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科学技术有关论文范文资料,与古代的水利科学相关毕业设计论文
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先,滔季驯提出“借水攻沙,以水治水”.针对明代前期治河以分水为主的思想,他阐述了河水不仅不应分流,而且应尽量将支流汇入,以提高冲刷河床淤积的能量.他说：盖筑塞似为阻水,而不知力不专则沙不刷,阻之者乃所以疏之也；合流似为益水,而不知力不宏则沙不涤,益之者乃所以杀之也.旁溢,则水散而浅；返正,则水束而深.水行沙面,则见其高；水行河底,则见其卑.此既治之后与未治之先,光景大相悬绝也.每岁修防不失,即此便为永图.借水攻沙,以水治水.
阻与疏、益与杀、深与浅、高与卑本来是对立的概念,但在“河不两行”、“筑堤束水,以水攻沙”的条件下实现了统一,由相反转而相成.潘季驯治河精辟地体现了对立统一的辩证思想.他对自己的治河方略充满了信心,将“束水攻沙”生动地比喻为“以水刷沙,如汤沃雪”,好像把一锅开水浇在雪地上一样,黄河泥沙问题将迎刃而解.
第二,潘季驯在“束水攻沙”的基础上进一步提出了“蓄清刷黄”.
《明史潘季驯传》对潘氏的主要贡献也作了“当藉淮之清,以刷河之浊,筑高堰束淮入清口,以敌河之强”的归纳.清代著名学者方苞(1668－1749)更高度评价潘季驯的这一治河措施：“《考工记》云：‘善沟者,水漱之.’明嘉靖中,潘公季驯以治河显名,论者以比禹功.其实不过引山东骆马诸湖之水入黄河东北岸,以荡其沙；引洪泽湖之水自清口入黄河西南岸,以荡其沙,用是黄运安流百有余年.”
对多沙河床中巨石运动规律的认识
中国华北平原诸河多沙,黄河更以其高含沙量位居世界诸大河之冠.因此,河流泥沙运动力学起源于我国是顺理成章的.不过流传下来的文献资料却不多,尤其是有丰富实践经验的治河工人的理论总结不多,但在有关文献的零散记载中确有真知灼见者.
清乾嘉时代的著名学者纪昀(1724－1805)在其《阅微草堂笔记》中记载了一篇极为精彩的故事,文字朴素简练,兹照录如下：“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.是非木柿,岂能为暴涨携之去用石性坚重,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！
石兽沉于沙质河底,是向下游移动,向河底沉降,还是向上游滚动前两种人“据理臆断”,结果背离石块运动的客观规律,只有长年累月在河道上观察,有丰富河工经验的老河兵,才能从理论到实践圆满地解决了这个问题,并顺利找到了沉落的石兽.其中老河兵分析石兽在沙质河床上的运动状态的文字尤为精彩和准确,并为现代泥沙运动模型试验研究所证实.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,中刷底沙,形成冲坑.冲出之底沙大半被水流带走,少部分堆积石块后部,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(如图5).
[飞沙堰：应用弯道环流侧向排沙理论的实例]
岷江是一条推移质泥沙含量大的河流.位于岷江出山口下游的都江堰能够成功地运转两千多年,重要的经验是历代遵循着“深淘滩,低作堰”的六字诀,其中“深淘滩”指的是每年春天要按照经验高程,疏浚鱼嘴前面凤棱窝一带的内江河床；而“低作堰”则是强调控制内江右岸鱼嘴下游飞沙堰的高程.近代的经验一般规定飞沙堰堰顶高程只需高出河床2米左右,以免影响飞沙堰的排沙效果.
飞沙堰之所以能够飞沙,是由于利用了这段弯曲河床形成的弯道环流的缘故(见图6,图7).而都江堰的飞沙堰恰恰设置在这个弯道的下游凸岸,高程又较低,因此在大水期间,飞沙堰不仅可以侧向溢流,以保证内江宝瓶口进水不至于过多；而且利用弯道水流的横向输沙作用,还可以加大飞沙堰排沙量,减少进入宝瓶口的沙卵石,减轻灌区和风窝处的清淤负担,可谓一举两得.此点已为四川省水科所实验验证.古人的智慧于此又可见一斑,切不可等闲视之.
