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[论文理论] 中华水文明在世界水文明中的地位

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发表于 2017-5-6 14:37 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    水文明史是人类古代文明水平的重要标志。黄河流域、尼罗河流域、两河流域和印度河流域,是世界四大文明古国的发祥地。导源于黄河流域的中华水文明,是世界水文明的重要组成部分。世界其他国家有的疆域小或自然条件单纯,有的虽自然条件具备但历史较短,有的历史虽长但记载较少,所以就水文明而论,整个欧美加起来才可与中国相比拟。而中国的水文明史内容十分丰富,拥有一流的工程,一流的技术,一流的理论,一流的科学家,可以代表当时世界的先进水平。

    一流的工程

    都江堰

    都江堰是现存世界上历史最长的无坝引水工程。它位于岷江冲积平原的顶点,可自流引水灌田上千万亩,兼有供水、航运之利。创始于秦昭王末年(约前255~前251年),李冰主持兴建。

    都江堰是天然与人工完美结合的水工建筑群,它包括鱼嘴(分岷江为内、外二江)、飞沙堰(分洪减沙,水大时可自溃)、宝瓶口(现宽20米、高40米,横剖面形状肚大口小)以及百丈堤、人字堤、金刚堤等,一般可以保证水小时够用,水大时灌区不致成灾。都江堰工程巧夺天工,举世罕见,中外水利专家无不赞叹其精妙奇绝。它能历千古而不废,与它的简便合理有关,也与它拥有一整套科学管理措施有关。而更重要的是,它已成为传承文化的一个载体,历朝历代都格外受到人们的重视。

    黄河大堤

    修建黄河堤防可追溯到史前的共工与鲧。战国时期,沿河各诸侯国纷纷在各自境内修建堤防,奠定了系统堤防的基础。东汉王景治河后,新堤防形成系统,直至海口,长千余里。黄河夺淮时期,黄河下游形成了堪称世界之最的堤防系统,其中有遥堤、缕堤、格堤、月堤、子堤、戗堤、刺水堤、截水堤之分,这就是我们今天在地图上依然可见的“明清黄河故道”。

    现在的黄河大堤与明清故道类似,它是1855年铜瓦厢决口改道后逐渐形成的。从郑州桃花峪至山东利津河口,河长767公里,两岸大堤及其他有关堤防总长1583公里,一般顶宽9~12米,高10~14米,底宽几十米甚至上百米,人们形象地称它是“水上长城”。黄河大堤被认为是维系东方文明的代表性工程。

    京杭运河

    京杭运河长约1800公里,是世界上最长的人工运河。在铁路出现以前的500年里,它一直是中国维系国家政治稳定和南北经济交流的生命线。京杭运河是在历代运河工程基础上扩建、增建而成的。最早的一段叫邗沟,始凿于公元前486年。隋代大开运河,已曲折连通京杭两地。现有航线上最关键的工程建成于元代。全河于1293年贯通、1688年基本定型。

    京杭运河横穿长江、黄河、淮河、海河,翻越山东地垒,因地形起伏、水源缺乏,沿线设置了大量陡门、船闸、水柜、水库等,涉及的水工技术、泥沙工程技术相当复杂,备受中外学者推崇。

    洪泽湖

    洪泽湖是中国第四大淡水湖,也是现存世界上规模最大、历史最长的人工平原水库。

    现今洪泽湖水位13米时,面积2350平方公里,库容42亿立方米;洪水位17米时,滨湖圩区破坏,水面最大可达4345平方公里,库容176亿立方米。它拦蓄淮河,为苏北2000万人口和3000万亩土地提供防洪屏障及灌溉水源等。

    洪泽湖大堤为均质土坝,其前身叫做高家堰。1578年大修时,高家堰仅高4米左右,长六十里。以后为了抬高淮河水位,大堤一直加高到10米左右,最长达67.25公里。创建于1580年的迎水石工墙最长曾达60.1公里,直立高度7~10米,坚固耐久,宛若水上长城,极其壮观。现出于防风浪考虑,大多已改造为缓坡迎水。

