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中国科学技术史·水利卷》序、前言、目录、后记

周魁一

　　序

　　我国是世界上历史最悠久的文明古国之一，拥有极其丰富的文化遗产。流传下来的大量科学技术文献是其中重要的组成部分。认真学习和研究这份历史遗产，是我们的历史责任。《中国科学技术史·水利卷》和其他各卷的陆续出版，标志着我国自然科学史研究取得了划时代的进步。

　　鉴于所处的自然地理环境，我国历代都重视水利建设。善治国者，必重水利。我国水利科学技术也一度处于世界领先地位，有关水利的历史文献汗牛充栋。近代以来，应用现代科学技术理论总结水利历史经验的工作逐步展开，并形成为自然科学和社会科学交叉渗透的一个边缘学科。这个学科在我国水利建设中有其不可替代的地位和作用。

　　作为水利科学一部分的水利史，对当代水利建设实践有着实际的价值。虽然历史只是记述人类过去的事情，但是，人们的认识并不能离开历史，即使在微观研究日益深入的情况下，历史的宏观研究对于人们认识自然和改造自然，仍然是不可或缺的。例如，由于自然条件和社会情况的不同，各个国家的水利都有自己的特点，正确地把握这些特点进行建设，将会取得事半功倍的效果。而从历史上看，从一二千年的长时间来看，能更清楚地认识这些特点和规律。不过，由于古代水利技术业已陈旧，近代水利技术大多从西方引进并几乎完全取代了我国传统技术，似乎古代水利已成为历史的陈迹，以致在引进国外经验时，却把我们祖先从几千年实践中总结出来的科学认识淡忘了。20世纪50年代兴建的三门峡水利枢纽出现了失误，建成之后又进行改建。造成失误的原因是多方面的。毋庸讳言，其中存在着照搬国外清水河流梯级开发理论，没有清醒地注意到黄河特大含沙量引起的特殊问题这样一个原因。可见，在建设有中国特色的社会主义的过程中，引进国外先进技术是必要的，但必须结合我国自身的条件和特点。而对于认识我国水利的特点，从历史上考察是便当的途径之一。事实证明，充分研究历史遗产，是能够对当代科学技术发展和生产建设做出重要贡献的。

　　和历史科学密切联系的水利史学科在精神文明建设方面也有着重要的作用。譬如，经过漫长历史的锻炼所形成的强烈的爱国主义的道德规范，是我国长期保持各民族团结统一政治局面的重要因素。形成强大内聚力的原因是多方面的，而牢固的文化传统恐怕是其中主要的一点。在我国历史上，水利曾为中华古文明建设做出了重要贡献。和享誉世界的四大科技发明一样，建于公元前3世纪的都江堰，被誉为世界水利史上的奇葩。总长一千多公里的京杭大运河，曾长时间在国家的政治稳定和经济发展方面发挥重要的作用。这些光辉的业绩是亲切的，是注入民族英灵的，是价值无量的宝贵精神财富。人们对自己国家历史的深入理解，将会促进对于个人与国家、民族之间的关系认识的升华，从而大大增强人们的使命感和责任感。因此，我们从事科学史研究，也就是从事中华古文明的建设。

　　我从70年前开始研究黄河，研究黄河的历史也有50多年了。我深信，从事现代水利建设，应该重视研究历史。因此，我认为，中国科学院组织编著这部30卷本的《中国科学技术史》是具有历史价值的一项学术基础建设。

　　我认识本书水利卷的作者已有20多年了。他治学严谨，思路开阔，给我以深刻印象。在本书写作中，作者着重对古代水利科学技术进行系统的探讨；此外，作者平素即注重历史研究的古为今用，10多年前提出“历史模型”的概念，在历史与现实的对比研究中，提出了不少有价值的成果。作者所取得的这些成绩都是应该给予肯定的。本书也因此成为这一时期中国科学史学科的重要学术专著。

