水利學(xué)·水利建設(shè)和技術(shù)的普及(元、明、清時期)——傳統(tǒng)水利學(xué)術(shù)全面總結(jié)和著作豐碩期·水利工程建設(shè)繼續(xù)進(jìn)行和技術(shù)的普及時期
元明清的水利工程以溝通南北的京杭大運河的興建而顯赫史冊。確保漕運使這一時期的黃河防洪工程建設(shè)和管理面臨更為嚴(yán)峻的困難。濱海(江)岸地區(qū)防御潮災(zāi)的工程——海塘在明清時期有大的發(fā)展，最著名的是浙東錢塘江的重力結(jié)構(gòu)的魚鱗大石塘，建成迄今三百多年一直捍衛(wèi)著浙江東部瀕海平原。在灌溉與排水工程方面，水利工程向偏遠(yuǎn)的邊疆和山區(qū)繼續(xù)發(fā)展，但是在技術(shù)上沒有突破和顯著的進(jìn)步。
1.京杭大運河的創(chuàng)建及其深遠(yuǎn)的社會影響
元明清三代建都北京。政治中心在北方，而經(jīng)濟(jì)重心在南方，其間的交通聯(lián)系是維護(hù)政治安定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵問題。運道重復(fù)唐宋汴河的老路則嫌過于迂回曲折，元初曾一度奉行海運，但安全是個困難問題，于是，開鑿直達(dá)北京至杭州的運河航線成為當(dāng)務(wù)之急。元初即由科學(xué)家郭守敬主持，論證海河水系的衛(wèi)河、黃河下游和淮河泗水溝通的可能性。為此曾進(jìn)行大范圍的以海平面為基準(zhǔn)的地形測量，證實跨越山東地壘的京杭運河的方案可行。于是從至元十三年(1276)開始開鑿京杭大運河的關(guān)鍵河段——今山東濟(jì)寧至東平的一段，以后又向北延伸并與海河水系的衛(wèi)河貫通。至元二十八年(1291)到三十年(1293) 又由郭守敬主持開通今北京至通縣的一段，至此，南接江淮運河，航船可以跨越海河、黃河、淮河、長江和錢塘江五大水系由杭州直抵北京，并在后此五百年的時間里成為我國南北交通的大動脈。這條長達(dá)一千八百公里的運河成為世界上最長的一條人工運河，是世界水利史上的一項杰作。不過，這條運河的兩大難題始終困擾著運河的暢通。一是水源問題，山東段運河水源尤其缺乏;二是運河穿越黃河的技術(shù)困難。由于黃河河床的不斷淤高，自十八世紀(jì)末葉以來汛期對運河的倒灌和淤積成為京杭運河的痼疾。歷代為此作了不少改進(jìn)，但成效甚微最后成為運河中斷的主要原因之一。
2.確保漕運與黃河防洪的困境
黃河以其高含沙量位居世界諸大河之冠，含沙量過高造成下游河床的淤積給防洪帶來許多困難。自漢代起，就有人提出，能否利用黃河自身的水流沖刷下游河床淤積以改善防洪。但后代并未能就此探討出可以實行的工程技術(shù)方案。到了明代萬歷年間，才由當(dāng)時主管防洪的總理河道潘季馴總結(jié)前人的認(rèn)識，系統(tǒng)提出“束水攻沙”、“蓄清刷黃”的理論以及為實現(xiàn)“束水攻沙，以河治河”理論的實施方案。這是一系統(tǒng)堤防工程，由縷堤、遙堤和格堤、月堤所組成。其中縷堤靠近主流，意在約束水流提高流速，便于沖刷河床積淤。遙堤在縷堤之外二三里的地方，為的是洪水盛漲，越過縷堤時，防止洪水四處泛濫。此外為了防止特大洪水沖壞遙堤，還在某些地段的遙堤上建有溢洪壩段。“束水攻沙”和“蓄清刷黃”在理論上的貢獻(xiàn)是杰出的。著名的德國河工專家、河工模型試驗創(chuàng)始人恩格斯通過模型試驗驗證潘季馴的系統(tǒng)堤防設(shè)計，并認(rèn)為“潘氏認(rèn)為分清遙堤之用為防潰，而縷堤之用為束水，為治導(dǎo)河流之一種方法，此點實非常合理”。但潘季馴的理論還只限于定性的分析，在復(fù)雜的黃河防洪中，他所設(shè)計的一系列工程措施雖然發(fā)揮了有益的作用，但并未達(dá)到刷深河床，解決防洪難題的目的。至于近代泥沙運動理論則在二十世紀(jì)才由歐洲科學(xué)家陸續(xù)提出，而“束水攻沙”的實現(xiàn)還有待來日。
然而，黃河河床的抬高增加了黃河本身防洪的困難，當(dāng)年黃河在淮陰一帶奪淮入海，黃河河床和水位的抬高形成對淮河的頂托，使淮河洪水宣泄更困難，并逐漸在淮陰以西造成了一個洪澤湖，最后，還將淮河入海流路淤塞，而壓迫淮河由三河閘改道入江，簡直使淮河成為長江的一個支流。黃河還倒灌京杭大運河，及至清代道光年間，在今江蘇淮陰黃河和運河交匯處，運河幾乎被攔腰斬斷，幾乎成了航運的一個死結(jié)。
這一時期，由于南方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長，本來相對平靜的長江與珠江，洪水與防洪問題也逐漸加劇。而這一時期東南海塘的修建是防潮災(zāi)工程發(fā)展的重要階段。
3.農(nóng)田水利的持續(xù)發(fā)展
