农田水利和地学成就

两宋时期，我国经济和人口重心南移已经完成，农田水利建设出现了新的高潮，尤其是熙宁二年 (1069) 王安石参政开始变法，同年颁布了农田水利法后，“四方争言农田水利，古陂废堰悉务兴复”。据 《宋会要稿》记载，仅1070―1076年间，全国府界诸路兴修农田水利1.08万处，灌溉田地36.12万亩，其中两淮就有2294处，面积7.48万顷61亩，相当于全国总和的1/5强; 另外，江南东西路还有1507处，灌溉面积1.5万多顷。可见安徽境内当时兴修水利之一斑。

两宋时期，安徽在农田水利建设方面，最值得称道的一是圩田的兴建颇具特色，二是和县人沈立撰著的 《河防通议》影响深远。至于地学方面当数程大昌成就最为突出。

一、圩田兴建

安徽的圩田至少可追溯到三国时期的曹魏和东吴在江淮地区的屯田，其中江南的当涂、芜湖，江北的皖城、庐江等地可能有圩田的雏形。唐宋时期，尤其是两宋时期，安徽境内的圩田兴建进入了全盛时期。宋代安徽圩田不仅数量多、规模大，而且形成了圩田系统，圩田技术有明显的提高，对当时扩大耕地面积，提高抵御旱涝能力、发展农业生产起到了积极的作用。

南唐以前，芜湖一带的人民群众就根据 “江南可耕之地皆下湿厌水” 的实际情况，“频江规其地以堤而艺其中”，在今芜湖境内兴建了圩田，“土豪秦氏世擅其饶，谓之秦家圩。李氏据有江南，至官领之” (沈括 《万春圩图记》，见 《沈氏三先生集》 卷二十一)。范仲淹在 《答手诏条陈十事》一文中也说： “且如五代群雄称霸时，本国岁饥则乞籴于邻国，故各兴农利，江南应有圩田。”

宋代是安徽圩田兴建的鼎盛时期，当时安徽人民在大江南北广修圩田。如嘉钓六年(1061)，重修芜湖万春圩，周长84里，共有田12.7万亩; 另据王象之 《舆地纪胜》 记载： 绍兴元年(1131)，命太平州守臣葺制圩田，其中芜湖县万春、陶辛、政和三官圩长143里，当涂广济圩93里;绍兴二十三年特遣户部郎钟世明修筑宣城、太平圩田; 隆庆二年 (1164) 孝宗又命江南诸州守臣注意兴修圩田，于是宣州知州许尹乞大开圩田，孝宗即派沈杞经管宣州、太平圩田事务等。

据 《宋会要稿》初步统计，宋代安徽境内圩田大增： 宣州境内化城、惠民两官圩，周围80里(其中包套私圩15所)，单是化城圩就有田480顷。到孝宗乾道三年，仅宣城一县的圩田就发展到179所; 太平州境内 “圩田十居八九，皆是就近湖泺低浅处筑围成埂，州内有官圩广济圩长九十三里有余，其圩与五十余所私圩并在一起，坐落青山前，各低狭埂外面有大埂一条，包套逐圩在内，抵障湖水”。此外芜湖县有万春、陶辛 (新)、政和等圩三所，圩岸共长145里有余 ( 《中国水利史稿》 中册，第146页);庐州有官圩36所;和州历阳“县有大圩，建平县(今郎溪)桐?、临湖二乡，地势低洼，圩田76所，共5.64万亩有奇” 等等 (崔思棣 《江淮地区圩初探》，《安徽史学》 1984年第6期)。