[阮元提出黄河入海口延伸对下游河床淤积影响的理论分析]
清代后期对黄河河道特性和冲淤规律的认识有新的进展.道光初年著名经学家阮元(1764－1849)写了一篇《黄河海口日远、运口日高图说》的文章.在其中详细阐述了河道延伸与黄河河床抬高之间的关系.他指出：“乾隆初年之海口,非康熙初年之海口矣.嘉庆初年之海口,非乾隆初年之海口矣,盖远数百里矣.”
这是由于黄河挟沙入海沉淀于海口,海岸线逐渐向海中延伸的缘故.他进一步分析由于海口外移,河道延伸,河流纵比降势必自动调整和变缓,因而河床也必将随之抬高.
他说：“夫以愈久愈远之海口,行陕州以东之黄河,自中州至徐淮二府,逐里逐步无不曰加曰高.低者填之使平,坳者填之使仰,此亦必然之势也.”
也就是说,黄河出山陕峡谷一端和海口另一端的高程是相对固定的,然而由于侵蚀基点向海中延伸,将打破原来的；中淤平衡.随着河流纵比降的变缓,河流输沙能力相应降低,泥沙淤积将使得河床低者抬高,而洼者补齐,从而达到新的平衡.而随着海口进一步外延,平衢再一次被打破,从而导致“逐里逐步无不曰加曰高”的结果.
于是他认为,“运口昔日清(淮河)高于黄(河),今常黄高于清者,岂非海口日远之故乎”.阮元还绘图说明以上见解(见图8).
关于西方科学思维与我国传统科学思想特点的初步讨论
由上可知,我国与古希腊与罗马帝国的水利科学的发现与发明,时间上虽有先后,其总体水平则可以比肩而立.我国水利的发展虽晚于巴比伦、埃及等文明古国,比起奴隶制高度发达的古希腊也略逊一筹,但中国却较早地完成了向封建社会的过渡,生产关系的变革有力地推动了水利工程建设,以至从春秋战国开始,大规模水利工程建设,如芍陂、漳水十二渠、部江堰、郑国渠等大型溜溉工程相继完成,秦汉时期治理黄河和兴建跨流域运河的工程,都已显示出中国水利科学技术在世界的领先地位,这种领先的势头一直持续到十五世纪.
此后,以欧洲文艺复兴为代表的资本主义的兴起,极大地推动科学技术的进步,科学开始分化为自然科学和社会科学两大部类,而每一部类又逐渐分化为诸多学科,由于学科的分解,有利地推动了科学的深入和发展,生产力突飞猛进,它使我们直接感受到丰富多彩的物质生活,以及使得久远以来人们上天入地的梦想成为现实.十八世纪产业革命以来西方水利获得飞速的发展,其水利科学技术也领先于世界.
在古代四千年治水活动中,我国传统水利取得了光辉的成就和在世界水利史上的先进地位,与此同时,传统水利也显现出明显的弱点.传统水利科学技术的弱点表现为理论概括不够,定量分析不多和实验观测少.
第一,重视实践经验,而疏于理论概括.和古希腊为代表的欧洲传统科学技术比较重视理论问题有所不同,我国传统科学技术的显著特点表现在重视解决实际问题.经学家阮元在编写古代科学家传记时说到,传统科学“但言其当然,而不言其所以然”.当然科学技术的进展没有理论思维是不可想象的,例如在中国封建社会初期,科学技术的理论总结就取得了相当的成绩.但从总体看来则仍然显现出主要是经验性或描述性的科学形态的特点.
第二,定量分析较少,即使类似潘季驯《河防一览》、靳辅《治河方略》这样的大家著述,对传统水利的认识也停留在对现象的直接观察上,局限于定性分析和趋势的描述,未能应用当时已有较高水平的数学,进行量化并进而上升到理论公式.明末著名科学徐光启对于水利工作中不重视数学和测量的应用曾有中肯地批评.他在所撰《漕河议》中强调数学应用的重要,认为无论研究当前水利形势或监测日后演
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