    海塘

    海塘即抵御海潮、台风的堤防,广泛分布于东南沿海海岸,以钱塘江北岸的浙西海塘历史最长,规模最大,技术最先进。

    浙西海塘出现于秦汉,初为土塘;宋代创修石塘;明清多改为石塘。许多清代海塘经过改造至今仍在发挥作用。

    古代海塘规模巨大,举世罕见。江苏、浙江等地的主要海塘,总长约935公里。明清鱼鳞大石塘,高6米左右;基础打密桩,夯三合土;石块之间用油灰或糯米汁灌缝,用铁锔(蝴蝶铁)嵌扣。由于海塘对保护沿海经济发展有不可替代的作用,所以历朝历代均不惜人力物力而为之。据文献统计,公元713~1780年之间,用工万人以上、筑塘千丈以上的大型工程有35次,小工程不胜枚举。而国外同时期同类工程的记载尚不多见。

    圩垸

    圩,也叫围、垸,是在近水地带修建环状堤防所构成的封闭的生产活动区域。防洪排涝与引水灌溉是这类工程的主要作用。因此,圩堤上都建有闸涵,圩区都有排灌渠系。

    圩垸自古以来就是开发湖区和滨江地区的首要工程措施。唐宋以后直至明清,圩垸在南方大河中下游平原区大量兴起,不断发展。一个圩小者几十亩,大者可达20万亩,且往往是几十个甚至几百个圩垸相连成片。著名的有太湖地区塘浦圩田、江南圩田、洞庭湖与鄱阳湖区圩垸、珠江三角洲基围等。由于有圩垸水利作基础,这些地区后来都成为我国农业经济最发达的地区。

    一流的技术

    坝工

    古代挡水坝有许多叫法,如坝、堰、埝、埭、碶、堤、塘、陂等,广泛分布于全国主要水系的干支流上。中国坝工起源很早,如安徽省的芍陂水库,大约建于公元前598年~前591年,是现存最早的蓄水工程。

    古代坝工类型齐全,因地制宜。从类型上分,有拦河坝、溢流坝;从材料上分,有土坝、木坝、砖坝、灰土坝、堆石坝、砌石坝、木笼填石坝、竹笼填石坝、桩基砌石衬砖夯土混合坝等等,设计、施工都十分科学。南北朝时期的浮山堰横断淮河,高约32米,是当时世界上最高的坝。浮山堰下游不远处的高家堰,存在历史很久,在明代被改造成洪泽湖水库拦河坝,当时长约37公里(后延长至67.25公里),是当时世界上最长的坝。

    埽工

    埽工技术是中国在水工技术上的一个创造。埽工起源于先秦时期,其技术的成熟以宋代的卷埽和清代中叶的厢埽为代表。

    卷埽一般用若干个埽捆按一定的规则组合而成。每个埽捆均用柳梢、秫秸、芦荻一类的“软料”分层铺匀,分层压上碎石和土料,穿上大绳,最后像卷帘子一样推卷成捆。大埽直径可达几丈,上千人同时用力才能移动。

    厢埽技术是在堤外置一排厢船,在船与堤之间铺绳索加料,就地捆埽,加土后层层下压,直到压到河底。

    埽工种类丰富,使用灵活。它就地取材,可在短时间内制成庞然大物,而且秸草等“软料”有柔性,容易缓溜停淤,所以常常用于黄河等多泥沙河流的护岸、堵口等,在临时抢险及堵口截流中特别有效。

    堰埭和复闸

    船闸的发明,是我国古代航运工程技术所取得的重要成就。我国船闸的发明,经历了堰埭、斗门、单闸、复闸等几个阶段。

    在运河上的缺水地段,为了节水,最初的办法是隔一段修一道拦河低坝,称为堰或埭。

    堰埭工程至迟在三国时期就已出现。堰埭的上下游坝坡很缓,以便顺斜面拖船过坝。拖大船时需在两岸架设绞车,在堰埭表面涂抹水草、稀泥作润滑,这就是原始的斜面升船机。

    唐代运河上出现了许多斗门,即单闸;也有“扬子津斗门二所”的记载,似乎是复闸,但不太明确。宋代乔维岳于公元984年创建的楚州西河二斗门,交替启闭,送船过闸,文献记载十分详细明确,是不折不扣的复闸(即船闸)。西河闸比欧洲同类船闸要早五六百年。