随着圩田的扩展，两宋圩田水利技术有明显提高。嘉钓六年重修的万春圩可视为全国圩田最典型的例证： 万春圩重修后圩堤“博六丈，崇丈有二尺，八十四里长，夹堤之脊列植以桑，为桑若干万，圩中为田千二百七十顷，取天、地、日、月、山、川、草、木杂字千二百七十名其顷。方顷而沟之，四沟浍为一区。一家之浍，可以舫舟矣……圩中为通途二十二里以长，北与堤会，其袤可以两车，列植以柳。为水门五……圩既成，天子赐名曰万春”。范仲淹也说： 江南圩田 “每一圩方数十里如大城，中有河渠，外有门闸，旱则开闸引江水之利，潦则闭闸拒江水之害”(《范文公集?答手诏条陈十事》)。《文献通考?水利田》亦载：“江东水乡，堤河两涯，田其中谓之圩。农家云： 圩者，围也。内以围田，外以围水。盖河高，而田在水下。沿堤通门，每门疏港以溉田。”概括起来说，两宋圩田具有四大特点： 一是圩堤分两层，外层是大堤，内层是小堤，圩堤高阔状实。如万春圩 “博六丈，崇一丈二尺，”堤外植柳树，以捍风涛，夹堤植桑以固堤; 二是沿堤置有涵闸，可相机启闭，以调节圩内水量，涵闸筑构坚牢，如化城、惠民二圩，周围置门24所，两旁用石筑垒及沙板安闸，高筑土钳，常加坚实”(《宋会要稿》); 三是圩内分区，道路通畅，沟渠纵横相通，利用车戽排灌两便。如太平州 “圩田内开浚车戽大壕阔五尺、深一丈，通水河沟阔二丈、深七尺”，并设有水车，可视外河和圩内水位变化随时车戽排灌; 四是在以上三点的基础上，圩圩相接、河渠贯通的完整圩田系统，形成圩连圩、圩套圩的大片圩区，各圩之间水道相连、河渠贯通，往来极其便利，乘坐舟楫，游历自如。正如杨万里在《圩丁词十解》中所云：“余自漂水县南一舍所，登蒲塘河小舟至孔镇，备见水之曲折，上自池阳下至当涂，围河皆通大江……河入湖，湖入江”，“上通建德下当途，千里江湖绕一圩”。以上这些特点标志着圩田建筑技术已相当完备，而且受惠至今，圩田的扩展和筑圩技术的完备，带来了粮食生产的大发展。由于圩田能防旱排涝，可以旱涝保收，加上引进早熟的占城稻，从而使这些地区稻米产量显著增加，“田地之入，倍于他郡，鱼、虾、竹、苇、柿、栗之货，足以自给”，以至宋京十大粮仓皆受江淮所运。当时还在芜湖、无为等地兴建大粮仓，屯粮转运。据《宋会要稿?食货》记载：“太平兴国二年(公元977)江淮米四百五十万斛以供京师”;“太平兴国六年，汴河岁运江淮米三百万担、菽一百万担……至道初，汴水运来五百八十万担，大中祥符初，至七百万担” (《宋史?食货志》) 等。因此北宋李觏说： “当今天下根本，在于江淮”，“天下无江淮，不能以足用，江淮无天下，自可以为国” ( 《李直讲先生文集》) 卷二十八，《寄上富枢密书》)。为了把江淮稻米直接运往汴京，京师转运使李符建议在和州开凿横州渠，使巢湖和长江直接相通。“渠成，以通遭运，而军用无缺。”( 《宋史?河渠志》) 可见宋代江淮地区已是全国的粮食基地，这是与大兴圩田分不开的。

二、“圩田五说”

在唐宋建圩田的过程中，曾围绕是否修复 “秦家圩”展开了一场激烈的斗争。北宋时该圩下属芜湖，租归宋朝大农。“太平兴国(公元976―983)中江南大水。圩吏欧阳某护圩不谨，圩以废。”其后80年间虽然有不少人提出修复该圩的建议，但由于反对者不少，各执一端，争论不休，因而未能修成。直到嘉钓六年(1061)，转运使张锸、判官谢景温复会其议，使宣州宁国令沈披前往现场考察地形，并绘成图，决定复修。

沈披乃沈括之兄，精水利，有吏才。他勘察归来，把反对复修者的意见归纳成5条，逐条予以反驳，并由其弟沈括撰成 《万春圩图记》。这就是著名的 “圩田五说”，也是有关兴建圩田的重要理论根据。其要点如下：

一是所谓 “夏秋之水，非广泽无所容”，排其20里的水面为圩，就会使这20里的水面无所归宿，当上流水涨、洪峰泛溢时，便会造成水灾，反而得不偿失。

沈披认为这是没有根据的。据他勘察，即便汛期来临，水面升高，而该圩北界尚有丹阳、石臼等湖，“绵浸三四百里，当水发时，环圩之壤皆湖也，面积如丹阳湖者，尚有三四处之多”;何况圩之西侧，属大江，即使划出20里用来修复旧圩，对洪水消长也不会有多大影响。

二是所谓圩之西南靠近荆山，沿山作堤，江水从山峡流过，遭到壅塞，便会直灌山东，造成水灾。

沈披反驳说：“荆山之西，水流宽广不足百步，若折其堤，以违荆山之中，弃以与江二百步之处，则水无所迫。万一不幸，发生壅塞，则其阴在荆山之西，非圩之为祸。若在东侧分出支流，便可引导洪水宣泄。”有此措施，也就不用担心水患了。

