十四河中石兽.doc

水利掌故，让我们从河中石兽谈起
所谓掌故，原指旧制、旧例，也是古代掌管礼乐制度等官员的官名。后来泛指关于历史人物、典章制度等的遗闻轶事。我国水利事业历史悠久，是中华文明的重要组成部分。历代的治水活动，积累了丰富的治水文化，并融入社会，与人们的日常生活产生关联。
公元前260年，秦、赵两国在今山西省高平市一带发生了一次激战，最终秦军大胜，坑杀赵国40余万降兵，这即是历史上著名的“长平之战”。战争结束后，秦国派人向赵国索取六座城邑并讲和。时赵国名士虞卿坚决不同意割城给秦，指出秦国是虎狼之国，其贪欲没有止境，赵国国土有限，结果必然灭赵。赵武灵王的大臣楼缓则认为虞卿“得其一，未知其二也”，主张割城给秦国。现代成语“知其一，不知其二”即源出于此，引申为对事物缺乏全面的了解。又作“知其一，未睹其二”“知其一，不达其二”。

这一成语还有另外一个典故，出自清代政治家、文学家纪晓岚的短篇志怪小说《阅微草堂笔记》。书中主要搜辑各种狐鬼神仙、因果报应、劝善惩恶等当时流传的乡野怪谈，或亲身所听闻的奇情轶事。在该书卷十六《姑妄听之二》中，有一篇“河中石兽”的故事，讲述了沧州一座寺庙门前的石兽沉入河中，多年后寺庙重新修葺，围绕应该去哪儿寻找石兽，僧人、讲学者和老河工展开的一场争论。虽然故事的人物和情节都属虚构，但故事中谈到了古人对巨石水流运动规律的认识，颇具见解。原文文字朴素，内容精彩，引录如下：
沧州南一寺临河干，山门圮于河，二石兽并沉焉。阅十余岁，僧募金重修，求二石兽于水中，竟不可得。以为顺流下矣。棹数小舟，曳铁钯寻十余里，无迹。
一讲学家设帐寺中，闻之，笑曰：“尔辈不能究物理。是非木杮，岂能为暴涨携之去？乃石性坚重，沙性松浮，湮于沙上，渐沉渐深耳。沿河求之，不亦颠乎？”众服为确论。
一老河兵闻之，又笑曰：“凡河中失石，当求之于上流。盖石性坚重，沙性松浮，水不能冲石，其反激之力，必于石下迎水处啮沙为坎穴。渐激渐深，至石之半，石必倒掷坎穴中。如是再啮，石又再转。转转不已，遂反溯流逆上矣。求之下流，固颠；求之地中，不更颠乎？”如其言，果得于数里外。
然则天下之事，但知其一，不知其二者多矣。可据理臆断欤？
上述故事中，僧人喻指根据肤浅的经验行事不作分析的人；讲学者，喻指脱离实践、空谈理论想当然的人；老河工喻指既有实践经验又有一定理论认识的人。

单块石局部冲刷过程示意纵剖面图
纪晓岚构思这篇故事，本意是批判当时的宋儒学者只会空谈性理而疏于实践的理气哲学，欲借老河工之口，劝诫人们不可“只知其一，不知其二”，不可“据理臆断”。从而告诫人们只有理论联系实际，方可解决问题，正所谓“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。
以今天水利科学技术的观点来看，上述故事中僧人、讲学者和老河工的争论，实际上是对巨石在水流中运动规律的认识，既有石兽与水流关系的认识，也有石兽与泥沙关系的认识。除此之外，还有石兽与河床关系的问题。追究起来，故事中崇尚的老河工其实也犯了“但知其一，不知其二”的毛病。他虽然考虑了石兽与水流、泥沙的关系，但忽视了河床的问题。如果河床足够深，泥沙足够多，石兽倒掷时必会下沉。从这一点来看，讲学者所言并非没有道理。
现代泥沙运动模型试验表明，当试验石块（相当于原型38厘米）沉于试验水槽的底沙之上，首先在石块上游底部产生回流，冲刷底沙，形成冲坑。冲出的底沙大半被水流带走，少部分则堆积在石块后部，起初形成沙唇，之后沙唇合并。当冲坑发展到足够大时，石块失去平衡，向前倾倒至冲坑中。
故事中谈到的巨石在沙质河床上的运动规律，还可从桥墩周围的水流结构分析中得到进一步理解。实验证明，桥墩周围的水流结构包括墩前向下水流，墩前水面涌波和尺度较大的漩涡体系。漩涡体系是一个复杂的综合水流结构。水流在下降过程中，在墩前冲刷坑边缘形成马蹄形漩涡，并绕墩两侧流向下游。墩头两侧的水流加速流动，加之尾流漩涡的作用，各种因素相互作用，形成了漩涡体系。其中，墩前的向下水流是冲刷的主要媒介，它的作用像一个竖直向下的喷嘴。向下水流折回向上，与马蹄形漩涡相结合，形成旋转运动，把泥沙挟带到了下游。实验研究表明，冲刷坑平衡冲刷深度的最大值，约为巨石直径的2.3倍。

单块石局部冲刷过程示意平面图
我国河流特别是北方河流自古多沙，多沙河流的水流运动有其特殊性。古代对河流泥沙运动的理论认识起源于春秋战国时期，至西汉，大司马史张戎对黄河的含沙量做了定量估算，明确指出“河水重浊，号为一石水而六斗泥”。此后经过北宋的发展，明代后期潘季驯提出了“束水攻沙”和“蓄清刷黄”的治黄理论，为中国古代的治河事业做出了重大贡献。其理论成就在当时处于世界领先地位。但是，总体来看，我国古代水利科技虽然勤于观察和长于辩证，但缺乏定量分析和规律性的理论总结。这也是近代以来我国水利科技停滞不前的原因之一。由此来看，《阅微草堂笔记》所记石兽在水中运动规律的认识虽然有所纰漏，但其关于石兽与水流、泥沙关系的规律性认识，仍不乏真知灼见。这也从另一个方面反映了《阅微草堂笔记》的伟大成就，正如鲁迅先生在《中国小说史略》中所言：“隽思妙语，时足解颐；间杂考辨，亦有灼见。”