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二、以堤治河的大师

  "束水攻沙"的主张是潘季驯在治河理论上的重要建树,而大力推进堤防建设,则是潘季驯在治河实践中的主要贡献。可以说,潘季驯是中国古代治河史上以堤治河的大师。

  潘季驯认为,黄河的症结在泥沙,治沙的方略是束水攻沙,而攻沙的前提是固定河槽。因此在他看来,治理黄河的关键就在于堤防的巩固。依靠堤防束水攻沙,依靠堤防蓄清刷黄,依靠堤防保护运河的畅通,依靠堤防护卫滨河州县的大小城池。堤防成为当时的生产力和科学技术水平下,治河防洪最可行、最有效的手段。他曾开综明义地阐述自己的治河方针说:"治河之法别无奇谋秘计,全在束水归槽。??束水之法亦无奇谋秘计,惟在坚筑堤防。"①因此,他对堤防建设竭心尽力,披肝沥胆,正如他自己所说的:"于筑堤一节拳拳焉。"②在中国水利史上,自从堤防出现以来,一直被认为是单纯防御洪水的消极手段。特别是西汉人贾让在其著名的治河三策中,曾把修筑堤防视为下策。

  他说:"若乃完善故堤,增卑倍薄,劳费无已,数逢其害,此最下策也。"③尽管贾让当时并不一定是泛指堤防建设,但是他的上述言论被后人抽象化了以后,常常被作为批评修筑堤防的一个重要理论根据,一直使人们奉信不渝。

  直到明代中叶"束水攻沙"的理论产生以后,潘季驯才赋予了堤防新的含义:即它不再是单纯消极防御洪水的手段,而是成为改造河流的积极工具。所以针对贾让之后的定论,潘季驯从自己的实践体会出发,针锋相对地提出了不同意见。他说:"惟有增卑益薄,缮缺补弊,古所称下策则今之上策也。"④这样,就把堤防建设放到了治河方略中的最重要位置,为他大兴堤防之役从理论上提供了可信的依据。从这个意义上,潘季驯完全可以说是中国河工史上以堤治河的杰出代表人物。

  从中国坝工史的演化过程中来评价,使堤防的功能由防御扩展到治理,从单纯地对付水扩大到同时对付水流和泥沙,这确实是堤防思想上的一个重要发展。根据潘季驯的阐述,这一发展主要表现在以下几个方面:第一,运用遥堤和缕堤,作为固定河槽、束水攻沙的工具;第二,运用遥堤和格堤,作为淤滩固堤的工具;第三,运用顺水坝作为挂淤固堤、保护要害地段的防御工具;第四,利用挑水坝作辅助堵口的措施。

  以上几个方面,虽然并不都是潘季驯的创新,但是潘季驯在实践中把它们的作用发挥得淋漓尽致,同时在理论上加以概括、总结,使之相互配套,形成系统,就使得人类的堤防思想发展到了一个新的水平。

  (一)精心组织堤防系统的建设

  翻检一下中国水利史,我国的堤防建设种类在宋元时期已经名目繁多。

  但是一般地讲,在那个时候各种类型的堤工,大都分别被单独使用在不同的地方,各自孤立地起作用。

  到了明代中叶潘季驯主持治河以后,随着束水攻沙实践的不断深入,潘① 潘季驯:《申明修守事宜疏》,见《总理河漕奏疏》(四任)卷一。

  ② 潘季驯:《乞自贤官疏》,见《总理河漕奏疏》(二任)卷三。

  ③ 贾让:《治河三策》,见《汉书·沟洫志》。

  ④ 潘季驯:《议筑长堤疏》,见《总理河漕奏疏》(二任)卷三。

  季驯发现各种堤防已经很难单独完成束水攻沙的任务。于是在他的亲自主持下,沿黄河两岸出现了各种堤防配合使用的堤防系统或河工建筑群。其中,最基本的堤防系统是由遥堤、缕堤、格堤、月堤等组成。在潘季驯第四次主持治河以后,这样的堤防系统几乎遍及郑州以下的整个黄河下游,只不过各个河段的完善程度不尽一致罢了。

