曹瑞芝

曹瑞芝（1890-1953），水利學家。近代山西水利科技的奠基人。20世紀20年代起，曾先後在晉、豫、魯、鄂、川、陝等省從事水利科技工作，最早制定山西水利發展規劃，倡導制定水法和建立水文觀測站，研究與推廣黃河下游虹吸管淤灌工程和農村小型水電站，主持試驗木製水輪機、水輪泵和輪葉調速器等，並曾參與擬訂早期長江三峽開發計畫，為開創中國近代水利水電事業和技術進步作出了重要貢獻。

基本介紹

• 中文名：曹瑞芝
• 出生日期：1890年2月20日
• 逝世日期：1953年5月13日
• 職業：科學 水利學家
• 畢業院校：山西大學土木工程系
• 主要成就：近代山西水利科技的奠基人
• 代表作品：山西水利狀況及今後之進行方針
• 籍貫：山西省汾城縣

簡介

瑞芝，字子仙，1890年2月20日生於山西省汾城縣（今襄汾縣）曹家莊鄉的鄉里村。父親經商，母親是家庭婦女，粗通文字，曾擔任過“天足會”委員。受家庭環境影響，他勤奮好學，性格開朗，熱愛新生事物。幼年在村里私塾讀書，後進入縣城學堂。1910年，考取山西大學土木工程系預科，1916年本科畢業。1919年考入美國威斯康星大學（University of Wisconsin），學習水利工程和水力機械，1923年獲碩士學位。回國後，即在山西、河南、山東、四川、陝西等省從事水利事業。從1930年開始身患十二指腸潰瘍，到1943年在重慶做了胃切除手術，得以痊癒。患病期間得到他妻子盡心照料，一直堅持工作，全身心投入水利建設事業。

三峽水利工程

事業

曹瑞芝回國後，先在山西督軍府任採運處處長，由於不能充分發揮自己的專長，於1927年離開山西去河南省水利局任工程師。創建了黃河下游虹吸引黃淤田工程，深受當地民眾歡迎。由於他對虹吸管入迷，同行們給他起了個外號，叫他“虹吸管”。1930年後任山東省建設廳水利技正，仍繼續該項工作的研究。1935年在全國性學術刊物《工程》10卷第1號上發表《虹吸管之水力情形及流量之計算》論文。這篇論文曾被中國工程師學會第四屆年會評為第一名，獲金質獎章。1936年又得到山東省政府的表彰，發給500塊銀元獎金。1932年他應邀參加長江三峽工程勘測隊，在全國首次提出開發長江水電的宏偉計畫。1937年8月，日本侵略軍逼近濟南，他輾轉入川，在大後方開始新的水動力及小水電研究與建設。1946年他任重慶國民政府水利部專門委員時，率部屬第224勘設隊由重慶回山西工作。經西安北上到達晉南臨汾時，因上黨戰役暴發，僅在晉南一帶做短期查勘。

逝世

1952年3月曹瑞芝在山西省為建汾河水庫做野外查勘時，由於過度勞累突患心臟病。同年秋病情加重，去瀋陽軍區202醫院治療，終因心力衰竭，醫治無效，於1953年2月13日逝世，享年63歲。

制定三晉治水方略

瑞芝一生曾3次回山西工作，前後歷時十餘載，制定了符合山西省情的治水方略。第一次回山西工作是在1923-1926年。在此期間對山西省水利狀況進行了全面調查，於1925年寫出《治汾計畫》和《山西水利狀況及今後之進行方針》兩篇論著，最早提出在汾河上游至羅家曲河段修築水庫、在下游新絳至河津河段興建機械抽水高灌工程的構想。