    防洪工程

    中国古代的各大江河上很早就出现了形式多样的防洪工程,其中以黄河最为突出。公元前21世纪前后,在埃及和中国就有在尼罗河和黄河上筑堤防洪的传说。中国在战国时期(公元前5世纪)即沿黄河筑堤防洪。司马迁在《史记》中,记载了公元前132年黄河上著名的瓠子堵口工程。随后,公元前69~前66年,在黄河下游曾开直河道裁减急弯3处,并修筑类似丁坝的护岸建筑物。宋代已有了埽工护岸、木龙护岸、挑溜护岸等。国外则在1817年才有德国莱茵河裁弯工程。中国唐代在海河流域的永济渠(今南运河的一段)以东开挖减河,增辟入海水道,并在永济渠以西利用大量的洼淀滞蓄洪水,减轻洪水压力,保证通航。明代潘季驯治河时期在黄河下游修建了由遥堤、缕堤、格堤等组成的堤防系统,修建了骆马湖、洪泽湖等作为滞洪水库,并在黄河两岸建有许多分洪溢流坝,使防洪治理由单一的措施逐步发展到各种工程措施相结合的综合治理,并由局部河段的治理向流域的全面治理发展,不少河流特别是黄河下游已形成较完整的防洪工程体系。

    水力机械和提水工具

    古代水力加工机械有水碓、水磨、水排、水硙等。据记载,水碓出现于西汉。东汉杜诗发明水排。南北朝时期,水磨、水硙已普遍使用。唐代关中水碾大为流行,并将这一技术传入西藏。宋元时期,水转大纺车问世。这是水力机械对手工业技术的一个重大改造。

    据文献记载,中国早在2500~3000年前就开始使用桔槔和辘轳等提水工具。有人研究认为桔槔的历史甚至可上溯到3700年前。东汉毕岚创造翻车(又叫龙骨水库)和筒车。自唐以来,始出现用畜力、风力、水力驱动的龙骨水库。

    古埃及和古希腊几乎与中国在同一时期使用吊杆(类似中国的桔槔)提水。在古希腊还出现了唧筒(即简易的往复式泵)、阿基米德螺旋管(即简易螺旋泵)和波斯轮(即蹼轮)等提水工具。

    一流的理论

    《管子·度地》

    先秦水利大发展时期的科学技术结晶。它强调除水害兴水利是治国的首要问题。在渠系规划方面,它将地表水分为干流、分枝、季节河、支流、人工河和湖泊等,以便区别治理利用。在设计方面,它提出明渠坡降不宜过陡、过缓,以千分之一为宜;初步归纳出明渠流和有压流的运动规律和特点,并针对水跃和弯道环流等破坏性水流,设计了比较合理的渠系建筑物形状和尺寸。在防洪工程上,它指出:要设立专官巡查修守,秋冬准备,春季施工;堤防上要种树,迎溜处要防护;盐碱洼地要辟作滞洪区等等。

    《管子·度地》全文仅2000字,但它反映出的我国古代水利科学技术是十分卓越的,在世界文明发展史上占有很高的地位。

    贾让三策

    西汉贾让提出,治理黄河的上策是:开辟滞洪区,移民让地,实行宽堤距,禁止乱围乱垦、与水争地。他认为这样做花费不太多,却可以千年无患,所以称为上策。中策是:开渠建闸,设置水门,旱时开引黄闸门灌溉,涝时开泄洪闸门分杀水怒。这样做有三个好处,一是淤灌可改良土壤,二是旱地改水地可提高产量,三是可以发展航运。他认为这个方案花费最少,但不能一劳永逸,只能维持数百年,所以叫做中策。其下策是:维持旧堤,加高培厚。修修补补,永无终止,所以称为下策。

