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《华北水利月刊》滹沱河灌溉工程引水工程之施工与防汛概况
滹沱河

(一)概论
河北省平山县与灵寿县,位于滹沱河之南北两岸。平山以有冶河之水,足 资灌溉,年获丰收,地方殷实,而灵寿则以滹沱河岸高,引水乏术,时遭旱患,地 瘠民穷。故两县地位虽仅隔一水,而穷富悬殊,则不啻天壤也。二十年冬,灵寿 县政府拟以械力吸水灌田,函请华北水利委员会代为测量并设计,嗣以工款支 出,未能即时举办。延至二十二年夏,河北省政府以此项计划,为利甚薄,决议 以农田水利基金,拨充工程经费,成立工程委员会及工程处,从事进行。全部工 程于是年十月间开工,二十四年六月间竣工。
引水工程地点,在灵寿县牛城村东约一公里处之滹沱河奎垒峡。盖以此处 河面之宽度,仅五百余公尺,且南岸系石底,可利用之,以为闸基,其形势较附近 上下游任何处为佳也。此项引水工程,包括下列各部工程:
1.拦水堰;
2.北泄水闸及引水闸(总名为北闸);
3.南泄水闸(总名为南闸,本期先筑泄水闸,引水闸则俟将来举办南岸获鹿 县灌溉工程时建筑之);
4.东泄水闸及进水闸(总名为东闸);
5.引水渠。
滹沱河在奎垒峡附近,河槽紧靠南岸,低水时水面宽度达二百余公尺。北 岸则为沙滩。为施工便利计,全部工程,不得不分段实施,先筑北段拦水堰与北 闸引水渠及东闸(下称北岸工程),然后导水使由已成之北闸下泄,再筑南段拦 水堰及南闸(下称南岸工程)。原计划北岸工程自二十二年十二月间开工,定于 二十三年三月底完成,四月初旬导水北流,即接筑南岸工程,于六月中竣工。惟 承包人同义成公司,资本不充,设备欠缺,进行甚为迟缓,致原定六月中全部完 工者,届期仅将北岸工程,勉强告竣,导水及南岸工程,因汛期已至,势难续办, 停工数月,秋后导水工竣,又因天气已寒,洋灰工程不能进行,又停工月余,二十 四年春再行开工,至六月中旬告竣,延期恰为一年,工程处与包商两受损失焉。
(二)采石工程
全部引水工程,需石一万六千余华方,由包商大成公司包采。石料大小,分 甲乙丙三等:甲等石料约居全部石料百分之六十,其体积为五分之一立方公尺, 最小一边不得小于五公寸;乙等石料约居全部石料百分之二十,其体积为五分 之一立方公尺以下,二十分之一立方公尺以上,最小一边不得小于三公寸;丙等 石料约居全部石料百分之二十,其体积为二十分之一立方公尺以下,百分之一 立方公尺以上,最小一边不得小于二公寸。此项石料包价为每华方二元。小于 丙等之石料,须堆码于制定地点,惟不另给价。
采石规定之时间为二十二年十月二十日开工,二十三年四月十日完工。惟 大成公司经验不足,管理无方,以致赔蚀,开工阅三月后,工人全体罢工,索取工 资,该公司无法应付,遂由工程处接管,设立采石管理所,并将甲乙丙三项石料 之百分数,稍事变更,即甲等石料居百分之二十,乙丙各改居百分之四十,并混 合码方,以求迅速。自二月初复工之后,至六月二日,共开石一万一千余华方, 连同大成公司所开四千七百余华方,共约一万六千华方,已足敷用焉。
采石地点,为南岸之马鞍山,离工地仅三四华里。石料系石灰石,质尚坚 硬,重量亦大,惟性稍脆耳。开采时,凿眼码方,皆用人工,火药亦在工地配制, 以求便利。
(三)北闸工程
北闸工程全部筑于沙滩之上。自二十三年二月下旬,开始挖基,至三月下 旬,大致挖竣,即开始打椿,共打一百六十五棵,椿为本地去皮大杨木,径大上下 平约十英寸又半。当设计时,椿皮之安全承量,假定为每一平方英尺,为二百 磅,惟此项假定,系根据一二试椿所得之结果,是否可靠,则不敢必,施工时应将 椿基各部,顺便实验,以为佐证。兹将记录,列表于下:

椿径大(英尺) 打入土中
部分之椿
长(英尺)
椿皮面积
(平方
英尺)
W=铊重
(磅)
H=
铊椿距离
(英尺)
C=
常数
S=前后
十铊之平
均打入椿
深(英寸)
每椿总安
全承量P
(磅)
每平方英
尺之安全
承量
(磅)
大头 小头 平均
1.00 0.77 0.88 18 49.8 1 000 6.1 1.0 0.172 10 400 209
1.08 0.86 0.97 18 54.8 1 000 6.4 1.0 0.190 10 750 196
1.04 0.75 0.90 18 51.0 1 000 6.4 1.0 0.133 11 300 222
1.04 0.85 0.95 18 53.7 1 000 6.3 1.0 0.125 11 200 208
1.04 0.77 0.90 18 51.0 1 000 6.3 1.0 0.115 11 300 222
1.00 0.67 0.83 18 47.0 1 000 6.1 1.0 0.231 9 900 211
0.96 0.71 0.83 18 47.0 1 000 6.1 1.0 0.196 10 200 217
1.16 0.83 1.00 18 56.7 1 000 6.2 1.0 0.170 10 600 187
1.04 0.79 0.91 18 51.5 1 000 6.1 1.0 0.270 9 600 187
1.06 0.77 0.91 18 51.5 1 000 6.3 1.0 0.290 9 750 189
1.00 0.67 0.83 18 47.0 1 000 6.5 1.0 0.034 12 700 270
1.06 0.75 0.91 18 51.5 1 000 6.5 1.0 0.053 12 350 240
0.90 0.71 0.80 18 45.3 1 000 6.4 1.0 0.143 11 200 247
1.12 0.75 0.93 18 52.6 1 000 6.5 1.0 0.111 11 700 222
1.00 0.67 0.83 18 47.0 1 000 5.8 1.0 0.183 9 800 208
          平均 216


表中所用公式,为威灵登(A.M. Wellington)或工程新闻(Engineering News)公式,为打椿公式中之最通用者。由此项公式计算所得之承量,是否准 确,须视土壤之情形而定,倘为泥沙或黏土,且含水不多者,打椿时,土被挤紧, 其孔隙中水分,亦被挤出,溢润椿周,以致黏力与磨阻力,皆大减小,打毕数日之 后,挤出之水,仍被土吸去,黏力与磨阻力大增,在此种情形之下,椿之承量,打 时与打后,必大相径庭,故以打椿公式求得之承量,必不准确。若为粗沙,且含 水甚多者,则无此弊,盖以沙易透水,又无黏性故也。滹沱河河底,沙粒颇粗,且 常在水中,以上表中所算得之安全承量,尚为准确可靠。
四月上旬,打椿工作既毕,即砌筑海漫。惟原计划海漫之上下游两端,各有 隔水墙一道,深二公尺。惟筑闸前之滹沱河水面高度,约为89.2公尺,而海漫 底高度为95.8公尺,故砌筑时须将水面用抽水机抽低二公尺又四公寸,已觉不 易,若砌筑隔水墙必须再抽低二公尺,则必为事实所不许,当将隔水墙改为杨木 接笋板椿,长三公尺余,打入后,较隔水墙深一公尺余,并使其与拦水堰板椿相 接,以期增固。既成,即接筑上部工程,至六月十日完竣。
