中国科学家发明家的故事-第2章
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理岷江的宏伟规划。
开凿玉垒山
李冰经过实地考察和勘测，决定先把玉垒山凿开一个缺口，使岷江的水
分流一股到山的东边去，既可以分洪减灾，又可以引水灌田，一举两得。
凿山开始了，当地民众积极参加，很远就能听到开山人们的欢声笑语和
叮叮当当的凿石声，很是热闹。
但开工不久，一根根铁钎折断了，一个个铁锤打秃了。由于玉垒山的石
质坚硬，凿山非常困难，工程进展极其缓慢。李
冰号召大家出主意想办法。他听取并采纳了一位石匠提出的方法：先在岩石
上开一些槽，在槽中和天然的石缝里填满干草和树枝点火燃烧，然后趁热浇
泼冷水，使岩石爆裂，这样开凿就省力多了。据说当时火光映红了天空，巨
石的爆响声震憾着山河，玉垒山终于被凿开了约20 米宽的山口。山口的形状
像个瓶口，人们叫它“宝瓶口”。
在宝瓶口的右侧是玉垒山分离出来的一堆岩石，称做“离堆”。后人在
离堆北端修建了伏龙观。传说李冰父子治水，曾制服岷江孽龙，锁于离堆下
伏龙潭中，北宋初定名伏龙观。后来不断重修，自前至后逐级升高，后殿最
高处为观澜亭，登临亭上可远眺索桥、鱼嘴及西岭雪峰。大殿内有李冰石刻
雕像。现在离堆已建成了公园，到这里旅游的人络绎不绝。
玉垒山开凿成功了，人们欢欣鼓舞。等洪水到来时，成千上万的人跑到
山顶上观望，李冰也在其中。他发现宝瓶口地势高，流入宝瓶口的水量不多，
分洪的效果不理想，洪水大时西岸仍然会发生水灾。这使他很焦虑，李冰父
子再次对岷江进行详细的调查和勘测，一个宏伟的筑堰方案又制定出来了。
筑成都江堰
李冰父子制定的宏伟方案，就是要在距离玉垒山稍远的江心修筑一道分
水堰，把岷江的水在玉垒山面前分成两股，使其中的一股进入宝瓶口。
在两千多年前要在浪涛翻滚的江心筑起一道大堰来，谈何容易。开始李
冰父子带领民众用往江心抛石筑堰的办法，石头小，水一冲即走，用大石块
投入，也被冲得东摇西晃，多次试验都没有成功。李冰毫不灰心，继续寻找
新的筑堰办法，他带领儿子二郎和几个随行人员逆江而上，再次走访考察。
他在一条小溪边，发现几个洗衣妇女，为了将浅浅的溪水聚深，她们有
的把衣服放在竹篮中堵住水，有的在竹篮里放上一块竹席头，再装上石头挡
住水流，形成一个小小的“水坝”。李冰受到启发，立刻想到竹笼装鹅卵石
筑堰的方法。
李冰已经见到漫山遍野的竹子和就地可取的卵石，便马上回来发动民众
砍伐竹子，请来竹工编竹笼，开始做用竹笼装鹅卵石在江中筑堰的试验。他
发现竹笼小了是不行的，就让竹工编成长三丈直径两尺的大竹笼，装满鹅卵
石，然后一个一个地沉入江心，终于在江心筑起了一条狭长的小岛似的分水
大堰。
岷江水在这里分成两条支流。大堰西边的江水，流经原来的水道，为岷
江的本流，人们称它为外江；在大堰东边水道的水，流经宝瓶口后，再分成
许多大小沟渠、河道，组成一个纵横交错的扇形水网，灌溉成都平原的千里
农田，最后通向长江的另一条支流沱江，人们称它为内江；大堰前端伸出一
个尖头，指向岷江上游，远望好像一个大鱼头，取名叫它“鱼嘴”。大堰两
侧垒砌了大卵石护堤，靠内江的一侧称为“内金刚堤”；靠外江的一侧称为
“外金刚堤”。大堰筑成以后，从根本上消除了岷江流域的水旱灾害，这里
的人们都可以安居乐业了。李冰给大堰起名叫“都安堰”，后来改称“都江
堰”。
