我國古代的水文站

孫琦琦

浙江省寧波市有一處古代測量水位的“平”字水則碑，屬于浙江省文物保護單位。這塊水則碑位于寧波市海曙區鎮明路西側平橋街口，古時是平橋河所在地。該碑始建于南宋寶祐年間（1253～1258），明清兩代續修，現存大部分石亭建筑為清道光時所建，但保留了南宋的亭基和明代重修的“平”字碑。1999年，考古發掘重現了水則碑舊貌，經重修后，當地政府恢復了平橋河，并與寧波城市中心的月湖水系相通，還原了歷史原貌。

這塊水則碑取適中之地測量水勢，鐫“平”字于石碑上。在當時，寧波城外各個楔閘視“平”字于水中出沒情況而啟閉：如果水浸沒了“平”字，則應當泄水；如果“平”字出于水面，則應當蓄水。因水閘啟閉適宜，當地百姓無旱澇之憂。在今天看來，水則碑利用平水的原理，達到體察災情、民情，統一調度水務的目的，是今天的人們研究古代水利水文測量、城市排澇防洪水利工程不可多得的實物例證。

我國最早的水則

什么是水則？水則是怎么來的呢？

水則，又叫水志，是中國古代的水尺，也就是古代觀測水位的標記。“水則”中的“則”，意思是“準則”，通常每市尺為一則，又稱為一劃。刻有水則標尺的碑就是水則碑。水則碑通常被立于渠道的關鍵地段，它的作用就是觀測水位變化，并用來測量水位，以達到預防洪澇災害的目的，同時作為灌區農業灌溉配水的依據。

據史料分析，我國古代從大禹時起就開始重視對水文狀況的觀測和分析，《尚書·禹貢》記載：“禹別九州，隨山浚川，任土作貢。禹敷土，隨山刊木，奠高山大川。”其意為：禹測量土地，劃分疆界，命名山川，帶領眾人行走于高山，砍削樹木作為路標，以高山大河奠定界域。

我國最早的水則出現在秦昭襄王時（公元前251）。當時，李冰修都江堰，用3個立于水中的石人觀測水位，以水淹至石人身體某部位作為衡量水位高低和水量大小的標記。李冰要求“竭不至足，盛不沒肩”。意思是水位不能低于石人的足部，也不能高于石人的肩部。如果水位低了，岷江來水量不夠用，會出現旱災；水位也不能高于石人的肩部，否則會出現洪災，需要從飛沙堰溢洪。只有當水位在石人的足與肩之間，引水量才正好滿足農業灌溉與防洪安全的要求。

宋代，都江堰的量水標記由石人演變為刻畫水則。根據《宋史·河渠志》的記載，宋代把都江堰的水則刻在離堆的巖壁上，共10則，兩則之間相距一尺。水位達到6則就能滿足灌溉需要；超過6則，內江水量開始從飛沙堰和人字堰溢洪道排到外江。

元代將都江堰水則刻在斗犀臺下的三道巖石壁上，共11則。據《元史·河渠志》記載：“牛犀臺有水則，尺之為劃，壓十有一，水及其九則民喜，過則憂，沒其則則困。”明代萬歷年間，都江堰的水則被遷移到寶瓶口，并由11則增至20則。清代乾隆乙酉年（1765），用條石重新刻劃水則，共24則，沿用至今。

水則的形式

北宋時，江河湖泊已普遍設立水則，主要河道上已有記錄每日水位的水歷。明清時，為了報汛、防洪，江河上下游往往都設有水則。當時的水則有三種形式：

其一為無刻畫形式，如前文提到的石人水則和南宋在今寧波設立的平字水則都是這種形式；又如紹興三江閘是我國古代大型擋潮排水閘，三江閘的啟閉依據水則。水則有兩個，一個設在閘址，另一個設在紹興城里，后者有校核水位的作用。水則分金、木、水、火、土五劃：水至金字腳，全閘開啟；水至木字腳，開16孔；至水字腳開8孔；至火字頭，全閘關閉。閘門由三江巡檢代管，“啟閉惟看水則牌”。

其二為只有洪枯水位形式的水則。如《水經·伊水注》記載，三國魏黃初四年（223），伊闕石壁上的刻畫及題詞；還有自唐代就有的長江涪陵石魚只刻記枯水位等。民間自刻的這類水則不少，大江河上往往存有前代遺跡。

