水利學·水利的起源和建設的第一次高潮(公元前二十二世紀至秦漢時期)——傳統水利學奠定基礎·水利科學基礎理論系統的初步形成

水利活動歷史久遠，春秋戰國時期有關水利基礎理論在諸多的文獻中有廣泛的涉及。漢代以來水利建設的高潮，為水利學科的形成創造了條件。西漢司馬遷在《史記·河渠書》首先賦予“水利”一詞專業含義，水利成為有關治河防洪、灌溉、航運等事業的科學技術學科，而將從事水利工程技術工作的專門人才稱作“水工”，主管官員稱作“水官”。水利學作為與民生國計密切相關的科學技術的應用學科由此誕生。

1.水土資源和水利基礎理論的闡述

先秦時期的文獻中，以《周禮》、《尚書·禹貢》、《管子》、《爾雅》涉及水利科學技術的內容較多。基礎性的理論紛紛提出，主要反映在水土資源規劃、水流動力學、河流泥沙理論、水循環理論等方面。

(1) 水土資源分類

水土資源是自然界最基本的資源。《管子·度地》把河流湖泊諸水體分為五種：“水出于山，而流入于海者”，為經水; “水別于他水，入于大水及海者”，為枝水;“山之溝一有水，一無水者”，為谷水;“水之出于它水，溝流于大水及海者”，為川水;“出地而不流者”，為淵水。《管子·地員》根據相應地下水的埋藏深度、水質及適宜農作物對土壤進行了分類。

《禹貢》和《周禮·職方氏》對當時九州行政區的土地和河流湖泊有全面的描述，為自然資源分類統計之始。

對各州的土地概況，《禹貢》稱冀州(今山西及河北東南部)是白壤，“田中中”;兗州(今河南北部，山東西北和河南東南部) 是黑墳，“田中下”; 青州(今山東東南部)是白墳，“田上下”;徐州(山東西南、安徽北部)赤埴墳，“田上中”;揚州(今淮河以南至南海)是涂泥，“田下中”;荊州(長江中游及漢水下游以南)亦是涂泥，“田下中”;豫州(今河南大部) 是壤和墳壚，“田中上”; 梁州 (今西南廣大地區)是青黎，“田下上”;雍州(今陜西、山西)是黃壤，“田上上”。

《周禮·職方氏》將各州水資源分為澤藪、川、浸三種(其中浸是有灌溉之利的水體)，分而述之：揚州“其澤藪曰具區，其川三江，其浸五湖”，具區指太湖，三江五湖泛指太湖流域的河流和眾多的湖沼。荊州“其澤藪曰云夢，其川江、漢，其浸潁、湛”。云夢是今武漢以西、江陵安陸以南、湖南益陽湘陰以北廣大地區，包括洞庭湖。豫州“其澤藪曰圃田，其川熒、雒，其浸波溠”。圃田，著名的古湖泊，已消失。青州“其澤藪曰望諸，其川淮、泗，其浸沂、沭”。望諸位置在今商丘東北，今已不存。兗州“其澤藪曰大野，其川河、泲，其浸盧、維”。大野也是已經堙滅的著名古湖泊，河即黃河、泲即濟水。雍州“其澤藪曰弦蒲，其川涇、汭，其浸渭、洛”。弦蒲今不存，汭即涇的支流芮水。幽州“其澤藪曰貕養，其川河、泲，其浸甾、時”。豯養在今山東萊陽亦不存。冀州“其澤藪曰楊紆，其川漳，其浸汾潞”。楊紆又名大陸澤，今河北寧晉泊是其遺跡。并州“其澤藪曰昭余祁，其川虖池、嘔夷，其浸淶、易”。昭余祁在今山西介休、祁縣，是太行山以西著名的古湖泊，今亦消失。

(2) 水利科學基礎理論的提出

《管子·度地》首先提出明渠水流和有壓管流運動規律、水躍現象。

如何設計渠道，使 “水可扼而使東西南北及高乎?”作者指出要滿足“尺有十分之三，里滿四十九者，水可走也”，據此計算，等于渠道比降為1/1100，此比降適用于管理比較粗放的灌溉渠道和泄洪水道。