  最典型的堤防系统被布置在徐州至淮安之间的河段。潘季驯在这一河段上不仅把遥、缕、格堤加以巧妙的配合,而且把它们同滚水坝、减水闸、涵洞等各种形式的水工建筑加以恰当的组合,形成了一个以遥堤为骨干、以束水攻沙为目的、综合发挥效益的河工建筑群。在这个建筑体系中,遥堤拦洪防溃,是堤防中的骨干;缕堤束水攻沙,直接与水沙搏斗;遥堤和缕堤之间是一个狭长的滞洪区,可以滞蓄一定的洪水;格堤横隔在遥缕二堤之间,既可保护遥堤堤根不受冲刷,又可以截留洪水挟带的大量泥沙,淤高滩地,巩固堤防;一般洪水,可以通过减水闸分泄一部分,如果遇到大洪水,则可以通过滚水坝泄洪;洪水消退以后,遥缕二堤之间低洼处的积水还可以由涵洞排走。如此周密完善的工程安排,可以说是16 世纪时期世界上最完善的堤防系统了。它既是中华民族几千年来同多泥沙河流的洪水和泥沙作斗争的宝贵经验的结晶,也是潘季驯对堤防建设的杰出贡献(见示意图8-2)。①当然,潘季驯所主持创建的这个堤防系统也还存在着一定的局限性,主要是缺乏定量的科学依据。遥堤的堤距,缕堤的堤距,各类堤防的高度、断面的大小,滚水坝、减水闸布置的位置、溢流的高度和宽度等等大都是凭经验而定,这样就难免失当。另外这个系统中有的建筑,比如格堤和缕堤,虽然都有各自的重要作用,但也有一些根本的弱点:在非常洪水时期,他们会成为滩区行洪的障碍,容易导致河防失事,而缕堤又容易形成"悬河"中的悬河。所以,后来对这两种堤的利弊争议较大。对此我们应当采取历史唯物主义的态度,具体地分析和研究哪些工程是由于当时人们本身的设计布局不合理,哪些是由于当时科学技术水平的局限和其他历史因素的影响而使原有的设计思想未能实现,而哪些措施是既有利又有弊,经过改造后可以继承。

  这样,中华民族几千年治黄的丰富经验就会重新焕发出青春的光彩。

  经过潘季驯四任"总河"期间的精心组织,南流的黄河自郑州以下在历史上第一次实现了堤防化。黄河启1194 年(金朝章宗明昌五年)南流夺淮,到1855 年(清朝咸丰五年)铜瓦厢决口恢复北流,前后有600 多年的时间是走的南流入海的道路。其中,在黄河南流的前400 年间,黄河下游并无完全固定的河道,总是在不停地迁徙摆动。有时是大幅度的改道,有时是小规模的局部偏移。因此,部分地区虽然间断修有堤防,但整个黄河下游并无完整的堤防系统。直到明代嘉靖末年以后,推行了束水攻沙的治河方针,才实现了黄河南流期间下游两岸的堤防化。今天在地图上清晰可见的"明清黄河故道"。就是在这个时期由于堤防化的实现而被固定下来的。

  根据史料上的记录,隆庆五年(1571 年),潘季驯二任总河期间,主持修筑了徐州至邳州之间黄河两岸的缕堤共长160 里。隆庆六年,万恭主持治河,继续推行束水攻沙的方略,在潘季驯原有工程的基础上,又主持修筑了徐州以下黄河两岸缕堤共370 里,徐州以上南岸缕堤250 里。使宿迁以上基本实现了堤防化。

  ① 潘季驯主持创筑的堤防系统示意图,引自《黄河水利史述要》,水利电力出版社1984 年版。

  到了万历七年(1579 年),潘季驯在第三次主持治河期间,堤防建设又形成**,在徐州以下黄河两岸筑遥堤660 里,把堤防从宿迁一直延伸到淮安以东100 里处的高岭,距离当时的海口云梯关已经不远了。同时对徐州以上的堤防又进行了大规模的整治,整修大行堤300 余里。这时黄河下游的完整堤防已具雏形了。

