摘要：20世纪20‑30年代德国Hubert Engels（恩格斯）、Otto Franzius（方修斯）开展的黄河物理模型试验，是近代黄河治理从传统经验范式转向实验科学范式的标志性事件。1923年德累斯顿工业大学校内试验室完成黄河丁坝局部模型试验；1932、1934年在奥伯纳赫（Obernach）野外试验场开展黄河下游花园口至入海口全河段动床模型试验。该过程并非西方技术单向输入，而是中国工程界提出治理需求、筹措经费、提供原型资料，德国专家开展实验，中方人员参与试验过程、再评价与知识本土化转译的跨国知识生产过程。受当时泥沙相似理论、原型观测资料不足的制约，历史模型仅能够实现河势演变的定性观察，不能直接输出可直接落地的工程定量参数，但它引入物理模型试验的科研范式，推动国内水工科研机构建立，重新阐释传统“束水攻沙”治河思想，培养第一代水工试验人才，塑造了“原型观测‑模型试验‑历史经验互相校验”的治河研究路径。本文可为当代黄河水沙调控、物理模型‑数值模拟‑现场监测协同、数字孪生流域建设提供历史方法论启示。

关键词：黄河治理；物理模型试验；恩格斯；束水攻沙；跨国知识传播；近代水利科学

0 引言

黄河作为高含沙游荡性大河，下游洪水演进、泥沙输移、河床冲淤、河势摆动与堤防工程高度耦合。中国古代积累了极为丰厚的治河实践经验，明代潘季驯提出的束水攻沙思想，成为后世讨论河道整治的核心理论，但传统治河主要依靠历史洪水记录、实地踏勘与工程经验，难以对不同堤防、丁坝方案开展可重复的对照检验。

近代水力学、泥沙运动理论与物理模型试验技术在欧洲兴起，为复杂河流问题提供可控实验手段。德累斯顿工业大学恩格斯自1898年起建立常设河工试验室，率先发展变态动床模型技术，用于研究活动河床演变问题。20世纪20‑30年代，先后完成1923黄河丁坝局部试验，1932、1934奥伯纳赫黄河下游大模型；同期方修斯在汉诺威工大开展平行的黄河泥沙模型研究，二者对黄河治理形成不完全一致的技术判断。

过往研究常常将德国黄河模型简化理解为西方技术向中国单向输出，忽略中方在问题设定、经费组织、成果甄别、本土化再解释中的主体地位；同时也容易混淆不同试验的场地、研究对象，把1923校内丁坝试验和1932‑1934野外大模型混为一谈，或过度放大历史模型的定量工程价值。本文结合近代期刊文献、试验报告汇编、后世科技史研究，辨析三次试验的模型构造、试验工况、实施过程、技术边界，分析跨国知识传播路径，讨论其对近代中国水利科学体系的塑造，提炼可供当代借鉴的历史经验。

1 德国黄河模型试验的模型构造与实施过程

1.1 1923年德累斯顿工业大学校内试验室—黄河丁坝局部模型试验

该试验由美国工程师费礼门（J. R. Freeman）倡议，北洋政府华北水利委员会出资委托恩格斯，研究丁坝布置角度、间距、坝头冲刷，验证丁坝束窄河槽的工程设想，试验地点为德累斯顿工业大学本部河工试验室。该试验室1913年重建，拥有长30 m、宽2 m钢筋混凝土试验主槽，可铺细沙模拟活动河床，具备循环供水、潮汐模拟、流量量测设备，硬件条件足以支撑丁坝这类局部构件试验。该阶段仅聚焦局部工程水动力，并未开展黄河数百公里下游全河段模拟。沈怡、郑肇经以留德学生身份全程参与观测、记录工作。

1.2 1932、1934年奥伯纳赫野外露天试验场—黄河下游全河段动床模型

受德累斯顿校内试验室空间约束，为模拟花园口至入海口数百公里的游荡型河道，恩格斯将大尺度黄河模型布置于慕尼黑附近阿尔卑斯山麓的奥伯纳赫（Obernach）野外露天试验场，该场地为恩格斯主持的校外大型野外科研基地，专门开展大尺度挟沙大河动床试验。

1932年试验，李赋都受李仪祉派遣常驻试验场，研究核心命题为缩窄河槽之后能否刷深主槽、降低洪水位，对比不同堤距、控导工程布置下的河势演变；1934年补充验证试验，全国经济委员会水利处提供经费，派遣沈怡赴德作为中方代表，针对不同来水来沙工况开展对比试验，施嘉炀也参与部分观测工作。

1.3 方修斯的平行模型研究

同一时期，汉诺威工业大学方修斯（Otto Franzius）也开展黄河泥沙相关模型试验，试验条件、模型概化思路与恩格斯存在差异。相较于恩格斯强调塑造中水河槽，方修斯对单纯缩窄河槽持更加谨慎态度，更重视黄河泥沙持续淤积的严峻风险。两份模型都围绕黄河整治，但结论不完全相同，也说明不存在统一的“德国黄河模型标准答案”。

2 历史模型的技术价值与固有局限

2.1 模型能够解决的科学问题

物理模型的核心价值，是把自然条件下难以重复的洪水冲淤过程，转化为可控对照实验。德国黄河模型实现：直观观察丁坝偏转主流、坝头局部冲刷、坝后回流淤积等水动力现象；对比不同堤防间距、整治工程布置下，河槽形态、主流摆动趋势的差异；将传统治河概念“束水攻沙”转化为可讨论的工程命题，在何种流量‑泥沙条件下，束窄河槽能够实现冲刷效果，明确该思想的适用边界。

恩格斯由试验提出治理建议，保留遥堤防御特大洪水；依靠丁坝、护滩工程塑造稳定中水河槽；以格堤促进滩地淤高。方案重心集中于下游河道工程。

2.2 受时代制约的技术短板

受20世纪30年代泥沙相似理论、试验材料、原型数据的多重约束，该模型存在难以回避的短板：变态模型带来相似矛盾，采用水平‑垂直比尺不一致的变态模型，可实现宽浅大河的实验室复演，但变态变率会造成泥沙沉降、起动、输移过程的畸变；同时存在时间变态，水流运动时间与河床冲淤时间不能完全满足相似要求。模型沙局限，模型主要模拟推移质泥沙，难以复演黄河占主导地位的高浓度悬移质输沙；缺少适配黄河细颗粒悬沙的模型材料。原型资料先天不足，当时黄河连续水文、泥沙、大断面地形观测网络尚未完备，中方提供给德国的边界条件本身残缺。仅可定性判断河势走向，不能给出工程定量参数，无法回答堤距具体取值、每年冲淤厚度这类工程设计问题。

李仪祉撰写《函德国恩格尔斯教授关于黄河质疑之点》，明确指出欧洲模型建立在莱茵河低含沙河流经验之上，不能直接照搬至黄河，模型结论必须审慎甄别，这代表近代中国工程界不迷信西方试验的独立学术立场。

3 跨国知识生产

德国黄河模型是中国提出现实治黄问题→筹措经费、提供河道水文资料→德国团队开展模型试验→中方人员现场参与观测→翻译、刊布报告，结合中国河流特征重新评价，再纳入国内治黄讨论。

3.1 中方人员的分工与作用

李仪祉：并未赴德国，在国内统筹项目发起、经费协调，选派李赋都、沈怡作为现场代表；不盲从模型结论，提出上中下游统筹治理思路，补充恩格斯方案忽视中游水土流失的短板；推动国内水工试验机构建设。

沈怡：1923留学期间参与德累斯顿丁坝试验，撰文向国内介绍试验室；1934再次赴德参与奥伯纳赫补充试验；回国后负责报告传播，兼任全国经济委员会公共工程委员会主任委员。

郑肇经：留德参与1923试验，翻译《制驭黄河论》；回国后担任中央水工试验所首任所长，推动水工技术本土化。

李赋都：1932驻奥伯纳赫全程跟进大模型，回国主持天津中国第一水工试验所，深耕黄河游荡河道研究。

3.2 传统治河思想与近代科学的对话

黄河试验的特殊价值，是实现中国古代治河思想与近代水力学的对话。恩格斯将潘季驯的工程理念转译为“塑造中水河槽”的现代工程命题，但模型并没有证明束水攻沙在全部水沙条件下普遍成立。近代学者由此意识到，传统经验不能简单当作真理，现代模型也不能无条件照搬，二者需要互相校验。传统治河知识不是被现代科学直接替代，而是被重新解释、限定适用条件，完成知识的更新迭代。

4 对中国近代水利科学体系的塑造

德国黄河模型对近代治黄的影响，不在于落地一套大规模黄河整治工程（受战乱、经费限制，完整方案并未施工），而在于科研范式、机构建设、人才队伍、观测事业多维度的深远变革。

