“历史模型”－现代科研方法的新进展

周魁一

二十世纪以来科学的发展使人类的认识进一步向宏观领域和微观领域发展。人类对自然的扰动显著增强。在社会生活中，科学在显现出有益的社会功能的同时，也引发了某些有害的社会后果。因此，自然科学的进步已不仅限于认识自然和改造自然，而且要面对和解决自然反作用于人类社会所带来的种种社会问题。为此，科学家纷纷深入传统学科的交叉地带，交叉、联盟、合流是当代科学发展中最活跃的文化潮流之一。自然科学的有关学科知识与社会科学的历史知识相结合的交叉研究，显示出自身的优势，开始受到普遍的关注。水利科学与历史科学的交叉和融合进一步显现了科学研究的活力，拓展了研究领域，提出了带有普遍意义的宏观论证方法，即“历史模型”的理论方法。本文将对这种新兴的研究方法的机理、优势、特点和应用前景进行探讨。

一、模型方法是研究复杂系统的捷径

最古老的科学方法之一是科学观察，它是在天然条件下对认识对象的直接观察，因此，受到条件的种种限制。当生产实践发展到一定阶段，人们逐渐掌握了通过仪器和设备，在有目的地干预、控制和模拟客观对象的人为设定的条件下获取科学认识的方法，这就是科学实验。有系统的科学实验开始于16世纪，20世纪以来得到全面发展。实验方法加强了人们认识客观世界的主动性，它既可以简化、激化或延缓客观过程，又可以重复再现和模拟客观过程。从而得到在天然条件下难以获得的科学事实。

在技术研究中也常使用科学实验的方法，一般称作模型实验。模型实验借助于与原型相似的物质模型或抽象反映原型本质的思想模型，间接地研究客体原形的性质和规律。由于方法和目的的不同，模型实验又区分为∶物理模型、数学模型、结构模型和功能模型，其中物理模型是依据模型与原型之间的物理相似为基础的一种模拟实验方法；而数学模型则建立在二者数学形式相似的基础上。不管何种模型，都要通过对原型条件的抽象、简化、类比等方法，把原型的本质特征抽象出来，构成一个实物或概念的体系，这就是建立模型的过程。模型实质是简化和典型化的介质(替代物)，建立模型后的理论研究，就是对模型的研究。因此原型、模型与理论成果三者之间的逻辑关系可以简单地用以下框图表示∶

图略

从原型出发，简化和抽象出模型；反过来，从模型可以提供对原型的解释。同理，对模型的研究可以得出理论成果，反之从理论认识出发也可以修正和完善模型。可以认为，模型是在某种程度上反映所研究对象的主要性质的人造系统，它能合理地抽象和真实描述研究对象的有关性质。

近百年来科学研究突飞猛进，并且逐渐由事物的外部特性，深入到事物的内部机理。学科划分愈来愈细密，研究手段也逐渐增多。对于多因素的动态的复杂系统的研究，科学研究本身，需要把整体分解成部分，把复杂事物的各个侧面脱离开来，分别作为静态问题来处理和分析，尔后再把这许多侧面的影响重新迭加，以表现整体的结果。这种研究方法对科学的发展起到很大作用。但是，随着研究的深入，人们逐渐发现，这种把复杂的动态系统分解为一个个静态问题来研究的方法，并不能完全揭示研究对象的所有品格，因为事物是一个有机的整体，它的各个侧面不仅不是孤立地存在的，而且相互间有着密切的关联和影响。此外，由于研究对象的复杂性，往往在研究工作中不得不忽略一些次要的因素，而着重强调某几项主要边界条件的作用。而那些被忽略的因素对总体效果的影响强度，有许多是我们迄今无法确切掌握的。因此，某些复杂问题的定量研究，往往也只能得出定性的结论。例如，对中尺度的地学问题的研究，区域性水利问题的研究往往有此局限。因此，科学研究在纵深发展之后，又回过头来在其统一性和相关性方面寻找新的突破，着重要求从整体与部分之间，整体与外部环境之间的相互作用和相互制约的关系中，综合地全面地考察研究对象。从而表现为学科间综合的新进展。

