

    但是,它在一定程度上却减缓了清口及清口以下至云梯关海口400 里河床的淤积速度,对保证京杭大运河在300 年左右的时间里基本畅通,起了积极的作用。更重要的是,用清水注入黄河,稀释泥沙含量,改善了原有河床的挟沙能力,这对后世人们治理黄河和其它多泥沙河流,无疑是一个宝贵的经验。

    (四)利用泥沙,淤滩固堤

    随着修筑双重堤防的实践过程,潘季驯对束水攻沙的认识又有了新的发展。过去对河槽中的泥沙,只是设法把它冲走,所谓"攻"就是"冲"。后来发现,泥沙留在主河槽固然有害,但是如果能够设法把它留在两岸的滩地上却很有好处。于是,他思路大开,及时总结出了一个利用泥沙的新措施:淤滩固堤。这一措施大大丰富了束水攻沙理论的内容,为解决黄河泥沙,治理黄河下游河道,提供了一条新的途径。

    淤滩固堤的想法,是潘季驯从总结缕堤和格堤的经验开始的。潘季驯看到缕堤不足恃,就大力倡修遥堤。为了保护遥堤,又在遥堤和缕堤之间修筑了格堤。"纵有顺堤之水,遇格即返,仍归正槽,自无夺河之患。"①等到格堤一修成,才发现它还有淤高滩地的妙处:"水退,本格之水仍复归槽,淤留地高,最为便宜。"这给潘季驯以极大启示:过去只想把泥沙冲走,现在才知道泥沙还可以留下来。留在河槽中有害,留在滩地上却有利。于是潘季驯下令在黄河南岸从徐州房村到宿迁峰山的遥、缕二堤之间,总共修了七道格堤,作为淤滩固堤的措施。他认为:"倘岁岁增修高厚,可永无分流夺河之患。"因此,他不仅计划在南岸还要增筑格堤,而且在"北岸亦仿而行之",并且说:"多多益善也"。①据测算,从房村到峰山之间,大约相距有140 里之遥。遥堤和缕堤之间的距离,约为一里左右。如果按一次大水淤留泥沙厚度为20 厘米计算,那么仅这一段河道的甫岸滩地,一次大水就可淤沙700 万立方米左右。如果两岸同时落淤,则仅这一段河道滩地淤留泥沙就可以增加一倍。这样多的泥沙被② 潘季驯:《高堰请勘疏》,见《河防一览》卷九。

    ③ 潘季驯:《河议辩惑》、见《河防一览》卷二。

    ① 潘季驯,《河防险要》,见《河防一览》卷三。

    ① 潘季驯:《河防险要》,见《河防一览》卷三。

    截留在滩地上,不仅可以大大巩固堤防,而且也减少了河道主槽的淤积。其工程效果应当说是十分可观的。随着治河实践中不断出现的新情况,潘季驯晚年的认识又有了新的发展。他发现宿迁一带只有遥堤,没有缕堤和格堤,同样也可以达到"淤留岸高"的目的。他说:"宿迁以南,有遥无缕,水上沙淤,地势平满。民有可耕之田,官无岁修之费,此其明效也。"②同时他又看到缕堤不但不足为恃,还有许多负作用。因此在万历十九年(1591 年),他奏上《条议河防未尽事宜疏》,其中第一条就建议:"放水淤平内地(即遥缕二堤之间滩地),以图坚久。"即根据黄河多沙特点和泥沙淤积规律,正式提出把淤滩固堤作为利用泥沙、治理黄河的一条重要措施。其具体办法是:"先将遥堤查阅坚固,万无一失,却将一带缕堤相度地势,开款放水内灌。黄河以斗水计之,沙居其陆。水进则沙随而入,沙淤则地随而高。"这里已不是等待洪水破堤,而是要主动决堤引沙淤滩了。他设想,"二三年间,地高于河,即有涨漫之水,岂能乘高攻实乎?缕堤有无,不足较矣。"他举例引证说:"即如前年单口一带,地遂淤高;今岁严铺一开,唯邳北岸皆为阜壤。"因此,潘季驯最后得出结论:"与其以人培堤,孰若用河自培之为易哉?至于人夫桩料,岁省尤为不赀,诚为上策。"①潘季驯在这里实际上提出了一个十分重要的思想,即试图利用黄河本身"大水淤滩"的规律,利用洪水挟带的大量泥沙,变害为利,有目的的加高滩地,巩固堤防。这是一个很有价值的大胆设想,标志着他对黄河水流和泥沙关系的认识又进入到了一个新的水平。可惜当时他已病入膏盲,未能进一步实践这一思想。但是他的后代人却大力推行了这一主张。到了清代乾隆、嘉庆年间,放淤固堤形成了**。不仅在黄河上到处使用,而且在永定河、南运河上使用也很普遍,并收到了良好的效果②(见示意图8-1)。③总之,上面的介绍可以清楚地告诉我们,潘季驯不同治河方法的依次提出,实际上真实地反映了他对于黄河水流和泥沙运动规律认识的逐步深化。