  万历十六年(1588 年),潘季驯第四次主持治河,进一步强调堤防建设的重要性,提出全面整治黄河下游堤防的计划:上自河南武涉、荣泽,下至淮安以东,凡是所缺堤段,全部加以补筑连结;凡是薄弱的堤段,尽可能加修月堤、遥堤;对南北两岸旧有遥堤和缕堤,北岸之太行堤、长东堤等都进行全面的加帮修护。结果,在两年左右的时间里,徐州、灵壁、睢宁、邳州、宿迁、桃源、清河、沛县,丰县、砀山等州县共创筑、加帮遥堤、缕堤、格堤、月堤、太行堤、土坝等,长540 里;创筑帮筑沛县、徐州缕堤、长堤、纤路、土坝等共长120 里;创筑、帮筑、接补完荣泽、原武、中牟、郑州、阳武、封丘、祥符、陈留、兰阳、仪封、唯州、考城、商丘、虞城、河内、武涉等16 州县的遥、缕、格、月各种堤防共长750 里;修筑曹县、单县堤坝并加帮大行堤共长140 里。总起来讲,潘季驯在第四次总理河道期间,主持兴建或加固整治堤防共长1500 里。①这确实是一次声势浩大的修筑堤防活动。至此,除了个别地段确系河岸地势较高没有筑堤外,从郑州到淮安以东靠近云梯关出海口的黄河两岸完全实现了堤防化。南流入黄海的黄河从此被夹束在两岸堤防之中。虽然决口时有发生,但总是决而复塞。河道主流终于被固定下来,二百多年没有发生大的改道。所以,同束水攻沙的思想一样,潘季驯的堤防思想和实践也是功不可没的(参见图示8-3)。②

  (二)全面总结河工技术

  由于建设堤防,势必要解决一系列相关的河工技术问题,因此在潘季驯的著述中记述了大量的河工技术经验和原则,这些河工技术经验和原则不仅在当时是最先进的,就是在今天的河工实践中也仍然被广泛地遵循和运用着。

  例如,对于修筑堤防,潘季驯根据前人经验和自己的实践提出了从规划堤距、堤高边坡到土方施工和验收的具体意见:黄河大堤应当远筑,大致离河岸二三里,以便滞蓄较多的洪水,"切勿逼水,以至易决";堤的高度,不能一概以筑高若干丈尺为标准,而应当注意坡的比降,"如根六丈,顶止须二丈";用水平法统一控制堤顶高程,低洼的地方多筑,高亢的地方可少筑;筑堤用的土料应当取"真正老土",施工时,每加高五寸,就要夯筑二三遍,如果土中有淤泥,应当先晒干后,才能夯填;取土应当远离堤根,以免近堤处积水成河,危及大堤安全;堤防竣工以后,还要进行严格的验收,进行锥探和槽探。①由于有了这样一整套严格的技术要求,当时的堤防质量是相当不错的。据解放后有关河工专家的分析鉴定,明清之际保留的黄河堤工质量,要远远胜过民国时期的堤工质量。

  对于堵筑决口,潘季驯提出要掌握时机,酌情施工:凡堤初决之时,应① 此数字根据潘季驯:《恭报三省直堤防合成疏》一文中的统计,参见《河防一览》卷一一。

  ② 潘季驯治河后黄河下游堤防示意图,引自郭涛:《明代黄河堤防的建设》,见《水利水电科学研究院科学研究论文集》第22 集,水利电力出版社出版。

  ① 潘季驯:《修守事宜》,见《河防一览》卷四。

  急将决口两头下埽包裹,令官夫昼夜看守,不使决口扩大;等到水势稍微平缓,就可以从两边同时接筑进占,缩小决口;如果决口处水势大急,头裹不住,则应在决口上游先筑一道挑水坝,"分水势射对岸,使回流冲刷正河",然后塞工可施矣;塞工将完时,水口渐窄,水势益涌,又有"合龙"之难,这时可用头细尾粗的"鼠头埽"堵筑,使上水口宽,下水口收,这样才不致使埽工滚失,而塞工易就也。卷埽工作也非常讲究,埽台须要卧羊坡,以便推挽;揪头绳须要扯紧,以防下滑;下埽之前,先要找来惯于泅水之人,入水探险;底埽着地,方下签桩,签桩须要酌中,埽埽钉着,方为坚固,"倘有数寸空悬,无有不败事者"。潘季驯还特别强调堵决下埽乃非常紧要之事,"此等事须要勇往直前,俗语谚谓之抢筑,稍稍逼溜,必有后悔。"因此在技术要求上一定要严格。如果马虎大意,不详查细审,施工时劳费无功,出了事情又辄怪鬼神,那就让人贻笑了。②对于筑坝、修闸、建涵洞,潘季驯则特别强调要选择坚实的基础,对基础要进行严格的人工处理。仅以减水石闸的处理为例,潘季驯就提出了五道施工程序:首先是挖基坑,叫作"固工塘";基坑如果有水,就用水车车干;然后打桩木,称为"地钉桩";把桩木锯平,再用石头楔缝;在桩顶上铺龙骨木和平板;最后用灰麻勾缝。这些工序完工以后,才可以在上面开始砌闸石。①对于河道疏浚技术,潘季驯也有一套完整的办法和技术要求。如他提出在挑挖河道时,河面宜宽,河槽宜深,断面要像"锅底形",这样可以使"中流常深,且河岸不坍塌。"②对于植树护堤,潘季驯除了继承刘天和的"植柳六法"③外,又提出了栽茭苇草子护堤。即在大堤临水面下部宽约一丈的范围内密栽芦苇或茭草,将来衍茁愈蕃,即有风亦不能鼓浪。他认为,这是用生物措施保护临水堤的重要方法。另外,在大堤的其它部位,再大量采集生命力强、容易繁茂的草种播下,整个堤防的表面被茂密的草皮盖上后,就可以有效防止风刮雨淋对堤上泥土的侵袭和破坏。④在与堤防相配合的河工建筑中,潘季驯对滚水石坝有着特别独到的研究和运用。他对滚水石坝的特点、作用、规划设计原则,施工步骤、技术要求等都有详细的论述。