模型实验一定程度上具有这种综合研究的性能。虽然在建模过程中，它必然要舍弃一些次要的非本质的因素，对原型加以简化，因而表现得不那么与原型相象。但是模型又极力从本质上表现原型的结构、功能和种种内在和外部联系，而且在实验过程中，还可以近似反映出事先未能预知和模拟的各种影响因素之间的某些客观联系。因而，可以比较有效地得到对对象的本质理解，未知规律探索，以及正确理论的提炼。

二、“历史模型”研究方法的提出－－科学发展对历史研究的呼唤

“历史模型”是什么，与现代科学研究手段相比，“历史模型”具有怎样的优势与特点呢？

科学技术在深度和广度上的迅速发展，使得人们越来越多和越来越自觉地放弃以往那种孤立地观察问题和解决问题的方法，而代之以辩证的观点、历史的观点、全局的观点和发展的观点。人们也逐渐认识到，虽然历史只是记述人类过去事情，历史的研究不可能提供人们对现实的全部认识，但是，人们的认识并不能离开历史，因为历史记录了自然变迁的过程。历史的研究对我们认识自然规律是必要的。

随着自然科学深入的发展，人们还认识到工程建设对社会、经济、环境的影响深远。工程建设的成败，甚至直接受社会、经济、环境等条件的制约。因此，对于环境演变的历史与趋势，规划思想与管理体制、减灾方针与对策等等方面的研究越来越迫切，而这些问题的解决，单纯依靠工程技术的手段是远远不够的。而恰恰在这些宏观问题方面，历史模型的研究有着自己独到的优势。这是由于历史是前人的实践，这种实践所显示的是综合了自然、社会各种影响因素在内的总体结果，因而历史实践为我们留下具有实际意义的实验资料或样本。

重视整体性和广泛联系是中国古代哲学和自然科学的传统。英国科学史家李约瑟在其所著《中国科学技术史》一书中提出：“当希腊人和印度人很早就仔细地考虑形式逻辑的时候，中国人则一直倾向于发展辩证逻辑”。诺贝尔奖获得者、比利时物理、化学家普里高津进一步认为：现代科学的新趋势“已经走向一个新的综合，一个新的归纳”，它把“强调实验及定量表述的西方传统和以‘自发的自组织世界’这一观点为中心的中国传统结合起来”，高度评价了中国古代科学思维的现代意义。

从水利界来看，不仅与水利直接相关的自然科学各分支之间是相互联系、相互影响的，而且，水利科学技术事业的发展，与社会的政治、经济对它的影响也密不可分。因此，学科间的交叉渗透不仅在水利科学各分支内部进行，而且也在社会科学和水利科学之间进行，水利法规、水利环境、水利经济、水旱灾害等学科应运而生。因此如果我们把历史水利实践（包括相关的自然地理变化）看作是在千百年来的历史原型上的实验，即几何比尺和时间比尺都是1:1 的模型实验，如果我们的研究能将历史水利的实践及其演变在考证、鉴别的基础上如实复原，构成一种抽象的模型，由此分析推演，无疑将能够对今人关心的有关问题给出解答。例如，我们将服务于当代水利建设的历史研究方法，称之为水利的“历史模型”。可见，“历史模型”开辟了自然科学与社会科学相结合的综合研究新途径，从而增强了我们研究和解决与社会历史关系密切的工程建设的某些宏观问题的能力。

“历史模型”的研究方法及其理论认识是在长期的认识和实践的基础上逐步建立的。利用历史文献解决现实问题的作法古已有之。早在二千年前，我国就有根据日蚀、月蚀等天象记录来制定历法；利用历史物候资料来确定节气；依据历史灾害的统计规律来制定国家物资储备政策等卓越的科学实践。

历史科学与自然科学跨学科的综合研究有着自己的优势。例如竺可桢(1890-1974)1973年提出的《中国近五千年来气候变迁的初步研究》，在搜集了大量的历史物候现象的基础上，进行历史与气候的综合分析，从而得出我国近五千年气温变迁的规律。这一结论和国外对挪威雪线研究得到的气温变迁规律基本一致。这篇论文得到国际学术界的高度评价，被认为是研究方法的一个创新，是在历史悠久并具有丰富文化典籍的中国才有可能提出的。