　　作为一个老水利工作者，作为《中国科学技术史》的学术顾问，我祝贺本书作者所取得的成绩，衷心地为这部水利史专著的出版而高兴。是为序。

　　张含英

　　时年九十有六

　　前言

　　这本书一写就是10年，其间被主编一催再催，今天终于完稿，总算了了这个文债。80万字的一本书何以用去10年时间?主要是和10年间水利史学科的奋斗史有关。

　　1985年开始实行科研机构改革，目标是适应市场经济需要，促进科研与生产的结合，方向之正确自不待言。然而像水利史这样的基础学科也一并被抛到市场经济大潮中，主要靠自身争取课题来养活自己，处境之艰难和尴尬可想而知。研究人才陆续散失，而作为中国水利史的第一个研究生，肩负的责任却不容我抛弃所学，任意选择。出路何在?只能靠自己去主动适应和培育市场。

　　历史研究在文化上的价值自然没人否认，有人视水利史学科为水利界的国粹，认为应该加以保护。但是市场的选择是无情的，能否适应现实社会需求才是问题的关键。古人治史，素来有鉴古知今的传统。司马迁著《史记》，精辟地阐述了以古为鉴的准则：“居今之世，志古之道，所以镜也，未必尽同。帝王者各殊礼而异务，要以成功为统纪，岂可绲乎?”(《史记·高祖功臣侯者年表》)指出历史是现实的一面镜子，而围绕资政的总目标，具体做法则各有不同。历史经验是宝贵的，但又不可以生搬硬套。司马光写《资治通鉴》，也由于资治的价值而千古流芳。但这毕竟是以古鉴古，毕竟着重于社会和政治。时至今日，社会已发生巨大变革，自然科学的研究已经小到原子核内部和玄妙的基因图谱，这些都是古人想都没想到的，更不用说实践了。那么历史研究对于当今自然科学的进步还能不能有所贡献，还有没有自身价值呢?

　　1986年我写了一篇文章，题目是“略论水利的历史模型一一水利史研究在水利现代化建设中的意义”。从四个方面探讨了历史研究服务于当代自然科学的可能与途径，列举了前人的自然科学史应用研究的若干范例，论证了在解决现实问题方面，历史研究具有不可替代的优势。优势何在?从水利科学来看，随着科学技术发展的深入，暴露出本来似乎不相干的多种事物之间的深层次联系。研究对象与其影响因素往往构成一个大系统，因此，难于通过实验或计算直接求解。然而，历史上的水利原本是前人的实践，这个实践既包括相关的地理环境演变等自然因素在内，还直接受到政治、经济、法律、文化等条件的影响，显现出多种制约因素综合作用的结果。因此，如果我们把历史水利实践(包括相关的自然地理变化)看作是在千百年来的历史原型上的实验，即几何比尺和时间比尺都是l：l的模型实验；如果我们的研究能将历史上的自然变迁和水利实践在考证、鉴别的基础上如实复原，构成一种抽象的思想模型，由此分析推演，无疑将能够对今人关心的有关问题给出解答。因此，我们将服务于当代水利建设的历史研究方法形象地称之为水利的“历史模型”。“历史模型”的提出增强了我们研究和解决与自然环境和社会经济有密切关系的某些宏观水利问题的信心和能力。文章最后有这样一段话：“今天，虽然高度发达的科学技术是古代不能企及的，但人们对现实世界和人类社会的认识却远远没有完结。人们对于历史的认识也在不断地深化。科学每前进一步，再回过头来看历史，也总会有新的发现和新的理解。可以认为现代科学技术的发展对古老的历史学科提出了新的要求，同时它又为历史研究的深入提供了比过去先进的方法和手段。换句话说，科学的发展非但不应该排斥历史，相反地，把历史的经验和信息科学化，正是科学所要完成的重要课题。历史的发展没有止境，人们为丰富对自然和社会的认识而进行的历史研究也没有止境。”这段文字被同仁们昵称为“水利史宣言”。历史模型方法在自然科学有关学

