沈括與北宋大運河

姜師立

摘 要：北宋科學家沈括與大運河有著密切的關系。他主持過治理汴河工程，發明了分層筑堰測量法。他的著作 《夢溪筆談》詳細記錄了最早的復式船閘真州閘的修建過程及價值作用，成為中國大運河河工技術領先于歐洲的有力例證。

關鍵詞：沈括；汴河；真州閘；《夢溪筆談》；大運河

北宋科學家沈括不僅致力于科學研究，還是一位親力親為的治水能臣和水利專家，多次參與治水，為宋代的運河漕運作出了重要貢獻。元祐四年（1089），沈括舉家搬遷到大運河邊的城市潤州（今江蘇鎮江）。早年沈括在謫守宣州時曾托一位道士在潤州購置過一處園圃，這次看到以前所買下的園圃正如他30歲時曾經夢見的一處清溪花山相映成趣的景觀，于是命名為夢溪園，作為自己的隱居之地。在這座夢溪園里他寫了中國科學史上的重要著作《夢溪筆談》，是中國科學史上的一部奇書，在舊時私家著述中占有崇高地位。

一、 治理汴河，發明分層筑堰測量法

沈括既有治水的實踐，又有治水理論，是個不可多得的治水人才，熙寧五年（1072），朝廷下詔令沈括治理汴河。汴河起源于戰國時魏惠王開鑿的鴻溝，在東漢定都洛陽時作為漕運的主要線路得到完善，到隋代第一次貫通大運河時成為通濟渠的重要組成部分。到北宋時，汴河的作用更為重要，是溝通北宋首都汴梁（今河南開封）與經濟中心江淮經濟區的主要水上通道，汴河漕運不可一日不通。可以說，北宋之所以放棄長安、洛陽，而選擇定都汴梁，就是因為汴梁地處汴河這個重要水上通道的關鍵位置。疏浚整治汴河是北宋長期迫切需要解決的問題。北宋初期，朝廷為了治理汴河，曾征發京城附近30多個縣的民工，每年疏浚一次。后改為三年疏浚一次，并且設立了提舉汴河堤岸司這個職務，成為一種日常職務。起初由京城的地方官兼管汴河水道和相關河道的治理，可時間一長，治理汴河的工程就漸漸松懈，治河的官員徒掛虛名，20多年都沒有疏浚過汴河，于是汴河逐年淤塞。以前東京汴梁的漕渠水都流入汴河，自從汴河淤塞后，從汴梁城東水門以下到雍邱、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《夢溪筆談》的《驗量地勢》一文中形容：“自汴堤下瞰，民居如在深谷中。”[1]

接到治理汴河的任務后，得益于自己早年積累的治水經驗和地形測量等方面的知識，沈括在對汴河沿線進行多次實地考察的基礎上，整理出汴河的水流速度、河床的深淺、兩岸的地勢高低等大量有價值的數據，并有針對性地制訂出了治理汴河的工程方案。沈括的汴河治理工程主要有三個步驟，環環相扣。第一個步驟是組織民力疏浚汴河，將河底沉積多年的淤泥挖出，使汴河的水重新流動起來，能夠行駛漕船和商船。第二個步驟是對汴河兩岸的土地進行改造，將疏浚河道挖出的肥沃的淤泥平堆在兩岸的鹽堿地上，即采用淤田法將貧瘠的土地改造成高產田。第三個步驟是將原先作為汴河主要水源的多沙的黃河水截斷，重新開鑿渠道引來清澈的洛河水進入汴河，作為汴河的主要水源。因為黃河水含沙量高而洛河水清澈，這種用清水代替多沙水更換水源的方式可以有效防范汴河的再次淤積，也為后代治理運河所借鑒。

沈括治理運河的一個創舉是發明了“分層筑堰測量法”，就是根據汴河下游從開封到泗州堤岸地勢的高低，依次筑起多層的堰壩，并分段測量上下堤堰里的水位高低，然后把各個堤堰里水位的高差加在一起，以求得汴河上下游之間的地勢差。他用這種方法測量出從開封上善門到泗州汴河入淮口之間的距離為“八百四十里一百三十步”[2]，即汴河從開封到淮河直線距離為420千米；測出兩地的水平高差為“十九丈四尺八寸六分”[3]，即63.3米。這一精確的數據，為當時及后來治理汴河提供了科學依據。分層筑堰測量法成為測繪學方面一個開創性的成果，具有較高的測量精度，在國際上也具有開創性。

推行“淤田法”是沈括在主持整治汴河工程時的另一個創舉。淤田是將河水沖下的淤泥放在兩岸的鹽堿地上，靠著肥沃的淤泥的營養，使不長莊稼的鹽堿地變成良田。沈括在《夢溪筆談》中記錄了淤田法的價值：“熙寧中，初行淤田法，論者以謂《史記》所載涇水一斛，其泥數斗，且糞且溉，長我禾黍。所謂糞，即淤也。予出使至宿州得一石碑，乃唐人鑿六陡門發汴水以淤下澤，民獲其利，刻石以頌刺史之功，則淤田之法其來蓋久矣?！盵4]沈括通過實施淤田法，在汴河兩岸增加了耕地17000多頃，使大批失地農民有田可種，同時有效增加朝廷的賦稅收入。

