本
文
摘
要
水位量测是水文测水工作的一个重要方面。根据测出的河渠或湖泊水位的高低，可以衡量能获得的灌溉引水量的多少，利于实施计划用水；或推断蓄水量的大小，决定蓄泄事宜；或用作量测洪、枯水大小的指标，决定修筑堤防的高度，及采用的急救措施；还可获知水源的丰缺和地区受灾的程度。我国水位量测工作大约已有4000多年的历史了。《史记·夏本纪》记载，大禹治水时，“行山表木，定高山大川”，进行测定线路，定高下的工作。其中应包含水位测量的内容，否则无从对水进行疏导。战国时创建的都江堰工程已用石人作为水位测量设施，以后又出现洪、枯水位题刻，到五代时出现了“水则”设备。嘉靖《仁和县志》卷13引《临安志》称：五代吴越王钱缪在杭州筑捍海塘，“高下置铁幢三门为水则，……其制如杵，径七八寸，出土可三尺七寸余，其趾入土，不知几何”。钱缪于梁开平四年八月筑海塘，因海潮汹涌，筑塘困难，为掌握海水进退状况，设置铁幢为“水则”，用以测海水深浅。可见五代时已有明确的“水则”设置。到宋代时水位量测工作大有进展，尤其是用以测定水面高程的水尺设置很多，形式多样，反映了当时水位量测技术所达到的水平。
1. 渠道和河道上设置的水尺
宋代渠道水尺以关中丰利渠和川西都江堰最具代表性，河道以黄河上的水尺设置最为重要。关中丰利渠建于北宋大观二年至四年，是在原引泾渠道三白渠口上游重开引泾渠口，渠首设在今陕西省泾阳县王桥乡西北的泾河峡谷之中，是在坚硬的石灰岩上开凿出的渠道。元代李好文《长安志图·泾渠图说》云：丰利渠口设有“二闸，日静浪，日平流”。据近期考古调查，在丰利渠渠首发现两组闸槽，前闸为主闸，起隔断水流的功用，槽宽0．3m，深0．4m，高3．2m；后闸槽位于前闸下游6．6m处，槽未通渠底，底距渠底1．6m，其功能并非拦水断流，而是控制最大过水断面。水尺分布在前闸附近的东壁，一处位于前闸的上游，一处位于前闸的顶部。闸前水尺位于前闸上游2．63m处石壁上，为连续垂直方格状，尺线宽约0．8cm，深约0．4cm，自渠底向上残存7格，每格平均宽31cm左右，平均高约30．79em。在第5格线上下，刻有“已上”、“口谷”4字，后2字不清晰。闸上水尺位于前闸顶部石窝之上，此尺现残存4格，形制与闸前尺同，格宽32cm，平均格高30．74cm，1格大约相当于宋尺1尺。
闸前水尺的主要作用是掌握人渠的流量。水尺与泾河直接相通，其标志水位为此段河流水位线；当前闸完全开启后，则标志人渠水位的深浅。此闸槽上部比下部稍宽，所以估计闸门是采用叠梁式的，人渠水量通过增减闸板来控制。当时人们已认识到水位深浅与流量有一定的关系。《长安志图·泾渠图说》记载：“凡水广尺深尺为一徼，以百二十徼为准，守者以度量水，日具尺寸申报，所司凭以布水。”今实测丰利渠口水尺所在渠口断面底宽3．65m，合宋尺l2尺，渠底至前闸顶端高3．2m，大致为宋尺10尺，则从前闸顶以下，渠中过水断面恰好120徼。丰利渠开凿时，“乃使渠深下水面五尺”，故开成后“导渠水深五尺”，即渠道常水位为5尺，合60徼。所以观测闸前水尺，即可知过水为多少徼，从而据以配水。闸上水尺最低部高于闸槽顶0．8m，此高度超过渠底4m以上，此处水尺估计是观察超常流量和超闸水位的设施，遇超常洪水时，可及时关闭进水闸门，并督促灌区采取泄洪措施，以确保渠道的安全。丰利渠水尺刻凿于石质渠壁，具有很好的稳定性和耐水性；水尺设置的位置科学，水尺设在进水闸前，与现代水尺设立部位相似，这标志着当时水位观测技术已达相当高度。