封建社會后期，元明清三代政權(quán)相對穩(wěn)定，農(nóng)田水利形成平穩(wěn)發(fā)展局面。元代統(tǒng)治階級的游牧生活逐漸被內(nèi)陸發(fā)達(dá)的物質(zhì)文明所同化。當(dāng)年曾專設(shè)“都水監(jiān)”、“河渠司”等水利機構(gòu)，推動水利建設(shè)，并一再頒行《農(nóng)桑輯要》等農(nóng)業(yè)技術(shù)書籍，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。明太祖朱元璋大力提倡農(nóng)田水利。洪武二十八年(1395)在全國范圍共興建“塘堰凡四萬九百八十七處，河四千一百六十二處，陂渠堤岸五千四十八處”。清代的農(nóng)田水利以在今河北省實行的畿輔營田聲勢最大，為的是促進(jìn)京畿地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展，以減少每年大量的南糧北運的負(fù)擔(dān)。但在北方興修水田，因受水資源量的限制，難有大的作為。隨著鞏固邊防的努力，邊疆水利有較大發(fā)展，著名的有清前期的寧夏河套灌區(qū)建設(shè)，清代中后期的內(nèi)蒙后套灌區(qū)和新疆地區(qū)灌溉等。沿海的臺灣、福建，尤其是珠江三角洲基圍水利，本期取得重大發(fā)展。
4.瀕海平原海塘工程的完善
我國的江、浙、閩、粵等省沿海地帶，潮災(zāi)是主要的自然災(zāi)害。海潮侵蝕海岸，惡化土壤，破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，給人們的生命和財產(chǎn)造成了極大的危害。海塘始建于唐代，明清間海塘建設(shè)形成高潮。我國的海塘按地域分作江蘇海塘、浙東海塘、浙西海塘和閩廣海塘。海塘工程早期多是土塘，因易于沖毀，元代以來逐漸為砌石結(jié)構(gòu)的石塘所取代。
明代，浙江設(shè)置“水利僉事”，管理水利也兼及海塘。清代浙江沿海的杭州、紹興、嘉興等府設(shè)“海防同知”，專門負(fù)責(zé)海塘。重點的海塘段置塘長、塘夫，從事歲修和日常的巡查。
(1) 范公堤與蘇南海堤
海塘在江蘇稱捍海堰或海堤。江蘇海堤以長江口為界：以北為蘇北海堤，以南為蘇松海堤。蘇北海堤最早的記載始于六世紀(jì)中葉。北齊時杜弼于海州(治今連云港) “帶海而起長堰，外遏咸潮，內(nèi)引淡水”。唐開元十四年(726)海州刺史杜令昭也在此修筑過長七里的捍海堰。
蘇北海堤中范公堤較為著名。唐代宗大歷年間(766—779)，淮南黜陟使李承在通州 (治今江蘇南通)、楚州 (治今江蘇淮安) 至鹽城一帶筑 “捍海堰”，長一百四十二里，主要用于阻擋潮水，“遮護(hù)民田，屏蔽鹽灶”。北宋時這段海堤已經(jīng)坍毀。天圣元年(1023)任泰州西溪鹽官的范仲淹建議修復(fù)。施工歷時六年，新筑海堤長一百八十里，后人稱“范公堤”。此后范公堤受到歷代的重視，不斷向南延伸。元代，范公堤發(fā)展到三百多里。明萬歷四十三年(1615) 時范公堤已經(jīng)超過八百里。
由于海岸線不斷向外推移，明代以后的范公堤已逐漸遠(yuǎn)離海岸，堤外海灘成為著名的鹽場，后來土地也被墾為良田。
蘇南海堤也起于唐代，在華亭(今上海)開始出現(xiàn)海塘。明代蘇南海堤有較大的發(fā)展。洪武時(1368—1399)在南起嘉定，北至劉家河之間修筑海塘。萬歷時多次修建這一帶海塘，這時崇明島海塘也開始興建。從而在長江口一帶形成了三條海塘：即范公堤——蘇北海堤、崇明島海堤、上海海堤——蘇南海堤。
(2) 浙江海塘
浙江海塘主要分布在錢塘江口，北岸自杭州至鹽官(今海鹽)，南岸自蕭山至紹興。喇叭狀的錢塘江口，涌潮澎湃，異常激烈。漢代華信筑海塘，開始了浙江筑塘的歷史，但是以后約七百年間史書上這一帶少有修筑海塘的記載。到唐代浙江海塘見于史書，明清是浙江海塘建設(shè)的重要時期，著名的今杭州至海寧魚鱗大石塘興建于此時。
《新唐書·地理志》：“鹽官有捍海塘堤，長二百二十四里，開元元年重筑?！笨梢婂X塘江北岸海塘已有一定的規(guī)模。五代梁開平四年(910)吳越王錢镠筑杭州海塘，建成第一條竹籠石塘。北宋以后由于受錢塘江口潮流變化的影響，浙西海塘工程的修筑日漸艱巨，對海塘工程的技術(shù)要求越來越高。
元泰定年間 (1324—1327) 錢塘江北岸潮災(zāi)頻繁，泰定元年十二月，海潮沖壞海塘，潮災(zāi)危及鹽官州城。泰定三年受潮災(zāi)的危害，鹽官首當(dāng)其沖，陸地沉淪十九里，縣城岌岌可危。當(dāng)時采用了四十四萬三千多個竹籠和四百七十個木柜救急，內(nèi)填卵石，層層疊放以保護(hù)鹽官。因為維修工程量巨大，難以持久。明代開始這里創(chuàng)造了縱橫疊砌的魚鱗大石塘，歷經(jīng)明清數(shù)百年的營造，在浙江海岸最終完成了長三百多里的砌石海塘工程。這段魚鱗大石塘是我國海上長城的標(biāo)志，至今仍捍衛(wèi)著富饒的杭嘉湖平原。
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