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沈括出生在中國北宋年間的封建貴族家庭，曾參與王安石變法。變法失敗後受到牽連，遭貶職。沈括一生對天文、曆法、外交、軍事、物理、化學、數學、書畫、音樂等方麵均有重大成就。宋仁宗元豐五年，因宋軍永樂城之敗，再遭貶謫，從此離開宋朝行政中心。晚年隱居鎮江，安心著書。
初露鋒芒，小試牛刀
沈括出生於北宋仁宗天聖九年。父親沈周，字望之，曾在泉州府、開封府、江寧府等地擔任地方行政長官，祖父曾任職大理寺丞，外祖父曾任太子洗馬，舅舅許洞是北宋鹹平三年的進士。母親許氏也是當地有名的才女。在這樣的背景和家庭環境下，沈括無疑受到父母的影響。他自幼勤奮好學，十四歲便讀盡家中的藏書。後來因父親去外地為官的緣故，沈括隨父母到過福建泉州、江蘇潤州（即今天的江蘇鎮江）以及川陝、京師開封等地。廣闊的見聞豐富了沈括的視野，也使得少年沈括有機會深入、接近社會，了解當時人民的生活和生產情況。
沈括的生活在中國封建文化、經濟均達到了頂峰的朝代。北宋朝廷因為兵製的變革，加上中央集權的需要，製定了重文抑武的國策。這項國策造成了北宋軍事上的不利，使得宋朝同外敵作戰的時候，屢屢處於下風。但從另外一方麵來說，這項國策客觀地為宋朝提供了一個良好的國內政治環境。自唐朝“安史之亂”後，中國陷入了長期的動蕩不安中，而宋朝卻在結束了五代十國的動亂後，社會局麵迅速的穩定、繁榮起來，這些都不能說跟宋朝的國策無關。在宋朝經濟、文化空前繁榮的同時，宋朝科學技術也達到了中國曆史的巔峰，四大文明，在這個年代就包羅了三項。
生活在這一時期的沈括在見識到宋朝的繁榮後，也發現了北宋社會政治上的弊端，同時接觸到中國當時社會的最先進科技，並產生了深厚的興趣。
北宋皇佑三年，沈括生父沈周去世。至和元年，沈括因為父蔭入仕為官，出任海州沭陽縣主簿的小吏，為官期間，沈括初露鋒芒。因為中國長久以來都是以農業、手工業為主的封建經濟製度，特別在商鞅變法後，“重農抑商”更是曆代王朝主要的經濟措施。沈括也就十分重視農業生產，他便效仿秦朝李冰修建都江堰，組織當地數萬民工，主持修建了水利工程。同時，他修築渠堰，讓老百姓用來澆灌農田，鼓勵農民生產。這些工程不僅解除了洪澇災害的威脅，還為新開墾出來的良田提供了灌溉用的水資源。這些政策下來取得了好成績，沈括也受到朝廷賞識，在七年後出任安徽寧國縣縣令，當時的沈括年僅二十四歲。
調任寧國縣縣令後，沈括親自主持修建了規模宏大的萬春圩，另外開墾出旱澇保收的千畝良田，同時，沈括也完成了《圩田五說》、《萬春圩圖書》等關於圩田方麵的書籍著作。
在水利工程上，沈括最大的成就是對汴河的治理。熙寧五年，公元1072年，沈括主持修建了汴河的水利工程。當時的汴河，水流湍急，時刻影響著兩岸農田和當地居民的生命。為了一勞永逸地解除汴河對人民的威脅，沈括不辭辛勞治理好汴水，他親自探測了汴河下流河段，從開封到四洲淮河一帶，共有八百四十多公裏河段，他通過“分層築堰法”，將汴渠高高低低的河段分成許多地段，分層築成台階形狀的堤堰，然後引水灌入。
沈括逐步探測各段水麵後，他勘測出開封到泗洲之間地勢高低相差達十九丈四尺八寸六分。他在計算精細到了“分、寸”的地步，由此可見，沈括治水態度的嚴謹和認真。他勘測水流地勢的方法也是世界水利史上的創舉。
在短短四五年內，沈括引水灌田，開墾出萬頃良田，成為他仕途上的又一顯赫政績。
變法幹將
嘉祐八年，33歲的沈括考取進士，任揚州司理參軍，掌管刑訟審訊。治平三年，擔任了十幾年地方官的沈括被推舉到京城中，任昭文館，編校書籍。在這裏，沈括開始了對天文曆法的研究。