    束水攻沙的实践:从修单一缕堤束水;到遥缕二堤配合使用,"重门待暴";然后到蓄清刷浑,"以水治水";最后发展到主动开决缕堤,引沙淤滩,"用河自培之"。这样一个认识过程不仅体现了活生生的辩证法精神,而且在其理论实质上与现代河流泥沙工程理论的基本观点也十分吻合。

    根据现代河流泥沙工程理论,在多沙河流中水流与泥沙二元因素的矛盾关系实际上就是在河床背景上两种物质力的相互作用关系,即所谓水流的紊动扩散作用与泥沙的重力作用的相互作用关系:①当河流中泥沙量的重力作用超过水作用超过水流的紊动扩散作用而居于主导地位时,泥沙悬移质②向河底下沉的倾向胜过向水面上浮的倾向,则水流中的含沙量将逐渐减少,整个过程表现为淤积。

    ② 潘季驯:《条议河防未尽事宜疏》,见《总理河漕奏疏》(四任)卷五。

    ① 潘季驯:《条议河防未尽事宜疏》,见《总理河漕奏疏》(四任)卷五。

    ② 参见姚汉源:《从历史上看多沙河流的水利特征》,见《中国水利》1981 年第1 期。

    ③ 潘季驯主持创筑的淤滩固堤示意图,引自郭涛:《潘季驯的治黄思想》,《水利水电科学研究院科学研究论文集》,水利电力出版社1985 年出版。

    ① 参见武汉水利电力学院泥沙工程教研室编著:《河流泥沙工程学》中有关章节,水利电力出版社1981 年版。

    ② 悬移质,水力学概念,系指悬浮在水流中随水流运动的泥沙颗粒。

    反之,当水流的紊动扩散作用超过泥沙的重力作用而居于矛盾的主导地位,同时河床又系可以冲刷的物质所组成时,悬移质向水面上浮的倾向胜过向河底下沉的倾向,则水流中的含沙量将逐渐增加,整个过程就表现为冲刷。

    如果水流的紊动扩散作用与泥沙的重力作用处于暂时的相持状态,悬移质上浮下沉的倾向大致相当,则水流中的含沙量将暂时保持不变,而出现大体上下冲不淤的相对平衡状态。

    如果我们用"水流挟沙力"①这个概念从过程上来简单表示水流的紊动扩散作用,即得知:当上游来沙量大于本河段的水流挟沙力时,水流将不能把上游来沙全部带走,这时就会产生淤积,使河床升高;而当上游来沙量小于本河段的水流挟沙力时,则来沙量不能满足水流挟带的要求,这时就会产生冲刷,使河床变深。根据这个理论来分析潘季驯的上述方略,我们不难发现,"束水攻沙"(包括"蓄清刷浑")方略的实施,实际上起到了人为加强水流与泥沙矛盾关系中水流挟沙力的作用,促使水流的紊动扩散作用超过泥沙的重力作用,形成黄河河床的冲刷;而"淤滩固堤"方略的实施则起到了人为减弱水流与泥沙矛盾关系中水流挟沙力的作用,促使泥沙的重力作用超过水流的紊动扩散作用,而形成黄河滩地的有计划淤积。因此这两种方略的提出,都反映了潘季驯对于黄河水流与泥沙矛盾运动的深刻认识和自觉运用。

    当然,16 世纪的潘季驯还不可能用现代科学的语言表述河流泥沙工程理论。但是他通过自己的经验性认识猜测到了上述理论,并通过制定具体的治河方略,为明代中叶以后大兴黄河堤防工程建设提供了可信的理论依据。在潘季驯四次主持治河的前后27 年中,正是在"束水攻沙"思想的指导下,黄河下游的堤防建设迅猛发展,很快形成了完善的堤防系统。

    因此,束水攻沙理论的直接实践意义,首先是通过促进堤防建设,固定了河床,使黄河河患相对减少。正因为如此,后代对"筑堤束水"的方针奉行不渝。每当人们提起潘季驯,马上就会想到"束水攻沙",这是十分自然的。

    ① 水流挟沙力,水力学概念。系指具有一定水力因素的单位水体所能挟带的悬移质泥沙数量。通常用符号S*表示,即处于饱和状态的临界含沙量。常用单位为公斤/米。