水利學·水利建設和技術的普及(元、明、清時期)——傳統水利學術全面總結和著作豐碩期·水利工程建設繼續進行和技術的普及時期

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和管理面臨更為嚴峻的困難。濱海(江)岸地區防御潮災的工程——海塘在明清時期有大的發展，最著名的是浙東錢塘江的重力結構的魚鱗大石塘，建成迄今三百多年一直捍衛著浙江東部瀕海平原。在灌溉與排水工程方面，水利工程向偏遠的邊疆和山區繼續發展，但是在技術上沒有突破和顯著的進步。

1.京杭大運河的創建及其深遠的社會影響

元明清三代建都北京。政治中心在北方，而經濟重心在南方，其間的交通聯系是維護政治安定和經濟發展的關鍵問題。運道重復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，開鑿直達北京至杭州的運河航線成為當務之急。元初即由科學家郭守敬主持，論證海河水系的衛河、黃河下游和淮河泗水溝通的可能性。為此曾進行大范圍的以海平面為基準的地形測量，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鍵河段——今山東濟寧至東平的一段，以后又向北延伸并與海河水系的衛河貫通。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困難。由于黃河河床的不斷淤高，自十八世紀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，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方案。到了明代萬歷年間，才由當時主管防洪的總理河道潘季馴總結前人的認識，系統提出“束水攻沙”、“蓄清刷黃”的理論以及為實現“束水攻沙，以河治河”理論的實施方案。這是一系統堤防工程，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”在理論上的貢獻是杰出的。著名的德國河工專家、河工模型試驗創始人恩格斯通過模型試驗驗證潘季馴的系統堤防設計，并認為“潘氏認為分清遙堤之用為防潰，而縷堤之用為束水，為治導河流之一種方法，此點實非常合理”。但潘季馴的理論還只限于定性的分析，在復雜的黃河防洪中，他所設計的一系列工程措施雖然發揮了有益的作用，但并未達到刷深河床，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才由歐洲科學家陸續提出，而“束水攻沙”的實現還有待來日。

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。

這一時期，由于南方經濟的發展和人口的增長，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工程發展的重要階段。

3.農田水利的持續發展

封建社會后期，元明清三代政權相對穩定，農田水利形成平穩發展局面。元代統治階級的游牧生活逐漸被內地發達的物質文明所同化。當年曾專設“都水監”、“河渠司”等水利機構，推動水利建設，并一再頒行《農桑輯要》等農業技術書籍，指導農業生產。明太祖朱元璋大力提倡農田水利。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，為的是促進京畿地區農業發展，以減少每年大量的南糧北運的負擔。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，邊疆水利有較大發展，著名的有清前期的寧夏河套灌區建設，清代中后期的內蒙后套灌區和新疆地區灌溉等。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，潮災是主要的自然災害。海潮侵蝕海岸，惡化土壤，破壞農業生產，給人們的生命和財產造成了極大的危害。海塘始建于唐代，明清間海塘建設形成高潮。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構的石塘所取代。

明代，浙江設置“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“海防同知”，專門負責海塘。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，“遮護民田，屏蔽鹽灶”。北宋時這段海堤已經坍毀。天圣元年(1023)任泰州西溪鹽官的范仲淹建議修復。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，范公堤發展到三百多里。明萬歷四十三年(1615) 時范公堤已經超過八百里。

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)開始出現海塘。明代蘇南海堤有較大的發展。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。”可見錢塘江北岸海塘已有一定的規模。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，對海塘工程的技術要求越來越高。

元泰定年間 (1324—1327) 錢塘江北岸潮災頻繁，泰定元年十二月，海潮沖壞海塘，潮災危及鹽官州城。泰定三年受潮災的危害，鹽官首當其沖，陸地沉淪十九里，縣城岌岌可危。當時采用了四十四萬三千多個竹籠和四百七十個木柜救急，內填卵石，層層疊放以保護鹽官。因為維修工程量巨大，難以持久。明代開始這里創造了縱橫疊砌的魚鱗大石塘，歷經明清數百年的營造，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志，至今仍捍衛著富饒的杭嘉湖平原。