为了加强大堰的分洪减灾作用，李冰又指导民众在鱼嘴和离堆之间修建
了“平水槽”和“飞沙堰”。平水槽是在鱼嘴的尾部和飞沙堰之间用以调节
内、外江水量的一条水道。飞沙堰在宝瓶口对面，它是用竹笼装鹅卵石堆砌
成的低堰，堰顶比堤岸低一些，高度适宜。洪水季节内江水量过大时，过剩
的水可以漫过飞沙堰流到外江去，保障了内江灌溉区免遭水灾。
都江堰整个水利工程是由分水鱼嘴、宝瓶口和飞沙堰三个主要工程组成
的。它的规模宏大，地点适宜，布局合理，工程规划相当完善。分水鱼嘴、
飞沙堰和宝瓶口联合运用，能按着灌溉防洪的需要，分配洪水季节和枯水季
节的水流量。李冰还让石匠做石人立在内、外江的进水口中，用来观测水位，
要“水竭不至足，盛不没肩”。显然石人是起着测水标尺的作用。
按现代水利工程的原理看，飞沙堰有滚水坝的作用，宝瓶口有节制闸的
功能，成功地运用了堰流原理，控制分水流量。这是我国历史上第一次采用
中流作堰的宏伟水利工程。
深淘滩，低作堰
都江堰是把防洪与灌溉结合起来的综合性大型水利工程。李冰认为要彻
底消除岷江的水患，还必须解决泥沙沉积淤塞河床的问题。于是又制定出科
学的“深淘滩，低作堰”的岁修原则和岁修方法。人们称之为治水的三字经
或六字诀。“深淘滩”是指淘挖淤积在江底的泥沙要淘到一定的深度。为此，
李冰请石匠做石犀，埋在内、外江中，作为淘滩的深度标准，每年淘挖江底
泥沙要见到石犀为止。“低作堰”是指飞沙堰堰顶要低一些，以免泄洪不畅。
后人将这六字诀刻在为纪念李冰父子而建的二王庙的石壁上，很是醒目。
李冰还集中群众智慧，采用简便易行的用杩槎截水断流的方法，进行淘
滩和维修堰堤。杩槎是用竹索将三根大木桩绑成的三角架。把一个个杩槎排
列在江中，上面压上装满鹅卵石的竹笼，在迎水一面绑上竹席，再培上粘土
和沙石，便成了一道临时的挡水坝，挡住水流。每年从霜降水量较小的时候
开始，先在外江进水口截水断流，使外江水全部流入内江，挖出外江河道淤
积的泥沙和整修堤坝。到立春季节外江岁修完工，再将杩槎移到内江进水口，
使内江水全部流入外江，然后挖出内江和灌溉渠水道里淤积的泥沙，同时进
行平水槽和飞沙堰的维修工程。清明节前全部岁修完毕。而后便根据内江的
需水量，逐渐拆除杩槎，放水灌溉。每年的清明节都要举行隆重的放水仪式，
成千上万的人们聚集在江边观看放水的盛况，欢庆征服自然的胜利，同时也
是表达对李冰父子修堰治水巨大贡献的纪念。
“川祖”
都江堰的建成，不仅消除了岷江流域的水患，而且方便了航运。由于水
流平稳了，江上的船只可以自由航行，岷山出产的木材梓、柏和大竹就能源
源不断地运出蜀郡，促进了岷山的开发和蜀地经济的发展。特别是灌溉了成
都平原及周围14 个县的农田，面积达300 多万亩（现800 多万亩）。彻底改
变了成都平原的面貌，把原来的水旱灾区变成了“水旱从人，沃野千里”的
富饶粮仓，粮食运往全国各地。人们常说：“四川粮，天下尝”。其实，早
在李冰时蜀郡便获得了“天府之国”的美称。
李冰父子在蜀郡除兴建都江堰外，还主持疏通了沱江、洛水、青衣江，
以及修筑桥梁、开凿盐井等工程，为蜀郡人民创造了良好的生产和生活环境，
深受人民的尊敬和怀念。至今四川人民尊称李冰为“川祖”，并且在都江堰
东岸修建了一座“二王庙”。里面有李冰父子的塑像，高达数米。庙的四周
古木参天，林荫蔽日，已经成了游览避暑胜地。到过四川的人们几乎都要去
那里游览参观，缅怀李冰父子的功绩。