三是所谓 “圩水之所赴，皆有蛟龙伏其下，” 两岸容易崩溃。该圩前此之所以败毁，未尝不是这个缘故。

沈披不信这类迷信说教，他科学地解释了圩堤崩坏的原因，并非什么蛟龙作怪，而是圩水穿堤，酾于堤外，天长日久，“其下不得不为渊，渊深而岸颓”，这是不值得大惊小怪的，从而有力地驳斥了所为蛟龙作怪的无稽之谈。进而提出了补救的办法： 应当在外面修筑一条复堤，障水出于数十步之外，注入江中，这样把水渊远移，自然就不会影响到相距数十步的圩岸了。

四是所谓自原圩荒废后，在这里纳租采茭者，已有百家，一旦恢复成圩田，要他们停业或改行，势必迫使他们起来反抗。

沈披认为这是不能成立的理由。因为圩田如果修复，将来也要分田给农民租种。夺取某些人土地，再转手分给另外一些人租种，是不道德的，还不如让原来在这儿采茭牧养的人，得耕其中。若能这样做，他们必定乐于改业，而像过去自愿在此采茭牧养一样，是不会起来反抗的。

五是所谓圩之东南滨临大泽，风水之所排，堤不能久坚也。

沈披认为，这也是缺乏根据的。因为这里地势并不陡峭，并有百步缓坡，如果在堤上植柳百行，堤下载种芦苇，这样受风浪浸蚀的部分，远在百步之外，而堤并不直接受风浪的冲击。加之堤宽数丈，而堤上宽仅数尺，堤外还有柳树、芦苇缓冲水势，使圩堤不直接与水浪相逆，所以风浪使圩堤不能久坚之说也是不能成立的。

沈氏以上述强有力的论据，有力地驳斥了反对派的观点，提出的方法也是切合实际的。因此，后来虽然几经周折，修复秦家圩的方略终于付诸实施。圩既成，宋仁宗赐其名为 “万春圩”。

由于万春圩设计得体，加之精心施工，蓄水排水都很方便，不但平年丰收无误，就是灾年亦能保证丰收。例如工程完毕后的第四年，长江又发大水，江、浙、汉、沔间所在泛人庐舍，流徙皆以万计; 宣、池两州间，大小1000多圩，惨遭淹没，惟有万春圩屹然无恙，藩其一方，而且屏蔽了附近一些小圩，使它们幸免被洪水吞没。万春圩经历了这一严峻的考验，以雄辩的事实有力地驳斥了当初反对派的种种论调，同时证明了沈披在“圩田五说”中的观点是正确的。另外，两宋期间广筑围田已在江浙一带出现了水利与航运、治田与治水、排涝与挡潮、禁围与占围等诸多矛盾，而在安徽境内这些矛盾并不明显。这可能与当时的规划、设计、反复论证和严格管理是分不开的。直到元代王祯在旌德撰写 《农书》时仍然对江淮圩田给予很高的评价。

三、《河防通议》

沈立，字立之，北宋历阳 (今和县)人，“举进士签书益州判官、提举商胡埽，采摭大河事迹、古今利病为书，曰 《河防通议》” ( 《宋史?沈立传》)。王应麟亦说： “庆历八年，河决澶渊，诏有司防塞，屯田员外郎沈立督役，因考揆前志，询择时论，著为八议……曰 《河防通议》。” ( 《玉海》 卷二十二，“庆历河防通议”)该书在中国水利史上影响极大，自北宋至金元“治河者悉守为法” ( 《玉海》 卷二十二，“庆历河防通议”)。可惜原著早已不存，幸有元代沙克什 (瞻思) 的《重订河防通议》(亦称《河防通议》) 还可窥其一斑。《四库全书总目》 称： “是书具论治河之法，以宋沈立汴本及金都水监本汇合成编。”

据沙克什说，他在师从真定张祥 (瑞之) 习算时，张祥曾“授以是书，且曰： 此监本也，得之于太史若思 (郭守敬)。后十五年，复得汴本，其中全列宋丞司点检周俊《河事集》，视监本为小异，虽无门类，而援引经史，措辞稍文，论事略备。其余目纤悉，则弗若之。署云朝奉郎尚书屯田员外郎都尉沈立撰。” (沙克什 《河防通议?原序》) 沙克什精诗、书、易、算，“于水利亦素所究心” ( 《四库全书总目》 卷六十九)。他鉴于 《河防通议》 的汴、监二本，得失互见，其丛杂纷纠难于寻讨，便将两本合之为一，“削其冗长，考订舛讹，省其门，析其类，使粗条理，以便观览，而资实用”，于1321年完成了合并、考订工作，以《重订河防通议》 为书名，刊行于世。