    贾让三策是最受后人重视的治河议论。贾让运用了经济比较概念,批评了单纯的堤防政策,对后代治水思想产生了深刻影响,堪称人类治水思想宝库中的明珠。

    泥沙理论

    在泥沙理论方面,中国从古至今在世界上保持了领先地位。

    中国古代从战国以至明清,凡论及治河者,无不兼论泥沙,如《管子·度地》中就论述过弯道会引起河岸河床冲淤变化,西汉张戎第一个提出了利用水力刷沙的思想。尤其值得称道的是,人们在实践中能主动地运用泥沙理论知识解决泥沙问题。古代治沙主要为五大类。第一类为上游水土保持。这是南宋时提出来的。保土拦沙措施有农业种植措施、涧谷淤地堰坝、引山洪淤灌及放淤。山洪淤灌相传始于先秦。第二类为下游治沙。常用的治沙方略有散水匀沙、束水攻沙、放淤固堤、引洪淤灌和以清释浑等5种。最典型的散水匀沙是清代对海河水系的治理。明代潘季驯则系统地提出了束水攻沙理论,在黄河下游大力实施“以堤束水,以水攻沙”,并在黄淮交汇处修建洪泽湖水库“蓄清刷黄、以清释浑。明代后期至清代,北方多沙河流上普遍实行放淤固堤和引洪淤灌,并有系统的经验总结。第三类为放淤及淤灌。利用泥沙肥田造田,起源甚古,自然淤灌可以上溯到史前,人工放淤也有几千年的历史。第四类为渠道中之治沙。古代除了人工挖沙以外,还通过改变渠道断面来冲沙或沉沙,如宋代汴河上修建狭河木岸以防淤积,通过沉沙池(湖泊)使浑水变为清水。第五类为沟洫治沙。明清两代都有散水以治河、分沙以肥田的治沙理论。

    水文学

    我国古代水循环理论早在战国时代成书的《吕氏春秋·圜道》中就有记载,所谓“云气西行,云云然,冬夏不辍;水泉东流,日夜不休……”它比较准确地反映了我国所处海陆地区水循环的客观规律。水文测验有悠久的历史,考古发掘表明,战国时代李冰在都江堰工程上开始用石人观测水位,其他地区也有历代的“水则”保留下来;唐代开始,在四川涪陵长江里的“白鹤梁”上已有枯水题刻(石鱼)。至于洪痕或洪水题刻则遍布全国,不计其数。降雨观测方面,秦代就有了各地向中央报雨的制度;南宋数学家秦九韶还提出了各种量雨器计算雨量、雪量的方法;清代故宫有《晴雨录》,依照十二时辰记载1724~1903年北京地区的降水情况,其间资料共有174年,昼夜不断。泥沙测验起源也很古老,“一石水而六斗泥”即是先秦时期关于黄河、泾河的普遍认识。关于流量,宋代改建汴渠时用平方尺计量河槽断面,用水流的“湍缓”来定性描述流速,初步有了流量概念;元代文献把一平方尺称作一“徼”,以徼计算的水量叫“水程”或“水直”;计量单位时间内通过某一断面水量的方法在清康熙年间陈潢已完整提出,同时代的康熙皇帝本人作了更明确的描述:“先量闸口阔狭,计一秒所流几何。”这与现代流量概念完全一致。

    对于江河涨落,古人早有总结,秦汉已有“桃花水”“秋水”的称谓,北宋时每个月的水涨水落均有专名,并认为河道涨水有定期出现的规律,所以起名叫“信水”(守信用的水)。到明清,信水的说法被“水汛”取代,相沿至今。快马报汛制度至迟始于16世纪。

    我国古代水文测验有着辉煌的历史和确凿的记载,以至国内外专家谈到水文测验史,言必称埃及、中国。但是我国古代水文学理论定性描述的多,定量描述的少,在测量工具、数学计算、模型试验等方面一直没有发展起来,以致近代落后于西方。

    水利文献

    中国古代水利文献之多为世界之最。现存水利专著有通史、专史、河道史、地区水利史、渠塘史、闸坝史等,粗略估算在300种以上。正史、政书、各种一统志、省志、府县志及地理书中也有大量水利记载。加上各类著作中的水利事迹记载,字数在1亿以上。历史上最早的水利名著为《尚书·禹贡》,它成书于战国时期(公元前480~前222年),记述了大禹治水的传说。最早的水利科学总结是《管子·度地》。第一部中国水利通史是《史记·河渠书》。第一部记述全国河道水系的专著是《水经》,约成书于公元220~232年间。现存最早的河工技术专著是《河防通议》,成书于1048年。最大的古代水利总集是《行水金鉴》《续行水金鉴》和《再续行水金鉴》,它上起远古,下至1911年,共有1000多万字。其他名著还有《治水筌蹄》《河防一览》《治河方略》等。丰富的水利文献记述历史,探讨理论,指导实践,对促进中华水文明发展起到了至关重要的作用。

