我國(guó)古代的水文站

孫琦琦

浙江省寧波市有一處古代測(cè)量水位的“平”字水則碑，屬于浙江省文物保護(hù)單位。這塊水則碑位于寧波市海曙區(qū)鎮(zhèn)明路西側(cè)平橋街口，古時(shí)是平橋河所在地。該碑始建于南宋寶祐年間（1253～1258），明清兩代續(xù)修，現(xiàn)存大部分石亭建筑為清道光時(shí)所建，但保留了南宋的亭基和明代重修的“平”字碑。1999年，考古發(fā)掘重現(xiàn)了水則碑舊貌，經(jīng)重修后，當(dāng)?shù)卣謴?fù)了平橋河，并與寧波城市中心的月湖水系相通，還原了歷史原貌。

這塊水則碑取適中之地測(cè)量水勢(shì)，鐫“平”字于石碑上。在當(dāng)時(shí)，寧波城外各個(gè)楔閘視“平”字于水中出沒情況而啟閉：如果水浸沒了“平”字，則應(yīng)當(dāng)泄水；如果“平”字出于水面，則應(yīng)當(dāng)蓄水。因水閘啟閉適宜，當(dāng)?shù)匕傩諢o旱澇之憂。在今天看來，水則碑利用平水的原理，達(dá)到體察災(zāi)情、民情，統(tǒng)一調(diào)度水務(wù)的目的，是今天的人們研究古代水利水文測(cè)量、城市排澇防洪水利工程不可多得的實(shí)物例證。

我國(guó)最早的水則

什么是水則？水則是怎么來的呢？

水則，又叫水志，是中國(guó)古代的水尺，也就是古代觀測(cè)水位的標(biāo)記。“水則”中的“則”，意思是“準(zhǔn)則”，通常每市尺為一則，又稱為一劃?？逃兴畡t標(biāo)尺的碑就是水則碑。水則碑通常被立于渠道的關(guān)鍵地段，它的作用就是觀測(cè)水位變化，并用來測(cè)量水位，以達(dá)到預(yù)防洪澇災(zāi)害的目的，同時(shí)作為灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉配水的依據(jù)。

據(jù)史料分析，我國(guó)古代從大禹時(shí)起就開始重視對(duì)水文狀況的觀測(cè)和分析，《尚書·禹貢》記載：“禹別九州，隨山浚川，任土作貢。禹敷土，隨山刊木，奠高山大川?！逼湟鉃椋河頊y(cè)量土地，劃分疆界，命名山川，帶領(lǐng)眾人行走于高山，砍削樹木作為路標(biāo)，以高山大河奠定界域。

我國(guó)最早的水則出現(xiàn)在秦昭襄王時(shí)（公元前251）。當(dāng)時(shí)，李冰修都江堰，用3個(gè)立于水中的石人觀測(cè)水位，以水淹至石人身體某部位作為衡量水位高低和水量大小的標(biāo)記。李冰要求“竭不至足，盛不沒肩”。意思是水位不能低于石人的足部，也不能高于石人的肩部。如果水位低了，岷江來水量不夠用，會(huì)出現(xiàn)旱災(zāi)；水位也不能高于石人的肩部，否則會(huì)出現(xiàn)洪災(zāi)，需要從飛沙堰溢洪。只有當(dāng)水位在石人的足與肩之間，引水量才正好滿足農(nóng)業(yè)灌溉與防洪安全的要求。

宋代，都江堰的量水標(biāo)記由石人演變?yōu)榭坍嬎畡t。根據(jù)《宋史·河渠志》的記載，宋代把都江堰的水則刻在離堆的巖壁上，共10則，兩則之間相距一尺。水位達(dá)到6則就能滿足灌溉需要；超過6則，內(nèi)江水量開始從飛沙堰和人字堰溢洪道排到外江。

元代將都江堰水則刻在斗犀臺(tái)下的三道巖石壁上，共11則。據(jù)《元史·河渠志》記載：“牛犀臺(tái)有水則，尺之為劃，壓十有一，水及其九則民喜，過則憂，沒其則則困?！泵鞔f歷年間，都江堰的水則被遷移到寶瓶口，并由11則增至20則。清代乾隆乙酉年（1765），用條石重新刻劃水則，共24則，沿用至今。