對于有壓流，闡述也是相當準確的。“水之性，行至曲，必留退，滿則后推前。地下則平行，地高即控。”渠道穿越溝谷需要交叉建筑物，利用有壓流原理修筑虹吸管，管的進出口有必要的差值，使水流得以順利通過。

對現代水力學定義的水躍現象，《管子·度地》描述簡明而精辟。“杜曲則搗毀。杜曲激則躍，躍則倚，倚則環，環則中，中則涵，涵則塞，塞則移，移則控，控則水妄行。”在水流經過之外，過水斷面發生急劇的改變，水流出現水躍現象，“倚”和“環”是水躍時產生對河床的沖刷和旋渦，旋渦挾帶泥沙(“中”通“沖”;“涵”即挾帶)，又在下游沉淀，堵塞水道，水流“妄行”。

中國兩千多年前建立起了的明渠水流水力坡降量的概念，和對有壓管流、水躍等水流現象進行了正確的闡述。古希臘著名的科學家阿基米德(前287—前212)提出水浮力理論，這是水靜力學基本原理。對液體流動的力學原理西方直到15世紀才有研究。

(3) 水化學的知識

《管子·地員》記載不同的土質、地下水埋深與水質的關系：瀆田，“是土也，命之曰五施。五七三十五而至于泉。其水倉，其民疆(強)”。赤壚，“是土也，命之曰四施，四七二十八尺而至于泉，其水白而甘，其民壽”。黃唐，“是土也，命之曰三施，三七二十一尺而至于泉，其泉黃而糗，流徙”。斥埴，“是土也，命之曰再施，二七十四而至于泉，其水咸，水流徙”。黑埴，“是土也，命之曰一施，其水黑而苦”。這里的瀆田、赤壚、黃唐、斥埴、黑埴分別是石灰巖沖積土、黃壤、鹽堿土和黑粘土，土質不同而水質不同。晉代從溫泉的利用中發現了硫元素，晉張華的《博物志》記： “凡水源有硫黃，其泉則溫。”

2.《史記·河渠書》問世與水利科學技術和規劃理論的豐富

在我國，由于季風氣候的影響，降雨時空分布很不均勻，常與農時相違，因此，水利歷來是農業發展的命脈。漢武帝曾經在一道發展水利的詔令中說：“農天下之本也; 泉流灌浸，所以育五谷也。”

秦漢水利建設出現了歷史上的第一次高潮。以都江堰、鄭國渠為代表的灌溉工程，形成了關中和蜀西發達的農業經濟區。黃河兩岸規模巨大的防洪堤防和治河工程，以及流域間相互溝通的運河工程相繼興建。與之同時有關水利的記載大批出現，水利的科學技術基礎理論進一步深化，對后世影響最大的是《史記·河渠書》，作為中國第一部水利通史問世，從而確立了水利作為一個學科和工程建設重要門類的地位。

(1)《史記·河渠書》和《漢書·溝洫志》誕生及其影響

西漢司馬遷著《史記》，開創國家纂修正史之先，以后各代都有正史。《史記》包括十二紀、十表、八書(后代改稱“志”)、三十世家和七十列傳五部分。《河渠書》為八書之一，是國家的第一部水利專著。東漢班固修《漢書》，在志部分中設《溝洫志》。以后的正史基本采用了 《史記·河渠書》和 《漢書·溝洫志》 的體例。

《史記·河渠書》所記時代上起大禹治水，下至西漢元封二年(前109)內容以黃河治理為主，也涉及運河、灌溉工程等內容。資料來源有相當部分政府冊籍，有許多水利活動司馬遷耳聞目睹或親自參加，記述翔實可靠。

《漢書》敘述兩漢一代歷史，《漢書·溝洫志》前部分抄《史記·河渠書》，后部分記載的時限延長。《溝洫志》不僅在史實記載方面有重要價值，它還詳細記述了各家治黃思想，內容涉及災害、修防、治理建議、流域規劃等，對后代影響深遠。

漢以后至唐代，正史均無有關水利的專志，水利的內容在《食貨志》、《地理志》中占有相當的比重。此外，《五行志》、《本紀》記載水旱災害，人物傳中常涉及各地的水利建設等。宋代開始，金、元、明、清均有《河渠志》，按河域或工程分別記載，是研究相應時期水利發展的最系統史料。

