科学巨星郭守敬 | 治水篇 ——中国的“海拔”

海拔，亦称绝对高度、绝对高程，习惯称海拔高度。它是一个地理学名词，中学地理课本及各种地图上常提到它。例如世界最高峰珠穆朗玛峰的海拔是8848米。那么，你知道海拔概念最早是由谁提出来的吗？

要回答海拔这个问题，让我们一起追溯到我国古代。很早以前，广大劳动人民在长期的生产活动中就逐步对地形高低有所认识，《诗经》中出现了“山”“岗”“丘”“陵”“原”、“洲”、“渚”等不同地形的名称，人们已经能够绘制表示山川等内容的地图。

到了宋代，地形测量技术进一步提高，人们创制了一些测量地形高低的仪器，如水平（也叫水准仪）、望尺和干尺等，确定了一些较好的测量地形高低的方法。著名北宋科学家沈括，考察汴河（宋时经开封向东南流入淮河）时，曾采用分段测量的方法，实测了京城（今河南开封）上善门到泗州淮口840余里的地形高低，最后得出两地高低相差194.86尺。具体测量方法是在水堤外旧沟内分段筑堰，然后逐次量取堰上下水面的高度差数字，再把所有差数总加起来，就测算出上善门与淮口两地地形高低差，这就是我们现在所说的地形相对高度。

斗转星移，二百多年过去了，历史的车轮驶入13世纪，人们测量地形高低的技术有所提高，测量仪器也更加准确。郭守敬长期负责水利工程，前后提出水利工程建议二十余条，治理河、渠、泊、堰不下数百余处。在水利勘察和治理过程中，郭守敬广泛汲取前人水准测量的经验，创制仪器，并在其思想中逐渐形成了一个地形相对高度的概念。也正是由于郭守敬掌握了较高的测量技术，才使他成功治理了邢州、西夏、大都等地的水利工程。尤其是大都治水中，郭守敬通过对大都西北昌平一带复杂地形的详细勘测，巧妙设计了一条白浮瓮山河路线，使白浮引水先西行，直逼西山山麓，再转而南行，最后流向东南，基本上沿着50米等高线平稳顺利注入瓮山泊（今北京昆明湖），白浮瓮山河路线与今天北京的生命线京密（北京-密云）引水线基本吻合，这就足以说明七百多年前的郭守敬已掌握了较高的地形测量技术。

另据史料记载，郭守敬曾经从孟门（今河南孟津）往东，沿着黄河故道，在纵横数百里的范围内，进行了一次广泛的地形测量，掌握了这一地区地形起伏变化，清楚地了解了该区哪里应该开挖渠道，分流黄河的水势，哪里可以开渠引水灌溉田地，就将勘测结果绘制成图，图旁附有详细的文字说明，上报朝廷。郭守敬对这一带地形、水利的勘测规划，为当时乃至后世人们对该区水利治理提供了很好的借鉴。

郭守敬还曾根据自己掌握的地形资料，把大都（今北京）东边的海平面作为基准，先将大都的水平高度与之作比较，又进而将大都到汴梁（今河南开封）一线上逐段的水平高度分别与海平面作比较，从而得出这一千多里长的路线上许多地方超出海面的高度，也就是各地的高程。郭守敬当年测量大都、汴梁各地高程的图志已丢失不存，只知道他曾得出的结论中有一条说：梁（今开封）离海较远，高程差的很多，那里的河流流速就快：大都（今北京）离海较近，高程差较小，所以水流就比较平缓。由此可见，郭守敬在七百多年前就已提出了以海平面作为测量高程的基准，并注意到高程高低对河水流动速度的影响。

五六百年以后，也就是1828年，德国著名数学家高斯才提出了海拔概念。现代的海拔高度是指以纬度45度处的平均海平面为零点，测定的各地水平高度。具体运用时，另在各地设“水准标点”作为标志相对高度的标准点。如上海市就设有一个“吴淞零点”，市属郊县及市内地面的高低，潮水的涨落，都是用它来标定高度。全国大地的精密水平测量，现在统一用设在青岛的黄海零点做标准，测定各地的海拔高度。