引泾灌渠不仅在渠首设有水尺，在干渠上及灌区分水闸三限、平石处也设有石龟、石人等水位测量设施。《长安志图·泾渠图说》在“洪堰制度”下载：“今平流闸下石渠岸里有一石龟，前人刻以志水者也。为之语日‘水到龟儿嘴百二十徼水’。尝闻主守者日：‘今水虽至其则，犹不及全徼，盖渠底不及古渠之深也’。”三限闸为太白、中自、南白渠的分水闸，平石闸即彭城闸，是中白渠上的分水闸。同书载：“旧例三限、平石两处系关防分水禁限，五县各差监户一名，与都监一同看守限口，每日探量水深尺寸赴司申报”。两限口应立有水尺。该书载元杨景道论说：“限口有志水石，古语云：水到石人手，限上开三斗；水到石人腰，限上不得浇”。以上所指“前人”、“旧例”、“古语”，至少应推至宋代。此时引泾灌区干渠、分支渠每日都严格根据水位高低，确定徼数，进行水量分配。都江堰建堰时已利用石人作水尺。《华阳国志·蜀志》载，战国末，李冰修建都江堰时，在外江作三石人，以人形水尺的肩和脚当水尺刻度，“水竭不至足，盛不没肩”。认识到外江水位与进入渠道的流量之间有着特定的相关关系。1974年和1975年在都江堰渠首附近的外江中先后发现二石人，其中一尊为李冰石像，刻于东汉建宁元年，其应起水则的功用。宋代时已采用等距刻划的水则，设于宝瓶口离堆处。《宋史·河渠志五》记载：“离堆之趾，旧石为水则，则盈一尺，至十而止。水及六则，流始足用，过则从侍郎堰减水河泄而归于江。岁作侍郎堰，必以竹为绳，自北引而南，准水则第四以为高下之度。”是在离堆岩壁上刻水位等划水则，共10划，每划一尺。水位如到6划，流量就能满足灌溉需要，超过6划，过量之水就从侍郎堰排到外江。侍郎堰即飞沙堰，堰的高度以4划为准，说明当时已基本掌握了内江水位与流量的关系。清代乾隆三十年，在宝瓶口左岸岩壁上重建水则，共24划，水位在13划时可满足灌区用水，内江水过13划时从飞沙堰泄出，水位超过16划是洪水警戒水位。此水则一直使用至今。
黄河上的水尺设置于有埽工的险工地段，以便于观察该处水位，及时采取防御措施。宋代熙宁年间试验用“浚川耙”浚河减淤，即利用水尺观察涨落，检验耙的浚深效果。如《续资治通鉴长编》卷282记载范子渊奏称：“熙宁八年，……臣契勘当年二股河次下埽分，各有河水长落尺寸月日。”当时已有长年依月日记载的水尺水位变化数据，称为“埽匕水历”。
2. 陂塘上设置的水尺
宋代陂塘水尺以浙东鉴湖、东钱湖和江南赤山湖设置的水尺最为有名。浙东绍兴鉴湖始建于东汉永和五年，宋代时有了设置水则碑的记载。如曾巩于北宋熙宁二年通判越州，写有《序越州鉴湖图》一文，文中说：鉴湖“立石则水，一在五云桥，水深八尺有五寸，会稽主之；一在跨湖桥，水深四尺有五寸，山阴主之”。立水则的目的主要是掌握湖水的蓄泄和防止盗湖为田，斗门钥匙由官府掌握，根据水情“谨其闭纵”。南宋庆元二年会稽县尉徐次铎撰《复鉴湖议》，记述更详细。他说：鉴湖堤在会稽县者自五云门东至曹娥江凡72里，在山阴者自常喜门西至西小江凡45里。“湖之势高于民田，民田高于江海，故水多则泄民田之水人于江海，水少则泄湖之水以溉民田。”为了掌握湖水的启闭，故设有水则石碑。湖中石碑，“一在五云门外小凌桥之东，今春夏水则深一尺有七寸，秋冬水则深一尺有二寸，会稽主之；一在常喜门外跨湖桥之南，今春夏水则高三尺有五寸，秋冬水则高二尺有九寸，山阴主之”。徐次铎文中还解释了当时的水则与曾巩所记不同的原因：因会稽地形高于山阴，所以北宋时会稽水则高于山阴，而南宋时由于立石之地与前不同，会稽立石于濒堤水浅之处，山阴立石于湖中水深之处，故水则浅深异于曩时。但据观察，会稽之水要高于山阴二三尺，城外之水亦高于城中二三尺。可见当时会稽、山阴两县在鉴湖分列水则，各自独立进行管理。