　　本着历史模型的概念，10多年来同仁们团结一致，先后完成了《长江三峡地区大型岩崩滑坡历史与现状研究》(1988)、《古鉴湖的兴废及其历史教训》(1991)、《中国重大自然灾害与减灾对策》(1993)、《川东地区农业经济发展潜力的历史研究》(1995)、《洪水灾害的双重属性及其实践意义》(1997)、《水环境对北京城市的造就及城市规划中水利的地位》(1997)、《水灾史料量化与区域洪水灾害风险分析》(1997)、《21世纪中国防洪减灾战略的初步研究》(1998)、《洞庭湖的历史演变与防洪功能评价》 (1999)、《古代防洪管理的研究与借鉴》(2000)等一批成果，开创了与自然科学交叉研究之路，在水利科学领域里开辟了一片属于历史研究的天地，并以历史的独特见解，赢得了业内人士的肯定。一些项目曾获国家和省部级自然科学奖。其中关于“历史模型”和灾害的双重属性的研究，被认为是理论的创新和发挥了指导实践的作用。部分成果也被收入本书，成为本书的一个特色。

　　应用研究取得了成功，却不可以因此忽视水利史基础研究。这不仅是由于基础研究有其自身的价值，而且应用性的历史研究成果无不是在基础研究中派生出来的。事实证明，作为科学技术史一个分支的水利史基础研究是不可或缺的。

　　在追求生机中，水利史研究终于走出了困境，不过时间也用去了大半，这是本书迟至今日方才完成的客观原因。好在终究完成了，没有自食其言。书毕回首，作者资质驽钝，能有些许成绩，或许是天道酬勤吧。在本书付梓之际，我衷心感谢姚汉源先生和谢家泽先生。姚先生带我走进水利史研究的大门，谢先生鼓励我从科学哲学角度探讨历史研究的实际应用。感谢张含英先生在他96岁高龄时为本书作序。感谢谭徐明教授，是她帮我分担了本书近四分之一的篇幅，才没有耽搁丛书出版的最后时限。我还要感谢给予水利史研究以理解并施以援手

　　于己而言，本书虽是倾心之作，但是囿于水平，分析立论难免偏颇，尚乞读者不吝指正。

　　周魁一

　　2001年4月

　　目    录

　　总序  …………………………………………………………………………………卢嘉锡(i)

　　序……………………………………………………………………………………张含英(iii)

　　前言…………………………………………………………………………………………()

　　第一章  绪论………………………………………………………………………………(1)

　　第一节  中国传统水利发展的历史进程及其特点…………………………………(1)

　　一  水利的起源与第一次建设高潮…………………………………………………(2)

　　二  水利建设蓬勃发展与传统水利技术的成熟期…………………………………(4)

　　三  水利建设的普及和传统水利技术总结期………………………………………(7)

　　四  传统水利科技的特点与不足……………………………………………………(9)

　　第二节  水利事业发展的自然与社会背景 ………………………………………(11)

　　一  自然地理背景下的多种水利类型  ………………………………………… (11)

　　二  社会进步与水利发展的相互影响  ……………………………………… …(14)

　　三  科技和文化进步与水利发展  …………………………………………… …(16)

　　第三节  兴水利除水害的历史体验与哲学思考  …………………………… …(19)

　　一  历史的启示一一自然反作用于社会的负面影响不容忽视  …………… …(19)

　　二  人类与自然相互关系的哲学思考  …………………………………… ……(22)

　　三  水利史研究的历程和使命  ……………………………………………… …(24)

　　基础科学编

　　第二章  水利基础科学………………………………………………………………… (29)

　　第一节  水文、水文测验与洪水预报  ……………………………………… …(29)

　　一  地表水与地下水  ………………………………………………………… …(29)

　　二  水文测验  ………………………………………………………………… …(32)

　　三  洪水与洪水预报  ……………………………………………………… ……(41)

　　第二节  水力学原理及其应用  …………………………………………… ……(44)

　　一  水静力学知识与应用  ………………………………………………… ……(44)

　　二  动能与势能转换和明渠水力学  ……………………………………… ……(51)

　　三  有压管道水力学与水工实践  ………………………………………… ……(53)

　　四  对大气压的认识与负压利用  ………………………………………… ……(55)

　　五  水工消能  ……………………………………………………………… ……(60)

　　第三节  河流泥沙运动力学的理论与实践  ……………………………… ……(62)

　　一  泥沙运动力学的起源与张戎的贡献  ………………………………… ……(62)

　　二  北宋年间河流泥沙运动理论的进展……………………………………… …(64)

　　三  潘季驯“束水攻沙”和“蓄清刷黄”的理论贡献……………………… …(66)

　　四  河流动力学理论的应用  ……………………………………………… ……(73)

　　第四节  土力学原理与应用  ……………………………………………… ……(80)

　　一  对土料工程特性的认识………………………………………………… ……(80)

　　二  水工建筑物施工中的土力学知识  …………………………………… ……(83)

　　第五节  水利测量  …………………………………………………………… ……(89)

　　一  水准概念和原始水准测量  …………………………………………… ……(89)

　　二  水准仪的发明和应用 …………………………………………………………(91)

　　三  唐宋以降的水准仪和水准测量  …………………………………… ………(94)

　　四  不用水的水准仪一一旱平 ……………………………………………………(99)

　　五  高深、距离和方位的测量计算………………………………………………(101)

　　第六节  田间灌溉与作物生理……………………………………………………(106)

　　一  渠系均衡灌溉用水的规定……………………………………………  ……(106)

　　二  作物灌溉制度的制定…………………………………………………………(112)

　　三  调节土壤温度的灌溉技术……………………………………………………(116)

　　第三章  水资源与水环境治理规划……………………………………………………(118)

　　第一节  水土资源的利用和改良…………………………………………………(118)

　　一  水土资源的分布与治理原则…………………………………………………(118)

　　二  水土资源区划与田制……………………  …………………………………(121)

　　三  水土资源的调节与改良………………………………………………………(128)

　　四  水土资源的勘测与规划………………………………………………………(129)

　　第二节  水土保持与放淤规划………………………………………………………(132)

　　一  水土流失的演进及其影响……………………  ……………………………(132)

　　二  水土保持规划思想与技术措施………………………………………………(136)

　　三  流失水土资源的再利用一一淤灌和放淤………………  …………………(139)

　　第三节  流域水利规划一一以海河为例…………………………………………(143)

　　一  海河农田水利规划与水土资源利用…………………………………………(143)

　　二  海河防洪除涝规划与治理途径………………………………………………(148)

　　第四节  湖泊水利规划一一以洞庭湖为例………………………………………(154)

　　一  洞庭湖的历史演变及其对荆江防洪的影响…………………………………(155)

　　二  保护湖泊水体和围湖垦殖利弊之比较………………………  ……………(160)

　　三  荆江和洞庭湖防洪减灾规划思想评述………………………………………(166)

　　第五节  河流治理规划一一以明清黄河下游为例………………………………(170)

　　一  黄河河床的淤积演变…………………………………………………………(171)

　　二  明代后期黄河下游河床淤积抬升的影响及潘季驯的治理规划……………(173)

　　三  清代靳辅的治理与黄淮运旧格局的瓦解……………………………………(177)

　　四  解除黄淮运相互干扰的其他规划方案………………………………………(183)

　　第六节  治河方略的演变…………………………………………………………(187)

　　一  以工程手段为主的治河方略…………………………………………………(188)

　　二  工程防洪与社会化减灾并举的防洪方略…………………………  ………(196)

　　第七节  灌溉工程规划……………………………………………………………(204)

　　一  沟洫与井田制渠系规划………………………………………………………(204)

　　二  渠系工程规划一一以郑国渠为例……………………………………………(205)

　　三  无坝引水工程一一以都江堰为例……………………………………………(207)

　　四  陂塘及湖泊水利………………………………………………………………(213)

　　五  东南沿海御咸蓄淡工程一一以它山堰为例…………………………………(216)

　　第八节  排水工程、圩垸和盐碱地治理规划……………………………………(219)

　　一  排水工程………………………………………………………………………(219)

　　二  圩(围)垸水利…………………………………………………… ……………(223)

　　三  盐碱地治理………………………………………………………………………(228)

　　四  淤灌和放淤改土…………………………………………………………………(229)

　　第九节  大运河及其供水防沙枢纽工程规划…………………………………………(233)

　　一  区间运河…………………………………………………………………………(233)

　　二  越岭运河…………………………………………………………………………(235)

　　三  运河的供水、配水和防沙工程规划及实践一一以会通河、通惠河为例…(242)

　　第十节  城市水利规划………………………………………………………………(247)

　　一  营国制度下的城市水利规划及实践…………………………………………(247)

　　二  取水之利、避水之害的城市规划思想及其实践……………………………(252)

　　工程技术编

　　第四章  水利工程的设计与施工………………………………………………………(259)

　　第一节  土方施工技术………………………………………………………………(259)

　　一  土方开挖与疏浚………………………………………………………………(259)

　　二  土方填筑施工技术与规范……………………………………………………(269)

　　第二节  石方施工技术……………………………………………………………(276)

　　一  石方开挖………………………………………………………………………(276)

　　二  砌石建筑的桩基………………………………………………………………(277)

　　三  砌石与砌砖技术………………………………………………………………(278)

　　四  灰土防渗体做法………………………………………………………………(280)

　　五  笼石和卵石的施工 ……………………………………………………………(281)

　　六  水工胶结材料………………………………………………………… ………(282)

　　七  水工建筑物的胶结技术………………………………………………………(284)

　　第三节  施工导流工程……………………………………………………………(286)

　　一  早期大江截流失败的例证……………………………………………………(286)

　　二  施工导流围堰技术……………………………………………………………(288)

　　三  围堰工程形式…………………………………………………………………(290)

　　四  施工导流技术的变通应用……………………………………………………(292)

　　第四节  拦水和溢流堰坝的设计与施工…………………………………………(293)

　　一  拦河蓄水堰坝的设计与施工…………………………………………………(294)

　　二  溢流堰闸的设计与施工………………………………………………………(299)

　　第五节  配水和输水建筑物的设计与施工………………………………………(307)

　　一  配水闸门和涵洞的设计与施工………………………………………………(307)

　　二  输水隧洞、倒虹吸和渡槽的设计与施工………………………………………(318)

　　第六节  堤防与埽工…………………………………………………………………(324)

　　一  堤防沿革及早期的技术成就…………………………………………………(324)

　　二  系统堤防体系的设计与实施……………………………………………………(327)

　　三  堤防维修制度与放淤固堤………………………………………………………(330)

　　四  埽工技术的起源与演进…………………………………………………………(331)

　　五  埽工制作与特点…………………………………………………………………(332)

　　第七节  河流制导工程与护滩工程…………………………………………………(336)

　　一  护岸工程…………………………………………………………………………(336)

　　二  河流制导工程……………………………………………………………………(341)

　　三  护滩工程…………………………………………………………………………(345)

　　第八节  堵口和抢险技术……………………………………………………………(349)

　　一  堵口工程…………………………………………………………………………(349)

　　二  防汛抢险…………………………………………………………………………(358)

　　第九节  地下水利用工程……………………………………………………………(360)

　　一  引泉灌溉工程……………………………………………………………………(361)

　　二  井灌………………………………………………………………………………(364)

　　三  坎儿井……………………………………………………………………………(368)

　　第十节  运河供水与通航工程……………………………………………………(370)

　　一  堰埭……………………………………………………………………………(370)

　　二  潮闸……………………………………………………………………………(371)

　　三  复闸……………………………………………………………………………(373)

　　四  明清黄淮运清口工程…………………………………………………………(379)

　　第十一节  鱼鳞大石塘工程技术…………………  ……………………………(381)

　　一  砌石海塘的演进………………………………………………………………(382)

　　二  鱼鳞大石塘……………………………………………………………………(385)

　　三  海塘护岸工程…………………………………………………………………(389)

　　第十二节  水力应用与提水机械…………………………………………………(395)

　　一  水力应用的起源与发展………………………………………………………(396)

　　二提水机械…………………………………………………………………………(403)

　　第五章  水利管理与法规………………………………………………………………(411)

　　第一节  水利机构和职官…………………………………………………………(411)

　　一  统一的水行政管理及职官建立………………………………………………(412)

　　二  条块结合的水行政与专业管理体系…………………………………………(415)