充分利用我国所特有的丰富的历史文化遗产进行历史研究，是能够对当代科学技术发展和生产建设作出有益的贡献的。国外学者对此也有同样的认识。在本世纪二十年代，德国和美国一些著名的水利科学家就已经提出，黄河的历史源远流长，治黄不能不研究黄河的历史。日本学者也认为，水利的一些学科是在经验的基础上形成的，历史的借鉴是至关重要的。1988年日本河川调查研究会前会长高桥裕教授在给笔者的来信中，强调水利史研究将对发展现代科学治水起到重要作用，“我希望能使这一观点深入到东亚各国以至世界的水利技术界。我再次对水利水电科学研究院设置水利史研究室的远见卓识表示敬意。”对于历史研究能为现实服务的认识，外国学者是与我们相通的。

由此可见，对于自然科学研究来说，即使在科学技术日益发展，微观研究日益深入的情况下，历史研究对于人们认识自然和改造自然仍然有其不可替代的作用。可以说，人们越是关心自己周围的客观世界，就越是要研究它的历史。从这个意义上说，传统科学技术虽然已经陈旧了，被取代了，例如古代水利技术。但是它在数千年实践中所积累的经验教训和所显示的历史自然变迁，都是可宝贵的和具有借鉴意义的。而这正是历史研究对现代建设的价值所在。因而，比照成熟的水利科学研究方法，对以往联系生产实际的水利史研究进行理论概括，我们提出了“历史模型”的研究方法。这个理论概括将有益于自然科学的多学科，尤其是自然与社会科学综合学科宏观问题研究的深入开展。

三、“历史模型”的优势

历史模型的优势何在？让我们从以下五方面进行探讨。

(一)、可以有效地延长资料序列

对于气象、水文、地震、滑坡等自然现象来说，在未能掌握其成因和演化的内部机理的时候，难以进行量的计算。而如果有较长的资料序例，则可以找出其间的统计规律。历时愈长，统计结果愈接近实际。但现代科学的实测资料一般只有几十年到一百多年，对于提高统计精度来说是不充分的。怎样才能延长资料系列呢？以水文为例，国外近年发展起来的“比较水文学”，是将有实测水文记录的某流域与类似的无实测资料的流域进行比较，对其间降水，地形等有区别的部分加以适当修正。从而可以将一个流域的水文记录移植到相近的流域。这种移植的研究方法，在其它领域也有应用。不过，我国却较少采用这种方法，这是由于我国有大量的水文现象的历史记录，内容之丰富为各国所羡慕，如果能够直接应用本流域的水文历史记录，进行历史水文的复原和定量研究，将显著延长水文系列。而且，由于采用的是本流域的历史资料，是以往实际发生过的，因而，比从外流域引进者更切实可信。历史水文研究在五十年代已取得重要成果，并已实际作为长江三峡和黄河小浪底工程设计的主要水文依据之一。

(二)、有助于揭示事物的发展规律

即使在科学昌明的今天，许多自然现象发生和发展的规律仍然是难以捉摸的。考查自然现象的历史演变，把事物放在其演化进程的历史背景中去进行综合分析，对于人们认识的深化往往会有所帮助。这是由于自然界和人类改造自然的活动都处于不断地运动之中，而事物的发展是有阶段性的，这个阶段性是由事物内部矛盾激化、缓和、解决和再发生所构成，并随着时间的推移而逐步显现的。在这里时间是关键要素，是用以阐发事物发展的不可或缺的坐标。因此，研究事物的全过程，通过长时序历史资料的统计分析，有助于认识其规律性。而对于预测未来，认识这些规律是至关重要的。例如，在长江三峡大型岩崩和滑坡研究中，历史模型显示了不可替代的优越性。

配合长江三峡工程可行性论证，1982年开设了长江三峡大型岩崩与滑坡的历史研究的课题。研究者查阅了历时1800年的有关历史文献和地质勘测资料，先后三次去现场考察，在此基础上形成了相应的历史模型，进而提出了系统的研究报告。对本区今后可能出现的类似地质灾害，在地理分布、发生诱因、可能的规模和频率等方面，提供了一个实在的参考，成为预测它们对工程施工，今后的运行以及城镇和航运安全影响的依据。“历史模型”取得了地质理论分析和计算所难以做出的成果。因此，本报告被长江三峡论证专家组收入《地质地震专题论证文集》。

