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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078179]
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五 地理学的成就和大运河的开凿
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隋唐统治者对编纂全国性的地理著作以了解和掌握全国各地的山川、物产、户口、风俗等情况，较为重视。这时编修的地理著作是以“图经”的形式为主。“图”指地图，“经”是配合地图的文字说明，“图经”即由地图和文字说明两部分组成，而文字说明部分包括的内容比图更为广泛，是对以《汉书·地理志》为代表的传统地理学体系的丰富和发展。现在见于著录的最早的图经是东汉时修撰的《巴郡图经》。到了隋唐，图经著作才大量出现。隋炀帝执政时，曾“普诏天下诸郡，条其风俗物产地图，上于尚书”【42】，汇集成《诸郡物产土俗记》151卷，《区宇图志》129卷，《诸州图经集》100卷。《区宇图志》“叙山川则卷首有山水图，叙郡国则卷首有郭邑图，叙城隍则卷首有公馆图”【43】。唐代的全国性、地区性和关于边疆及外国的地理著作更是大量出现，地图的著作亦有不少问世。这些著作中，以贾耽、李吉甫、僧玄奘的著作最为著名。对海陆变迁、潮汐的认识以及大运河的开凿，则反映了当时人们关于地理学知识的新成就。
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贾耽及其贡献
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贾耽（730—805），字敦诗，河北沧州人，曾任宰相。他一生嗜好读书，年老更加勤奋，对于地理尤其熟悉。他见到域外的使者和出使外域的人，都热心地向他们探查各地风俗，询问其山川土地的情况，坚持了三十年的学习、调查，“是以九州之夷险，百蛮之土俗，区分指画，备究源流”【44】。贾耽经历了“安史之乱”，对“安史之乱”后唐朝一些疆域的丧失深感痛心，热切盼望着能尽快收复失地。他制作的地图和著述的地理著作，正寄托着这一心愿。他最重要的创作是其所撰的《古今郡国县道四夷述》40卷，和他于785年奉唐德宗之命着手绘制，并于801年完成的全国大地图——《海内华夷图》。《海内华夷图》是我国历史上著名的地图，图的画法师承裴秀的制图“六体”，图广3丈，纵33尺，比例尺为一寸折成百里（即1∶1800000）。图中以黑色书写古时地名，以红色书写当时地名，使“今古殊文，执习简易”【45】，这是制图史上的一项创新，为后世的历史沿革地图所沿用。贾耽的地图虽已失传，但它在唐宋时期是影响较大的一幅全国性地图。唐时的李该还画有彩色的《地志图》，图中绘有山岭、河川、城郭、道路、险要以及乾象分野等，可惜这地图亦早已亡佚。
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李吉甫和《元和郡县图志》
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李吉甫（758—814）字弘宪，赵郡（今河北赵县）人，曾任唐朝宰相。他晚年著有《元和郡县图志》54卷，“分天下诸镇，纪其山川险易故事，各写其图于篇首”【46】，记述了当时全国10道所属州县的沿革、通道、山川、户口、贡赋和古迹等。篇首附图于南宋时已佚亡，因而往后来便被略去“图”字，以《元和郡县志》为名。《元和郡县志》是唐时一部重要的全国性地理著作。李吉甫鉴于以往地理著作所存在的缺欠，“尚古远者或搜古而略今，采谣俗者多传疑而失实，饰州邦而叙人物，因丘墓而征鬼神，流于异端，莫切根要”，他从国家政治、经济和军事管理的需要出发撰写这部地理书，是为提供政治和军事所必需的地理知识，“扼天下之吭，制群生之命，收地保势胜之利，示形束壤制之端”【47】。《元和郡县志》是现存最早的魏晋以来所著述的全国性地理书，它继承和发扬了《汉书·地理志》的传统地理学体系并对后世全国性地志的编纂影响很大，《四库全书总目提要》称其“体制最善，后来虽递相损益，无能出其范围”。
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图6－8 玄奘旅行路线图
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玄奘和《大唐西域记》
