从宁波水则碑谈古代水文测量

来源:孙琦琦 发布日期:2019-08-15 11:12:55 阅读数:-

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? ? 浙江省宁波市有一处古代测量水位的“平”字水则碑,属于浙江省文物保护单位。这块水则碑位于宁波市海曙区镇明路西侧平桥街口,古代是平桥河所在地。该碑始建于宋宝佑间(1253-1258),明清两代续修,现存大部分石亭建筑为清道光时所建,保留了南宋的亭基和明代的重修“平”字碑。1999年,考古重现水则碑旧貌,经重修后,恢复了平桥河,并与宁波城市中心的月湖水系相通,还原了历史原貌。
宁波平字水则碑
? ? 这块水则碑取适中之地测量水势,镌“平”字于石碑上。在当时,宁波城外各个楔闸视“平”字于水中出没情况而启闭:如果水浸没了“平”字,则应当泄水;如果“平”字出于水面,则应当蓄水。因水闸启闭适宜,当地百姓无旱涝之忧。因此,水则碑利用平水的原理,达到体察灾情、民情,统一调度的目的,是今天的人们研究古代水利水文测量、城市排涝防洪水利工程不可多得的实物例证。
我国最早的水则
? ? 什么是水则?水则是怎么来的?
? ? 水则,又叫水志,是中国古代的水尺,也就是古代观测水位的标记。“水则”中的“则”,意思是“准则”,通常每市尺为一则,又称为一划。刻有水则标尺的碑就是水则碑。水则碑通常被立于渠道的关键部位,它的作用就是观测水位变化,并用以测量水位,以达到预防洪涝灾害的目的,同时作为灌区农业灌溉配水的依据。
? ? 我国最早的水则出现在秦昭襄王时(公元前251年)。当时,李冰修都江堰,用3个立于水中的石人观测水位,以水淹至石人身体某部位作为衡量水位高低和水量大小的标记。李冰要求“竭不至足,盛不没肩”,意思是水位不能低于石人的足部。如果低了,岷江来水量不够用,会出现旱灾;水位也不能高于石人的肩部,否则会出现洪灾,需要从飞沙堰溢洪。只有当水位在石人的足与肩之间,引水量才正好满足灌溉与防洪安全的要求。
? ? 宋代,都江堰的量水标记由石人演变为水则。据《宋史·河渠志》记载:“离堆之趾,旧馋石为水则,则盈一尺,至十而止,水及六则,流始足用,过则从侍郎堰,减水河泄归于江。”这段话的意思是说,在宋代,把都江堰的水则刻在离堆的岩壁上,共10则,两则之间相距一尺。水位达到6则就能满足灌溉需要;超过6则,内江水量开始从飞沙堰和人字堰溢洪道排到外江。元代将水则刻在斗犀台下的三道岩石壁上,共11则。据《元史·河渠志》记载:“牛犀台有水则,尺之为划,压十有一,水及其九则民喜,过则忧,没其则则困。”直到明代万历年间,水则从三道岩被迁移到宝瓶口,由11则增至20则。清代乾隆乙酉年(1765),用条石重新刻划水则,共24则,沿用至今。
? ? 水则的形式
? ? 北宋时,江河湖泊已普遍设立水则,主要河道上已有记录每日水位的水历。明清时江河为了报汛、防洪,往往上下游都设有水则。当时的水则有三种形式:
? ? 其一为无刻画形式,如前文提到的石人水则和南宋在今宁波设立的平字水则。据《华阳国志·蜀志》记载,李冰造石人作测量都江堰水则,这是中国最早水尺。平字水则,规定涨水淹没平字,即开沿江海各泄水闸放水,以免农田受灾;落水露出平字就要关闭闸门。又如绍兴三江闸是我国古代大型挡潮排水闸,三江闸的启闭依据水则。水则有两个,一个设在闸址,一个设在绍兴城里,后者有校核水位的作用。水则分金、木、水、火、土五划:水至金字脚,全闸开启;水至木字脚,开十六孔;至水字脚开八孔;至火字头,全闸关闭。闸门由三江巡检代管。“启闭惟看水则牌”,平时按水则督促闸夫开闸闭闸。
? ? 其二为只有洪枯水位形式的水则。如《水经·伊水注》记载,三国魏黄初四年(223),伊阙石壁上的刻画及题词;还有自唐代就有的长江涪陵石鱼只刻记枯水位等。民间自刻的这类刻画不少,大江河上往往存有前代遗迹。
? ? 其三为等距刻画的水则碑。这种水则碑最为常见。如宋代至明代太湖出口、吴江长桥刻有横道的石碑,用以量测水位,此碑还刻有非常洪水位。吴江长桥另一块刻有直道的石碑为记录每旬水位用,它上面也刻记非常洪水位,1964年被发现时仍立于长桥垂虹亭旧址北侧岸头踏步右端,在碑面刻有“七至十二月”的六个月份,每月又分三旬的细线,还有“正德五年水至此”、“万历卅六年五月水至此”等题刻字迹。
