农田灌溉在中原地区起源很早，在战国人所著地理书《周礼·职方氏》中，已对全国主要自然水体的分布有概括的叙述。在当年全国的“九州”中，都分布有适于水生物生长的“泽薮”，适于船只航行的“川”和有灌溉效益的“浸”。而人工灌溉系统，则由有蓄水、输水、分水、灌水、排水等不同功用的各级渠道所组成，称作“井田沟洫”制度。春秋战国时期兴建的灌溉工程气魄宏大，无坝引水的工程如都江堰、郑国渠，有坝引水的工程如漳水十二渠，蓄水工程芍陂都是这一时期兴建的著名大型灌区。
在今成都平原的都江堰、陕西的郑国渠(今泾惠渠的前身)都是秦统一六国前为了增加统一战争的战略物资储备而兴建的灌溉工程。都江堰是岷江上的引水工程，至今已成功地运行了2250年，灌溉面积也增加到1086万亩。它是无坝取水枢纽，渠首主要依靠鱼嘴分水、飞沙堰溢洪、宝瓶口控制引水，具有灌溉、防洪、放木等多种效益，是古代劳动人民的杰作。在世界上如此规模又有数千年历史的水利工程，恐无出其右者。晚于都江堰10年，公元前246年秦国又兴建了郑国渠。郑国渠在泾水上，最初是无坝取水，后因河床不断下切，引水口逐渐上移，至民国年间，由李仪祉先生主持，改为有坝取水，即今之泾惠渠。西汉司马迁在《史记·河渠书》中称：“秦以富强，卒并诸侯。”在此后150年左右，在郑国渠灌区里又兴建了与郑国渠齐名的白渠。元鼎六年(前111)又兴建六辅渠，还同时制定了“水令”，我国第一个灌溉管理制度由此诞生。稍晚一些，在今陕西还兴建了引洛水灌溉的龙首渠。龙首渠的干渠以数千米长的隧洞和独特的施工方式而驰名。可见水利建设在社会发展中有着举足轻重的地位。这一时期的灌区建设主要是在黄河以及江、淮流域。随着汉疆域的扩展，灌区建设还远及今我国新疆、甘肃、宁夏和内蒙古等地。有人认为新疆的坎儿井也创始于西汉。
(三)运河和水运的开创
春秋末年吴王夫差为与中原诸侯争霸，开通了著名的邗沟。邗沟自扬州北上，借助天然水道，直抵淮阴，首次沟通了长江和淮河。此外还有沟通黄河和淮河的鸿沟和沟通长江支流湘江与珠江水系漓江的灵渠。灵渠建成于秦始皇二十八年(前219)。灵渠巧妙地利用了湘漓上源相接近的地形特点，修建铧嘴，将湘江一分为二，又劈开分水岭，将南流的一支导入漓江，再配合修建溢流天平和调节航深的斗门等设施，达到了跨流域引水通航的目的。灵渠在秦始皇统一岭南大业和促进岭南经济文化发展中，发挥了重要作用。
西汉建都长安(在今西安市西北)，为保证首都物资供应和避开渭水多沙迂曲的困难，元光六年(前129)开始在渭水之南修建一条西自长安东至潼关的长达300多里的漕渠。漕渠历时3年建成，最多时每年运粮600多万石，对于维护政权稳定发挥了重要作用。这些区域性的运河建设，为日后全国内河航运网的建成奠定了基础。这一时期近海海运也有相当成绩，可以东通日本，南达印度和斯里兰卡。
(四)水利科学基础理论形成
春秋战国时期活跃的学术空气也表现在水利基础科学理论的蓬勃兴起。秦汉水利建设的高潮，为水利学科的形成创造了条件。西汉司马迁在《史记·河渠书》中首先赋予“水利”一词专业含义，水利成为有关治河防洪、灌溉、航运等事业的科学技术学科，而将从事水利工程技术工作的专门人才称作“水工”，主管官员称作“水官”。水利学作为与国计民生密切相关的科学技术的应用学科由此诞生。
先秦时期的文献中，以《周礼》、《尚书·禹贡》、《管子》、《尔雅》涉及水利科学技术的内容较多。基础性的理论纷纷提出，主要反映在水土资源规划、水流动力学、河流泥沙理论、水循环理论等方面。
水土资源是自然界最基本的资源。《管子·度地》把河流分为五种。《管子·地员》根据相应地下水的埋藏深度、水质及适宜农作物对土壤进行了分类。《尚书·禹贡》和《周礼·职方氏》对当时九州行政区的土地和河流湖泊有全面的描述，为自然资源分类统计之始。
在水利科学基础理论方面，《管子·度地》首先提出明渠水流和有压管流运动规律及水跃现象。两干多年前就建立起了明渠水流水力坡降量的概念，对有压管流、水跃等水流现象进行了正确的阐述，在当时世界上处于领先地位。
《管子·地员》记载不同的土质和地下水埋深与水质的关系，这里的息徒、赤垆、黄唐、斥埴、黑埴分别是石灰岩、冲积土、黄壤、盐碱土和黑黏土，土质不同而水质不同。晋张华的《博物志》载：“凡水源有硫黄，其泉则温。”记述了人们早期的水化学知识。
秦汉水利建设出现了历史上的第一次高潮。与之同时有关水利的记载大批出现，水利的科学技术基础理论进一步深化，对后世影响最大的是《史记·河渠书》，它作为中国第一部水利通史问世，从而确立了传统水利作为一个学科和工程建设重要门类的地位。
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