第二章 游学江淮：科学视野的初步形成
皇佑三年（1051）深秋，汴梁传来沈周病逝的噩耗。二十岁的沈括辞去太学斋郎之职，扶柩南归。守孝期间，他在父亲墓庐旁搭建草堂，将沈周生前整理的《治水札记》与自己的观察所得合编为《河防通议》。这部融合父子两代治水心得的着作，后来成为元代沙克什编纂《河防通议》的重要蓝本。
沭阳治水：少年主簿的工程奇迹。
服阙后，沈括以父荫授海州沭阳县主簿。初到任所，但见沐河溃堤处良田尽成泽国，饿殍枕藉于道。他摒弃惯例的征夫筑堤，独创以工代赈法：每日发放粮签的数目与土方量挂钩，灾民为得饱食竞相竞赛，十日即修复决口三十丈。
更令人惊叹的是他设计的分级水闸法。通过精确测量沭阳地势高差，在沐河分段建造七座不同高度的水闸。枯水期蓄水保航，汛期分级泄洪，并在闸门安装自创的水平鲁班尺，刻度精确到半寸。此法不仅根治水患，更使下游七千顷盐碱地得以灌溉。当地老农至今仍传唱：沈公闸，神仙闸，旱涝都长好庄稼。
在施工期间，他发现传统测量工具易受风力影响，遂改进为浮力水平仪：以桐木为舟，悬铅锤测深，舟尾设罗盘定方位。这套仪器后来被收录于《武经总要》，成为古代军事工程的标配。竣工时，他在闸基埋设定功石，刻录所有参与工匠姓名，这种尊重匠人的做法在当时堪称创举。
苏州蛰伏：军事地理的启蒙。
任满辞官后，沈括寄居苏州兄长沈披家中。在这里，他于舅家尘封的书箧中发现许洞遗着《虎钤经》全本。当读到天时地利皆可量化的论述时，他如遭雷击，连夜绘制出《吴中军事舆地图》，将太湖水系与驻防要隘一一标注。
受许洞丈量天地思想启发，他系统研究测绘术。用丝绸制作可折叠的便携舆图，以不同色彩区分地貌：靛蓝表水系，赭石标山峦，朱砂注关隘。更首创方格测绘法，将苏州城按经纬划分为三百个方格，每格详细记录民居、官署、市场的精确方位。这种新型地图在后来抗倭战争中发挥重要作用，明代郑若曾编纂《江南经略》时仍多次引用。
在此期间，他遍访江南藏书家。在杭州祥符寺得见隋代《区宇图志》残卷，于会稽士人处抄录《海潮图论》，更在镇江金山寺住持处研读唐代《海内华夷图》。这些地理典籍的研习，为他后来制作《天下州县图》奠定了坚实基础。
万春圩：水利工程学的巅峰。
嘉佑六年（1061），沈括调任宁国县令。恰逢其兄沈披奉命修筑万春圩，这项号称江南第一圩的工程面临巨大挑战：圩区地势低洼，汛期长江倒灌频发。
沈括创造性地提出等高线测绘法。他设计出水平望筒，通过竹管观察水面倒影测定高程，在圩区树立三千根标竿，绘制出史上首张等高线地图《圩田水利图》。图中清晰显示圩区形如锅底，遂提出梯形断面堤防设计方案：临水坡缓至四分抽一，背水坡陡至二分抽一，堤顶宽三丈可并行双车。
施工期间，他发明夯土验湿法：取土样称重后烘烤，通过含水量确定最佳夯筑时机。更设计联石驳岸，用铁榫连接巨石，缝隙浇灌糯米石灰浆。这些创新使圩堤在次年特大洪水中岿然不动，当时监测记录显示水涨三丈七尺，堤身未损分毫。
在《圩田五说》中，他系统论述了择地、筑堤、开渠、置闸、管理五大要素。其中水位预警理论尤为超前：在堤防不同高度埋设铜铃，水位触及相应高度时铃响报警，这比欧洲类似的洪水预警系统早出现四百年。书中记载的坡降计算法至今仍被水利学家称道：凡水势，每里降二尺可保航运，降五尺宜建闸，降丈余当设陡门。
科学方法的成熟。
江淮十二载，沈括逐渐形成独特的科学研究体系。在沭阳时，他坚持每治一水，必溯其源；在苏州，他践行舆图不验，不以为据；在宁国，他主张工料之数，皆出实测。这种实证精神体现在他设计的各种仪器上：从可折叠的行军浑仪，到带刻度的雨量器，再到改进的指南龟，每件工具都凝聚着量化自然的努力。
特别值得称道的是他在万春圩工程中建立的档案制度。所有施工数据均记录在特制的格目簿上，包括每日用工、材料消耗、天气变化等百余项参数。这种完整的数据链为后世工程管理提供了范本，明代潘季驯治理黄河时曾专门研究过这批档案。
当嘉佑八年（1063）沈括离开宁国时，他的行囊中已装满十余箱笔记、图纸和仪器模型。三十二岁的他不会想到，这些在江淮大地孕育的科学萌芽，将在不久的将来绽放出改变时代的光芒。而此刻，他正站在新修圩堤上，望着阡陌纵横的沃野，在日记中写下：天地有经纬，万物有尺度，求其精微者，方得真知。——这句话后来成为《梦溪笔谈》的核心理念，指引着无数后来者在科学道路上求索前行。