北闸全部工程,筑于沙滩之上,筑成之后,有无沉陷情形,自不得不予以注 意,在二十三年六月间,曾将闸上各部,抄平一次,历九个月后,至二十四年三月 间,又在原点抄平一次,以为比较,据此两次抄平测量之结果,则知各部高度,大 致尚无变化。

北闸水平测量结果比较表


号数 抄平 结果 差数(公厘)
23年6月14日高度 24年3月14日高度
1 103.485 103.486 +1
2 103.483 103.482 -1
3 103.503 103.503 -0
4 103.510 103.508 -2
5 103.497 103.494 -3
6 103.499 103.496 -3
7 103.485 103.483 -2
8 103.492 103.489 -3
9 103.486 103.484 -2
10 103.488 103.487 -1
11 103.496 103.494 -2
B.M. 103.519 103.517 -2
12 103.498 103.495 -3
13 103.498 103.495 -3
14 103.498 103.496 -2
15 103.492 103.489 -3
16 103.487 103.488 +1


(四)引水渠工程
引水渠位于东闸及北闸之间,其所经路线,地面为夹杂圆石之红土,深六七 寸,其下为沙土。渠身挖出之土,完全为建堤之用,若令包工人自由挑筑,将来 筑成之堤,势必红土在下,沙土居上,抵流力量,势必薄弱,故在未开工之前,用 测得之断面,详加计算,务使沙土居中,红土与小圆石在外。
此项断面内外土质之规定,施工时虽稍觉困难,然其利有三:
1.红土与小圆石包面,其抵流力量,必远过于沙土。
2.若沙土与红土任意堆筑,堤身各层土质不同,即各段亦不同,将来长草, 必不整齐,既碍观瞻,又易冲刷。
3.堤心为沙土,不易为锁穴重物所破坏。
引水渠土工,自二十二年十二月下旬开工,至二十三年二月中旬,大致完 工,共计土13.055华方。
(五)东闸工程
东闸位置,在滹沱河北岸高岡之下,挖基费工颇多。以其离河稍远,基础纯 为红土,中夹圆石,远较北闸基础为坚实。原拟用椿基,今观实地情形,则非所 需,故予取消,以节工费。
(六)拦水堰工程
引水全部工程,以拦水堰最重要,费时亦最久,兹将施工时,困难各点,条述 如下:
1.运石
拦水堰工程,所需石料,约一万四千一百余华方,均运自南岸马鞍山。过滹 沱河处,筑有运石便桥。此项石料,重者二千余磅,轻者亦数百磅,完全用人力 推运,装卸均甚困难,运石之平车及轻轨铁道,时遭损坏,修理之费,亦属不资。 运石平均距离,约四华里,运价每华方一元。
2.打板椿
沿拦水堰中线,有Wakefield式美松板椿一道,椿长四公尺,打入沙中者为 三公尺七寸。滹沱河河底,均为粗沙,且含有圆石,其磨阻力甚大,以重约一千 磅之人力拉铊打之,沉入甚缓,每有一椿,需一整夜始能打毕者,后将板椿刨平, 以减阻力,进行始稍速,若用汽铊,困难想不至此,惟包工人资本不充,未能设 备,以致时间工费,两受损失,深可惜也,又打椿时,河底如遇有大圆石,椿即不 能打至规定高度,或致接笋脱离,须加打围椿,以免发生弱点,致有隔水力量不 均之弊。
北段河底,较南段为坚实,圆石亦似较多,故北段打椿工作,进行较缓,加打 之围椿亦较多。
3.砌石
拦水堰身,除隔水墙外,余为干砌石,石块既大,抬运自难,尤以砌面时为 甚,平均每砌堰身一华方,约需工六工,每砌堰面一华方,约需工十工。
4.抽水
