水利科技史之制造局部急流冲沙的疏浚器具——驱泥引河龙

   河流泥沙运动力学实际应用的另一个例子是河道疏浚器具——驱泥引河龙的发明。在现存的文献记载中，清代黄河疏浚多使用人工开挖的方法，也有应用疏浚工具的，与北宋的浚川耙类似。此外，应用水力疏浚的器具叫做驱泥引河龙，仅见于洪泽湖三河闸管理处保存的两张图上②。一张是草图，另一张是清绘图(见图2-24)。图上绘有驱泥引河龙的结构图和图上关键部件的作用和尺寸的说明，另外还有驱泥引河龙的发明、功能、操作方法以及保养、存放的要求等文字。说明该器具的发明人是陆千戎，绘图人名锦，绘图时间在乙巳、丙午年(推测为道光二十五、二十六年)，并说此前数年驱泥引河龙已经上级主管批准试用，“屡屡驱沙有效”。 

    引河龙的工作原理是水流的连续性方程和水流挟沙力公式的实际应用，虽然当时这些原理尚未正式提出。引河龙沉放时，尾部向上游，头部向下游，由于引河龙尾部进口面积W进＝10尺×8尺。引河龙头部出口面积W出＝4尺×2尺，而当引河龙完全沉没于水中，由于通过龙身中的流量(Q)前后相等，即Q出＝Q进，而Q出＝W出×V出＝Q进＝W进×V进。因此，V进/V出=W/出/W进＝2×4/10×8＝1/10。可见出口处的流速是进口处的10倍，而在平原河道的水流挟沙能力是和流速的三次方成正比，出口流速的增加，将大大提高水流的挟沙能力。另外，如果将引河龙放在河底，由于进流不对称，在一定水头范围内，还将出现螺旋流，改善冲沙效果，可见，使用驱泥引河龙进行疏浚，其效果是显著的。据说：“十里长洲，宽至二三里者，一两月间，用五六十座(引河龙)，沙滩尽去，河底自深，毋需人力。”显然，应用驱泥引河龙对增大局部水流速度(即局部的束水攻沙)是有效的，然而难以在全河上采用，并未提高全河断面上的平均流速，因此，它只适用于疏浚局部险滩，而无助于解决全河的泥沙淤积问题，对于这一点，发明人也是有所说明的。即便如此，驱泥引河龙的发明仍然体现了我国古代治河技术人员在长期治河实践中积累的丰富经验和理论智慧。

    中国古代科学技术的突出优点是勤于观察和长于辩证，但却缺乏定量的分析和规律的数学总结。中国古代对泥沙运动的认识起源很早，并有丰富的理论成果，但近几百年来水利科技几近停滞不前。近代泥沙运动的理论，则在20世纪初年由欧洲科学家陆续提出。中国河流多泥沙，河流动力学将在继承中国古代优秀理论遗产并结合现代科学实验的基础上获得进一步的发展。