秦汉科技史之地理学

地理学
　　（一）《汉书？地理志》的编纂
　　《汉书？地理志》是我国第一部用 地理 命名的地学著作。在这之前，地理 一词的含义是指地表的形态而言，并且 地理 与 天文 二者常被放在一定的关系上相提并论。如《周易？系辞》说： 仰以观于天文，俯以察于地理 ，《淮南子？泰族训》写道： 俯视地理，以制度量，察陵陆、水泽、肥墩、高下之宜，立事生财，以除饥寒之患。 这里不但指出了地理是研究大地的陵陆、水泽等情况，而且进一步说明了研究地理的目的是根据不同的地形条件，因地制宜地从事生产，以解决穿衣吃饭问题。《山经》和《禹贡》等著作描述了一定地区的山川、物产等的分布情况，它们虽不以 地理 命名，但却是我国最古老的地理著作。自《汉书？地理志》出现之后和在它所产生的影响下，我国地理学的发展又进入了一个新的阶段。
　　班固（公元３２- ９２年）著的《汉书？地理志》由三部分组成，卷首收录我国古代地理名著《禹贡》和《职分》二篇，这是对前代沿革的简单交待；卷末有刘向的《域分》和朱赣的《风俗》，作为附录；中间是主体部分，是班固的创作，这部分以记述疆域政区的建制为主，为地理学著作开创了一种新的体制，即疆域地理志。作者根据汉平帝元始二年（公元２年）的建制，以疆域政区为纲，依次叙述了１０３个郡国及所辖的１５８７个县、道、邑、侯国的建置沿革。在郡国项下，都记有户口数字，把这些数字加起来，就能得出汉平帝二年的全国人口数为５９５９４９７８人，这个数字虽不能说十分准确，但它却是当时全国各郡县户口数汇总而成的，具有一定的参考价值，同时，这也是最早的提供全国人口数字的一部史书。在县、道、邑、侯国的项下，则根据地区特点，分别选择有关山川河流、矿藏、物产、经济发展和民情风俗等等，各郡写法体例一致，便于对比、查找，为今天研究历史地理，提供了宝贵的史料。全书还记录了周秦以来许多宝贵的地理资料，如在上郡高奴县下记 有洧（ｗěｉ，音委，洧水，水名，在河南省）水，可（燃） ，这是最早的关于石油资源的记载；在西河郡鸿门县下记 有天封火井祠，火从地出也 ，这里所记的火井，就是天然气；据统计，它载有盐官共３６处，铁官共４８处，反映了当时盐、铁产地的分布情况；书中记水道和陂、泽、湖、池等，合计３００多处，记在发源地所在的县下说明它的发源和流向，较大的河流还记所纳支流和经行里数，这为了解古今水道的改变情况，提供了可靠的依据。
　　在《汉书？地理志》的影响下，后世以论述疆域政区建制沿革为主的著作不断涌现，例如２０部 正史 中，有地理志的共１６部，它们都是以《汉书？地理志》为典范写成的。自唐代以后编修的历代地理总志，如《元和郡县志》、《元丰九域志》和元、明、清的《一统志》等，都与《汉书？地理志》同为疆域地理志性质的著作。宋代以来，大量增加的地方志如各府志、州志和县志等，也无不受到《汉书？地理志》的影响。
　　《汉书？地理志》的写作，是在中央集权大一统的形势下出现的，并为统治者所欢迎和需要。从科学史的角度来看，《汉书？地理志》对于我国的地理学发展的影响是相当大的。一方面，它开辟了一门沿革地理研究的领域，这是值得称道的。但是另一方面，在它的影响下，地理学的研究忽视了对于山川本身的地貌形态与发展规律的探索。后来，地理学更多地涉及到历史学方面的内容，这也与《汉书？地理志》为地理著作所建立的体制有一定关系。
