水利学·水利建设蓬勃发展期（三国至唐宋）——水利基础理论与技术的完善和成熟·水利科学技术的完善.pdfVIP

水利学·水利建设蓬勃发展期（三国至唐宋）——水利基础理论

与技术的完善和成熟·水利科学技术的完善

水利学·水利建设蓬勃发展期(三国至唐宋)——水利基础理论与技

术的完善和成熟·水利科学技术的完善

水利工程的大量兴建和不断完善促进了水利科学技术的进步，这

一时期，传统的水利科学技术进入了它的成熟期。

1.基础河工理论的萌芽和成长

古代河工基础理论方面的成就主要表现在有关河流水位的观测、

汛期涨落规律、流量计算、河流泥沙理论等方面。

(1)古代的水位测量

水位概念起源很早，实施水位测量始于秦代的都江堰工程。据公

元345年成书的《华阳国志》记载，李冰修都江堰时，“于玉女房下

白沙邮作三石人，立三水中，与江神要(约定);水竭不致足，盛不没

肩”。这三尊石人就是人形水尺，肩和脚就是水尺刻度。这个水尺所

表明的是，如果水面浅至石人脚，灌溉水量就会不足;当江水涨到石人

肩，灌区将会发生洪水灾害。可见，这里水尺读数就不只是水位的概

念，也代表了水量的大小。也就是说，由于都江堰进水断面和河底坡

降相对稳定，因而从水位的高低可以预测灌区灌溉水量的丰欠。这是

堰流理论最早的实际应用。宋代都江堰水尺移至宝瓶口的离堆上，称

为水则。水则共十划，“水及六则，流始足用;过则从侍郎堰减水河泄

而归于江”。1765年在宝瓶口重新建立水则，总计二十四划。春耕时

若要用水充足，水位应及十三划，这个水则一直应用到现在。

除都江堰水则外，宋代在我国北方和南方的水利工程中普遍实用

水则。例如北宋在今海河流域下游地区有一系列洼淀。当年洼淀主要

服务于防止辽兵入侵的军事目的，因此需要维持一定水深，以达到深

则不可行船，浅则难以徒涉。为此，景祐二年(1035)在雄县设立水则，

以便人为控制洼淀的蓄泄。在南方，水则应用更为普遍。在太湖苏州

垂虹桥附近，宋代有两个著名的水则，其中左水则碑是专门记录特大

洪水的。据1564年出书的《吴江水考》记载：“水在一则，则高低田

俱无恙;过二则，极低田淹;过三则，稍低田淹;……过七则，极高田俱

淹。”当时左水则碑只记录有两次特大水灾，一次是南宋绍熙五年

(1194)大水淹到第六则;另一次是元至元二十三年(1286)大水淹到第七

则。另有一个右水则，碑上刻有十二月，每月又分上中下三旬，是用

来记录一年之中各旬水位的。1120年北宋朝廷规定：在太湖流域天然

河湖和水利工程附近，都要修建水则。吴江水则碑也是始于这一年的。

其时，水位观测员称“较水者”。

黄河上用于防汛的水则称作“水志”。乾隆三十二年(1765)在陕

州(今三门峡市)黄河万锦滩、巩县洛河和武陟沁河木栾店设水志桩，用

于水位测量并据以向下游报汛。永定河上在这一时期也设置了水志桩。

古代江河两岸崖壁上多刻有洪水和枯水的印记。这些印记是历史

洪水和枯水的重要资料。例如长江干支流两岸现存洪水题记近千，枯

水题记也有三百多条。其中以四川涪陵白鹤梁最著名。白鹤梁是长江

中出露的基岩，只有长江枯水时才显露出来。其上刻有自唐广德二年

(764)以来一千二百多年间的枯水题记一百六十三处，据此而取得的长

江历史洪枯水流量的研究成果，已在葛洲坝等大型水利工程建设中得

到应用。

(2)流量计算

流量是流速与过水断面面积的乘积。对于河流、渠道等明渠来说，

流速主要取决于坡降、糙率等要素。过水断面与流量的关系比较直观，

古人早有认识。对于比降与流速之间的关系则知之较迟。大约在二千

五百年前战国时代成书的《管子》中提出了渠道比降的概念。北宋元

丰二年(1079)在进行汴渠改建的工程论证中曾比较洛水、汜水、索水

的水量能否满足汴渠航运的需要。首先比较过水断面面积，实测结果

是，上游来水的河道断面之和为2136平方尺，比下游汴渠断面多974

平方尺。其次进行流速比较，当年只注意到“以河、洛湍缓不同，得

其赢余可以相补”，引进了流量概念，但只有定性描述，而缺乏精确

测量。这是流量计算的最初形式。

明末清初，流量测验有了显著的进步。康熙皇帝对于数学和测量

学有较高的造诣。据《东华录》记载，康熙三十一年(1692)它提出流

量的测量方法是：“算术精密，即河道闸口水亦可算昼夜所流分数。

其法：先量闸口阔狭，计一秒所流几何，积至一昼夜，则所流多寡可

以数计矣。”其中闸口阔狭是过水断面。一秒钟水流距离是流速。但

流速的测量方法仍未见说明。

《数理精蕴》、《数迪》相继表述流量施测方法是，把一木板置

于河