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随着中外交通的发展，有关祖国边疆地区和国外的地理著作，不断有人著述。唐高宗时，曾遣使分往西域各地“访其风俗物产，及古今废置，画图以进”【48】，由许敬宗于658年撰写成《西域图志》60卷。继东晋名僧法显所著的《佛国记》之后，唐初名僧玄奘口述，辩机笔录的《大唐西域记》是一部关于我国西北部边疆地区和中亚、南亚的重要地理著作。玄奘（596—664）俗名陈祎，洛州缑氏（河南偃师缑氏镇）人，是一个著名的佛教学者和旅行家。他于唐太宗贞观元年（627年）或三年（629年）秋离开都城长安，西行取经，历经了无数艰难险阻，饱经风霜，以顽强的意志，孤身长途跋涉五万多里，足迹遍及中亚和南亚当时的110个国家和地区，“见不见迹，闻未闻经，穷宇宙之灵奇，尽阴阳之化育”【49】，于贞观十九年（645年）正月回到长安，完成了世界史上一次伟大的旅行壮举。回到长安后，唐太宗即让他修书，“以示未闻”【50】，第二年玄奘完成了著作《大唐西域记》。书中以文雅生动的笔法，记述了他亲身经历的110个地区和国家，以及传闻中的28个国家地理位置，历史沿革、风土人情、山川、物产、气候及宗教等情况，对地理知识的发展和传播，对促进当时的中外交通，都作出了重大的贡献，至今仍是研究中亚、印度和巴基斯坦等地历史地理的重要文献。
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对海陆变迁和潮汐的认识
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关于海陆变迁的思想，虽在唐代以前已经产生，如葛洪在所著《神仙传·麻姑传》中，记载一位女神仙麻姑与王方平的对话说，自“接待以来，已见东海三为桑田”等语，但不见有对这种海陆变迁思想的科学论证。唐代宗大历六年（771年），颜真卿（709—785）任抚州刺史的时候，在今江西省南城县的麻姑山顶一座古坛附近发现了螺蚌壳化石，他认为这就是沧海桑田变化的遗迹，于是写成《抚州南城县麻姑山仙坛记》【51】一文，其中在引述了葛洪所记沧海桑田的故事之后，随即指出在南城县麻姑山顶的“高石中犹有螺蚌壳，或以为桑田所变”，并“刻金石而志之”。颜真卿以实地观察到的事实，为海陆变迁的地质思想，第一次提供了实物的证明。后来，北宋的沈括和南宋的朱熹把对海陆变迁的认识又推进了一步。
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我国有漫长的海岸线和海疆，生活在沿海的人民，在长期的劳动生活和航海实践中，积累了关于海洋、潮汐的丰富知识。东汉王充关于潮汐随月球运动而变化的思想已如前述，到三国时，地处东海之滨的吴国，已有关于潮汐的专著《潮水论》问世，但早已散佚。唐代随着天文学和航海业的发展，对潮汐的认识也达到了一个新的水平，出现了窦叔蒙论海潮的专门著作《海涛志》。
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窦叔蒙，浙江人，生平不详，他的著作《海涛志》，又名《海峤志》，全文共6章，成书于8世纪中叶，是我国现存最早的潮汐专著。他从长期细心的观察中，对于潮汐变化与月球运动之间存在有一定客观规律性的认识作了更深入地描述。他指出“月与海相推，海与月相期，苟非其时，不可强而致也，时至自来，不可抑而已也”。潮汐相应着月球运动而变化，“轮回辐次，周而复始”【52】。在《海涛志》中，记述了每日有两次潮汐涨落，每月有两次大潮出现于朔望时期，有两次小潮出现于上下弦时期；在一年之内也有两个大、小潮期。窦叔蒙通过精密的计算，得出一个潮汐循环所推迟的时间为50分28.04秒，这个数据与现在计算正规半日潮每日推迟50分钟极为相近。为了说明潮汐的运动规律，窦叔蒙还创立了科学的图表表示法。在《海涛志·论涛时》中具体记载有制图的方法，图上列有月亮圆缺的情况，画出相应的潮汐变化图，从图中可一目了然地看出潮汐“循环周始”的变化规律。窦叔蒙的《海涛志》反映了8世纪中叶，我国对潮汐的成因和变化规律，不仅已有科学的定性认识，而且对来潮时间也有较精确的定量认识。与窦叔蒙同时代的封演，也从“日夕观潮”的实际观察中，认识到潮汐与月球运动的关系，是“潜相感致，体于盈缩”。特别是他提出了涨潮时间每日推迟，“至月半则月初早潮翻为夜潮，夜潮翻为早潮”，持续下去，“渐转至月半之早潮复为夜潮，月半之夜潮复为早潮”，从而得出了“凡一月旋转一匝，周而复始，虽月有大小，魄有盈亏，而潮之月，无毫厘之失”【53】的结论。这种思想和认识也是相当正确的。