? ? 世界第一古代水文站
? ? 随着社会的发展,历代各朝更加注重在各河流要处建站监测水文。当时观测方法,较多采用在江岸、河中的岩石上题刻标记,用以记载多年一遇的洪水或枯水水位。始于唐代的白鹤梁题刻就是一种典型的题刻标记观测江河水位的遗址。
? ? 白鹤梁位于长江三峡库区上游重庆涪陵城北的长江中,是一道天然的石梁,是世界上已知时间最早、延续时间最长、数量最多的水文题刻。它是三峡文物景观中唯一的全国重点文物保护单位,联合国教科文组织称白鹤梁为“保存完好的世界唯一古代水文站”。
? ? 白鹤梁是造山运动时自然形成的,长约1600米,宽约10~15米,东西向延伸,与长江平行。其背脊标高约为138米,仅比当地常年最低水位高出2~3米,几乎常年没于水中,只在每年冬春之交水位较低时才部分露出水面,故古人常根据白鹤梁露出水面的高度位置来确定长江的枯水水位。
? ? 白鹤梁梁体分为上、中、下三段,题刻位于中段长约220米、宽约15米的梁体上,迄今发现题刻约165段、文字约3万余字,有石鱼18尾、观音2尊、白鹤1只,其中涉及有水文价值的题刻108段,是全世界唯一的一处以刻石鱼为“水标”并观测记录水文的古代水文站。
? ? 白鹤梁题刻始于唐广德元年(763)前,终于1963年,这些石鱼水标及题刻,记载了我国长江上游从唐代至今1200多年来,72个枯水年份的水文情况,系统地反映了长江上游枯水年代水位演化情况,为研究长江水文及全球区域气候变化的历史规律提供了重要的实物佐证。
? ? 据有关部门观测,白鹤梁唐代石鱼的腹高,大体相当于涪陵地区的现代水文站历年枯水位的平均值,清康熙二十四年(1685)所刻石鱼的鱼眼高度,又大体相当于川江航道部门当地水位的零点。另据观测,白鹤梁题刻中有一尾标注最早的枯水题刻的石鱼,它的眼睛正好是长江中上游的零点水位,比1865年长江上设立的第一根水尺——武汉江汉关水尺的水位观测记录,要早1100多年。当地有“石鱼出水兆丰年”之说。据称如果石鱼在冬天枯水期露出水面,则第二年必是丰收年。“石鱼出水”成了当地人期盼丰年的“吉兆”。葛洲坝和三峡水利工程的建设都曾经以此为依据。白鹤梁也当之无愧地成为“长江古代水文站”和“世界水文资料的宝库”。
? ? 题刻长江枯水水位的题记也很多。这种记载枯水水位的题刻群,仅在长江上游宜昌至重庆段就有11段,题刻362处;其记录方式包括文字注记和石鱼题刻;尤以江津莲花石、重庆丰年碑、云阳龙脊石、奉节记水碑等最重要。
? ? 洪水题刻
? ? 除了枯水题刻,我国古代还有不少洪水题刻。
? ? 据中国水文考古工作者调查,唐宋以来形成的分布在长江干、支流的洪水题刻有近1000处,以明清时期居多。长江上游忠县两处题记,被鉴定为现存最早的洪水题记,其一为:“绍兴二十三年(1153)六月十七日,水此。”当时,对于同一洪水,往往有多处题刻标明其水位,如1788年的一次大洪水,仅上游就有19处题刻,说明当时对洪水水位的观测已相当普遍。
? ? 除了以上所述外,还有一些其他碑文题刻,如《黄河图说》碑、《海潮论》碑和苏州立水则碑等。
? ? 宋宣和二年(1120),在长江下游太湖流域的吴江县长桥垂虹亭旁立有水则碑。水则碑分为左水则碑和右水则碑,左水则碑记录历年最高水位,右水则碑则记录一年中各旬、各月的最高水位。碑文为:“一则,水在此高低田俱无恙;二则,水在此极低田淹;三则,水在此稍低田淹;四则,水在此下中田淹;五则,水在此上中田淹;六则,水在此稍高田淹;七则,水在此极高田俱淹。”如果某年洪水位特别高,即于本则刻曰:某年水至此。该水则上刻写的最早年代为1194年。由此可知,水则碑不仅是观测水位所用的标尺,而且也是历年最高洪水位的原始记录。从水则碑,我们可知,宋代为统计汛期农田被淹面积,已建立了水位观测制度。这也是我国观测水位直接为农业生产服 务的最早记载。