还讲到水则的作用：“凡水如则，乃固斗门以蓄之；其或过则，然后开斗门以泄之。”可见鉴湖水则所起作用颇为重要，直至鉴湖在南宋湮废后，明清地方志中仍作为重要设施予以记载。浙东鄞县(今宁波市)东钱湖在唐代有正式修建记载。宋代东钱湖堤上有7堰4闸，7座堰坝平时用以挡水、过船，洪水时由堰顶泄流。为保证汛期堤坝安全及平时放水灌溉需要，在钱堰、大堰、梅湖堰和莫枝堰旁附设禊闸，“嘉祐间置前四禊闸，立平水石于左右，启闭蓄泄应时。”平水石就是水则，据此掌握蓄泄水量。
江南句容赤山湖建于三国孙吴赤乌二年。南唐保大年间，曾发生侵耕湖田的诉讼问题，州司特派人丈量，查得芦废亭北边约200米处有一盘石，石畔立有供观察之用的柱子，柱子上标有水则，以前定春夏贮水深7尺，秋冬贮水深4尺，为阻止围垦，这时，官府判取定秋冬蓄水深为5尺，即石面中心离水面1尺6寸5分，称为5尺水则，相应的这一湖面范围内不准围垦。可见水则早已设置。宋代庆历三年，江宁知府叶龙图在湖西北角的绛岩山麓下古旧湫(放水沟)处置立大石柱一条，将湖心盘石水则刻于柱上，更便于观察湖水高低，据水则开闭湖水。
3. 平原地区设置的水尺
平原地区地势平坦，河湖众多，河道水位高程相差不大。宋代人们已利用设置少量水则来掌握平原地区流域范围内的水位高低，使管理测水、用水、控制水更加方便，这标志着水位量测技术的长足进步。代表地区有海河平原塘泊地带、太湖下游平原、浙东鄞县的鄞东平原和鄞西平原等。
北宋时海河平原修建的塘?白工程，就使用水则来控制淀洼范围内水位的升降。宋朝建立后，北方的辽国经常使骑兵南下骚扰北宋边境。宋太宗端拱元年，何承矩建议于顺安军西开易河蒲口，疏通河道，使东注于海，沿线与陂泽淀洼相通，修建堤防，扩大贮水面积，形成河淀贯通的防御工事。批准实施后，又经数次增修，到熙宁时，“自保州西北沈远泊，东尽沧州泥沽海口，几八百里，悉为潴潦”。形成一道“深不可以舟行，浅不可以徒涉”的沟渠淀泊带。为维持一定的水深，筑有堤防和堰闸斗门。而控制塘水深浅，是一项重要的工作，“凡水之浅深，屯田司季申工部”。因为如塘水过深易淹没农田民居，塘水过浅又不能御边。在这种情况下，势必要设置水则以利控制。《宋史·河渠志五》载，仁宗明道二年，杨怀敏领河北屯田司，大力修治塘泊，“塘日益广。至吞没民田，荡溺丘墓”。百姓深受其害，乃有盗决塘水以免水患的。景祐二年，知雄州葛怀敏，“请立木为水则，以限盈缩”。利用水则与堰闸等水工建筑物相配合，控制塘泊水深在几尺至1丈左右，既达到御边的目的，又避免淹没民田。这是利用水则控制大面积水位深浅的成功一例。太湖平原宋代设置的水则碑甚多，尤以吴江水则碑最著名。《吴江水考》引《吴中水利全书》载：“宋徽宗宣和二年立浙西诸水则石碑，凡各陂湖泾浜河渠，自来蓄水灌田通舟，官为核量丈尺、地名、四至，并镌之石云云，则长桥二碑之立，正在此时。想他处立石尚多，惟兹独存耳。”此处所说“长桥二碑”即指吴江水则碑。据历史记载和今人调查，吴江水则碑共有二块，位于吴江县东门外垂虹桥上垂虹亭北，分嵌于北边桥墩的左、右踏步的墩墙上。长桥当时是太湖洪水排人吴淞江的主要出水口，水则碑滨临太湖又紧接吴淞江，所测得的水位基本能代表太湖及湖东洪水变化的情况。沈啓《吴江水考·水则考》载吴江水则碑分为横道水则石碑和直道水则石碑两块，并记述了设置的用途和碑上洪水的刻痕状况：“横道水则石碑，碑长七尺有奇，树垂虹亭北之左，建置无考。左石一碑，面碑横七道，道为一则，以下一则为平水之衡。水在一则，则高低田俱无恙；过二则，极低田淹；过三则，稍低田淹；过四则，下中田淹；过五则，上中田淹；过六则，稍高田淹；过七则，极高田俱淹。如某年水至某则为灾，即于本则刻日：某年水至此。”“其横第六道中刻大宋绍熙五年水到此，第七道中刻大元至元二十三年水到此。”“直道水则石碑，碑长七尺有奇，树垂虹亭北之右，建置无考。右石一碑，分上下为二横，每横六直，每直当一月，其上横六直，刻正月至六月，下横六直，刻七月至十二月，每月三旬，月下又为三直，直当一旬，二季一十八旬，凡一十八直。其司之者，每旬以水之涨落到某则报于官，其有过则为灾者刻之，法如前。”