　　由于历代编修的疆域政区地理志是我国古代地理著述中最基本最重要的一部分，因此具有传统特色。如果这种传统可以称之为体系的话，那么古代地理学体系的形成是从《汉书？地理志》开始的。
　　（二）秦汉舆地图及测绘技术
　　秦灭六国后，收集了包括秦本身的七国图籍，集中贮存于关中咸阳，作为行政管理和军事用兵的依据。之后，为了加强全国的统治、发展驿道交通等需要，秦中央政府又把地图作为工具，曾收集大量图籍，不仅备有 天下 各处之地图，还有全国综合性的一统之图，作为全国军政用兵的准则和依据。
　　秦末，刘邦进兵关中，入咸阳后，大臣萧何首先收集了秦王朝图籍，藏于石渠阁，成为刘邦治理天下的参考。
　　《汉书？高帝纪》：高祖元年（公元前２０６年）， 沛公至霸上，……
　　遂西入咸阳，欲止宫休舍，樊哙、张良谏，乃封秦重宝财物府库，还军霸上，萧何尽收秦丞相府图籍之书。 《汉书？萧何传》又载： 及高祖起为沛公，何尝为丞督事。沛公至咸阳，诸将皆争走金帛财物之府分之，何独光入，收秦丞相御史律令图书藏之。沛公具知天下阨（è，通 厄 ）塞、户口多少、强弱处、民所疾苦者，以何得秦图书也。 《三辅黄图》卷６载： 石渠阁，萧何造，其下砻（ｌóｎｇ，音龙）石以导水，若今御沟，因为阁名。所藏入关所得秦之图籍。 萧何入咸阳后，他不去搜虏金银财帛，而是先收取秦王朝政府律令图书、天下图籍，并在京城修建了 石渠阁 ，善藏秘书要图，始创了 中国古代第一图库.由于汉收藏了秦图籍，掌握了全国山川险要，天下阨塞，以及物产的分布、经济的虚实、郡县户籍的数字、当时的社会情况等，因而在楚汉之争中，萧何以丞相的身份，留守于关中，负责输送士卒、粮饷，对刘邦战胜项羽，建立汉王朝起了重要作用。而且由于汉高祖刘邦通过萧何全盘获得了秦王朝行政管理所用的图籍，使汉立国后，行政区划、行政管理体制上基本上沿袭了秦代的郡统县的制度。萧何所收集的秦地图，在东汉班固所撰的《汉书？地理志》中还有所引用。
　　汉立国后，中央政府同秦一样，对地图的绘制、收集和管理等都非常重视。班固的《东都赋》载： 天子授四海之图籍 ，说明汉王朝曾建立和实行了由各郡国向中央定期呈送地图的制度。特别是汉武帝时对周边地区的战争，必然会促进地图的绘制；促使当时的汉中央政府，通令地方奏进地图，并汇集起来以备绘制全国总图。这些图籍秘书由帝王委派的御史中丞执掌。
　　中国古往今来通称地图为舆地图，或简称为舆图。从历史上看，舆地图的称谓开始于汉代。《史记》卷１１８《淮南衡山列传？索隐》引虞喜《志林》说： 舆地图，汉家所画，非出远古也。 这里的 舆 ，是尽载行事之意，即在舆地图上，尽量包罗当时的田赋、户口、行政、车乘等内容。我国史籍中关于汉代舆地图的记载很多。从史籍的记载得知汉代舆地图不仅汉代马援（公元前１４-公元１９年）、晋代裴秀看到过，其它，东晋虞喜的《志林》、北魏郦道元的《水经注》以及唐代徐坚的《初学记》等都曾提及汉代的舆地图。
　　关于汉廷应用舆地图和个人绘画地图的事，史书上也有不少有关记载。
　　《汉书？淮南王传》载： 日夜与佐吴等按舆地图，部署兵所从入。 《汉书？李广传》载： 陵于是其步卒五千人，出居延，北行三十里，至浚稽山止营，举图所过山川地形，使麾下骑陈步乐还以闻。 《后汉书？邓禹传》： 光武舍城楼上，按舆地图，指示禹曰：天下郡国如是，今始乃得其一。 《后汉书？皇后纪？明德马皇后》： 十五年（明帝永平十五年，公元７２年），帝按地图，将封皇子，悉半诸国。 《后汉书？李恂传》： 后拜侍御史，持节幽州，宣布恩泽，慰抚北狄，所过皆图乌山川、屯田、聚落百余卷。悉封奏上，肃宗嘉之。 说明当时地图广泛应用于军事，还按舆地图评定土地疆界、封建王国。此外，当时的地图测绘技术还有应用于农田水利。
　　如武帝时，水工徐伯就使用了以竖标测定漕渠路线的方法，东汉明帝时，王景治河，疏决壅塞，开凿山阜，进行了地形的测量，东汉末关于地图应用于军事方面的故事就更多了。
　　由于秦汉时科学技术有了较大的发展，使得地图测绘技术当时在世界上处于领先时期，测绘工作的基础数学已经开始形成了体系。我国测绘术萌芽于上古的夏禹治水，战国时使用较广泛，秦汉时测绘术已发展成理论完善、技术较为先进的广泛用于地图测绘的一门测绘技术了。开始时理论上主要建立在 勾、股、弦定理 的基础上，后来发展为 重差法.在技术上，创造和发明了基本的测量仪器和工具，其中测方向的仪器司南和测距离的仪器矩是这一时期主要的测量仪器。随着生产和生活的需要，研究出测定目标物高、远、大小的各种测量方法，这些都记载在《海岛算经》和《周髀算经》中，这是我国劳动人民在长期的测山、测海、开路、治水的测量实践中总结出的世界上最早的一部应用测量学，在世界数学史和测量史上具有极其重要的意义。
　　（三）马王堆汉墓出土的地图
　　１９７３年冬至１９７４年春，考古工作者在湖南长沙东郊马王堆发掘了一、二、三号汉墓，其中三号汉墓出土了３幅绘在帛上的地图，它们分别是地形图，驻军图和城邑图，根据与地图同时出土的一件随葬木牍的记载，有 十二年二月乙巳朔戊辰 字样，可以断定地图是汉文帝初元十二年（公元前１６８年）以前制作下葬的，迄今已有２１００多年历史。
　　地图按一定的比例、方位，详细地彩绘了西汉长沙国南部（今湖南、广东、广西等省区的衔接地带）的山脉、山峰、河流、水源、县城、乡里、道路、里程等，内容之丰富，勘测之精密，绘画之艺术，均显示了当时的高超水平，是我国现存最早的并以实际勘测为基础的彩色地图，并以其古老、精湛而名震中外，堪称为中国古典地图观止，被世界历史地理制图界人士誉称为 惊人的发现.马王堆出土的汉初地图，是目前世界上发现最早的以实测为基础的古典地图。它表明了我国２１００多年前地图科学的蓬勃发展和地图测绘技术的高度水平。
　　１。地形图马王堆汉墓出土的３幅古地图中，第一幅属于地形图，经过修复后的原图尺寸，长宽各９８厘米，成正方形。原图无图名，图例，亦未标注比例尺、绘制年代或任何说明文字。但地图本身的内容很丰富、详备，包括山脉、河流、聚落和道路等要素，从地图所表示的基本内容来看，它相当于现代的普通地理图或地形图。也就是汉代通常所称的舆地图。制图区域范围大致包括东经１１０°u33267X１１２°u65299X０′，北纬２３°u33267X２６°u20043X间，地跨今湖南、广东和广西三省衔接地带，地图的主区为西汉初年长沙国的南部，即今湘江上游潇水和南岭九嶷山一带，这部分绘得比较准确、详细。主区以外的邻区，尤其是南粤部分表示的内容则很粗略，这部分地区是当时南粤王赵佗的辖地，图的精准程度显然下降，特别是海岸线绘得很不准确，这主要是缺少具有较高水平的测量材料的缘故。整幅地图的比例尺经过对比量测估算，平均的概数为十八万分之一。
　　图上所绘聚落即居民点共有８０多个，分为二级：县级和乡里级，其中县级居民地共有８个，乡里级居民地，可辨认的有７４个。县城用方框表示，乡里用圆圈表示，注记写在框里，所用字体近于篆书和隶书之间，这表明地图所使用的符号已作了统一的设计。地图上大部分县城和一些主要乡里居民地之间都有道路联系，图上道路用粗细均匀的实线表示，个别道路用虚线表示，可以判读出来的道路共有２０多条。这幅地形图上山脉、河流的绘制也别具匠心，据统计，图上所绘的河流大小共３０多条，其中有９条主要河流注记了河流名。图上还标有冷水和澡水河源所在，河流的线状符号的表示如同现代地图，从上源至下游，线条由细变粗，例如图上最大的一条河流，河源部分线符粗０。１厘米，到营浦以下逐渐加粗到０。８厘米，水系绘制生动、合理，同现代地形图上的相应部分的水系相比，可以看出河流的分布、流向和弯曲情形大致相符，主、支流的关系明确，河流与山脉间关系处理得当，弯曲自然，河流交汇点的绘法合理，河流名称的注记在汇入主流的河口处，便利读图。
　　由此可见此图的绘制技术已相当高明且有条理。南岭地区山岭纵横交错或盘结成簇，该图采用闭合的山形线表示山脉的座落、山体的轮廓及其延伸方向，在闭合曲线内还附加晕线，使山脉十分醒目，所有山脉在图上皆未注其名称，但在图上九嶷山所在位置标注有 帝舜 和 深水源 五字，九嶷山是传说帝舜死后墓葬地舜陵所在，为当时的名山，因比图上绘画得特别明细，这里的山形曲线绘制成鱼鳞状，以表示其峰峦起伏耸立，又添了九条高低不等的柱状符号，大概是代表九座不同高度的山峰。
　　综观全图，此图的显著特点是水系表示得较为详尽而醒目，有的河流名称、河源、流向与现代实测地图基本一致；而该图山形地貌的表示，已不拘泥于通常的形象图画，而且用了闭合曲线来表示山体的范围、谷地、山脉延伸方向，并辅以侧视、俯视相结合的方法表示了九嶷山区耸立的峰丛，这与现代地形图上利用等高线，配合山峰符号的画法是相似的。尤其是在地图绘制技术方面，看来当时已有了初步的 制图原则 ，例如，对地图内容的分类分级、化简取舍，地图符号图式的设计，以及主区详邻区略等，有些原则至今还在应用。这充分说明了２１００多年前，中国的地图测绘已达到了很高的水平。
　　２。驻军图马王堆汉墓出土的第二幅地图是驻军图，长９８厘米，宽７８厘米，是用黑、朱红、田青三色彩绘成的彩色军用地图。其范围仅仅是地形图的东南部地区。比例尺大致是八万分之一至十万分之一左右，图面注记的字头方向不一致，也许为着便利使用地图的人们从四面观看地图。
　　驻军图的基本内容除山脉、河流、居民点和道路外，突出表示了九支驻军名称、布防位置和防区界线、指挥城堡、军事要塞、烽燧点、防火水池等地形要素。该图把有关军事方面的内容，用朱红色突出表现于第一平面，而河流等地理基础用浅色表示于第二平面，这与现代专门地图的多层平面表示法是相类似的。山脉的表示在图上也被化简为用单线（相当于山脊线）表示山脉的走向，而与地形图的山脉表示方法完全两样。这对于减轻非专门内容要素的载负量是有好处的，使地图明显易读。驻军图上至少有９个山头标注了名称，如留山、昭山、蛇山等，专门标注名称，或许是因为它们都是军事上制高点的缘故。图上的河流用淡色调的田青色标绘，大小总计有２０多条，其中１４条河流在其上源注记河名，如：大深水、资水、如水等。
　　居民地和道路在驻军图上作为与军事驻防有密切关系的地图内容要素来表示。全图注有名称的居民地至少有４９处，大多数用红色圈形符号表示，地名注于圈内，一般旁注居民户数，户数最多的龙里１０８户，最少的资里１２户。此外，一部分居民地旁注 不反（返） ，一部分居民地旁注 今毋（无）
　　人 字样，该是当时因军事驻防需要而进行调查后记载下来的实际情况；还有一些居民地如 胡里 旁注 并路里 ， 诱里 旁注 并波里 ，看来是为了军事需要，当时实行了 移民并村 的措施。道路在驻军图上也作了突出的表示，用红点线标绘，有的还注明了里程数。
　　驻军图重点表示的军事内容是九支部队的设营地。它们包括周都尉军两支、徐都尉军四支、司马得军两支、桂阳□□军一支，共九支驻军。在图上用黑、红两色双线勾框、突出表示，框内标出驻军名称。各支驻军营地大多选择布设在河谷地带内的制高点上。地图中央绘有三角形的城堡，内注 箭道 字样，它是驻军图上的中心城堡，是各支军队的总指挥部。从图形上分析，属于城堡一类，它的位置正当大深水河谷几条支流的汇合点上，三面环水，一面傍山，筑有城垣、战楼和瞭望楼等附属建筑。这种三角形城堡，只需在三个顶点分设岗楼即可控制周围形势。朝着前沿的南边城外，增设一瞭望楼，有 复道 与城垣连接。为了进一步加强军事守备的需要，在图上用朱红色线划绘出了警备设防区域的界线，前沿的防区界上标出了留封、昭封、居向封等边塞烽燧点，相当于现代战争的前沿监视哨所。
　　总之，驻军图作为军事要图，主题鲜明，层次清楚，体现了中国古代军事测绘的高度水平。军事专家们认为该地图反映了汉初长沙国守备作战的兵力部署情况，体现了中国古代的传统的复线式部署兵力，重视组织指挥并充分利用地形条件的守备作战思想。从图面上分析这幅图，驻防区域正面约４０公里，纵深约有５０余公里，分兵两线，并依托山谷扼守通道，第一线前沿地带和第二线三条山谷，各部署三支军队，西线距离约１５- ２０公里，三角形指挥部的左后方有两支军队，类似当今军事上的预备队，以上各军队成梯队布列。还有一支左邻部队。在第一线前沿，顺山坡向下前出约５- １０公里处，标有８个前哨点，形成警戒阵地。从图上反映出守备重点地段在左前方，预备部队和友邻的加强部队的兵力有重点地配置在这里。同时，左翼居民地较多，地形条件利于驻军的隐蔽，又便于防守。加上这里又南临南粤大川，在此驻军又利于出击，通向敌后。从图上可知指挥机关居中部四水汇合口，通过水路与前后方的联系均较方便。三角形指挥城堡设有五个箭楼及防守工事和 复道.驻军图不愧为我国现存最早、内容精湛的彩色军事地图，是中国古典专门地图珍品中之瑰宝。
　　３。城邑图马王堆汉墓出土的弟三幅地图是城邑图，开始时曾称为街坊图，这是一个城的平面图，绘有城垣和房屋等，该图表示的城邑具有相当的规模。有人认为它是长沙国首邑以外的某个县城，但图上又绘有多座豪华的宫殿建筑。
　　墓主人是利苍之子，他是长沙国丞相轪（ｄàｉ，音代）侯家族后代，较大可能图上绘的是长沙国首邑。
　　这幅古老城邑图的发现，对研究中国早期城邑的形制、规划布局、城防设施、城垣、城堡、古楼阁建筑艺术等方面都是很有价值的图面资料。
　　（四）气　象　知　识
　　我国古代对气象知识方面十分重视，这主要是由于农业生产发展的需要，对降水和风力需要有很好的预测和把握。
　　降水与农业生产关系密切。秦汉时期，政府就规定要上报作物生产时期的雨泽。秦代把它作为一项法令，如湖北省云梦县出土的秦墓竹简中有关农业生产的律文规定 稼已生后而雨，亦辄言雨少多，所利顷数 （《睡虎地秦墓竹简》，文物出版社１９７８年版，第２４页）。汉代也要求 自立春至立夏尽立秋，郡国上雨泽 （《后汉书？礼仪志》），即在整个农作物生产期间，各地都要向中央上报降雨情况。这时既能报雨泽多少，必有计量单位，但是否已经使用了雨量具，还不很清楚。云的观测在预报天气中用处很大，《汉书？艺文志》中著录有《泰壹朵子云雨》和《国章观霓云雨》（这些书很可能都有附图）等书，这说明当时人们已很注重通过云来判断未来晴雨。
　　汉代已用多种风信器观测风向。最简单的一种叫作 伣 （ｑｉàｎ，音欠），殷墟卜辞中已有 伣 字，它可能是一种在长杆上系以帛条或鸟羽而成的简单示风器。《淮南子？齐俗》记载： 伣之见风，无须臾之间定矣。 就是说 伣在风的作用下，没有一刻是平静的。《后汉书？张衡传》说，阳嘉元年（公元１３２年），张衡 造候风地动仪. 候风 和 地动 应是不同的两种仪器，可惜作者对候风仪未加介绍。《三辅黄图》中有两处提到候风仪，一处记台榭时说： 郭延主《述征记》曰：长安宫南有灵台，高十五仞，上有浑仪，张衡所制，又有相风铜乌，遇风乃动。 另一处记建章宫时说： 建章宫南有玉堂，……铸铜凤高五尺，饰黄金，栖屋上，下有转枢，向风若翔。 这两种候风仪都是铜制的，一作乌状，一作凤形，都能随风转动，以示风向。汉代的《京房风角》是以 风来处远近 而论风的急缓。至于风向，在战国和汉代著作中常见八方风名。而由八个天干、十二地支和四个卦名组成的二十四个方向在汉代已经出现。
　　观测湿度的仪器在我国的出现也较早。据《史记？天官书》和《淮南子？天文训》记载，当时是用 悬土炭 的方法，观测冬至或夏至天气的湿度情况。
　　即在衡（类似现在的天平）的两端，一端悬土，一端悬炭（因炭吸湿性强），以测湿度的变化。那时在冬至前两三天把土、炭分别悬在衡的两端，使之平衡。到冬至日，如果炭重，就说明大气的湿度增大了；测夏至日湿度变化的方法也是这样。同时，以阴阳二气的理论进行解释，如《淮南子？天文训》说： 阳气为火，阴气为水。水胜，故夏至湿；火胜，故冬至燥。燥故炭轻，湿故炭重。 此后，这种观测炭的轻重变化的器具，就成为 悬炭识雨 的晴雨计了。此外，汉代又能视琴弦的弛张，以测晴雨，如王充在《论衡》中指出： 天且雨，琴弦缓。 因为湿度增大时，弦线也会随之伸长。
　　汉代有关天气现象的理论，以董仲舒和王充的有关论述为代表。董仲舒的《雨雹对》以阴阳二气相互作用的理论阐述各种天气现象如风、云、雨、雾、电、雷、雪、雹的产生，是唯物的，他认为： 攒聚相合，其体稍重，故雨乘虚而坠。……风多则合速，故雨大而疏；风少则合迟，故雨细而密。 即雨滴是由小云滴受风合并变重下降而成。风大则云滴合并快，使下降的雨滴大而疏，风小则云滴合并慢，使下降的雨滴细而密。这种认识基本上符合现代的暖云降雨理论。王充在《论衡》中也提出了云、雨、雷、电等的形成原因和水分循环理论，他认为雷电是由于 爆炸起电 ，他用 一斗水灌冶铸之火 来解释雷声是很有道理的；王充特别对雷电现象有季节性作了科学解释，他把雷电的季节性出现，归结为太阳的热力作用发生变化，认为春季太阳热力作用渐强，所以有发生雷电的可能，夏季太阳热力作用强盛，所以雷电也比较厉害，秋冬太阳热力作用已经衰弱，所以雷电现象也就很难出现了。《论衡》中还有不少天气谚语，如 朝有繁露，夕有列光 ，意即早晨要是有很多的霜，夜间的星必定既多又亮。这些说明当时的劳动人民在生产活动中，已了解到不少有关天气变化规律的现象。