水則的形式

北宋時(shí)，江河湖泊已普遍設(shè)立水則，主要河道上已有記錄每日水位的水歷。明清時(shí)，為了報(bào)汛、防洪，江河上下游往往都設(shè)有水則。當(dāng)時(shí)的水則有三種形式：

其一為無刻畫形式，如前文提到的石人水則和南宋在今寧波設(shè)立的平字水則都是這種形式；又如紹興三江閘是我國(guó)古代大型擋潮排水閘，三江閘的啟閉依據(jù)水則。水則有兩個(gè)，一個(gè)設(shè)在閘址，另一個(gè)設(shè)在紹興城里，后者有校核水位的作用。水則分金、木、水、火、土五劃：水至金字腳，全閘開啟；水至木字腳，開16孔；至水字腳開8孔；至火字頭，全閘關(guān)閉。閘門由三江巡檢代管，“啟閉惟看水則牌”。

其二為只有洪枯水位形式的水則。如《水經(jīng)·伊水注》記載，三國(guó)魏黃初四年（223），伊闕石壁上的刻畫及題詞；還有自唐代就有的長(zhǎng)江涪陵石魚只刻記枯水位等。民間自刻的這類水則不少，大江河上往往存有前代遺跡。

其三為等距刻畫的水則碑。這種水則碑最為常見。如宋代至明代太湖出口、吳江長(zhǎng)橋刻有橫道的石碑，用以量測(cè)水位，此碑還刻有非常洪水位。吳江長(zhǎng)橋另一塊刻有直道的石碑為記錄每旬水位用，它上面也刻記非常洪水位，1964年被發(fā)現(xiàn)時(shí)仍立于長(zhǎng)橋垂虹亭舊址北側(cè)岸頭踏步右端，在碑面刻有“七至十二月”這6個(gè)月份，每月又分3旬的細(xì)線，還有“正德五年水至此”“萬歷卅六年五月水至此”等題刻字跡。

世界第一古代水文站

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，歷代各朝日益注重在各河流要處建站監(jiān)測(cè)水文。當(dāng)時(shí)的觀測(cè)方法較多采用在江岸、河中的巖石上題刻標(biāo)記，用以記載多年一遇的洪水或枯水水位。始于唐代的白鶴梁題刻就是一種典型的題刻標(biāo)記觀測(cè)江河水位的遺址。

白鶴梁位于長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)上游重慶涪陵城北的長(zhǎng)江中，為一道天然的石梁，是世界上已知時(shí)間最早、延續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、數(shù)量最多的水文題刻。聯(lián)合國(guó)教科文組織稱它為“保存完好的世界唯一古代水文站”。

白鶴梁是造山運(yùn)動(dòng)時(shí)自然形成的，長(zhǎng)約1600米，寬約10～15米，東西向延伸，與長(zhǎng)江平行。其背脊標(biāo)高約為138米，僅比當(dāng)?shù)爻Ｄ曜畹退桓叱鰞扇?，石梁幾乎常年沒于水中，只在每年冬春之交水位較低時(shí)才部分露出水面，故古人常根據(jù)白鶴梁露出水面的高度位置來確定長(zhǎng)江的枯水水位。

白鶴梁梁體分為上、中、下三段，題刻位于中段長(zhǎng)約220米、寬約15米的梁體上，迄今發(fā)現(xiàn)題刻約165段、文字3萬余字，有作為水標(biāo)的石魚18尾、觀音2尊、白鶴1只，其中涉及有水文價(jià)值的題刻108段，是全世界唯一一處以刻石魚為“水標(biāo)”并觀測(cè)記錄水文的古代水文站。

白鶴梁題刻始于唐廣德元年（763）前，終于1963年，這些石魚水標(biāo)及題刻，記載了我國(guó)長(zhǎng)江上游從唐代至今1200多年來，72個(gè)枯水年份的水文情況，系統(tǒng)反映了長(zhǎng)江上游枯水年代水位演化情況，為研究長(zhǎng)江水文及全球區(qū)域氣候變化的歷史規(guī)律提供了重要的實(shí)物佐證。