据以上所述，左碑是历史洪水水痕的记录碑，“凡各乡都年报水灾，虽官司未及远临踏勘，而某等之田被灾不被灾者已豫知于日报水则之中矣。”官吏据此记录即可以估计出吴江等地农田被淹的范围和面积，防止虚报灾情，并作为征税和减免田赋的依据。右碑是每旬水情涨落的记录碑，由管水之人负责观测，逐句向官府报告，如水位达某则成灾，则将水位刻于石碑，并书上发生时间。由于吴江水则碑设置的地点合适，所以只要观测此处水则碑，太湖下游地区的水情大体就能推断出来。新中国成立初期见到的吴江水则二石碑分别是明后期和清乾隆时重新刻制的，惜1968年被毁后丢失。1964年水利电力部上海勘测设计院据历史记载的田亩被淹程度与水则碑实测高程的对照，进行了历史洪水位的推算，汇总编列为《太湖历史洪水简况表》，自1194年起至1954年止，约共800年，列出“六则”以上的洪水有15年。据此也可推算今后洪水发生的规律，这证明吴江水则碑及其洪水痕刻记有重大的应用价值。浙东鄞县背山面海，中部地势平坦，奉化江贯穿其问，将平原分为东西两部，北面有余姚江、甬江流淌而过，境内有6条塘河，60余条支河及一系列漕浜，组成纵横交错的水网。
吴江水则碑样式南宋时为避免海潮沿江河上溯，咸化水质和土壤，开始在各支河上建闸，以拒咸蓄淡。为了及时地启闭碘闸，遂设置水则。水则设置的地点很讲究，基本上能控制流域内各碘闸的启闭。代表性的有两处，一是城东大石桥平水尺，二是鄞县城内的平桥水则。大石桥在鄞县东城外，位于奉化江东，建于元符元年，淳祐二年太守陈垲重修，并于桥下建平水石堰，设闸控制启闭，“遂置平水尺，朝夕度水增减以为启闭。地形高下不等，而水之浅深亦然，大概郡城河浜之水常以三尺为平，余可类推，过平以上则当泄。”在闸墙处设水尺，称为平水尺，其特点是测量大石桥处水位，可知流域内水多还是水少，以确定闸门如何启闭运行。水尺的设置首先要了解郡城水位与流域内其余各河段水闸水位的关系，然后定出水则“以三尺为平”的标准，水位“过平以上则当泄”，即是以一个集中测水位点，达到统一控制鄞东平原各乡水位的目的，“余可类推”，也可推至郡城以西诸处，具体方法未见记录。以往农田受淹，农民要求碘闸放水，需通过各级官吏上报州府请示，多被耽误时日，“水之溢者已壑，稻之浸者已芽”，不能及时泄水，造成农田遭受损失。将平水尺设于城东大石桥闸，“今州郡一闻雨骤，水汛不待都保县道申到，放闸之人已遣行矣。”管理方便，成效显著，“是年虽积潦，谷粟蔬果一无所伤，岁以稔告”。陈垲在淳韦占二年还修建了鄞县它山堰回沙闸，为启闭以时，刻平字水则于闸旁两柱上。
平桥水尺由吴潜所置建。宝韦占四年吴潜判庆元府，在职期间大力兴修水利，筑洪水湾塘及不少碘闸、堰坝。开庆元年在县城中平桥南立石，书“平”字作为水则，城河水过“平”以上则当泄。为设立平桥水则，吴潜做过一番实地调查。他在《平桥水则记》中说：“余三年积劳于诸碘，至洪水湾一役大略尽矣。已未，劭农翠山，自林村，由西门泛舟以归。暇日，又自月湖沿竹洲舣城南，遍度水势，其平于田塍下者，刻篙志之，归而验诸平桥下，伐石为准，榜日水则，而大书平字于下方，……故置水则于平桥下，而以平字准之。”他勘测鄞西平原中塘河、南塘河等的水位与农田高低的关系，再将城西、城南的水位对应于平桥处的水位，定出开闭闸门不使农田受淹的合适高程，在平桥处刻“平”字水则，水淹平字则开启闸门放水，平字出露则闭闸蓄积淡水。这水则距府衙数十步，便于官府督促管理人员及时启闭碘闸，控制鄞西水网的蓄泄。