汾河

提出問題

認為：“山西之水利，省南有八大堰，省北有三大渠，可稱中國歷來水利上之大成績，”但要有大的發展，急需解決三方面的問題，即：（1）“興辦水利感受之困難，如省政府對於用水，無規定之水法，爭訟起來，審判官無水法可依，人民用水毫無限制，強者得以霸占水利”；（2）“山西之水利缺點甚多，如水源之調查，水量之記錄等等，都付缺如，雖有人起而研究，亦無復從”，而造成“坐失水源，殊可惜也”；（3）“山西已有之水利，類皆自然水利”，而目前開發自然水利之條件“已將告竭，此後欲再繼續進行，舍科學水利其誰歸”。在此基礎上，曹瑞芝對山西發展水利提出四項具體計畫：“（1）制定水法；（2）調查水源；（3）量水（水文觀測）；（4）試驗（灌溉與鹽鹼地改良）”。並明確提出，“利用科學方法，以促進水利之發展，實是山西之根本辦法”。

編制設計任務書

第二次是在1946-1949年。抗日戰爭勝利後，曹瑞芝率重慶國民政府水利部第224勘測設計隊回到山西，對黃河龍門水庫發電工程進行查勘，並編制設計任務書；對晉南龍子祠、霍泉渠、通利渠等古老灌溉工程進行了考察，提出利用現代技術改建擴建這些工程的科學方案。

水利局總工程師

第三次是中華人民共和國成立後1949-1953年，曹瑞芝接受山西省人民政府邀請，回到太原，出任山西省政府委員和山西省水利局總工程師。他雖年逾花甲，但壯心不已。1950年在全省第一屆政治協商會議上，即提出興修黃河龍門水庫水電站的建議，引起與會同志的極大關注。從1949年到1952年，他率領水利技術人員，先後對汾河、滹沱河、涑水河、瀟河等主要河道進行了調查，並對這些河道的治理和全省水利的發展，提出了比較全面的規劃方案。在全省主要河系設立了多處水文和雨量站。在他的主持下，成功地建成了滹沱河、瀟河兩座現代化的大型灌溉工程；同時還對霍泉、南垣、鼓水、汾河等八大冬堰古老灌溉工程，進行了現代化技術改造；使全省萬畝以上的自流灌區由11 處增加到29處，有效灌溉面積由296萬畝（19.73萬公頃）增加到609萬畝（40.6萬公頃）。在他的倡導下，臨汾地區設立了山西最早的灌溉試驗站。他還從全盤考慮，積極籌辦農村水電建設，在省水利局設立了水利機械研究室和水利機械修造廠，研究和製造農村水力水電建設所需要的機械設備。在此基礎上，1956 年洪洞縣明姜水電站建成投產，很快在全省推廣，到20世紀50 年代末小水電站發展到129處。1960年農業部在洪洞縣召開了全國11個省（市）的小水電會議，推動了全國農村水電事業的發展。

開創虹吸引黃淤田工程

1927年，曹瑞芝到河南不久，鑒於黃河下游兩岸水高田低，可利用虹吸管抽取渾水越過大堤進行淤灌，開

始了虹吸管淤灌農田、改良土壤的工程建設。“在黃河花園口首次安裝6英寸（15.2厘米）虹吸管，試驗出水甚旺，由出水處開挖渠道14里（7千米），經南北兩索水河，可達賈魯河。”繼之“又裝設24英寸（61厘米）鐵管八副，共可出水240立方英尺/秒（6.8米3/秒），可以灌溉沿岸5萬餘畝（0.33萬公頃）旱地。”1930年他出任山東省建設廳技正時，仍積極倡議在黃河沿岸興修虹吸管引黃淤田工程。“在廳長的支持和工程師褚文林等協助下，於1933年擬定了引黃淤田計畫，擬建：厲城王家梨行、青城馬閘子、齊河紅廟、蒲台王旺莊等處虹吸管工程，計畫淤田21.5萬畝（1.43萬公頃），需建設費301萬元”。“安設管徑王家梨行及馬閘子為21英寸（53.3厘米），紅廟及尉家口為18英寸（45.7厘米），王旺莊為15英寸（38.1厘米）”。“1933年11月18日，王家梨行工程試水成功，實引水0.15米3/秒。其他三處亦先後於1934年建成，工程效益較為顯著”。當時山東省建設廳的報告說：“在設計之初，原擬放水數次，始有成功可睹焉，當馬閘子驗收之際，僅放淤十日，其附近淤成之地，可達一千餘畝（66.7hm2），淤厚平均約七公分（7厘米）。這段田地，昔為卑濕鹼鹵不毛之區，今淤成之後，可變沃壤。由此可見，沿黃兩岸全部虹吸淤灌工程之利益，確為救濟農村之大計矣。”