其三為等距刻畫的水則碑。這種水則碑最為常見。如宋代至明代太湖出口、吳江長橋刻有橫道的石碑，用以量測水位，此碑還刻有非常洪水位。吳江長橋另一塊刻有直道的石碑為記錄每旬水位用，它上面也刻記非常洪水位，1964年被發現時仍立于長橋垂虹亭舊址北側岸頭踏步右端，在碑面刻有“七至十二月”這6個月份，每月又分3旬的細線，還有“正德五年水至此”“萬歷卅六年五月水至此”等題刻字跡。

世界第一古代水文站

隨著社會和經濟的發展，歷代各朝日益注重在各河流要處建站監測水文。當時的觀測方法較多采用在江岸、河中的巖石上題刻標記，用以記載多年一遇的洪水或枯水水位。始于唐代的白鶴梁題刻就是一種典型的題刻標記觀測江河水位的遺址。

白鶴梁位于長江三峽庫區上游重慶涪陵城北的長江中，為一道天然的石梁，是世界上已知時間最早、延續時間最長、數量最多的水文題刻。聯合國教科文組織稱它為“保存完好的世界唯一古代水文站”。

白鶴梁是造山運動時自然形成的，長約1600米，寬約10～15米，東西向延伸，與長江平行。其背脊標高約為138米，僅比當地常年最低水位高出兩三米，石梁幾乎常年沒于水中，只在每年冬春之交水位較低時才部分露出水面，故古人常根據白鶴梁露出水面的高度位置來確定長江的枯水水位。

白鶴梁梁體分為上、中、下三段，題刻位于中段長約220米、寬約15米的梁體上，迄今發現題刻約165段、文字3萬余字，有作為水標的石魚18尾、觀音2尊、白鶴1只，其中涉及有水文價值的題刻108段，是全世界唯一一處以刻石魚為“水標”并觀測記錄水文的古代水文站。

白鶴梁題刻始于唐廣德元年（763）前，終于1963年，這些石魚水標及題刻，記載了我國長江上游從唐代至今1200多年來，72個枯水年份的水文情況，系統反映了長江上游枯水年代水位演化情況，為研究長江水文及全球區域氣候變化的歷史規律提供了重要的實物佐證。

據有關部門觀測，白鶴梁唐代石魚的腹高，大體相當于涪陵地區的現代水文站歷年枯水位的平均值，清康熙二十四年（1685）所刻石魚的魚眼高度，又大體相當于川江航道部門所設的當地水位的零點，為可滿足輪船航行的最小水深的水位線。另據觀測，白鶴梁題刻中有一尾標注最早的枯水題刻的石魚，它的眼睛正好是長江中上游的零點水位，比1865年長江上設立的第一根水尺—武漢江漢關水尺的水位觀測記錄，要早1100多年。當地有“石魚出水兆豐年”之說。據稱如果石魚在冬天枯水期露出水面，則第二年必是豐收年。葛洲壩和三峽水利工程的建設都曾經以此為依據。白鶴梁也當之無愧地成為“長江古代水文站”和“世界水文資料的寶庫”。

除了白鶴梁，題刻長江枯水水位的題記還有很多。這種記載枯水水位的題刻群，僅在長江上游宜昌至重慶段就有11段，題刻362處；記錄方式包括文字注記和石魚題刻；尤以江津蓮花石、重慶豐年碑、云陽龍脊石、奉節記水碑等最重要。

洪水題刻

除了枯水題刻，我國古代還有不少洪水題刻。

據我國水文考古工作者調查，唐宋以來形成的分布在長江干、支流的洪水題刻有近1000處，以明清時期居多。長江上游忠縣兩處題記，被鑒定為現存最早的洪水題記，其一為：“紹興二十三年（1153）六月十七日，水此。”當時，對于同一次洪水，往往有多處題刻標明其水位，如1788年的一次大洪水，僅上游就有19處題刻，說明當時對洪水水位的觀測已相當普遍。