  潘季驯认为,黄河总的来讲是水少沙多,但汛期水量比较集中。汛期来水,又有洪峰高而历时短的特点。因此,除了利用遥缕二堤之间的广阔滩地来滞蓄洪水之外,在非常情况下还应通过在遥堤的适当部位修筑滚水坝来宣泄洪水,以保证遥堤的安全。在阐明滚水坝的作用时,他特别指出用滚水坝分洪既与开支河分流不同,也与洪水决堤后造成的决口分流不同。开支河分流的结果,一是水分势缓,泥沙淤积加剧,容易导致正河浅涸,主流夺支而去;二是黄河洪、枯水量相差悬殊,一年之中绝大部分时间无水可分,浪费开河的巨款和劳力。而决口分流的结果,则决口处多为虚沙,水冲则深,容易造成全河由决口夺路而走,形成新的游荡。而用减水坝却可以避免上述弊① 潘季驯:《修守事宜》,见《河防一览》卷四。

  ② 潘季驯:《修守事宜》,见《河防一览》卷四。

  ③ 潘季驯:《修守事宜》,见《河防一览》卷四。

  ④ 潘季驯:《修守事宜》,见《河防一览》卷四。

  病。它是在洪水上涨到堤防的一定高程时,滚水坝才开始泄洪,而一般的洪水则仍然令其专力冲刷河槽的泥沙。潘季驯强调指出,滚水坝"是防异常之涨,非减平槽之水也。"它可以使"归槽者常盈,而无淤塞之患;出槽者得泄,而无它溃之虞,全河不分,而堤自固。"此外,滚水坝还要用石头砌成,这样既不怕洪水的冲刷,亦不致溃决夺河。①根据这个思想,潘季驯在徐州以下桃源(今泗洪)一带先后修筑了四座滚水坝。他对建坝的技术要求是:堤坝应比遥堤顶低七八尺,比滩岸或缕堤顶低三四尺,坝长二百尺。②按此控制高程计算,当洪水位高于正常水位一丈左右,洪水才能上岸或越过缕堤,溢至遥堤堤根;当遥堤前的积水深约3 尺左右,滚水坝就开始泄洪。如果遥堤顶预留2 尺安全高度,则坝上水深可达5~6 尺,相当于今制2 公尺左右。如果泄洪流速以每秒3 米计,则每座滚水坝最大泄洪量可达每秒600 立方米,四座滚水坝泄洪总能力可达每秒2400立方米。这样一个泄洪能力,对于削减洪峰,保证遥堤安全,意义是十分重大的。

  由于滚水坝是过流建筑,潘季驯对其结构和施工技术也提出了特殊要求。滚水坝全部要用石头砌成。坝基基础要用"拦门桩"数层;地钉桩必须用"鹰架"悬哦重打,深深插入土中。坝的边墩上下游八字墙应长一点,有一定斜度,这样进水条件好,冲刷小,出水扩散消能也好。"迎水"(坝前铺盖)不宜太长,以免浪费;坝后"跌水"(护垣与海漫)不能太短,否则,对坝址下游冲刷破坏大。坝前坝后过流底部要全部用石块竖向铺砌,以增强消能抗冲的能力。①(见图示8-4)。②从潘季驯主持修建的滚水坝可以看出,不仅现代对溢流建筑的一般原则要求当时已经注意到了,而且现代滚水坝的各部分主要结构如坝身、翼墙、护坦、铺盖、海漫等,在400 年前也已经有了成熟的工程技术。这是我国古代河工史上值得自豪的重要技术成就。

