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从沈括的运河“志”说起

沈括(1031—1095),北宋时期著名的科学家、政治家。《宋史·沈括传》称,“括博学善文,于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算,无所不通,皆有所论著”。他所撰《梦溪笔谈》被誉为“中国科学史上的坐标”,是百科全书式的著作。他参与王安石变法,主持过外交、军事大事,同时,他还是一位水利专家,毕生志于国脉的治理,对运河治水贡献极大。

[实践者的“行”:]从沭阳之信到汴河之精

沈括治水始于具体而微的地方实践。青年时在沭阳,他以“信”安民疏河;中年后奉命治理汴河,则以“精”测天量地。他的运河“志”,首先在躬身入局的实践。

至和元年(1054年),23岁的沈括袭父荫担任沭阳(今江苏沭阳)主簿,这是一份甚为烦劳的工作,是他为官的起点。此时的沭河长期失修,淤阻堵塞,每逢汛期,极易泛滥。加之前任县令处置不当,引起征调民夫的反抗,当地政治生态恶化,沈括面临极大的考验。治理沭河,沈括并未急于兴役,而是先察其本。沈括发现,民夫之所以难以动员,非因刁蛮,实因政令朝更夕改、官吏态度蛮横、役期漫无限度。他直指核心,提出两项关键建议:废除扰民的“巡检之吏”,缩短河役期限,并毅然承诺“如此而民不动,使者愿任其咎”。这份以个人官誉担保的担当,迅速赢得了百姓的信任。河道得以高效疏通,新筑两道大堤,开辟良田七千顷。经此一役,沈括总结道:“括之所为,不过信而已。”一个“信”字,不仅打通了河道,更奠定了他一生务实为民的为官品格。

熙宁五年(1072年),沈括受命修治汴河。汴河是大运河通济渠的首期工程,是沟通黄河与淮河的关键水道,更是北宋首都开封的经济命脉。然而,由于失于疏浚,汴河逐渐淤塞,河底比堤外的平地高出丈二尺(约3.74米)多,成为名副其实的“地上悬河”,沈括对此忧心忡忡,他形容“自汴堤下瞰民居,如在深谷”。在对汴河进行多次实地考察的基础上,沈括利用自己在数学、地形测量等方面的知识和早年积累的治水经验,整理出汴河的水流速度、河床深度、两岸的地势高度等各项数据,制定出修治汴河的三个步骤:首先疏浚河道,挖出淤泥;其次用淤泥改造两岸盐碱地;最后截断黄河,引入洛水。工程不仅疏浚了河渠,而且重新沟通了京、洛和东南河运,史书赞道“江淮扁舟,四时上下,昼夜不绝,至今公私便之”。在此过程中,他用自己发明的“隙积术”和“会圆术”,把汴渠分成许多段,分层筑成台阶形的堤堰,引水灌注入内,然后逐级测量各段水面,累计各段高差,算出开封和泗州之间的地势高度差,测得其差为十九丈四尺八寸六分(约63.3米),精确到了寸分。这项技术首次运用了高等级差数的求和方法,比西方要早700多年。

[记录者的“识”:]技术、制度与人事的洞察

在润州梦溪园“所与谈者,唯笔砚而已”的岁月里,沈括将半生涉水跋山、躬身治河的丰厚阅历,悉数沉淀于《梦溪笔谈》的墨迹之中。这部巨著不仅记录了地磁偏角、石油命名等超前发现,更为北宋的运河留下了一部细节充盈、观察入微的“水利工程档案”。散落书中的运河篇章,是一位科学巨匠以笔为尺,为奔腾的国脉绘制的精密解剖图。

《梦溪笔谈》中最闪耀的工程技术智慧之一,莫过于对“复闸”的记录。闸,是通过调节水位便于船只通行的闸门。大运河是由人工开凿的沟渠连接自然水系而成,这就导致一个问题:不同河段的水位往往存在巨大落差。在唐代,船夫们只能靠单闸通行,通过关闭闸门积蓄水量,待水位升高后突然开闸,利用水流冲击力将船“冲”过落差段。这种方式不仅对船只危险,而且会冲毁堤坝。北宋天圣年间,张纶发明了真州复闸。《梦溪笔谈》记载,他在原有单闸的基础上,又修建了一道闸门,形成了一个封闭的“闸室”。当船只上行时,关闭下游闸门,上游河水进入闸门,抬高水位,船只浮起,与上游水面齐平,平稳进入上游;船只下行时,关闭上游闸门,开启下游闸门,水位下降,船只随之落下,进入下游。“复闸”设计,实现了船只上下皆能安行的可控状态,载运量成倍增加。

另一项重要的治水技术是“三节压埽法”。《梦溪笔谈》记载,庆历八年(1048年),黄河堤坝商胡段发生决口,洪水泛滥。传统堵住决口的方法是使用整段六十步(约90米)的长埽来“合龙门”,但因水流湍急,久塞不成。水工高超提出“三分长埽合龙门”的方案,通过将传统整段埽体分三节逐级下压,中间以铁索连接,先下第一节,待其至底,再压后两节,最终实现决口封堵。“三节压埽法”标志着合龙门技术的重大进步。

“滉柱”是抵御江潮袭击的重要方法。《梦溪笔谈》记载,五代吴越国时,人们在钱塘江外修筑石堤,又在堤外打入木桩,谓之“滉柱”,从而抵御江潮的冲击,发挥了很好的护堤作用。但到了宋仁宗时,地方官为得木材,将其起出,导致石堤“岁岁摧决”。沈括犀利地指出,“滉柱”毁坏,“非江涛为害,乃人事不修”,是利益纠葛所致,治水不仅是技术问题,更是平衡利益的政治问题。

[思想者的“志”:]一位士人心中的运河与天下

沈括之为“士人思想家”,不仅在于他知晓什么,更在于他为何求知以及将知识导向何处。在宋代儒学格物致知、经世致用思潮的背景下,他并非书斋中的学者,而是一位将“穷理”之智与“治世”之志完美融合的思想家。

沈括提出“必目睹其验”的原则,摒弃空谈,将“格物”从哲学思辨落实为可验证、可复现的科学方法。无论是通过“分层筑堰法”将汴河数百里水道高差精确到寸分,还是从太行山崖螺蚌壳化石中推断沧海桑田之变,抑或是亲察雁荡奇峰而首创流水侵蚀成山之说,他的每一次理论突破都深深扎根于对自然现象持久而精微的观察、测量与归纳。尤其是他将数学视为“见万象之纲”的根本工具,所创“隙积术”与“会圆术”,不仅是数学成就,更是解决堤堰工程测量计算、天文历法修订等实际问题的利器。

沈括的“格物”与“博学”,最终都指向一个明确的现实归宿:“富国强兵”与“为民谋福”。他研究水利,是为了漕运畅通、安民垦田;他钻研考订历法,是为了农时精准、稼穑有序;他记载“兵车制度”“行军运粮”,心系的是武备整饬与国防安宁。他的代表作《梦溪笔谈》,在本质上是一部包罗万象的治国理政资治宝鉴。书中对“复闸”技术、“三节压埽法”的详尽保存,是为了后世河工有法可循;对“滉柱”兴废与治乱关系的剖析,更是将技术问题深化为约束利益、完善吏治的政治哲学思考。在沈括看来,不能改善民生、巩固国本的学问,无异于无源之水。因此,从青年时代在沭阳“信守与民之约”疏河安民,到晚年于梦溪园中奋笔疾书以遗后世,他毕生都在践行一个朴素而崇高的信念:士人的才学,必须像大运河一样,源自土地的召唤,最终化作滋养万物、承载国运的力量。