都江堰虽然修建于两千多年前，可是它的规划、设计和施工方法都具有
高度的科学性和创造性，在中国古代许多宏伟的水利工程中首屈一指，在世
界上也是罕见的奇迹。
由此，可以看出李冰是我国古代一位掌握了丰富的科学知识，以科学的
态度和方法，在实践中经过千辛万苦的努力而造福于人类的杰出的水利专
家。
（王惠贞）
张衡
——东汉时期著名科学家
（公元78～139）
当你走进中国的天文馆、地震馆、科技馆以至历史博物馆，都可以在展
厅的显著位置，看到一位远在1800 多年前，我国东汉时期著名科学家——张
衡的成果。他改制浑天仪，创制候风仪、地动仪，不仅是伟大的天文学家，
天才的机械制造家，而且还是才华横溢的文学家和唯物主义思想家。这位文
化巨人刻苦成才的历程和杰出的贡献，千百年来一直受到世人的敬仰。
有志人勤奋好学
张衡于公元78 年出生在河南。他的祖上是南阳著名的大族，“其先出自
张老，为晋大夫”。到他的曾祖父时期仍是个大地主。祖父张堪有很好的品
德，年轻时曾因“让先父余财数百万与兄子”，受到光武帝刘秀的嘉许。张
堪16 岁时就被推荐到当时的京城长安受业。他天资聪慧，学业出众，京城里
很多老学者都赞誉他为“圣童”。
张堪生前为官清廉，没有积蓄，他一去世，家境便很快衰落下来，到张
衡幼年时期，已相当清苦了。建初年间（公元76～84 年），南阳发生灾荒，
米价昂贵，很多人都弃家出外谋生。一些和张衡的祖父有过交情的朋友，听
说张堪去世后，家中生活很窘迫，曾“自往候视，厚赈赡之”。随着祖父早
年的朋友相继去世，张衡家境愈益贫苦。
张衡的先人去世早，失去了靠祖荫入仕的条件。张衡想要改变这种贫困
的家境，又不愿攀附权贵、打通关节去乞怜，便立志靠自己勤奋努力。他学
习特别刻苦，达到“如川之逝，不舍昼夜”的程度。
张衡天资颖慧，勤奋好学。在他上学的书馆里，尽管他年龄小，可他读
书多，成绩好，除了完成老师所教的功课外，还大量阅读课外书，少年时期
便很会写文章，得到乡里邻人的称赞。他还对社会生产、生活中的事物，留
心观察，勤问多思。因此他对问题的看法从小就有自己的主见，不随声附和。
当时盛行游学的风气，这正好能满足张衡好学的意愿，于是在他17 岁那
年，便只身离开家乡，踏上了旅行求知的征程。
张衡有宏伟的抱负，他希望自己能干一番轰轰烈烈的大事业，所以他就
抓紧青年时期宝贵的时间，不知疲倦地学习。后来他在《应闲》一文中曾说：
“一个人不应担心自己地位不高，而应该担心自己道德是否高尚；不应当为
收入菲薄而害羞，而应当为知识不广博而耻辱。”所以张衡的学习内容不受
仕途所需的局限，天文、地理、气象、历算等等他无所不学，其中尤其爱好
文学。他的好友崔瑗说张衡：“没有他不学的学问，没有他不请教的老师，
为一物不知以为耻，听到有教益的话他就非常高兴。”
知识渊博的“南阳通人”
当张衡在家读书的时候，也就是汉安帝永初二年（公元108 年），张衡
的同乡大将军邓骘要征聘他当自己的幕僚。但张衡不愿意去为大官僚装璜门
面，而要做一个有扎实学问的人，所以邓骘几次征召，他都婉言谢绝了。他
潜心研究了西汉末年大辞赋家扬雄的《太玄经》。这部书引起他极大的兴趣，
使他由文学创作转到对科学、哲学的研究上来。
《太玄经》是仿《易经》的体裁而作的，道理很深，文字难懂，学者们
很少有敢于问津的。扬雄没有想到，他死后近百年竟遇到知音。张衡如醉如
痴，夜以继日披读“太玄”，不断为扬雄的深刻哲理而赞叹，并埋头注释《太