    一流的水利科学家

    李冰

    李冰是战国时期的水利科学家,都江堰的创建者,他对天文地理也有研究。秦昭王末年(约公元前256~前251年)为蜀郡守,在今四川省都江堰市岷江出山口处主持兴建都江堰工程,因而使川西平原富庶起来。据《华阳国志·蜀志》记载,李冰曾在都江堰安设石人水尺,这是我国早期的水位观测设施。他还在今宜宾、乐山一带开凿滩险,疏通航道,又修建汶井江(今崇庆县西河)、白木江(今邛崃县南河)、洛水(今石亭江)、绵水(今绵远河)等灌溉和航运工程,同时修索桥、开盐井等。人民怀念他的功绩,建设庙宇加以纪念。北宋以后还流传着李冰之子李二郎协助李冰治水的神话。

    王景

    在东汉初(公元69年)王景治河后,有几百年史书上关于黄河水灾的记载几近空白,以致有了“王景治河,千年无患”的说法。但不论是否“千年无患”,王景治河确实功劳不小。这次治河动用几十万人,从荥阳至海口摆开千余里,其规模在古代空前绝后,其措施除了常规的疏河、筑堤以外,过人之处是“十里立一水门,令更相洄注”。王景是“墕流法”(侧向溢流堰泄洪技术)的发明人,与贾让提出在黄河上“多张水门”以“分河流”设想的时代(公元前6年左右)也很接近。由此有学者推断,王景是把贾让中策的设想部分地变成了现实,在黄河上采用了建闸控制分流的技术,至少在黄河、汴河分流处是这样。许多学者认为这也是王景治河成功的关键所在。王景在黄河这样的大河上建闸,人为控制水流,是前无古人的开创性实践,是人类水文明史上不可多得的一笔财富。

    郭守敬

    郭守敬(1231-1316)是元代杰出的科学家,擅长水利及天文历算,“巧思绝人”,曾任都水监、太史令等职。他在今宁夏河套地区、京冀豫地区以及京杭运河山东段开通前夕的汶泗河地区做了大量的勘查测量工作,提出了二十几条有关水利的建议,治理河渠塘堰几百所。

    在元大都(今北京)附近,他主持重开金口河引永定河水,主持建设了最后打通京杭运河全线的通惠河工程。郭守敬设计制造了20种天文仪器,进行了南北一万一千里、东西六千余里的天文大地测量,1280年完成《授时历》。他首先提出了“海拔”的概念,比德国数学家高斯早560多年。

    潘季驯

    潘季驯(1521-1595)是明代著名治河专家,曾4次出任“总理河道”,主持治理黄河、淮河、运河,在治黄理论和实践上有重要建树。针对当时河势散漫的情况,他在徐州以下黄河两岸高筑大堤,挽河归槽,实现束水攻沙;堵塞高家堰决口,加固高家堰大堤,逼淮水尽出清口,以清刷黄;以洪泽湖拦蓄淮河洪水,并为运河提供水源。他还提出了利用黄河本身冲淤规律实行淤滩固堤的措施。由他奠定基础的明清河道一直维持了300年之久。他的理论贡献主要有三点:①把治沙提到治黄方略的高度,实现了治黄方略从分水到束水、从单纯治水到注重治沙的转变。②提出并实施了解决黄河泥沙问题的三条措施,即束水攻沙,蓄清刷黄,淤滩固堤。③著成《河防一览》一书,系统总结、完善了堤防修守的一整套制度和措施。后人评价说:“治河人员只要能记住他书上的一两句话,提出的措施办法就会高人一筹。”

    李仪祉

    李仪祉(1882-1938)是近代著名水利科学家、教育家。他早年留学德国攻读水利,1915年学成回国后,在中国第一所水利学校——南京河海工程专门学校任教授、校长,以后又任陕西水利局局长、黄河水利委员会委员长兼总工程师等职。在陕西,他应用近代技术规划了“关中八惠”灌区,并亲自参与了泾惠渠、洛惠渠、渭惠渠建设。1933年他在天津创办了中国第一水工试验所。李仪祉重视引进西方先进水利技术,通过对黄河、淮河、长江治理的规划,将许多西方的先进水利科学技术引入我国,同时还培养了大批近现代水利人才。1931年,他倡议创办了中国第一个水利学术团体——中国水利工程学会,并当选为会长,以后连选连任,直至去世。

    在近代史上,古老的中华水文明在某些方面的发展已落后于西方。而李仪祉则是这一时期促进东西方水文明融合的代表人物之一。



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