收入《四库全书》中的守山阁丛书本《河防通议》，即是沙克什的重订本，分为六门： 河议第一、制度第二、××第三 (缺)、功程第四、运输第五、杂法第六。根据现存五门中条目下所注版本，属于沈立 《河防通议》 汴本的至少有13条： “古今河患”、“堤埽利病”、“释十二月水名”、“开河”、“闭河”、“定平”、“修砌石岸”、“卷埽”、“修砌石岸每步两缝合用物料”、“安置坝闸一座物料”、“卷埽器具”、“卷埽物色” 以及 “河事集序”等; 而属于监本的有 “辨信张二水”、“十二月水名”、“浪名”、“河防令”、“筑城”、“卷埽

高一丈长二十步合用物料”、“造船物料”、“明昌七年定到打造卷埽竹索法”、“定功脚例”、“清河上水每百里脚价”、 “抬桩橛” 等11条， 另外有些条目与汴本相同。

仅从沙克什 《重订河防通议》 现在的五门中明确标注取自沈立 《河防通议》汴本的条目来看，沈立不但总结了古今河患及其防治的经验教训和黄河一年12个月的水信规律，而且对开河、闭河，制造水平仪、修筑石岸、卷埽、筑城的方法和标准，以及物料与器具的种类和规格等都有明确的规定，一改前人某些河堤沟洫之作 “仅载治河之道，不言其方” 的习俗，为治河实践提供了宝贵的经验。

例如，修砌石岸的施工方法。《河防通议》 的记载很详细：“凡修砌石岸，先开挖槛子嵌坑，若用阔二尺、深二丈，开与地平，顺河先铺线道板一片，次立签椿八条，各长八丈，内打钉五尺入地”; 以固堤基; 然后在具体砌石时 “先用整石修砌，修及一丈，后用荒厂再砌一丈。”可以看出，施工程序比较周密，特别是对石堤基础要求较为严格。

又如，堵口技术。堵口的难点在于合龙。沈立《河防通议》中有“闭河”一节，专门记述北宋堵口合龙的技术和过程：合龙前，首先要检视龙口的深阔、水流和土质情况，随后在龙口两岸插标杆、架设浮桥，以便役夫通行和同时抛掷物料。为了减弱水势，先于龙口上游打星桩，然后在星桩内(间)抛大木巨石以压狂澜，接着从两岸各进草占三道，土占两道，并从上面抛下土石包压占;闭口时同时急速抛下土包土袋，鸣锣助威; 闭口后于占前卷拦头埽压于占上，再修筑压口堤、并堵塞占眼漏水 (即 “闭气”)，最后于迎水处加埽护岸 ( 《中国水利史稿》)。

类似的治河方法在其他各条多有记载，其共同特点是方法和程序具体，可操作性强，在历史上产生过巨大的影响，直到今天仍有借鉴作用。

另外，值得一提的是 《重修河防通议?算法第六章》 中列有治河土方工程27题，其中 “开河渠”一题，已经用到 “天元术”。

天元术是我国古代为解决列方程问题的一项突出成就。现存使用天元术的最早数学著作是李冶的 《测圆海镜》 (1248)，钱宝琮根据 《算法统宗》 的记载推断天元术的产生可能早于 《测圆海镜》一个世纪。另外天元术的表示法有一个演变过程。天元术在发展到只用一个字表示未知数之后，先是天元的高次幂在上，低次幂在下，后来反过来了。李冶的两部数学著作 《测圆海镜》(1248)、《益古演段》(1259)恰恰反映了这种变化。即1248年以前，天元的高次幂在上; 1259以后，则高次幂在下。而 《重修河防通议》以

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1

表示未知数X等，都是采取天元的高次幂在上，而常数项在下的表示法。显然开河题的天元术解法应产生于1259年之前。这表明，开河题不可能是元人沙克什设的 (郭书春 《 〈河防通议?算法门〉 初探》，《自然科学史研究》 第16卷第3期)。至于该题是来自沈立的汴本还是金都水监本，由于沙克什重修时没有注明，尚待进一步研究。但无论如何，天元术的出现至少要比李冶 《测圆海镜》 早得多。