黃河小浪底

上述工程見成效後，曹瑞芝等人又在建設廳的支持下，制定了全省淤田計畫，擬“安設48英寸（121.9厘米）虹吸管300 組，……灌田2240萬畝（149.3萬公頃），使年農產收入達到1.12億元。計畫30年竣工，全部費用400萬元。因經費無著，未能實現”。新中國成立後，僅1956-1958年的3年中，山東省就建成引黃虹吸工程24處共162條，設計引水160米3/秒，灌溉面積達560萬畝（37.3萬公頃）。

1935年前後，豫、冀、魯三省政府合組虹吸工程勘察團，以曹瑞芝為團長，沿黃河查勘與測量達數月，編擬了詳細的工程計畫。他在山東期間潛心研究虹吸和航運技術，先後發表了多篇論文。

參與早期規劃三峽開發方案

1932年10月上旬，曹瑞芝應揚子江水道整治委員會邀請，由魯赴寧，會同鄆震、宋希尚，加上原揚子江水利委員會指派的測量總工程師史篤培（美國人）、技術員陳晉模兩人，組成了中國第一支長江三峽勘測隊，於10月下旬自宜昌逆流而上，查勘了長江水力開發情況，於11月23日回到南京整理資料，編寫出長江三峽第一個開發計畫。這個計畫比美國墾務局專家薩凡奇（J.L.Savage）1944年踏勘宜昌峽上游早10多年。打破了長期以來有些人為認為三峽開發計畫最早是美國人提出的誤傳。計畫認為：“自宜昌至秭歸，其地質構造名曰‘黃陵背斜’，所謂‘黃陵花崗岩’者面積極廣，地質學家公認此段為峽東背斜中心，花崗石質極堅固，以之為建壩基礎，最合理想”。“黃陵廟、三斗坪一帶之（震旦紀）花崗岩地質及地勢應為詳細研究”地段，此背斜之“東翼宜昌葛洲壩至石門一段，為第三紀之‘東湖沙岩’及‘石門礫岩’。”石門以上至石牌溪即為不宜築壩之奧陶紀灰岩地層。從地質構造看，“葛洲壩之岩層遠不如黃陵廟岩層之合於建壩設廠基礎”，但“葛洲壩地勢較好，初勘時認為是工程較省、工作較便之地點。宜昌若為化學工業區，而恰好有各種天然適合條件，則發電用電集中一地，解除高壓輸電之困難，最合經濟之原則。”故關於選壩段“勘測隊覓得地點二處，一在宜昌上游4海里（7.4公里）之葛洲壩；一在上游22海里（40.7公里）之黃陵廟附近一帶。”根據兩站當時的情況，按各裝機30萬千瓦的要求，對大壩的位置、壩型、船閘、投資等進行了初步規劃。總的規劃指導思想為低壩多級開發方案，此方案淹沒損失甚微，宜昌重慶間

落差125米，利用枯水流量發電，約可得保證出力294 萬千瓦。故還提出：“萬縣巴陽峽、忠縣黃花城、酆都蠶背梁、涪陵剪刀峽、長壽大灘子等幾個水電開發點。”報告認為“葛洲壩和黃陵廟水電站僅是長江三峽開發中的一期工程，揚子江上游發展至最後時期，自宜昌至宜賓必有若干水壩、水閘及發電廠互相連屬，水面降落，各成階級，彼時不但航運之灘險問題可以完全解決，即兩岸之農田亦因水位抬高受灌溉之利。”報告還建議“利用長江三峽豐富的水電資源，固定空氣中的氮氣，製造化學肥料，發展電氣化學工業，供應川漢鐵路。”據鄆震先生回憶並撰文說：“當時計畫中的計算部分和初步設計由曹瑞芝工程師負責，經鄆、宋二工程師最後討論定稿，然後送中國工程師學會《工程》雜誌總編輯沈怡審定發刊。計畫的發表是經錢昌照先生同意的。”