? ? 明成化年间,戴琥出任绍兴知府,守越十年。为加强绍兴河湖水位管理,戴琥在佑圣观前河中设立水则(即水位尺),又在佑圣观内立水则碑,即《山会水则碑》,并做出规定:“水在中则上,各闸俱开;至中则下五寸,只开玉山斗门、扁拖、龛山闸,至下则上五寸,各闸俱闭。”水则碑对山会平原的河湖水位,对不同季节、不同高程的农田耕作及舟楫交通,都能照顾到,而且设于府城之内、府衙之旁,便于观察和执行。它从成化十二年(1476)起,使用了60年,一直到三江闸的建成才退役。该石碑现陈列于大禹陵碑廊。
? ? 清代,为黄河、淮河、永定河防汛需要,从康熙年间开始,先后在洪泽湖高堰村(1706)、黄河青铜峡(1709)、淮河正阳关三官庙(1736)、永定河卢沟桥(1819),分别设立水志桩,观测水位。
? ? 清咸丰十年(1860),英、法等帝国主义列强先后侵入上海。外国侵略者为了航行安全,除在黄浦江东岸一侧设置引导灯桩外,又于1860年在张华浜设立“吴淞信号站”,树立水尺和信号杆,悬挂水位标球。这是在长江水系内最早设置的观测水位(潮位)的近代水尺。
? ? 清代末期,帝国主义霸占海关和沿江沿海的航行权,为航运安全,设立了一些海关水尺。此外,原中东铁路局于光绪二十四年(1898)在哈尔滨开始观测水位。这些都是用近代方法进行水位观测的最早一批水位站,其中长江汉口站是全国最早具有连续系统资料的近代水位站。
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我国的雨量观测始于何时
我国的雨量观测可追溯到公元前13世纪的殷商时代。从河南安阳殷墟出土的甲骨文中,即有大量关于水文、气象的记述,对雨量有小雨、大雨、急雨等定性描述。从南宋开始观测雨量后,至明代洪武年间至永乐及其后若干年仍在继续观测。
清雍正二年(1724),北京开始记录逐日天气和降雨、降雪起止时间、雨雪大小的定性描述,人称《晴明风雨录》,直至光绪二十九年(1903)停记,共连续记录180年。长江流域最早的降雨观测为明洪武十八年(1385)在南京鸡鸣山观象台,最早有连续记载的雨量站是上海徐家汇观象台,建于清同治十二年(1873),由天主教堂兼办。
清乾隆元年(1736),中国绘制乾隆元年二月初二至初五的降雨等值线图。清道光二十一年(1841),俄国教会在北京进行连续降水量观测及其他气象观测,后由帝俄中央科学院继续进行,一直持续至光绪九年(1883)止。这也是中国最早开始引用西方技术进行长期连续观测和记录降水量的测站。
其后,入侵的外国势力凭借其取得的在华传教和通航的特权,在我国沿海及内地相继由教堂、海关设立测侯所,观测降水量,如香港(1853年)、上海(1873年)、汉口(1880年)、福州(1880年)、温州(1883年)、北海(1885年)、九江(1885年)、烟台(1886年)、镇江(1886年)、台中(1891年)等地,均先后由外国人开始观测。
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我国古代的流量测量
我国很早就有有关流量测量的记载。北魏孝昌三年(527)前,郦道元着《水经注》,元代李好文(约1290-1360)着《长安图志》,清康熙十六年(1677)靳辅着《河防术要》中,均有这方面的叙述。
清嘉庆二十四年(1819),为永定河防汛需要,清政府曾在卢沟桥进行流量测验。光绪三十年(1904)5月,海河测水机构在天津德国码头开始施测流量。
北宋元丰元年(1078),范子渊知都水监丞,在导洛通汴的建议里提及河流间的比较,要“积其广深”,并考虑“湍缓不同”,说明当时的人们已经认识到构成流量的面积与流速两个要素。据《宋史·河渠志》载:“汜水出玉仙山,索水出嵩渚山,合格水,积其广深,得二千一百三十六尺,视今汴尚赢九百七十四尺。以河、洛湍缓不同,得其盈余,可以相补。”这里以河流断面面积和水流速度来估计河流流量的概念,在中国水利史上是第一次。
清康熙年间,陈潢(1638-1689)有测水法:“水流速,则乃急行人,日可行二百里;水流徐,则缓行人,日可行七八十里,即用土方之法,以水流经过横一丈,高一丈为一方,计此河行几方。”当时人们用此法可计算流量。
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