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大运河的开凿和利用
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为了加强对南方的政治、军事控制，并漕运南方的粟米丝帛，以满足中央政权机构的需要，隋唐统治者发起了运河的大规模开凿。开皇四年（584年），隋文帝为解决交通运输的困难，“令工匠，巡历渠道，观地理之宜，审终久之义”【54】，进行勘查，接着令宇文恺率水工开凿广通渠，“决渭水达河，以通运漕”【55】，把渭水由大兴城引至潼关，长三百余里，使“转运通利，关内赖之”【56】。隋炀帝当政后，在兴建东都洛阳的同时，又发起开凿以洛阳为中心的大运河工程。大业元年（605年），征发河南、淮北一百多万人开凿通济渠，自洛阳引谷水、洛水至黄河，又从板渚引黄河水，疏通莨荡渠故道入淮河。另又征发淮南十几万人疏通邗沟，由山阳（今江苏淮安）引淮河水经扬子（今江苏扬州南）进入长江。这个工程“水面阔四十步，通龙舟。两岸为大道，种榆柳，自东都（洛阳）至江都（扬州），二千余里，树荫相交”【57】，沿岸边建有驿站和离宫，工程于当年秋完成。大业四年（608年），又征发河北一百多万人开凿永济渠，引沁水南通黄河，北达涿郡（今北京），长两千多里。大业六年（610年）再开江南河，由京口（今江苏镇江）引长江水直通余杭（今浙江杭州），进入钱塘江，全长“八百余里，水面阔十余丈”【58】。大运河工程浩大，动用数百万民工，全长四五千里，沟通了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系，是世界水利史上的伟大工程之一。从现代的眼光看，这样巨大的工程，又穿越复杂的地理环境，从设计、施工到管理，要涉及测量、计算、机械、流体力学等多方面的科学技术知识，要解决一系列科学技术上的难关。这项工程的完成，反映了我国古代劳动人民的聪明才智和创造精神。
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图6－9 隋运河图
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大运河开凿之后，成为我国南北交通的大动脉，对于加强南北的联系和经济交流，促进祖国的统一和发展祖国的经济文化，都发挥了积极的作用。自从大运河凿通以后，运河中“商旅往返，船乘不绝”【59】。唐朝前期还利用大运河和南方河流、湖泊构成一个水道网，“天下诸津，舟航所聚，旁通巴汉，前指闽越，七泽十薮，三江五湖，控引河洛，兼包淮海。弘舸巨舰，千轴万艘，交贸往还，昧旦永日”【60】。运河两岸，商业都市日益繁荣，杭州、扬州、镇江等成为物资和人文荟萃的繁荣城市。
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唐政府为了漕运江南的粮食和物资到关中，以供唐政府之用，很重视运河漕运的组织管理工作。733年，唐玄宗听从裴耀卿的建议，采用分段转运法，从而缩短了漕运的时间，减少覆溺的损失，提高了运输效率。代宗时，刘晏又再次整顿漕运，采用疏浚运河，建造坚固的船只等有效措施，避免了以往漕粮经常耗损十分之二以上的情况。漕运的畅通，保证了唐政府的财政费用，对维护和巩固唐政权的统治起了重要的作用。
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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078180]
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六 算经的注释和数学的发展
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由于农业、工商业的发展，城市建筑、运河水利工程的大规模兴建以及天文学进步的需要，这个时期的数学在前代所取得的巨大成就的基础上，持续地向前发展，并为宋、元时期的数学发展高潮奠定了基础。
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数学教育
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