揚子江

朱成章先生也曾回憶撰文說：“第一個三峽開發計畫是從當時的技術經濟條件出發提出的，現在看來他們選定的葛洲壩和黃陵廟兩個壩段，經過50多年來繼續勘測設計和建站證明是正確的。現在，葛洲壩工程早已建成發電，三峽高壩壩址選定三斗坪，也在當年選的黃陵廟壩段內，充分說明當時的勘測規劃是相當嚴謹和科學的。”

發展改進水力機械

抗日戰爭時期，曹瑞芝在四川專心致力於水利水電事業。在此期間，由他主持在三台縣興修了長達50千米、灌溉1.33萬公頃的鄭澤堰，引涪江之水灌田，即現在的永和堰。這是運用現代水利技術在四川興建的第一個中型引水工程。他還致力於水力提灌機械水輪泵的研製與推廣。1940年由他倡導在成都青羊宮和灌縣建立了高灌試驗站，指導一批青年技術人員創造了木質水輪泵和水力筒車。這是中國現代水輪泵的最初機型。

1942年，重慶國民政府行政院水利委員會成立水利示範工程處，任務是利用四川豐富的水力資源，示範推廣小型水力發電站、水動力加工廠和抽水站工程。曹瑞芝任該處主任，在他的領導下，興建了重慶楊公橋水力機械試驗場，設計了一個水動力站。該站採用低壩明渠引水，引水流量1.0米3/秒，水頭5米。因設備簡陋，白手起家，水輪機、水輪泵和尾水管都是木製品。經觀測，木質旋槳式水輪機其效率僅達到30%左右。曹瑞芝與有關人員經過認真試驗對比，根據Die Kreiselpumpen所介紹的方法，利用飛機螺旋槳的原理，不斷改進水輪泵，提出了科學的輪葉設計，運用流體力學原理，改進了軸流泵。大大提高了旋槳式水輪機的設計水平，使木質水輪機實際效率達到80%左右。這一試驗成果隨即套用於低水頭水力發電站，取得了較為明顯的效果。在此基礎上，他還組織有關專業人員進行了開布朗（Kaplan）水輪機輪葉調速器的研究設計。在當時一無物質條件，二無像樣的水輪機製造廠家情況下，成功地設計、製造了中國最早的活葉旋槳水輪機的成套設備，並在實踐中推廣套用，這是難能可貴的。

在試驗研究的基礎上，曹瑞芝指導中國農村水力實業公司，先後在達縣閣溪橋、遂寧石溪寺建成兩處低水頭水電站（分別裝機20千瓦和40千瓦）。在重慶北培建成了高水頭小流量衝擊式水輪機水動力加工廠，解決了當地民眾的照明問題。新中國成立後，在山西較早地設計推廣農村小型水電站，為全國起到了示範作用，就是套用這段時期的試驗成果。

水利界同仁懷念曹瑞芝

曹瑞芝以他的遠見卓識，贏得了同行和後人的尊敬與稱讚。曾與他同繪三峽宏圖的鄆震先生稱他：“誠摯勤奮，勇於任事，肯鑽研問題，認真細緻”。山西水利界，當年曾和他共過事的新中國第一代水利科技工作者都讚頌他：“為人正派，襟懷坦白，嚴以律己，厚以待人，從不沽名釣譽”。

主要論著

1

曹瑞芝。山西水利狀況及今後之進行方針。山西水利——水利史專集，1985（1）：43～452 曹瑞芝。河南黃河水利初步計畫書。華北水利月刊，1929，2（3）

3 曹瑞芝。Seepage Water（英文）。工程，1930，5（3）：394～451

4 惲震，曹瑞芝，宋尚希。揚子江上游水力發電查勘報告。工程，1933，8（3）：195～220

5 曹瑞芝。虹吸管之水力情形及流量之計算。工程，1935，10（1）：1～20