沈括与北宋大运河

姜师立

摘 要：北宋科学家沈括与大运河有着密切的关系。他主持过治理汴河工程，发明了分层筑堰测量法。他的著作 《梦溪笔谈》详细记录了最早的复式船闸真州闸的修建过程及价值作用，成为中国大运河河工技术领先于欧洲的有力例证。

关键词：沈括；汴河；真州闸；《梦溪笔谈》；大运河

北宋科学家沈括不仅致力于科学研究，还是一位亲力亲为的治水能臣和水利专家，多次参与治水，为宋代的运河漕运作出了重要贡献。元祐四年（1089），沈括举家搬迁到大运河边的城市润州（今江苏镇江）。早年沈括在谪守宣州时曾托一位道士在润州购置过一处园圃，这次看到以前所买下的园圃正如他30岁时曾经梦见的一处清溪花山相映成趣的景观，于是命名为梦溪园，作为自己的隐居之地。在这座梦溪园里他写了中国科学史上的重要著作《梦溪笔谈》，是中国科学史上的一部奇书，在旧时私家著述中占有崇高地位。

一、 治理汴河，发明分层筑堰测量法

沈括既有治水的实践，又有治水理论，是个不可多得的治水人才，熙宁五年（1072），朝廷下诏令沈括治理汴河。汴河起源于战国时魏惠王开凿的鸿沟，在东汉定都洛阳时作为漕运的主要线路得到完善，到隋代第一次贯通大运河时成为通济渠的重要组成部分。到北宋时，汴河的作用更为重要，是沟通北宋首都汴梁（今河南开封）与经济中心江淮经济区的主要水上通道，汴河漕运不可一日不通。可以说，北宋之所以放弃长安、洛阳，而选择定都汴梁，就是因为汴梁地处汴河这个重要水上通道的关键位置。疏浚整治汴河是北宋长期迫切需要解决的问题。北宋初期，朝廷为了治理汴河，曾征发京城附近30多个县的民工，每年疏浚一次。后改为三年疏浚一次，并且设立了提举汴河堤岸司这个职务，成为一种日常职务。起初由京城的地方官兼管汴河水道和相关河道的治理，可时间一长，治理汴河的工程就渐渐松懈，治河的官员徒挂虚名，20多年都没有疏浚过汴河，于是汴河逐年淤塞。以前东京汴梁的漕渠水都流入汴河，自从汴河淤塞后，从汴梁城东水门以下到雍邱、襄邑，汴河所有的河道的河底都比堤外的平地高出一丈二尺多。沈括在《梦溪笔谈》的《验量地势》一文中形容：“自汴堤下瞰，民居如在深谷中。”[1]

接到治理汴河的任务后，得益于自己早年积累的治水经验和地形测量等方面的知识，沈括在对汴河沿线进行多次实地考察的基础上，整理出汴河的水流速度、河床的深浅、两岸的地势高低等大量有价值的数据，并有针对性地制订出了治理汴河的工程方案。沈括的汴河治理工程主要有三个步骤，环环相扣。第一个步骤是组织民力疏浚汴河，将河底沉积多年的淤泥挖出，使汴河的水重新流动起来，能够行驶漕船和商船。第二个步骤是对汴河两岸的土地进行改造，将疏浚河道挖出的肥沃的淤泥平堆在两岸的盐碱地上，即采用淤田法将贫瘠的土地改造成高产田。第三个步骤是将原先作为汴河主要水源的多沙的黄河水截断，重新开凿渠道引来清澈的洛河水进入汴河，作为汴河的主要水源。因为黄河水含沙量高而洛河水清澈，这种用清水代替多沙水更换水源的方式可以有效防范汴河的再次淤积，也为后代治理运河所借鉴。

沈括治理运河的一个创举是发明了“分层筑堰测量法”，就是根据汴河下游从开封到泗州堤岸地势的高低，依次筑起多层的堰坝，并分段测量上下堤堰里的水位高低，然后把各个堤堰里水位的高差加在一起，以求得汴河上下游之间的地势差。他用这种方法测量出从开封上善门到泗州汴河入淮口之间的距离为“八百四十里一百三十步”[2]，即汴河从开封到淮河直线距离为420千米；测出两地的水平高差为“十九丈四尺八寸六分”[3]，即63.3米。这一精确的数据，为当时及后来治理汴河提供了科学依据。分层筑堰测量法成为测绘学方面一个开创性的成果，具有较高的测量精度，在国际上也具有开创性。

推行“淤田法”是沈括在主持整治汴河工程时的另一个创举。淤田是将河水冲下的淤泥放在两岸的盐碱地上，靠着肥沃的淤泥的营养，使不长庄稼的盐碱地变成良田。沈括在《梦溪笔谈》中记录了淤田法的价值：“熙宁中，初行淤田法，论者以谓《史记》所载泾水一斛，其泥数斗，且粪且溉，长我禾黍。所谓粪，即淤也。予出使至宿州得一石碑，乃唐人凿六陡门发汴水以淤下泽，民获其利，刻石以颂刺史之功，则淤田之法其来盖久矣。”[4]沈括通过实施淤田法，在汴河两岸增加了耕地17000多顷，使大批失地农民有田可种，同时有效增加朝廷的赋税收入。