河口海岸动力地貌学的学者们提出的连云港、张家港、杭州湾建港的研究成果，取得了巨大的社会效益和经济效益。在其研究过程中，发挥了多学科综合研究优势，既采用传统的历史分析方法，勾划出河口海岸的历史演变过程，又从地貌学、水文学、地质学中寻找河口海岸变化的动力，并推测未来的发展方向。成为历史考证与现代科学结合的综合研究的杰出成果。

20世纪50年代开始的对我国历史地震资料的整编和研究，通过对历史地震活动特征与地质构造分析，已经成为中长期地震预报的主要依据。有关研究还可以勾画出各地区的地震基本烈度，成为工程建设的抗震设计的重要依据。

历史模型的研究在人口控制、自然灾害评估，乃至股票预测等社会科学领域也有自己的优势。

(三)、便于认识事物的特点

由于自然和社会条件的不同，各个国家和地区的水利都有各自的特点，正确地把握这个特点进行建设，才会有事半功倍的效果。而从一二千年的长时间来看，就能更清楚地认识这种特点。不过，由于近代水利技术大多从西方引进并几乎完全取代了我国的传统技术，因而，往往不自觉地形成轻视自己的历史成就，忽视我国水利自身特点的倾向。

我国北方河流大多都是高含沙水流，黄河含沙量更居于世界诸大河之冠。两千年前的古人对黄河含沙量就有“一石水而六斗泥”的描述，并针对性的提出，在治水的同时必须治沙的辩证思想。遣憾的是，二千年后的今天在引进国外先进技术的时候，却把这一点淡忘了。以至于五十年代在兴建三门峡水利枢纽时，没有充分地注意到黄河特大含沙量可能引起的特殊问题，从而导致失误，不得不下决心，对三门峡水库进行改建，重新打开了大坝的底孔，用以排泄泥沙和洪水。水库原来预期的效益，因而大打折扣。造成失误的原因很多，毋庸讳言，其中存在着照搬国外清水河流梯级开发理论，没有清醒地注意到黄河特大含沙量可能引起的特殊问题这样一个原因。对三门峡的历史研究表明，在现代化建设中，引进国外先进的科学技术是必要的，但必须结合我国自身的特点，引进技术要为我所用。而对于认识事物的特点，从历史上进行考察是便当的途径之一。

(四)、体现了社会科学与自然科学交叉研究的优势

科学技术的深入发展，暴露出本来似乎不相干的多种事物之间的深层次联系。研究对象与其影响因素往往构成一个大系统，因此，难于通过实验或计算直接求解。然而，历史上的工程建设(例如水利建设)活动原本是前人实践，这个实践既包括相关的自然地理演变等自然因素在内，还直接受到政治、经济、法律等条件的制约，显现出多种制约因素综合作用的结果。因而通过历史模型研究自然科学和社会科学交叉领域的问题，有着独到的优势。

历史模型在防洪方略研究中取得了公认的成果。水灾史的研究发现，后代水灾损失和水灾频次往往超过前代。尤其是近几十年来我国调控洪水的工程能力有了很大提高，但水灾损失却仍在急剧增长。如何理解这个表面矛盾着的现象呢？从气象、水文等自然条件来看，虽然洪水的年际变化较大，但从一个时段来看，各条江河的自然态洪水都有相对稳定的量级和发生概率。然而世界各主要洪水国家的水灾损失却无不几倍、几十倍地增长，因此，将近几十年和前几十年相比较，既然洪水量级和发生概率相差不多，那么水灾损失大幅度提高的主要原因，当然不是自然条件的改变，而是社会因素的变迁。历史的研究表明，减灾的努力至少要包括两个方面，一是提高工程防洪能力；二是调整社会以适应洪水。西汉末年贾让提出的治河三策，其中心思想就是：治河防洪既要制约洪水，也要适应洪水：生产要发展，但也要同时满足防洪需要，不能过份侵占河滩地去压迫洪水。即所谓“古者立国居民，疆理土地，必遗川泽之分”，“且以大汉方制万里，岂其与水争咫尺之地”。通过历史和中外防洪方略比较研究，我们提出的“关于完善防洪方针的建议”已 被主管部门所接受。