  潘季驯工程思想的另一项宏大技术杰作,便是洪泽湖水利枢纽的形成。

  长期以来,在许多人的观念中,洪泽湖是一个自然形成的天然湖泊。其实大谬不然。今天的洪泽湖及其规模,是在明代中叶,潘季驯第三次主持治河、实行蓄淮刷黄的方针以后,人工形成的一个大型水利枢纽。它那时就已经包括了近代人工水库的主要组成部分:库区、挡水建筑、取水口、溢洪道,体现出近代人工水库的雏形。其中:(1)库区--洪泽湖。原来这一带只是一些较小的湖泊。潘季驯第三次主持治河时,大筑高家堰,充分利用堤内万家湖、泥墩湖、富陵湖等洼地,使它们连成一片,极大地扩充了蓄水容积。它的功能不仅包括完成"蓄淮刷黄"的任务,而且在实际上又是淮河的调洪水库,可以大大减少淮河洪水对下游淮(安)扬(州)地区的威胁。

  (2)挡水建筑--高家堰大堤。洪泽湖东岸旧有一些破残的堤工,万历三年一场大水,几乎全被冲毁。潘季驯主持河工后,在原堰址上进行了规模宏大的整治和重建工作,修建大堤自湖北端的新庄运口至南部的越城60 余① 潘季驯:《两河经略疏》,见《河防一览》卷七。

  ② 潘季驯:《修守事宜》,见《河防一览》卷四。

  ① 潘季驯:《修守事宜》,见《河防一览》卷四。

  ② 潘季驯主持创筑的滚水坝示意图,引自徐福龄:《黄河埽工》。

  里,又筑矮堤自越城至湖的更南端翟坝。其中,大堤中段的大涧口、小涧口一带修筑石堤20 里,以后又计划将整个大堤完全改为石工。在整个枢纽工程中,高家堰大堤实际上就是一条拦河大坝,它对于形成洪泽湖大水库起了决定性的作用。所以潘季驯对这段工程的施工十分重视,曾在寒风冷雨的季节,亲驻工地监督并指挥施工达三个月之久。

  (3)取水口--清口。这是一个特殊的取水口,它不是为引水灌溉,也不是为运河蓄水,而是专门用来冲刷、稀释黄河的泥沙。因此潘季驯十分强调清口的束水作用,为了保证水力集中,他特别下令堵塞了清口以外的全部出水口,使淮河水全部由清口奔泄而出。

  (4)溢洪道--洪泽湖东岸最南端的周桥减水坝和周桥以南的天然减水坝是洪泽湖水利枢纽的溢洪道。潘季驯设想,当洪泽湖遇到特大洪水时,怕清口一时宣泄不及,洪泽湖水位急剧抬高,会危及高家堰大堤的安全,这时就可以由减水坝向东宣泄部分洪水,而一旦淮河洪水消退,就仍然使其全部北注清口。这样,既可以使高家堰大堤安然无恙,又可以使清口的水流冲刷力不受影响,"可为两利之计"(参见洪泽湖水利枢纽示意图)。①洪泽湖水利枢纽的出现表明,在16 世纪中叶,我国已具备了建设大型人工水库的初步概念和实践基础。它并非是西方引进的,而是在中国这块古老的土地上经过千百年来的实践和总结,由陂塘、水柜这些工程逐步发展和演变而来的。其中,潘季驯对总结、继承和发展关于人工水库的经验做出了特图8-5 万历七年(1579 年)洪泽湖水利枢纽平面示意图殊的贡献。在他逝世后不久,明末徐光启著的《农政全书》中,便出现了"水库"这个概念。

  潘季驯总结的上述河工技术和措施,实际上成为明、清两代何防建设的基本技术规范,许多一直沿用至近代。

  ① 万历七年(1579 年)洪泽湖水利枢纽平面示意图,引自张卫东、姚汉源:《洪泽湖水库的形成期》,见《水利水电科学研究院科学研究论文集》第31 集,水利电力出版社出版。

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