據(jù)有關(guān)部門觀測(cè)，白鶴梁唐代石魚的腹高，大體相當(dāng)于涪陵地區(qū)的現(xiàn)代水文站歷年枯水位的平均值，清康熙二十四年（1685）所刻石魚的魚眼高度，又大體相當(dāng)于川江航道部門所設(shè)的當(dāng)?shù)厮坏牧泓c(diǎn)，為可滿足輪船航行的最小水深的水位線。另據(jù)觀測(cè)，白鶴梁題刻中有一尾標(biāo)注最早的枯水題刻的石魚，它的眼睛正好是長(zhǎng)江中上游的零點(diǎn)水位，比1865年長(zhǎng)江上設(shè)立的第一根水尺—武漢江漢關(guān)水尺的水位觀測(cè)記錄，要早1100多年。當(dāng)?shù)赜小笆~出水兆豐年”之說。據(jù)稱如果石魚在冬天枯水期露出水面，則第二年必是豐收年。葛洲壩和三峽水利工程的建設(shè)都曾經(jīng)以此為依據(jù)。白鶴梁也當(dāng)之無愧地成為“長(zhǎng)江古代水文站”和“世界水文資料的寶庫(kù)”。

除了白鶴梁，題刻長(zhǎng)江枯水水位的題記還有很多。這種記載枯水水位的題刻群，僅在長(zhǎng)江上游宜昌至重慶段就有11段，題刻362處；記錄方式包括文字注記和石魚題刻；尤以江津蓮花石、重慶豐年碑、云陽龍脊石、奉節(jié)記水碑等最重要。

洪水題刻

除了枯水題刻，我國(guó)古代還有不少洪水題刻。

據(jù)我國(guó)水文考古工作者調(diào)查，唐宋以來形成的分布在長(zhǎng)江干、支流的洪水題刻有近1000處，以明清時(shí)期居多。長(zhǎng)江上游忠縣兩處題記，被鑒定為現(xiàn)存最早的洪水題記，其一為：“紹興二十三年（1153）六月十七日，水此?！碑?dāng)時(shí)，對(duì)于同一次洪水，往往有多處題刻標(biāo)明其水位，如1788年的一次大洪水，僅上游就有19處題刻，說明當(dāng)時(shí)對(duì)洪水水位的觀測(cè)已相當(dāng)普遍。

由于我國(guó)河流眾多，歷代都很重視防汛抗洪和汛情通報(bào)工作。因?yàn)楹恿鞣簽E影響著水運(yùn)、灌溉和生活用水，關(guān)系著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

除了前面所介紹的之外，還有一些其他碑文題刻，如《黃河圖說》碑、《海潮論》碑和蘇州立水則碑等。

宋宣和二年（1120），在長(zhǎng)江下游太湖流域的吳江縣長(zhǎng)橋垂虹亭旁立有水則碑。水則碑分為左水則碑和右水則碑兩塊，左水則碑記錄歷年最高水位，右水則碑則記錄一年之中各旬、各月的最高水位。碑文為：“一則，水在此高低田俱無恙；二則，水在此極低田淹；三則，水在此稍低田淹；四則，水在此下中田淹；五則，水在此上中田淹；六則，水在此稍高田淹；七則，水在此極高田俱淹。”如果某年洪水位特別高，即于本則刻曰：某年水至此。該水則上刻寫的最早年代為1194年。由此可知，水則碑不僅是觀測(cè)水位所用的標(biāo)尺，而且是歷年最高洪水位的原始記錄。從水則碑，我們不難發(fā)現(xiàn)，宋代為統(tǒng)計(jì)汛期農(nóng)田被淹面積，已建立了水位觀測(cè)制度。這也是我國(guó)觀測(cè)水位直接為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的最早記載。

明成化年間，戴琥出任紹興知府，守越十年。為加強(qiáng)紹興河湖水位管理，戴琥在佑圣觀前河中設(shè)立水則（即水位尺），又在佑圣觀內(nèi)立水則碑，即《山會(huì)水則碑》，并做出規(guī)定：“水在中則上，各閘俱開；至中則下五寸，只開玉山斗門、扁拖、龕山閘，至下則上五寸，各閘俱閉。”水則碑對(duì)寧紹地區(qū)山會(huì)平原的河湖水位，對(duì)不同季節(jié)、不同高程的農(nóng)田耕作及舟楫交通都能照顧到，而且設(shè)于府城之內(nèi)、府衙之旁，便于觀察和執(zhí)行。它從成化十二年（1476）起，使用了60年，一直到三江閘的建成才退役。