(五)、“历史模型”的研究更具有中国特色

我国历史悠久，记述自然现象的历史文献十分丰富。较详细的文字记载有二千多年。明清以来迅速发展的数量多达八千多部的地方志，提供了时间上长达数百年，地域上几乎遍及全国的具体的资料系统。丰富的历史遗产，能够对当代科学技术发展和生产建设作出有益的贡献。例如对当代的热门话题－－气温上升后，海平面将如何变化？国外专家从热平衡等角度计算，海水温度上升1 ℃ ，海平面也将抬升，但数值却大相径庭：一个计算结果是2米，另一个是0.6米。

其实在有丰富的历史文献的情况下，这类复杂问题的解决，完全可以借助于历史模型的研究，其成果精度也并不会低于理论计算值。例如，历史研究表明在唐代前后约有500 年时间，年平均气温较现在高1 ℃ 左右。粗略估计当年的海岸线，我们可以有把握地判别出海平面增高的幅度。

四、“历史模型”研究的特点和应用前景

古代的水利史研究是作为历史科学的一个分支而存在的。近几十年间，社会科学和自然科学之间的联系日渐广泛，边缘学科和交叉学科的发展十分迅速。历史科学和近代水利科学的相互渗透，形成了新的发展优势，形成为独立的水利史学科。之所以称它为独立的学科，是因为它既有不同于历史科学（研究以往的人类社会），和水利科学（研究当代的水利）的独立的研究对象（历史的水利及其环境），又有自己特有的研究方法。“历史模型”研究方法既首先采用历史学的资料搜集、校勘和考据的基本手段，对史实作出客观地评价和解释；又需要应用水利科学技术知识，对历史事实进行分析研究，以重建历史的真实及其具体的发展过程，并由此建立起“历史模型”。在此基础上进行理论的思考和探索，找出其前后关系和因果线索，演绎出形成当前状况的原因，在此基础上对未来趋势进行判断和预测，进而得出相应的研究结论。

自然界和人类社会中的各个子系统，都可以看作是与外界不断进行物质和能量交换的开放系统，它们都处在不断的变化之中，事物各有其发生发展的历史过程，这是应用“历史模型”研究方法的客观基础。当然，如果当研究对象已发展到比较成熟的程度，各种因素的相互作用比较清晰，相互之间的矛盾暴露得比较充分，这时，从成熟点看研究对象的全过程，就更能清楚地分辨对象的各个部分、各个环节及其在发展过程中的内在联系，也就更能看清那些处于萌芽状态的问题，从而避免“当事者迷”的局限。由此可见，历史思维是人们进行创造性活动重要的思维训练。这种智慧的培育对于科学研究有着同样重要的意义。历史模型可以为我们提供一种发展的综合的思维方式。因此，历史模型研究可以比较有效地避免学科单一的局限和依赖纯经验的判断。

“历史模型”的研究方法所擅长的领域大致可以分作两个方面。一类是历史自然规律的研究（包括基本不受人类活动影响的纯自然演变，例如天文、气象、潮汐、地震、洪水等；也包括显著受人类社会干预的自然变迁，如河流湖泊、环境、水灾等）；另一类是历史治理经验的探讨。已完成的并在生产实践中得到应用的“历史模型”成果，既标志着水利史研究与生产实践相结合方面的进步，也进一步明确了水利史学科的地位。

如何认识“历史模型”和“物理模型”、“数学模型”研究方法的技术特点及其优势与不足呢？

第一，它们都是科学研究的手段，都是根据已知的边界条件，把握其中主要的、本质的影响因素，模拟和预测事物发展的未来，都可以取得定性和某种定量的结论，这是它们的共同点；

第二“历史模型”的研究对象主要是宏观问题，例如环境变迁、历史水文、治水思想、管理体制、水利规划等；而“数学模型”和“物理模型”则是徽观研究的手段。它们分别在各自的领域里表现出自己的优势；

第三“历史模型”擅长复原以往千百年时间里的历史状况，便于揭露在长时序中所显现出来的事物运动的规律和特点。比照“物理模型”和“数学模型”，“历史模型”可以免去制作缩小比尺的实物模型，却可以得到“身临其境”的实验结果；可以用历史信息来代替“数学模型”所必须建立的数学表达。这正是“历史模型”理论方法的根据和优势所在；