二、 记录首座复式船闸真州闸

长江至淮河之间的邗沟运河在宋代称扬楚运河。这段运河自邵伯往南至长江边地势高差较大，为接纳江潮、调节运河水，在入江口和入江河段，建设了相应的水工设施。从东晋时的邵伯埭到北宋的真州闸，都是为了引潮节水。宋代是扬州段运河的完善阶段，经过长期经营，扬楚运河基本形成完善的独立工程体系。为避开扬州北部湖中行运的风浪之险，开始实施河湖分离；为调节水位且便于船只通行，开始沿运河修建堰闸；为解决西来淮河河水的去路问题，开始沿运河东堤修建泄水设施。从而形成一个兼具航运、灌溉、排洪和防潮等综合效益的相对独立完备的工程体系。据《中国大运河申遗文本》介绍：“公元9～11世纪，随着扬州城区的发展，扬楚运河不断扩建，通航能力不断提高，运河主线逐渐绕开扬州城市最早发展的区域，逐渐形成了今天的淮扬运河‘扬州古运河’段。”[5]为克服扬州古城内水浅、船只难行，并解决船只过往卸粮频繁，造成船只容易损坏的问题，需对传统的船闸进行改造。复式船闸真州闸就是在这一背景下修建的。宋代在运河上广泛使用的一项重要技术就是建造复式船闸。据史料记载，宋代在真州、扬州、高邮、楚州、泗州运河沿线，建有斗门水闸79座。

据沈括《梦溪笔谈》记载，扬州到仪征之间的仪扬运河上的真州闸是第一座复式船闸。北宋天圣年间，胡宿的《通江水闸记》记载了当时真州的水情：“当湖涸水是有初，万里连樯自上游而并至，将乘高堰之险，必俟灵潮之来，浅河殆忧，线挽甚苦，守卒达旦而不寐，严鼓终夜而有声，人相告劳，官不睱给。”[6]胡宿（995—1067），字武平，当时担任扬子县尉，扬子县为真州附廓县，因此他记录的真州水情阻碍漕运，迫切需要建筑新船闸的事情是亲身经历的。

《梦溪笔谈》中有一篇《真州复闸》，记述了运河水工史上建真州闸这件大事：“天圣中，监真州排岸司、右侍禁陶鉴始议为复闸节水，以省舟船过埭之劳。是时工部郎中方仲荀、文思使张纶为发运使、副，表行之，始为真州闸。岁省冗卒五百人，杂费百二十五万。运舟旧法，舟载米不过三百石。闸成，始为四百石。其后所载浸多，官船至七百石，私船受米八百余囊，囊二石。”“自后北神、召伯、茱萸诸埭相次废革，至今为利。”[7]

复式船闸是运河航运实践中的一项重大发明，这种闸类似于现代的二级船闸，使用复闸不仅能解决水位差的问题，而且能使过往船只的载重量大大增加。据张伯垓《重修真州水闸记》一文介绍，真州复闸初建时为木结构，在设计、结构和运行上都很有特色。内、外闸门都用坚硬的条石为基础，上下游筑起了坚固的堤坝以防止水浪冲击。外闸主要用来平衡运河和长江之间的水位差；内闸随着水面的上升与运河平顺衔接。同时，还在闸旁设置了一座通江水澳（水柜），以补充水源，使复闸的功能更加完备。这一复式船闸的技术至今还是葛洲坝等现代水利工程所采用的技术。尽管真州闸至今还没有考古发掘出来，但沈括的《梦溪笔谈》证实了真州闸的建设时间和功能作用。正是有了《梦溪笔谈》的记载，才足以证明真州复闸作为中国第一座有文字记载的复式船闸，比欧洲同类船闸早了约400年，是世界上第一座复式船闸，在世界运河史上也具有一定首创意义。

新式船闸的出现，大大方便了扬州段运河的航运，在保证漕粮运输的同时，也活跃了宋代扬州的商品经济。沈括的《扬州重修平山堂记》一文充分展現扬州当时的盛景：“十一路百川迁徙贸易之人，往往出其下，舟车南北日夜灌输京师者居天下之七。”[8]

注释与参考文献

[1][2][3]沈括.梦溪笔谈[M].上海古籍出版社， 2015：167.

[4]沈括.梦溪笔谈[M].上海古籍出版社，2015：157.

[5]国家文物局.中国大运河申遗文本[R].2013：117.

[6]胡宿.《通江水闸记》碑文[B].

[7]沈括.梦溪笔谈[M].上海古籍出版社，2015：81.

[8]沈括.沈括全集[M].浙江大学出版社，2011：376.

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