二、 記錄首座復式船閘真州閘

長江至淮河之間的邗溝運河在宋代稱揚楚運河。這段運河自邵伯往南至長江邊地勢高差較大，為接納江潮、調節運河水，在入江口和入江河段，建設了相應的水工設施。從東晉時的邵伯埭到北宋的真州閘，都是為了引潮節水。宋代是揚州段運河的完善階段，經過長期經營，揚楚運河基本形成完善的獨立工程體系。為避開揚州北部湖中行運的風浪之險，開始實施河湖分離；為調節水位且便于船只通行，開始沿運河修建堰閘；為解決西來淮河河水的去路問題，開始沿運河東堤修建泄水設施。從而形成一個兼具航運、灌溉、排洪和防潮等綜合效益的相對獨立完備的工程體系。據《中國大運河申遺文本》介紹：“公元9～11世紀，隨著揚州城區的發展，揚楚運河不斷擴建，通航能力不斷提高，運河主線逐漸繞開揚州城市最早發展的區域，逐漸形成了今天的淮揚運河‘揚州古運河’段?！盵5]為克服揚州古城內水淺、船只難行，并解決船只過往卸糧頻繁，造成船只容易損壞的問題，需對傳統的船閘進行改造。復式船閘真州閘就是在這一背景下修建的。宋代在運河上廣泛使用的一項重要技術就是建造復式船閘。據史料記載，宋代在真州、揚州、高郵、楚州、泗州運河沿線，建有斗門水閘79座。

據沈括《夢溪筆談》記載，揚州到儀征之間的儀揚運河上的真州閘是第一座復式船閘。北宋天圣年間，胡宿的《通江水閘記》記載了當時真州的水情：“當湖涸水是有初，萬里連檣自上游而并至，將乘高堰之險，必俟靈潮之來，淺河殆憂，線挽甚苦，守卒達旦而不寐，嚴鼓終夜而有聲，人相告勞，官不睱給。”[6]胡宿（995—1067），字武平，當時擔任揚子縣尉，揚子縣為真州附廓縣，因此他記錄的真州水情阻礙漕運，迫切需要建筑新船閘的事情是親身經歷的。

《夢溪筆談》中有一篇《真州復閘》，記述了運河水工史上建真州閘這件大事：“天圣中，監真州排岸司、右侍禁陶鑒始議為復閘節水，以省舟船過埭之勞。是時工部郎中方仲荀、文思使張綸為發運使、副，表行之，始為真州閘。歲省冗卒五百人，雜費百二十五萬。運舟舊法，舟載米不過三百石。閘成，始為四百石。其后所載浸多，官船至七百石，私船受米八百余囊，囊二石?！薄白院蟊鄙?、召伯、茱萸諸埭相次廢革，至今為利?！盵7]

復式船閘是運河航運實踐中的一項重大發明，這種閘類似于現代的二級船閘，使用復閘不僅能解決水位差的問題，而且能使過往船只的載重量大大增加。據張伯垓《重修真州水閘記》一文介紹，真州復閘初建時為木結構，在設計、結構和運行上都很有特色。內、外閘門都用堅硬的條石為基礎，上下游筑起了堅固的堤壩以防止水浪沖擊。外閘主要用來平衡運河和長江之間的水位差；內閘隨著水面的上升與運河平順銜接。同時，還在閘旁設置了一座通江水澳（水柜），以補充水源，使復閘的功能更加完備。這一復式船閘的技術至今還是葛洲壩等現代水利工程所采用的技術。盡管真州閘至今還沒有考古發掘出來，但沈括的《夢溪筆談》證實了真州閘的建設時間和功能作用。正是有了《夢溪筆談》的記載，才足以證明真州復閘作為中國第一座有文字記載的復式船閘，比歐洲同類船閘早了約400年，是世界上第一座復式船閘，在世界運河史上也具有一定首創意義。

新式船閘的出現，大大方便了揚州段運河的航運，在保證漕糧運輸的同時，也活躍了宋代揚州的商品經濟。沈括的《揚州重修平山堂記》一文充分展現揚州當時的盛景：“十一路百川遷徙貿易之人，往往出其下，舟車南北日夜灌輸京師者居天下之七?！盵8]

注釋與參考文獻

[1][2][3]沈括.夢溪筆談[M].上海古籍出版社， 2015：167.

[4]沈括.夢溪筆談[M].上海古籍出版社，2015：157.

[5]國家文物局.中國大運河申遺文本[R].2013：117.

[6]胡宿.《通江水閘記》碑文[B].

[7]沈括.夢溪筆談[M].上海古籍出版社，2015：81.

[8]沈括.沈括全集[M].浙江大學出版社，2011：376.

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