第四，在软科学领域，诸如减灾科学、环境科学等领域，采用历史模型的研究问题关键是历史信息的量化。如果历史信息比较简略，相对“数学模型”和“物理模型”来说，“历史模型”的成果精度或许不如前者，且成果可能是定性的或初步定量的。但是，由于历史是实际发生过的，并且所展现的是有多种自然和社会因素综合作用下的整体效果，因而它的结论具有相当的可靠性和生动的说服力。

第五，历史研究所依据的基础主要是历史文献和遗迹。而我国历史文献之丰富，在世界上是首屈一指的。因此，“历史模型”研究方法本身，更带有中国的特色。但历史资料详密程度存在地区差异，历史模型研究在资料丰富地区较为适用。

第六，一般来说，“历史模型”研究的花费也是比较少的。以历史水文研究为例，为着理解所取得的前数百年的洪水极值资料的价值，可以对比当前为取得每一年的水文资料需要投入多少经费和人力，数百年又需投入多少，即可明了。相比之下，历史水文研究的投入只是九牛一毛。

可见，和“数学模型”、“物理模型”一样，“历史模型”既有自己独到的优点，同时也有着自己的局限性。正确认识它们各自的特点，对于选择和使用这些方法是重要的。

“历史模型”研究方法有着广阔的应用前景，尤其在气候、地质、地貌、水利、环境等地学领域有重要应用价值。但是，应用历史模型方法必须首先对大量的古代文献记载进行咀嚼消化和比较鉴别，尔后才能应用科学技术知识进行条分缕析地研究。可见，通过历史模型所能得到的成果精度，完全取决于历史复原的真实程度和理论思考的深度和广度。在这里，研究者既需要历史的、哲学的和相关自然科学的基础知识，更要十分注意防止主观随意性，注意避免浅尝辄止就大发宏论或只靠摘取个别事例，就对一个复杂问题作出肯定判断的作法。

历史的研究不是一成不变的，它同样是随着时代的进步而日益发展，表现出时代的特征。今天，虽然科学技术比起古人是高度发达的，但人们对于现实世界和人类社会的认识，却远远没有完结，需要不断发掘和研究。随着社会的发展，人们对于历史的认识也在不断地深化，不断趋于完善和正确。科学每前进一步，再回过头来看历史，也总会有新的发现，新的理解。可以认为，现代科学技术的发展对古老的历史学科提出了挑战，提出了要求，同时，它也为历史研究的深入，提供了比过去先进的方法和手段。换句话说，科学的发展非但不应该排斥历史，相反地，把历史的经验和信息现代化，正是科学所要完成的重要课题。历史发展没有止境，人们丰富对自然的认识而进行的历史研究也将没有止境。

主要参考资料∶

1 竺可桢，“为什么要研究我国古代科学史”，《人民日报》，1954年8 月 27日。

2 沈怡编著《黄河问题讨论集》，1971，台湾商务印书馆。书中选载曾受聘两度来华考察的美国专家费礼门教授于1926年致沈怡的信：“昔人有言：失败者，成功之母也。……愈是有识之士，曾于有千余年历史之中国治河问题下过一番研究功夫者，必将愈为迟疑，不敢随意作批评。盖中国历史中有许多事实必须首先熟悉也。”（第34页）

3佐藤俊朗∶“我平素认为搞科学就得首先研究历史，从现代科学的角度看，这种想法也许有一点可笑。但是，我们所搞的学科是在经验的基础上形成的，因此，其中存在着历史的重要性。……象我们这样从事以大自然为对象的科学领域里，还不可能科学地分析一切自然界所特有的条件。也就是说，经过实践与没有经过实践会有很大的差别……所以我认为必须以历史为基础进行研究。近代科学的某些方面不能脱离历史。换言之，把历史与经验科学化，正是科学所要研究的内容。”引自《黄河の治水と利水》，载（日）水利科学，26(1)， 1982，。

4高桥裕，关于水利史研究的通信，载《黄河史志资料》，1989年1 期第32页。

5 周魁一，略论水利的历史模型，1986年，水利史研究室成立五十周年学术研究论文集，水利电力出版社，第16-21页。

6 宋正海等，历史自然学的理论与实践，1994年，学苑出版社，第87-89页，171-176页

7 连长云，模型研究动态，科技导报，1995年，第8期，第10-12页

8罗祖德，河口海岸动力地貌学创立发展的方法论启示，自然科学方法研究，华东师范大学出版社，1988年，第230--242页
(来源：水信息网)