拦水堰基槽高度,在西端较河水约低一公尺,在东端约低一公尺又半,沙质 漏水甚易,基槽面积又大,于是抽水问题,发生极大困难,包商同义成,仅有八马 力之抽水机一架,必不敷用,遂由工程处代为购新抽水机一架,并代为借用整理 海河善后工程处及华北水利委员会十马力之抽水机各一架,始能勉强敷用。
5.砌筑隔水墙
拦水堰共有隔水墙三道,除沿中线一道,基槽较高,尚易砌筑外,其余两道, 因槽底之水,每不能完全抽干,以致胶泥砌石,进行困难,及南闸将行筑成之时, 南北两段相接之处,积土挖去,南北基槽之水,汇集一处,更不易抽干,在水内部 分之隔水墙胶泥砌石工作,无法进行,于是改用模型,打筑1:3:6混凝土以为替 代,虽费灰较多,然舍此更无善法。
(七)南闸工程
南闸工程,自导水工程(见后)合龙之后,即开始抽水挖基,基底石质,半为 页岩及腐石,开凿进行,甚为迟缓,炮眼损失亦甚多,兹将此项挖基工作,作一统 计如下:

项目 开石 挖沙
石及页岩 腐石
方数(华方) 415 285 327
工数 5 982 3 236 733
每方工数 14.4 11.4 22
每方凿眼呎数 13.5  
每方炮数 10.0  
每方炮药斤数 2.64  


挖基工作,自二十三年十一月下旬起,除雨雪及冻期停工外,共工作八十余 日,至二十四年三月下旬,始告竣工,即开始砌石及混凝土工事,至五月下旬,全 部告竣。
(八)导水工程
北段拦水堰筑成之后,须将河水导使北流,以便建筑南段拦水堰及南闸。 原计划导水之期,定为二十三年春汛之后,彼时流量不过二三十秒立方公尺,成 功尚易,旋以北段工程,不能如期完工,不得不移至秋后,于九月下旬开工,其时 流量约为一百秒立方公尺,开工之后,秋汛又至,河水激涨,流量达五百余秒立 方公尺,合龙围堤,几无法修筑,幸汛后流减,迅速进行,合龙之期虽稍延展,于 大局尚无大碍也。
围堤筑成之后,将合龙所用沙袋,运堆堤上,并铺轻轨铁道,以便运输,一切 筹备,既已就绪,乃定为十一月十六日合龙。是晨六时,即开始工作,用平车推 运沙袋,向龙口上游抛堆,河流被阻渐涨,九时,北闸过水,至下午三时,龙口之 流全断,河水完全由北闸下泄。惟龙口沙袋孔隙,漏水尚多,赶浇戗土,以期闭 气。十七日晚,大风骤至,水流激荡,新堤岌岌可危,幸抢护终宵,未致出险。此 项合龙工作,共历八十余小时不断之工作,方始告成。
十六日下午龙口断流时,上游水面高度为99.7,下游为97.8,水头相差为 1.9公尺,至二十日,因北闸海漫于上,完全刷去,泄量渐大,上游水面亦渐降,龙 口上游为99.07,下游为97.75,相差1.3公尺,较初合龙时少六公寸,合龙既毕, 即赶筑下游围堤,至月终全部告成。
(九)防汛工作
防汛工作共历两次。一为二十三年之防汛,彼时北岸工程已成,南岸工程, 尚未动工,河槽仍靠南岸。在汛期内,最大流量,亦不过一千二百余秒立方公 尺,仍由旧槽下泄,堰上未过水,北闸虽已经洪,然为时甚暂,故未发生任何险 象。又北段拦水堰在六月间暂告一段落时,其临河坝头,曾施以特别保护,将其 砌成直一横五之斜坡,并以宽九公尺之铁丝笼堆石,绕围坝头,以为保护坡脚之 用。经洪之后,此项石笼,毫无沉陷现象。至二十四年之防汛,则在全部工程已 完竣之后,河流被拦水堰横断,洪水头由堰顶漫流,其情形之重要,非二十三年 汛期所能比。在七月间,最大流量不过三四百秒立方公尺,拦水堰上游水位, (以北闸上游约十余公尺处翼墙上之水尺为标准)最高达100.35公尺,堰上虽 已过水,惟深仅一公寸余,工程全部,毫无变化,至八月初间,洪水骤至,最大流 量达三千余秒立方公尺,历时共有十日之久,为民六以来所未有。兹将发洪时 逐日防护之情形,分述如下:
四日,天阴,上午九时涨水,十一时涨至高度99.8公尺,下午一时续涨,三 时由堰顶漫流,六时堰顶水深二公尺,七时后又猛涨,十二时堰顶水深平均一公 尺,拦水堰下游流量,估计为一千五百秒立方公尺,十二时后水渐落,至次晨三 时,共落四公寸,一夜之中,上下导水围堤之残余部分,以及沙丘等,完全冲刷 无余。
五日,天阴,早八时,水落平堰,北闸下游之引水渠外坡砌石,因北闸出水过 猛,坡脚石笼下沉,以致塌陷,约长五十公尺,当即沉石保护,南闸下游抛石坡, 亦稍沉陷,当即抛石补充。下午六时骤雨,十时续涨,次晨三时,再与堰平,竟夜 大雨,工作进行,颇为困难。
六日,天气阴霾,上午细雨蒙蒙,水无涨落。引水渠石坡,及南闸下游抛石 岸坡保护工作,仍继续进行。十时水又涨,下午大雨滂沱,河水续涨不已,至夜 午,堰顶水南北两端约一公尺五六寸,中部较高二三寸,平均水深约一公尺八公 寸有奇。当时堰上水势湍急,骤如奔马,流速约每秒三公尺余,水跃位置在石笼 上,南北两闸,水势汹涌,澎湃之声,可闻数里。入夜雨降不止,南北两闸下游之 石坡,更形危险。南闸下游石坡,被回漩冲激,逐渐内陷,抛石掛柳,均未生效, 继用沙袋,始行抢住,引水渠石坡,沉陷范围,亦渐扩大,当就堤上取土,装袋沉 护,幸未出险,当洪水达最高峰时,北闸上游水位,达102公尺,而引水渠内水位 低至99.6公尺,一堤之隔,水头相差三公尺余,殊觉危险,故当时将引水闸略 启,放水入渠,增高水位,以策安全。
七日,晨七时,北闸上游水位101.7公尺,全日无变化,细雨断续,尚无放晴 之望。石坡保护工作,仍继续进行,至晨十时,拦水堰突然发生危险,在下游坡 脚与北闸翼墙连接处,沉陷一小部,宽五六公尺,长十余公尺,当在闸上抛石,以 期冲入陷处,以为补充。同时距南闸约四十公尺处之下游堰面,亦发生同样情 形,沉陷奇速,顷刻之间,向北展长五六十公尺,此时形势险恶,达于极点,幸未 继续发展,否则不堪设想矣。
九日,天气放晴,水位续落,上游高度为100.7公尺,其时北闸临近拦水堰 上游,发生横流,斜入闸口,出闸之后,余势犹在,直扑堤坡,势如奔马,以致继陷 十余公尺。当时除用沙袋护坡外,并将闸门降下,入水二公尺,以抑流势,形势 遂得改善,本日水落甚缓,一整夜之久,仅降一公寸。
十日,晨七时上游水位为100.6公尺,引水渠石坡及拦水堰情形,俱无变 化,惟南闸下游石坡,洪流淘刷更烈,抛石保护,随抛随去,考其原因,盖由于石 坡临流太近,流力过大,石不能存,若仍继续抛石,必徒劳而无功,当即改变方 针,以退作进,除翼墙部分,以巨石保护外,余均暂行放弃,任其内陷,待至相当 程度,距流稍远,抛石保护,自易为功,自采用此项办法后,形势为之一变,翼墙 得保无处。
十一日,昨夜上游暴雨,天明水续涨,水位由100.4公尺涨至100.75公尺。 引水渠石坡及拦水堰情形无变化,惟一涨一落之间,南闸流势,又行变迁,保护 翼墙之巨石,亦被冲去,连夜编铁丝笼装石沉护,彻夜工作,始得转危为安。当 翼墙危机时,曾降落闸门,入水二公尺,期抑流势,惟其情形与北闸不同,故未生 效,旋即开启,以免闸墩发生危险。
十二日,晨七时,上游水位为100.5公尺,南闸翼墙,继续编笼装石沉护,他 处无变化,晚十二时,水位落至100.4公尺。
十三日,水续落,晨时堰顶断流,上游淤沙已满,中部与堰顶平,南北两端较 低三四公寸。河流情形,亦落洪前不同,一股沿南岸直趋南闸,一股直冲拦水堰 中部,至距堰二三十公尺处,又分为两股,一南流,一北流,沿堰后挑流短坝坝 头,分入南北闸。此项挑流短坝,为原计划所无,当工程将竣时,以余石堆成之, 共九道,每道长二十余公尺,距离为五十公尺,坝底高为98.0,坝顶高度为 99.5,较堰顶高七公寸。当洪水降落堰后发生横流时,倘无此项短坝挑流,则上 游堰坡,岌岌可危矣。
