清華歲月之十四，水工結構教授張任

”水工結構“是我們學習的一門主要專業課。任課教師是水利係係主任張任教授。他在這門課程中講授水工建築物的基本類型與受力特點，水壓力、揚壓力和滲流對建築物的作用，大壩及多種水工結構的穩定與強度計算，結構安全與工程設計方法等。涉及水利樞紐布置與總體設計，重力壩、拱壩、土石壩、溢洪道、過水隧洞等的荷載、穩定、強度計算和構造設計，大壩泄洪與消能設施的布置和計算等技術內容。課程中大量使用材料力學、結構力學、水力學、土力學的知識，並聯係國內外工程實例，是一門理論與實際緊密結合的課程。要講好這門課程，需要有紮實的數學力學功底和豐富的實踐經驗。張任教授就具備了這些條件。

張任1905年出生於山東安丘的一個書香世家。1921年，16歲的張任考入清華留美預備學校。他在清華學堂工科係度過了四年的預備生生涯，接受了嚴謹的中西合璧教育，這為他日後的留美生涯打下了堅實的數理基礎和外語底子。1925年，張任以優異成績畢業並獲得庚子賠款獎學金，遠渡重洋開啟了為期四年的美國深造之旅。1925—1928年他入讀康奈爾大學土木工程係，獲得了土木工程學士學位。隨後，1928年他轉入麻省理工學院攻讀研究生，用一年時間便獲得了科學碩士學位。

張任自1929年從美國學成歸國，至1952年到清華任教之間，經曆了長達二十餘年的“實業與教學並行”的曆程。歸國之初，他擔任了天津海河入海閘的主持興建工作。抗戰爆發前，他南下轉入揚子江水利委員會，負責長江中下遊的水利規劃與技術審查。1930年，他獲得機會再次赴美進行為期一年的考察。他當時踏遍了美國本土48個州，重點考察了美國各地的水利樞紐、水文觀測站和實驗室。這被他視為人生中極重要的“實踐求學”階段。回國之後，他先後在北洋大學和中央大學水利係任教授。1949年前後，出任永定河官廳水庫工程局局長。他主持了官廳水庫的早期選址、地質勘測及技術方案論證。官廳水庫後來成為1949年後興建的第一座大型山穀水庫，而張任正是這首“治水序曲”的主要譜寫者之一。

1952年的院係調整是中國高等教育史上的重大轉折。清華大學水利係的組建，不僅是簡單的機構合並，更是一次“水利大腦”的戰略性集結。張任教授作為首任係主任，憑借其深厚的學術造詣、豐富的工程實踐背景以及廣泛的人脈，在師資整合中發揮了重要的橋梁作用。1952年清華水利係的正式建係，主要由以下四支力量合並而成：清華大學原土木係水利組，北京大學工學院水利係，燕京大學工學院相關學科，北洋大學與中央大學的骨幹調入。張任入職後，立即按蘇聯模式組建了三個核心教研室，委任各路名師分而治之，實現了學科的平衡與互補：水能利用教研室：由原清華係核心、水能學專家施嘉煬主持。水工結構教研室：由歸國不久、極具工程實幹經驗的張光鬥主持。水力學教研室：由來自北大工學院的夏震寰主持。張任在任內不斷致力於“網羅人才”：黃文熙（來自中央大學係統）：作為中國土力學的奠基人，最終來到清華主持土力學教研室。錢寧（泥沙專家）：張任頂住壓力，將正在接受“審查”的錢寧調入清華，建立起世界領先的泥沙實驗室。

張任教授作為清華大學水利係的奠基人之一，其科研貢獻不僅體現在具體的技術成果上，更在於開創了“教學、科研、生產三結合”的實踐範式，推動中國水利教育與工程應用深度融合。1958年，水利係受命主持密雲水庫設計任務，張任作為係主任組織師生開展“真刀真槍做畢業設計”。他審定了壩的選址方案，並在樞紐布置、泄洪係統設計等方麵提出關鍵建議，為水庫安全運行奠定基礎。在密雲水庫建設中，他帶領師生駐場設計，將工地變為課堂，實現生產、科研與教學一體化。這一模式被周恩來總理肯定，並在全國高校推廣，成為中國工程教育的重要範式。

張先生在主編教材、推動學科建設與實驗室發展等方麵，也做了不少工作，此處不贅述。

值得著重介紹的，張任教授是中國河流泥沙學的先驅。他不僅關注工程建設，更深入探討泥沙運動的本質。他推導的泥沙輸移相關經驗公式，至今仍被視為經典。他曾係統研究泥沙在河流中的輸移規律，為後來三門峽、葛洲壩等大型樞紐的泥沙淤積處理提供了關鍵的理論支持。