4. 宋代水尺的水位量测技术评价
水尺是在江、河、湖泊、渠道或其他水体的指定地点测定水面高程的装置。水尺标高还可换算成流量，用水尺测流，方法简便易行，设备费用低，容易为民众所掌握。
4. (1)宋代水尺的设置普遍且技术已趋成熟
宋代在河渠、湖塘、平原水网等处设置水尺已很普遍，南、北方都有应用，技术水平大为提高，达到了传统水位量测技术的高峰。我国专门测量水位的水尺大约在战国时期已出现，当时称为“表”。《苟子》中有“水行者表深，使人无陷”，又有“水行者表深，表不明则陷”的语句。意即用“表”表明水的深浅，不致使人过河时陷没。战国末年李冰修建都江堰时，设置石人作水尺。三国曹魏时出现了洪水题刻。郦道元《水经注》称：“阙左壁有石铭云：黄初四年六月二十四日辛巳大出水，举高四丈五尺，齐此已下。盖记水之涨减也。”据此洪水刻痕推算，此次洪水的高峰流量约为2万立方米每秒。《水经注》同时还载，曹魏时更修洛阳千金蝎，蝎之东首立一石人，其上有洪水题记：“太始七年六月二十三日，大水进瀑，出常流上三丈，荡坏二竭。”枯水题刻以四川涪陵市的长江白鹤梁枯水题刻最有名，其上发现的题刻有163条，记载了自唐代广德二年至今的1200余年中72个枯水年份的水位值。唐代已注意到陂塘放水水位变化与灌溉面积之间量的关系。唐白居易《钱塘湖石记》记载：钱塘湖“凡放水溉田，每减一寸，可溉十五余顷，每一复时，可溉五十余顷。”这必定是进行水位测量后得出的结论。五代时有了水则的明确记载，如吴越筑杭州捍海塘的铁幢水则，南唐句容赤山湖立的柱子水则，开始以尺为单位量测。用石人水尺、洪枯水位题刻等量测水位，还不是现代意义上所说的水尺。而到宋代，设置的水尺大多具有等距刻画，基本以尺为量测单位，与现代水尺无异，属于直接观读式水尺。宋代水尺在形式上一直流传到后世，有些至今还在使用。
4．(2)宋代水尺的设置具有较高的科学性
一是水尺设置位置合理多样。根据不同的用途，水尺有的设于渠首闸前，有的设于河道上，有的设于湖水排人河道口，有的设于方便观察和管理处。还有将洪水位水尺与平时水位水尺分设，如关中丰利渠和吴江水则碑皆同时设有两种水尺，分起不同的功用。二是水尺设置力求稳固。宋代除少量木制水则外，大多为石质水则，采用开凿石壁，或利用固定建筑物，或以树立石碑的方法设置水则，使水则不致发生移动而影响测水的效果，而且石质水则使用的年代长久。三是水尺具有较高的精确度。水尺设置于石壁和闸墙等位置，保证了过水断面无阻碍物影响水流，不会产生壅水现象，从而保证水位读数的准确性。水则刻划皆为等量划分，具有精确记量的作用。渠道利用水尺量水已能得出水位与流量的关系，根据渠道水尺的水位读数，得知相应的引水流量，然后进行流量分配，实行计划用水。平原地区也通过实地调查，在一个便于管理的地点设水则，还得出避免受涝而启闭各闸的精确水位“平字水位”。4．(3)宋代设置的水尺用途多样
宋代利用水位量测技术服务于灌溉、蓄水、防洪、泄洪、军事防御、水灾程度估算等，可见设置水尺的用途多样，这一技术的应用提高了水利工程运行管理的水平。宋代水尺的水位量测技术也从一个侧面反映了科技水平的长足进步，表明当时我国的水文科学已走在世界的前列。