四、程大昌 《禹贡论》、《北边备对》 和 《雍录》

程大昌 (1123―1195)，字泰之，南宋休宁人。他自幼好学，10岁即能属文，南宋高宗绍兴二十一年 (1151)举进士第，被任命为吴县主簿。以丁父忧未能赴任。服除之后，著《十论》，言当世政事，献之朝廷，宰相汤思退奇之，遂被擢为太平州教授。次年为太学正，试馆职，为秘书省正字。1163年孝宗即位，迁为著作佐郎。他不畏权贵，直学士院。后历任浙东提点刑狱，江西转运副使、刑部侍郎、吏部尚书等职。他任江西转副使时，属下“清江县旧有破坑、桐塘二堰，以捍江护田及民居，地几二千顷，后堰坏，岁罹水患且四十年，大昌力复其旧”，清江人民作出了贡献。《宋史》说他“笃学，于古今事靡不考究，有《禹贡论》、《易原》、《雍录》、《易老通言》、《考古编》、《演繁露》、《北边备对》行于世”。其中 《禹贡论》、《北边备对》和 《雍录》 属地学著作。

《禹贡》是《尚书》中的一篇，是儒家的重要经典。《禹贡》以名山大川为依据，划分古代九州境域，记述各地的自然地理和人文地理概况，是学术界公认的我国成书最早且具重要学术价值的地理学著作。

孝宗淳熙四年 (1177)，程大昌以侍讲之职在宫中讲授 《尚书》，《禹贡》是其中一篇，全文仅1200字，但文辞古奥，有些问题颇难理解。对此，程大昌师古而不泥古，本着好学精思的求实态度和刻意求解的探索精神，提出了十几个问题，并且本着顺其自然、究其所因的精神，对这些问题进行了系统的探索和研究。他将自己长期考辨的成果，撰写辩证经旨文论52篇，集为一书，名曰 《禹贡论》。主要论述河水、江水、济水、汉水、弱水、黑水，以至荆山、碣石、田赋等问题。论中广考经史，旁征博引，并参以已见，发表了很多前人未发的见解，订证了一些辗转传抄中的错误。如关于大经流、九河故道，济汴分合，三江、九江、弱水、黑水等较为复杂的问题，他都历引各家之说，指出讹误难通的结症; 对后世改变的水道如南朝宋武帝时所开?水、隋炀帝所开的汴渠等均有考论。在写法上，他一改通常逐句诠释的传统，而是每个问题集中论述，少则只用一篇鲧鸟鼠同穴等，多则四篇连续论证。这样较之宋代毛晃的 《禹贡指南》 的逐句诠释显然又进了一步，使问题的讨论更加系统和深入了。

《禹贡论》写成后，程大昌又著《禹贡后论》一卷，讨论河水、汴水的水患和治理问题，共撰论文八篇，其中河水部分三篇、汴水部分五篇。此外，他还根据经文记载，参以宋之前诸家注释《禹贡》 旧说绘图，详加考证，另定新图，名曰《禹贡山川地理图》，原有31图，现存28图。至此程大昌在《禹贡》学问题研究中所取得的成绩已达到宋代学术界的最新高度，至今仍是研究《禹贡》 和宋以前历史地理的重要参考文献。

此外，程大昌的 《北边备对》 和 《雍录》 都是关于我国西北地区的地理著作。

《北边备对》 一卷，程大昌自称： “淳熙二年 (1175) 因进讲《禹贡》，孝宗问以塞外山川，未能详对。绍熙 (1190―1194) 中，奉祠家居，仍补撰此书。以缘起于讲筵顾问，故仍以备对为名。”( 《四库全书总目》 卷七十五) 全书共21则，皆揣史传旧文，虽无所考证，但此书已“急寓经略西北之意”。当时西北地区多为金兵占领，全国急待统一，程大昌有这种思想是可贵的。

《雍录》10卷，更能反映程大昌经略西北之志。此书“考订关中古迹，以 《三辅黄图》、《唐六典》、宋敏求 《长安志》、吕大防《长安图记》及绍兴《秘书省图》诸书，互相考证。于宫殿、山水、都邑，皆有图说”。大昌不迷信前人之说，敢于置议，多所订正，用力甚勤。虽然书中还有一些缺点，“然其商集既富，辩证亦详，在舆记之中固为最善之本也” ( 《四库全书总目提要》 卷七十)。