在三門峽工程這一中國水利史上最沉重也最具爭議的篇章中，張任教授的角色是一位堅守泥沙動力學客觀規律的技術專家。與黃萬裏教授那種決絕反對不同，張任教授的主張更多地體現為一種基於力學分析的務實修正。他在三門峽問題的討論中，始終抓住一個物理核心：輸沙能力與水流能量的匹配。根據他深入研究的河流動力學理論提出：在三門峽建高壩後，庫區的泥沙淤積不會僅僅停留在壩前，而是會隨著水流能量的減弱，向渭河口乃至西安方向溯源淤積。他利用泥沙起動流速和輸沙率公式論證：如果強行蓄水，渭河的水位抬高，坡降變緩，泥沙必然會堵塞渭河河道，造成災難。在三門峽工程初期的方案審查中，他強烈建議保留並增加底層排沙孔。當三門峽工程在60年代初陷入嚴重淤積危機時，張任教授積極參與了後來的“二次改建”論證。他支持增設排沙管、打開施工導流底孔，這一舉措將三門峽從單純的“蓄水攔沙”轉變為“蓄清排渾”，在技術上部分挽救了工程的存續。他在50年代後期組織清華水利係師生建立了規模宏大的三門峽模型試驗場。通過物理模型模擬泥沙在渭河口的淤積過程。正是這些實驗數據，為後來三門峽工程從“攔截方案”被迫轉向“排沙方案”提供了關鍵的實驗判據。

1964年12月在北京召開的關於黃河規劃的匯報會，被史學界和工程界視為三門峽工程的“生死辯論”。當時，三門峽水庫蓄水僅四年，庫區泥沙淤積量已高達34億噸，渭河河床抬高，威脅西安的“溯源淤積”已經發生。在周恩來總理的主持下，張任教授等專家通過極其紮實的模型數據和力學論證，將討論從政治意願拉回到物理規律，最終促成了“改建排沙”的共識。在張任等專家的堅持和周恩來總理的調解下，會議最終達成了三項核心共識，這便是著名的“增（增設排沙管）、洞（打開導流底孔）、開（開啟進水口底檻，降低發電進水口高度，增加泄流斷麵）”的改建方針。張任教授代表了當時清華水利係的主流務實派主張。他們認為：既然大壩已成事實，單純炸壩會給下遊帶來巨大的洪水壓力；而通過改建排沙孔，可以將原本“死”的攔沙庫變成一個“活”的調節器。周恩來最終采納了這種方案，將其總結為：“蓄清排渾，綜合利用。”

1964年及其後的改建，證明了張任教授等人的排沙邏輯是救命措施。如果沒有這些改建，三門峽大壩可能早已成為一座實心的“泥沙墓碑”，而西安也可能早已被淤積引發的洪水淹沒。改建雖然沒能讓黃河變回“五十年代之前”的樣子，但它通過人為幹預手段，在黃河的狂暴與渭河的安全之間，建立了一個雖然脆弱但至今仍在運轉的動態平衡。

如果說黃萬裏是敢於直言的“孤膽英雄”，那麽張任則是深耕實驗室、試圖用數據和公式在體製內尋求最優解的“理性工程師”。張任教授那種“實事求是，不因政治風向改動數據”的風格，被認為是清華水利係最寶貴的學術傳統。

張任教授於1993年逝世，享年88歲。他將被無數個弟子和水利人銘記在心，長期緬懷。

這裏再說一些題外的後續情況。

隨著2001年小浪底水利樞紐的建成投運，黃河中下遊的治理格局發生了根本性的逆轉。如果說當年的三門峽是一位在泥沙重壓下苦苦支撐的“孤膽老將”，那麽現在，它已轉身成為了小浪底這位“強壯後輩”最親密的戰略副手。在現代黃河治理體係中，三門峽的角色轉變主要體現在從“單打獨鬥”向“聯合調度”的跨越：在每年汛期的“調水調沙”期間，三門峽利用其改建後的底孔，率先進行“衝庫排沙”。它將庫區淤積的泥沙有計劃地衝刷出來，送往下遊。小浪底接力：衝出來的泥沙進入小浪底庫區。小浪底利用其巨大的庫容（接近130億立方米）捕捉這些泥沙，並利用高水位的人造洪峰，將泥沙一舉送入大海。

結果：三門峽的淤積壓力被小浪底有效分擔了。小浪底由於地理位置更靠下遊、庫容更大，已經接替三門峽成為了黃河下遊防洪的“總閘門”。而三門峽則將重心轉向了更專業化的“防淩”（防治冰壩災害）。“蓄清排渾”原則，在“三門峽-小浪底聯合調度”中達到了高度的平衡。

我有幸在2004年4月和5月，兩次參加在小浪底水利樞紐舉行的技術會議，並參觀了大壩和水庫。我為三門峽工程終於有了這樣一個庫大靠下的梯級兄弟小浪底工程而慶幸。通過科學的兩庫水流聯合調度，三門峽的淤積問題從此得以較完善解決，終生關注三門峽工程的黃萬裏教授和張任教授在天之靈也可因此得到慰籍了。

 

圖1，官廳水庫

圖2，密雲水庫

 

圖3，改建後的三門峽大壩

 

 

圖4，2004-4-27，小浪底水利樞紐的一次會議

 

圖5，2994-5-24，小浪底壩下遊留影

2026年3月15日完稿。文中圖1、2、3取自網絡，謹向原製作者致謝。