圩田是太湖以至长江中下游地区农田的主要灌溉排水形式,至唐末已有相当大的规模。据当时人李瀚的记载,苏州、嘉兴屯田最发达。其中,“嘉禾土田二十七屯,广轮曲折,千有余里”。圩田是在滨湖和滨江低地的一种水利工程形式,四周围以堤防,与外水隔开。其中建有纵横交错的灌排渠道,圩内与圩外水系相通,其间有闸门控制引水和排水,做到“以沟为天”,对天然降水的不均匀起到重要的调节补充作用。北宋范仲淹曾描述当年圩田的规模和技术:“江南旧有圩田,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,涝则闭闸拒江水之害。旱涝不及,为农美利。”①类似太湖流域圩田形式的灌排工程,在长江中游的南湖地区称作垸田,在珠江三角洲地区称作基围。垸田和基围在当地经济开发中,也开始扮演着重要的角色。
除圩田外,灌溉工程在全国普遍兴建。创建于唐代浙江鄞县的它山堰是当时著名灌区之一。它山堰是在奉化江支流鄞江上拦河筑坝的引水工程。拦河坝隔断了顺鄞江逆上的海潮,积蓄上游淡水,达到“御咸蓄淡”、引水灌田和向城市供水的目的。唐宋时期,江南一带引水蓄水的灌溉工程相当普遍。公元9世纪初年,韦丹就在今江西北部主持修建598座陂塘,灌溉面积共计120万亩。这一时期灌溉提水机械和水力加工机械有很大的发展。其中用水力驱动的灌溉筒车和主要用于粮食加工的水碾、水磨等,在黄河、长江、珠江等流域得到了普遍应用。内河航运网豹建设
内河航运是古代实现政治统一、经济发展和文化交流的主要交通运输方式。这一时期在运河建设和管理等方面都有重大发展,科学技术水平达到我国古代运河工程技术的高峰。
这一时期的内河航运建设最值得称道的是隋代大运河的开凿。建成的最著名运河有沟通黄河和海河,北抵涿郡的永济渠,沟通黄河和淮河的通济渠。内河航运网形成后,“自是天下利于转输,运漕商旅,往来不绝”。北宋张择端所绘“清明上河图”就形象地反映出当时汴京在汴河两岸的市井风情,商旅贸易、建筑桥梁等之繁盛。因此有人评价隋炀帝开运河的功过时说,“在隋之民不胜其害也,在唐之民不胜其利也”。此外北宋时期运河上的工程建筑已相当完善,特别是沟通长江和淮河的邗沟渠化水平最高。运河上建有许多堰埭、船闸和斗门等建筑物,以保持航道水位和调节航深。又利用通江闸引潮水济运。到北宋重和元年在真、扬、楚、泗和高邮等地运河上共建有79座斗门、水闸,“限则水势,常得其平”②,可见当年运河设施之完善。其中双门船闸的布局和运用,已与近代船闸一般无二,比欧洲船闸约早400年。稍后发明了被称作澳闸的具有节水功用的船闸。
①引自范仲淹《范文正公集答手诏条陈十事》,四部丛刊本。
②引自《宋史河渠志》卷96,二十五史本,上海古籍出版社,1986年。
传统防洪工程技术的成熟
五代以前黄河相对安定,很少有决溢记载。五代至北宋,由于黄河河床淤积抬高,黄河决溢日渐严重。和朝廷政治斗争相关连,防洪方略也存在严重分歧,突出表现在北宋关于黄河东流与北流的争论,使防洪斗争更加复杂。此外,从这一时期开始,长江防洪也逐渐突出。不过,至北宋,传统防洪技术已趋于成熟,集中表现在宋金元时期纂集的河工技术规范性著作《河防通议》和《宋史河渠志》中。当时对黄河水文及防汛有形象而准确的命名,并有经验性的洪水预报方法。对黄河水溜形势和与河工修防的关系,也有清晰的说明;对于当年河工测量技术的施测方法有详细记载,对主要工程形制,例如砌石、卷埽、筑堤等方法都有具体规定,对于各种工程所用物料的计算方法都有明确说明。
水利科学理论的进步和技术成就
这一时期基础理论的进步主要反映在水利测量、河流泥沙运动理论以及洪水特征和规律的认识等方面。北宋年间水位测量已在各地采用,并据以推算流量。在多沙河流的泥沙运动方面,已总结出改变河床断面将对输沙率产生影响,以及引入清水将提高多沙河流的输沙能力等规律性认识并已在实践中应用。在地形测量中,至迟在唐代已实际应用水准测量仪。此外,宋金时期对汛期水流特征和涨落规律,也有形象的规律性描述。