清代，為了黃河、淮河、永定河防汛需要，從康熙年間開始，清政府先后在洪澤湖高堰村（1706）、黃河青銅峽（1709）、淮河正陽關(guān)三官?gòu)R（1736）、永定河盧溝橋（1819），分別設(shè)立水志樁，觀測(cè)水位。

清咸豐十年（1860），英、法等列強(qiáng)先后侵入上海。外國(guó)侵略者為了保證航行安全，除在黃浦江東岸一側(cè)設(shè)置引導(dǎo)燈樁外，又于1860年在張華浜設(shè)立“吳淞信號(hào)站”，豎起了水尺和信號(hào)桿，懸掛水位標(biāo)球。這是在長(zhǎng)江水系最早設(shè)置觀測(cè)水位（潮位）的近代水尺。

清末，帝國(guó)主義霸占海關(guān)和沿江沿海的航行權(quán)，為航運(yùn)安全，設(shè)立了一些海關(guān)水尺。此外，原中東鐵路局于光緒二十四年（1898）在哈爾濱開始觀測(cè)水位。這些都是用近代方法進(jìn)行水位觀測(cè)的最早一批水位站，其中長(zhǎng)江漢口站是全國(guó)最早具有連續(xù)系統(tǒng)資料的近代水位站。

我國(guó)古代的流量測(cè)量

我國(guó)很早就有關(guān)于流量測(cè)量的記載。北魏孝昌三年（527）前，酈道元著《水經(jīng)注》，元代李好文（約1290～1360）著《長(zhǎng)安圖志》，清康熙十六年（1677）靳輔著《河防術(shù)要》中，均有這方面的敘述。

清嘉慶二十四年（1819），為永定河防汛需要，清政府曾在盧溝橋進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)。光緒三十年（1904）5月，海河測(cè)水機(jī)構(gòu)在天津德國(guó)碼頭開始施測(cè)流量。

北宋元豐元年（1078），范子淵知都水監(jiān)丞，在導(dǎo)洛通汴的建議里提及河流間的比較，要“積其廣深”，并考慮“湍緩不同”，說明當(dāng)時(shí)的人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到構(gòu)成流量的面積與流速兩個(gè)要素。據(jù)《宋史·河渠志》載：“汜水出玉仙山，索水出嵩渚山，合洛水，積其廣深，得二千一百三十六尺，視今汴尚贏九百七十四尺。以河、洛湍緩不同，得其盈余，可以相補(bǔ)?！边@里以河流斷面面積和水流速度來估計(jì)河流流量的概念，在中國(guó)水利史上是第一次。

清康熙年間，陳潢（1638～1689）有測(cè)水法：“水流速，則乃急行人，日可行二百里；水流徐，則緩行人，日可行七八十里，即用土方之法，以水流經(jīng)過橫一丈、高一丈為一方，計(jì)此河行幾方?！碑?dāng)時(shí)人們用此法可計(jì)算水流流量。

我國(guó)何時(shí)開始測(cè)驗(yàn)?zāi)嗌?/p>

我國(guó)的泥沙站都是和水文站（流量站）結(jié)合在一起的，早期，也有個(gè)別水文站的泥沙測(cè)驗(yàn)略早于流量測(cè)驗(yàn)，如海河天津小孫莊站，在清光緒十八年（1892）開始沙量測(cè)驗(yàn)，宣統(tǒng)二年（1910）開始流量測(cè)驗(yàn)。黃河流域含沙量測(cè)驗(yàn)始于清光緒二十八年（1902），鐵道部門在津浦鐵路黃河濼口大橋，按重量比測(cè)驗(yàn)含沙量，這也早于黃河流域的流量測(cè)驗(yàn)。

較早開始含沙量測(cè)驗(yàn)的還有珠江西江（1915）、淮河（1921）和長(zhǎng)江（1922）。這一時(shí)期的含沙量測(cè)驗(yàn)都比較簡(jiǎn)單，用水桶或瓶子取一定數(shù)量的渾水水樣，經(jīng)過處理后，用重量比計(jì)算含沙量。