玄经》。他一字一句深究细考，体会扬雄的微言大义，还作了《玄图》，形
象地解释玄理。现在看来，扬雄的“太玄”属于二元论的思想体系。但他指
出事物不是固定不变的，而是有发展、有变化的。这种朴素的辩证唯物思想
倾向对张衡的影响很大。
《太玄经》中还涉及到很多有关天文、历算等方面的知识，这些知识引
起了张衡极大的兴趣。但这些知识在《太玄经》中讲得都很简略，这对“为
一物不知以为耻”的张衡来说，是不能满足的，从而激起了他进一步钻研探
讨的欲望。自此以后，他三年苦读，逐字逐句地琢磨《太玄经》义，直到弄
懂弄通，为研究天文、历算等自然科学问题铺垫了理论基础。
与此同时，张衡还精心研究了《墨经》。《墨经》是墨子后学进一步发
展墨子思想学说的重要著作，概括了墨家关于认识论、逻辑学、经济学和自
然科学的研究成果，其中包括我国最早的关于几何学、力学和光学方面的一
些知识。自从汉武帝“罢黜百家、独尊儒术”以来，墨家经典早已湮没无闻，
仕途利禄之人绝不问津，而张衡却能冲破儒家经典的束缚。他为了求得切实
的学问，黄老、阴阳、儒、墨、道家无所不学，从中获得了别人不可企及的
丰富的知识。
张衡对地理科学也很有研究，还曾画过地形图。据唐张彦远《历代名画
记》载，“衡尝作地形图，至唐犹存”。
张衡的名气越来越大，他不但是文学上的歌赋大家，而且还是“中世阴
阳”之宗，对天文、地理、历算、绘画等也很精通。他几乎无所不知，无所
不晓，被众人誉为“南阳通人”。
太史令巧制浑天仪
汉元初二年（公元115 年），汉安帝听说张衡在天文上有高深的造诣，
就任命张衡为太史令，在九卿之一太常手下掌管“天时、星历”。张衡接任
太史令以后，立即来到坐落在洛阳平昌门南的灵台。张衡登上灵台顶端，仰
观天象，真是心旷神怡，有飘飘欲仙的感觉，他要在这里施展出他的聪明才
智。
很快，张衡就发现，灵台的建筑虽然雄伟，但观天象的仪器却很陈旧，
年久失修，不堪应用。他决定重新修造，特别是浑天仪，这是形象地体现浑
天学说的一种重要的天文仪器，更应该好好地加以修改研制。
“浑天仪”，类似于现在的天球仪，用精铜铸成，主体是一个球体，代
表天球。球体可以绕天轴转动。天轴和球面有两个交点，一个是北天极，一
个是南天极。在球的表面上列有28 星宿和其他恒星。
球面上还有天球赤道圈和黄道圈，二者成24°夹角，分列有24 节气。
球体外面有两圆环，一个是地平圈，一个是子午圈（通过南北天极和天顶的
圆环）。天轴支架在子午圈上，和地平圈斜交成36°角，这也是浑天仪坐落
处的洛阳地区的北极仰角及地理纬度。
为了使“浑天仪”能自行运转，张衡采用齿轮系统把浑天仪和计时用的
漏壶联系起来，利用漏壶流水的力量推动齿轮，带动球体运转。通过恰当地
选择齿轮的个数和齿数，巧妙地使浑天仪一昼夜运转一周，把天象变化形象
地演示了出来，也被称为水运浑象。
水运浑象是世界上第一架有明确记载的用水力发动的天文仪器，其中应
用的齿轮系和凸轮机构在当时可以说是相当复杂的。
张衡还写出了《灵宪》、《灵宪图》、《浑天仪图注》等天文学著作。
他在《灵宪》等著作中，阐述了无限宇宙的思想，解释了月亮反射阳光和月
食发生的原因。他对2500 颗恒星的观测记录和“周天三百六十五度又四分之
一度”的计算结果，其精确程度为近、现代天文学家所称道。
破迷信敢知“龙王”动向
古代巫师和方士经常制造一种隐语或预言，充当上天给人们的某种�
