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郭守敬、徐光启的水利规划技术和实践
2008年06月16日 来源: 中国灌溉与防洪史 作者: yq 浏览：
元代的郭守敬（1231～1316年）和明代的徐光启（1562～1633年）是古代少数突破定性分析局限的科学家。他们所涉及的领域包括灌溉工程、水利规划、测量，以及天文和地质等。
1.郭守敬的会通河和通惠河规划与设计
郭守敬，字若思，今河北省邢台市人，在水利、天文和历法等方面贡献卓著。31岁那年，在好友的举荐下，得到皇帝忽必烈的召见与赏识。被忽必烈任命为都水监，主持兴修京杭运河。
郭守敬几乎参与了元代初年所有的重要水利活动。其在都水监任内最大的功绩是对京杭运河黄河以北会通河的成功规划。元政府开凿会通河和通惠河之前进行了周密的规划，并进行了大范围的水资源考察和大地测量。郭守敬对河南孟门（今山西吉县西，壶口附近）以下北宋以前的黄河故道和当时黄河南行河道的山东、河北段进行了纵横数百里的测量，论证了御河、汶水、泗水、黄河四河相互沟通的可行性，取得了包含近代海拔高程等重要的数据，为后来京杭运河黄河以北会通河的规划设计创造了条件。
郭守敬大地测量文献书影
至元二十年（1283年）会通河河成，南与黄河相接，北与泗沂沭水和御河（今卫河）相通，以淮河支流泗水和汶水为源，自徐州吕梁出黄河北岸经今山东北上。这条路线证实了跨流域调水配水规划的合理，使京杭运河顺利穿越水资源贫乏、地形隆起的山东地垒段。
会通河开通后，漕船只能抵达通州。自通州至北京为旱路，须靠人力、畜力挽运。郭守敬主持了北京以西引泉济运的水源和输水工程，开北京至通州运河。为控制这条运河的航深和流速，沿途修闸24座。忽必烈赐这条运河名“通惠河”。时至今日，这些工程仍然是北京城的基本水利设施和骨干河湖水系。会通河和通惠河建成后，南起杭州、北至大都长达3000多里的京杭运河全线贯通，沟通了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江等五大水系，从而成为此后500多年间中国的交通命脉。
至元十三年（1276年），郭守敬任太史局，主持新历法的修订。为求出一部高精度的历法，他不仅潜心研究了前人的成果，还设计制造了20余种观测天象的仪器，主持编制了著名的《授时历》，这是中国历史中使用时间最长的一部历法。期间，郭守敬组织实施了规模宏大的“四海测量”计划，即在东南西北端点分别为朝鲜半岛、南中国海、云南和西伯利亚这样一个南北长约5500公里、东西宽约3000公里的广大地域内进行为期一年的晷影测量，从而定出全国27个点的经纬度，这是史无前例的创举。郭守敬对孟门以下黄河中水准测量，并将之绘制成图。这项工作中他以海面为基点对大都与汴梁（今河南开封）的地势高差进行了比较，并阐述了海拔的科学概念。这是有史以来第一次以海平面作为地形高低的基准。
2.明代水利科学家徐光启的水利规划
徐光启（1562～1633年），上海人，明末著名科学家，这位大科学家在水利方面的成就也颇为显著。根据史书的记载，他35岁考取顺天府乡试第一名。七年后，高中进士，跨入仕途，官至文渊阁大学士。
明朝末年（约16世纪中后期），正值西方文艺复兴时期，科学技术迅猛发展。梦想着让基督教之花开遍世界的耶稣会士们于此时踏上了中国的国土。以往两个各自独立的文明开始接触、碰撞。这些传教士为适应中国的传教情形竟然脱下了教服而换上了儒袍，充当起传授西方科学技术的先锋，并广收学生。徐光启便是著名传教士利玛窦和熊三拔的得意门生。
徐光启从其西学老师那里掌握了天文、数学、火器和水利方面的知识，并与老师合作翻译了《几何原本》、《测量法义》和《泰西水利》等著作。
其中，《泰西水利》是徐光启对熊三拔所介绍的西方水利科学与技术加以系统整理而成，它是中国最早的系统介绍西方近代水利科学技术的专著。全书共分六卷，主要阐述了螺旋式提水机具龙尾车、利用气压原理提水的恒升、小型水库、凿井找水技术、水力学原理和水利机械图谱等。徐光启所著的《农政全书》中收录了其中的前四卷。
徐光启重视定量分析，他强调水利规划应以测量数据为依据，对时人普遍存在的对水准测量放弃不用的做法进行了抨击。郭守敬大范围的地形测量行为是他经常引以为例的典范，每每以此为例强调对河道、湖泊、地形、土壤的全面勘察，以确定河流的最大宣泄流量、堤防的高程与宽度；以河道上下游的高程差，判断河流的淤积速率以及淤积后是否有其他河道补充或替代行洪；将测量成果绘制成图。在他看来，只有具备了这些基础资料，才能从事合理的规划设计和经费估算，并可据此对设计的合理性和预算的准确性进行校核。而在遭遇异常灾害的情况下，这些资料还可用来辨明此次灾害是源于自然，还是主管官吏的失职所为。徐光启对有些人所宣扬的规划的成功与否重在运气的观点嗤之以鼻，规划的合理性全在客观的测量实际而非运气。
徐光启曾为上海知县刘某拟定了《量算河工和测量地势法》，内中详细开列了水利测量的具体实施方法，包括河工测量的用具和人员分工、高程测量方法、水面比降测量方法、河道的测量和计算、按规定断面开挖河道的河工工作量、施工验收方法以及施工中可能出现的作弊和考核方法等。
徐光启对常熟知县耿桔根据当地农民经验所写成的有关河道疏浚施工规范的著作《开河法》非常赞赏，并将之录入所著之《农政全书》中。该文对地形、断面、测量、土方计算、施工管理、质量验收等内容进行了全方位的介绍。如浚河的施工程序是：通过测量及三角计算，确定现有河床的断面；然后与设计断面相比较，确定开挖方量和开挖深度；设计适宜的河道纵比降和横断面；施工放线并以号桩为标志；根据工程受益情况合理摊派工程量；施工完毕根据“信桩”和利用其他器械进行验收等。
徐光启指出，水和土是国家的重要资源，国家要想富强，必须“尽土力”、“修水利”，并认为“水利，农之本也，无水利则无田矣”。1630年，他写成《旱田用水》，详细阐述了水资源理论和用水方法，认为兴修水利不仅具有抗旱除涝的好处，还能够调节地区气候，减少江河洪水的泛滥。接着提出了“用水五术”的水资源利用规划，即采用蓄水、引水、调水、保水、提水等技术措施，运用适当的提水机械和水利工程，充分利用江河源头、干支流、流经湖泊、尾闾与潮汐顶托的水，充分利用井水与塘坝之水。总之，须充分有效地调节利用地表和地下水资源。