中国古代水文学
编辑基本信息
在中国,公元前20世纪以前就有洪水传说,公元前16世纪有大旱和伊水、洛水干涸等记载。《春秋》已记载了大水、大旱、霖涝、暴雨等水文现象。《二十四史》中的《五行志》、《本纪》、数千种地方志及其他一些文献中记载2 000多年水文现象不下数十万条。
水旱规律的探索
战国治水名家
水循环
先秦著作《吕氏春秋·圜道》已指出水循环现象:海水上升为云,西行;陆水东流入海。后汉末高诱(约150—220年)注《吕氏春秋》更明确指出:云下降为雨。他还在《淮南子》注中申明水循环的规律:地表水-云-雨-地表水,地下水-泉-地表水-云-雨-地表水-地下水,即2个小循环。
河道水流
古代单独入海的河称渎,《管子·度地》称为经水;称从大河分出入另一河或海的河流为枝水;时有时无的山溪称谷水;汇入大河或海的较小河流称川水;出地不流的称渊水。在《尔雅》一书中,各级河流按所在地形、水源、水流情况各有专名。还描述了黄河为“百里一小曲,千里一曲一直”。《管子·度地》在分析水流现象时提出与坡度、冲淤、水跃、环流等相应的现象。《宋史·河渠志》详细描述一年中各季节的洪枯及一些水流动态(参见信水、水势、水则等)。《河防通议》记述了18种河流波浪状况。明清河工文献中也有许多关于水势的描述。
水质及泥沙
《管子·水地》提出了水质和人类生活的关系。《淮南子·地形训》提出中国主要河流水质适宜灌溉的农作物。古代北方多泥沙河流都利用泥沙淤灌。西汉张戎提出对黄河挟沙量的认识,号为“一石水而六斗泥”。明代潘季驯等已认识到河床断面与流速及挟沙能力的关系,提出“束水攻沙”的治黄战略。《宋史·河渠志》把黄河各季节泥沙淤积分为4类。《河防通议》又把黄河泥沙分为7种土、5种色和7种沙,共19种。
地下水及泉
先秦时,人们已认识到地下有伏流,如认为黄河自昆仑山伏流至今河源,济水多次隐、现等。《尔雅》等书将泉水按出流形式分为七八种。《管子·地员》记载了各类土壤、各种地形的地下水埋深情况,并以“施”(7尺)为计算单位。把平原土壤分成5类,埋深自1施至5施;丘陵、山区分成16类,埋深自6施到20施。又把山丘的泉分为5类,埋深自2尺到21尺。明末,徐光启引进西方水法,提出探测泉脉的4种简易办法及饮用泉水水质与土质的关系。清乾隆皇帝曾用称量法测定了各地名泉泉水的比重。
汉武帝时开龙首渠,凿隧道通水,施工时开多道竖井进行,由此发明了井渠。今新疆等地历史悠久、数量众多的坎儿井,结构上与井渠类同,可以把地下水引至很远的地方。
水文测验
先秦已有雨量、水位的测定。战国时,秦国《田律》规定地方官吏需及时上报雨量及受益、受害田亩,汉、唐、宋也都有类似的规定。南宋数学家秦九韶提出用各种量雨器具计算雨、雪数量的方法。金、明、清亦沿用上报雨泽的制度,明、清还用以预测洪水及准备防汛。清代北京观象台有逐日按时辰记录降水的制度,现存有自雍正二年(1724年)至光绪二十九年(1903年)共180年的观测记录《晴雨录》。
古代观测水位的标尺称水则或水志。战国时李冰修都江堰时立3个石人作水则,后代演变为在水边山石上刻划。古人还常在江河两岸的石崖上刻记观测到的大洪水水位。北宋时大量设立河湖水则。熙宁八年(1075年),重要河流上已有记录每天水位的“水历”。宣和二年(1120年),命令太湖流域各处立水则碑。苏州吴江市长桥水则碑大致立于此时,用以记录太湖向吴淞江出口的水位,根据这个水位可以判断农田有无水灾。南宋宝祐四年至六年(1256~1258年),庆元城(今宁波市)内改进旧水尺,并率定水位与四乡农田淹没关系,用以启闭沿江沿海排水闸。明代浙江绍兴三江闸也有类似水则。清代,长江、淮河、黄河、海河上都多处设置水则,用以向下游报汛(参见古代报汛)。山东微山湖口设水志用以控制蓄水或向运河供水。洪泽湖高家堰水志用以控制排泄淮河洪水。
古代还常用水中岩石来刻划水位,例如长江中的涪陵石鱼(参见彩图ⅩⅤ—23),上面刻有唐代广德二年(764年)以来的枯水位及有关题刻。沿海还用石刻记载潮水位涨落的高低。
ⅩⅤ—23 重庆涪陵长江枯水(1815年)白鹤梁高浮雕“石鱼”
黄爱民摄
北宋时举物候为水势之名,描述水情。有立春后的“信水”,二月、三月的“桃花水”,四月的“麦黄水”,五月的“瓜蔓水”,六月的“矾山水”,七月的“豆华水”,八月的“荻苗水”,九月的“登高水”,十月的“复槽水”,十一月、十二月的“蹙凌水”等。
古代关于流量的测算始自北宋。元丰元年(1078年)已有记载用水流断面计量过水量,也考虑到流速的不同。元代以过水断面一方尺为一徼来计算水程(相当于流量)。清康熙年间,陈潢提出以单位时间过水若干立方丈为过水量单位。康熙皇帝提出过闸水量的计算应“先量闸口阔狭,计一秒所流几何”,已与现代流量概念相同。乾隆年间,何梦瑶提出用木轮测水面流速的方法。
现代所用观测方法,多自西方引进。清道光二十一年(1841年),北京已有雨量的定量观测。同治七年(1868年),长江在汉口设水位站。各大江河设水文站多始于民国时期。