4.1 治河范式转变—从经验判断走向试验‑验证思维

在此之前，黄河治理依靠文献、踏勘、历史经验；经过德国模型的传播，重大江河治理应当预先开展模型对比试验的理念被国内水利界广泛接受。治河决策开始引入“提出问题‑模型试验‑理论解释‑现场验证‑工程反馈”的技术路线。

4.2 催生本土水工科研机构

海外委托试验成本高昂，沟通周期长，且无法随时调整研究方案，促使国内形成共识，复杂大河的问题，必须建设本国的试验平台。直接推动1933中国第一水工试验所（天津）成立，李仪祉任董事长，李赋都主持工作，开启国内自主开展黄河模型试验的历史；1935中央水工试验所（后更名中央水利实验处），郑肇经担任所长，为今天中国水科院和南京水科院的前身，构建全国水工科研体系。

4.3 倒逼黄河原型水文‑泥沙观测体系建设

模型试验质量高度取决于原型数据质量。德国试验暴露当时黄河水文、泥沙、河道地形资料严重缺失的短板。黄河水利委员会加快布设水文站网，开展泥沙取样、河道断面测绘，推动近代黄河原型观测事业系统化发展。

4.4 培养第一代水工试验专业人才

沈怡、郑肇经、李赋都、施嘉炀等人亲身参与德国试验，归国后分别承担科研机构建设、高等水利教育、河道整治规划，构成民国水利的核心人才梯队，将变态动床模型技术移植到国内。

5 历史启示及其对当代黄河治理的借鉴

5.1 外来技术必须适配本国河流特殊条件

欧洲水工模型建立在低含沙河流之上，不能直接套用于高含沙、强游荡的黄河。近代的教训警示，引进国外模型、理论、工程方案，必须充分认识本流域水沙独特性，划定结论适用边界，拒绝“拿来即用”。

5.2 模型只是工具，坚持“原型观测‑物理模型‑历史经验”三者互证

物理模型存在相似性误差，不能单独作为工程决策唯一依据。近代水利界已经形成认知，模型结论必须结合现场实测、历史洪水冲淤记录相互校验。这一原则延续至今。当代已经发展出物理模型、数值模拟、现场监测三者互补的研究范式，数字孪生黄河建设同样不能忽视实测数据校验，不能单纯依赖仿真计算输出结果。

5.3 局部河道工程不能替代流域综合系统治理

恩格斯模型研究对象局限于下游河道整治，几乎没有涉及中游水土流失、流域水沙调控。李仪祉吸收其下游控导的合理部分，但坚持上中下游统筹，既要稳定下游中水河槽，又要重视中游水土保持，保留下游滩区行洪滞洪空间。这启示当代黄河治理，局部河道整治措施，需要放在全流域水沙系统中进行评价。

5.4 区分历史事件的两层价值：工程方案价值与方法论价值

评价德国黄河模型，应当区分两层意义，一是它没有提供一套可以直接照搬的工程方案；二是它带来全新的科学方法论，推动科研制度、机构与人才成长。不能因为历史模型的技术缺陷就全盘否定其科技史意义，也不能将后世工程成果过度归因于20世纪30年代海外试验。

6 结论

德国三次黄河物理模型试验应当区分场地与模型条件，1923丁坝局部试验实施于德累斯顿工业大学校内试验室，使用30 m长钢筋混凝土试验槽，开展丁坝局部构件动床试验；1932、1934黄河下游花园口‑入海口全河段大模型开展于奥伯纳赫野外露天试验场，采用变态动床模型，重点对比不同堤距、控导工程对河势冲淤的影响，但受时代局限仅能模拟推移质，不能复演黄河高含沙悬移质过程。方修斯在汉诺威开展平行研究，德国内部对黄河治理也存在不同技术判断，不能将德国黄河模型视作统一完整方案。

该项目属于典型跨国知识生产，并非西方技术单向输入。中国方面承担提出治理问题、筹措经费、提供原型资料、选派现场工程师、甄别与本土化再解释的主体角色；传统治河思想“束水攻沙”借由模型得到现代再阐释，同时明确其适用条件。

受20世纪30年代泥沙相似理论、模型材料、原型观测资料限制，历史模型仅能够实现河势演变定性分析，无法输出定量工程参数。但它改变了中国近代治河的科研范式，直接推动国内水工试验科研机构诞生，推动黄河水文泥沙观测网络建设，培养第一代水工试验人才。

参考文献

（略）

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