(2) 黃河治理方略的大爭辯和傳統泥沙理論的奠定

西漢黃河系統堤防已經形成，隨之黃河大量的泥沙集中淤積在河道中，黃河逐漸演變為“地上河”，西漢末黃河決溢日見頻繁。這一時期有關黃河治理方略的討論非常活躍，各種主張和治理規劃紛紛提出，治河思想豐富且深入，對后世影響深遠。歸結起來大致有六種。

順應天時說 漢武帝時丞相田蚡認為 “江河之決皆天事，未易以人力強塞，強塞之未必應天”。成帝時李尋、解光提出： “修政以應之，災變自除”，“順天心而圖之，必有成功”。這些主張被采納，致使武帝時瓠子決口之后任其泛濫二十三年，成帝建始四年 (前29)才有王延世東郡堵口。水災天人感應的思想對中國防洪治河一直起著消極的影響。

經典治水論 漢哀帝時(前6—前1)河堤使平當說：“按經義治水(即大禹疏浚河道的作法)，有決河深川，而無堤防壅塞之義。”這種深河無堤的思想在一些程度上影響著后世治河工程措施的制定。

改道論 黃河是一條害河，與地域自然特性有密切的關系，對黃河進行人工改道是漢代人最大膽的設想。改道方案大致有三：漢武帝時延年提出自今內蒙后套起，黃河取直東流，至今天津入海，既除水害又可以以河為險，抗拒匈奴;孫禁提出黃河下游在平原金堤(今河北平原縣)決開，向東改道，這樣黃河經行路線縮短，河流比降增加。西漢末黃河改道后經行的大致是這一路線。西漢末王莽時大司空王橫則提出恢復大禹故道，沿太行山東麓向東北流。這條路線事實上已經淤高，不可能恢復。

分洪減河論 認為黃河下游應有多條行洪河道，漢成帝時清河都尉馮逡提出利用黃河決口泛道，疏浚以減洪;王莽時，御史韓牧也持這一類主張。提出循禹故道，恢復四至五條河道以助泄流。

滯洪論 持這一見解的人是王莽時長水校尉關并，他根據當時黃河決口多發生在平原郡、東郡一帶(今山東平原和河南濮陽)的規律，建議以今太行山以東，菏澤以西，開封以北，大名以南的廣大地區空出來以作 “水猥” (即滯洪區)。

水力刷沙論 王莽時大司馬史張戎提出。他說：“水性就下，行疾，則自刮除，成空而稍深。河水重濁，號為一石水而六斗泥。”對黃河多沙和水流與河床沖淤關系已有深刻的認識。他的治黃策略是“可各順從其性，毋復灌溉。則百川流行，水道自利，無溢決之害矣”。以水力刷沙整治河道淤塞，對后世產生了深遠的影響。明代潘季馴的“束水攻沙”便是這一思想的發展和實踐。

(3) 賈讓三策——方案比較論

漢代的治黃議論中，最為著名的是賈讓三策。賈讓三策包含了三種不同的治河方案，分別稱之上策、中策、下策。上策是：“徙冀州之民當水沖者，決黎陽遮害亭，放河使北入海。河西薄大山。東薄金堤，勢不能遠泛濫。”他主張放棄的是太行山以東的廣大地區。當時冀州的開發已到相當的程度，這種移民避水“不與水爭咫尺之地”的方案，已難以實現。中策要旨：“但為東方一堤，北行三百余里，入漳水中，其西因山足高地，諸渠皆往往股引取之。旱則開東方下水門溉冀州，水則開西方高門分河流。”這里含有黃河水資源的綜合利用的思想且頗有見地。下策是：“若乃繕完故堤，增卑倍薄，勞費無已，數逢其害，此最下策也。”顯然賈讓不主張以筑堤解決防洪問題。賈讓三策對后世影響極大，以后，但有反對筑堤者便以三策為據反駁以堤擋水論點。筑堤防洪實際上是社會經濟發展到一定程度的產物，至今尚不能取代這一工程措施。但賈讓主張社會發展要正視洪水危害，改造自然的同時也要注意適應自然的思想，是有積極意義的。