由于我國河流眾多，歷代都很重視防汛抗洪和汛情通報工作。因為河流泛濫影響著水運、灌溉和生活用水，關系著人民的生命財產安全。

除了前面所介紹的之外，還有一些其他碑文題刻，如《黃河圖說》碑、《海潮論》碑和蘇州立水則碑等。

宋宣和二年（1120），在長江下游太湖流域的吳江縣長橋垂虹亭旁立有水則碑。水則碑分為左水則碑和右水則碑兩塊，左水則碑記錄歷年最高水位，右水則碑則記錄一年之中各旬、各月的最高水位。碑文為：“一則，水在此高低田俱無恙；二則，水在此極低田淹；三則，水在此稍低田淹；四則，水在此下中田淹；五則，水在此上中田淹；六則，水在此稍高田淹；七則，水在此極高田俱淹。”如果某年洪水位特別高，即于本則刻曰：某年水至此。該水則上刻寫的最早年代為1194年。由此可知，水則碑不僅是觀測水位所用的標尺，而且是歷年最高洪水位的原始記錄。從水則碑，我們不難發現，宋代為統計汛期農田被淹面積，已建立了水位觀測制度。這也是我國觀測水位直接為農業生產服務的最早記載。

明成化年間，戴琥出任紹興知府，守越十年。為加強紹興河湖水位管理，戴琥在佑圣觀前河中設立水則（即水位尺），又在佑圣觀內立水則碑，即《山會水則碑》，并做出規定：“水在中則上，各閘俱開；至中則下五寸，只開玉山斗門、扁拖、龕山閘，至下則上五寸，各閘俱閉。”水則碑對寧紹地區山會平原的河湖水位，對不同季節、不同高程的農田耕作及舟楫交通都能照顧到，而且設于府城之內、府衙之旁，便于觀察和執行。它從成化十二年（1476）起，使用了60年，一直到三江閘的建成才退役。

清代，為了黃河、淮河、永定河防汛需要，從康熙年間開始，清政府先后在洪澤湖高堰村（1706）、黃河青銅峽（1709）、淮河正陽關三官廟（1736）、永定河盧溝橋（1819），分別設立水志樁，觀測水位。

清咸豐十年（1860），英、法等列強先后侵入上海。外國侵略者為了保證航行安全，除在黃浦江東岸一側設置引導燈樁外，又于1860年在張華浜設立“吳淞信號站”，豎起了水尺和信號桿，懸掛水位標球。這是在長江水系最早設置觀測水位（潮位）的近代水尺。

清末，帝國主義霸占海關和沿江沿海的航行權，為航運安全，設立了一些海關水尺。此外，原中東鐵路局于光緒二十四年（1898）在哈爾濱開始觀測水位。這些都是用近代方法進行水位觀測的最早一批水位站，其中長江漢口站是全國最早具有連續系統資料的近代水位站。

我國古代的流量測量

我國很早就有關于流量測量的記載。北魏孝昌三年（527）前，酈道元著《水經注》，元代李好文（約1290～1360）著《長安圖志》，清康熙十六年（1677）靳輔著《河防術要》中，均有這方面的敘述。

清嘉慶二十四年（1819），為永定河防汛需要，清政府曾在盧溝橋進行流量測驗。光緒三十年（1904）5月，海河測水機構在天津德國碼頭開始施測流量。

北宋元豐元年（1078），范子淵知都水監丞，在導洛通汴的建議里提及河流間的比較，要“積其廣深”，并考慮“湍緩不同”，說明當時的人們已經認識到構成流量的面積與流速兩個要素。據《宋史·河渠志》載：“汜水出玉仙山，索水出嵩渚山，合洛水，積其廣深，得二千一百三十六尺，視今汴尚贏九百七十四尺。以河、洛湍緩不同，得其盈余，可以相補。”這里以河流斷面面積和水流速度來估計河流流量的概念，在中國水利史上是第一次。

清康熙年間，陳潢（1638～1689）有測水法：“水流速，則乃急行人，日可行二百里；水流徐，則緩行人，日可行七八十里，即用土方之法，以水流經過橫一丈、高一丈為一方，計此河行幾方。”當時人們用此法可計算水流流量。

我國何時開始測驗泥沙

我國的泥沙站都是和水文站（流量站）結合在一起的，早期，也有個別水文站的泥沙測驗略早于流量測驗，如海河天津小孫莊站，在清光緒十八年（1892）開始沙量測驗，宣統二年（1910）開始流量測驗。黃河流域含沙量測驗始于清光緒二十八年（1902），鐵道部門在津浦鐵路黃河濼口大橋，按重量比測驗含沙量，這也早于黃河流域的流量測驗。

較早開始含沙量測驗的還有珠江西江（1915）、淮河（1921）和長江（1922）。這一時期的含沙量測驗都比較簡單，用水桶或瓶子取一定數量的渾水水樣，經過處理后，用重量比計算含沙量。