十三日之后,堰顶从未过水,无复洪水之可言矣。
(十)修复计划
此次洪水,工程各部,均有损坏,除修复外,并应需增固,俾后遇有类似或更 大之洪水,不致再蹈覆辙。
1.修复堰面
此次洪水,堰顶水深,平均达一公尺八公寸有奇,堰顶流速每秒三公尺以 上,堰坡倍之,以致损坏颇巨。以面积论,共一千四百公尺,约居全堰面积百分 之九,估计体积,为一千九百立方公尺。此等冲坏之处,石块逐流而去者半,陷 入堰底者亦半,修复时所需石料,须开采补充。惟堰面部分,如仍用巨石码砌, 不但运输困难,且甚费工,兹拟改用高约一公尺之铁丝笼装石浦面,以为替代, 虽不与他处一律,其巩固或倍之也。
2.堰面抹灰
巨石砌面,隙缝甚多,悍流乘虚而入,以致掀起石块,此为堰面冲坏原因之 一。查去年举办导水工程时,曾将北端一段,用白灰抹缝,以防漏水,经洪之后, 此段堰面,毫未损坏,兹拟仿此办法,将下流堰面,除改铺石笼及抹灰部分外,余 均用一比二白灰沙子胶泥灌抹,以求巩固。
3.重砌堰坡隔水墙
南段损坏最甚之处,第一道隔水墙,大部沉陷,第二道隔水墙,大部碎裂,修 复办法,裂者重砌,沉陷者加高。惟沉陷过深,墙顶在水内者,可逐段加板打筑1 :3:6混凝土,待出水面后,再行砌高。
4.修理堰下游铁丝笼
下游铁丝笼装石沉陷之处,尚不甚多,惟笼盖铁丝,以大树顺流而下,割断 多处,应行修理,以免扩大。
5.加固堰后短坝
经洪之后,北闸上游河滩淤积甚高,平均高度约100.7公尺,面积三百余 亩。有此淤地之后,洪流情形,为之一变。昔日自西而东,直趋北闸者,今须绕 行,斜入闸口,出闸之后,余势犹在,横扫堤坡,以致塌陷。兹拟将北段短坝,加 长20公尺,并加高至高度101公尺,以矫流势,使其直入闸口,又堰后其他各短 坝,均极收挑流之效,亦须稍事加固,以期永久。
6.南北两闸添筑消力栏
查南北两闸底高度,均较河床为低,过闸之水,流速增大,冲刷力极强,故此 次洪汛,两闸下游之石笼,均遭冲陷,有深达三公尺者。兹为减杀过闸之水势 计,拟在南北闸各筑消力栏两道,其一贴靠闸门之前,一则筑于砌石海漫之前 端,均用1:3:6混凝土建筑,与海漫接合,在南闸栏高七公寸,北闸高五公寸,借 可节制水势,减小冲刷之力。
7.添铺南北闸石笼
两闸海漫下游石笼,大部沉陷,兹拟加筑石笼一层,较原范围稍大。为避免 施工时抽水挖槽工作之困难,将石笼堆置已淤平之土面上,装置完竣后,启闸放 水刷沙,使其下沉。惟新加之笼,其高不必皆为一公尺,盖以原笼沉陷之深浅, 各处不同,施工时须先用铁杆轧验,如底不及一公尺者,笼高即照其差数,在一 公尺之上者,即用一公尺,务使新笼沉陷之后,无高出海漫之弊。
8.修理北闸下游堤坡
北闸下游堤坡,不必修复原状,拟用抛石方法,替代砌石,自海漫附近起,向 东80公尺内,凡坡面在高度99公尺以下者,加抛石均厚8公寸。惟在小水时, 河底淤高,抛石不易沉至坡脚,可先将高出河底部分抛筑,余石存于堤上,待下 次汛期时续抛之。
9.重筑南闸抛石岸坡
南闸下游抛石岸坡,完全冲毁,拟就现状,加以修理,以护翼墙。
10.修理北闸下游圆石坝
闸下白灰砌石堤坡东端,原堆有圆石挑水坝若干道,其近闸一道,此次洪 水,完全沉陷,应行补充。其余各圆石挑水坝,略有损毁者,亦须修理。

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