關於地震的成因,清魏源通過觀察、分析,也提出了比從前正確的理論。他通過觀察鐵末、硫磺、水的化合反應,以及地震後的現象,指出:“地震者,地內硫磺、各石之類然(燃)燒也……總之,地中有溫泉及硫磺、各礦,其處則頻頻遭地震。”盡管此說不盡符合科學道理,但比過去用陰陽二氣來解釋地震成因,大大前進了一步。同時,魏源還注意到震前的異常現象,以及震中與周邊震區的關係等問題。如說:“其(地)體愈剛堅者,其震動愈遠。再,地動有因本處而震動他處者,有因他處而震動本處者。凡本處之動,上下搖動,其動也大;他處之動,兩旁搖晃,其動也小。”(《海國圖誌》卷九八)其分析都具有相當的科學道理。
明清治黃,依據“束水攻沙”的理論,常采用借清助黃以加大水量,提高衝沙能力,一般說來,根據河流挾沙能力與流速高次方成正比的原理,借清助黃是沒有問題的。但是,當黃河流量、流速都很大,而淮河助黃水量小時,便會產生倒灌現象。再則,當黃河高濃度含沙時,清水加入後,是否能促使河道衝刷或淤積,至今仍是一個值得研究的問題,當時陳法已注意到這一問題,是非常難能可貴的。乾隆時,禦史胡定曾奏“河防事宜十條”中提出了溝澗築壩汰沙澄源的建議。其雲:“黃河之沙多出自三門(峽)以上及山西中條山一帶破澗中,請令地方官於澗口築壩堰,水發沙泄澗中,漸為平壤,可種秋麥。”這表明他不僅已認識到黃河泥沙主要是由於黃土高原的水土流失所造成的,而且還正確提出在黃土高原地區的丘陵溝壑區打壩攔泥,淤地種麥的措施。這個建議,與我國目前依據黃河水沙原理,在黃土高原地區采取的溝底打壩的水土保持措施,是完全相同的,但它早在200多年前被認識和提出,不能不引起我們的重視。遺憾的是,胡定的這一重要見解當時並未被注意和采納。但它仍然反映出那時人們對黃河水性、水沙規律的認識水平。
關於植物分布的垂直帶譜現象,先秦《管子·地員篇》中,就曾有描述,此後,各代都有零星記述,清末胡薇元在登峨眉山時,也曾觀察記錄了峨眉山的植被垂直分布現象。他在《峨眉山行記》中寫道:
(榕樹)性畏寒,逾梅嶺則不生。故紅梅驛有數榕,為炎寒(炎熱,即南亞熱帶)之界,又封川西三十裏分界村,二廣同日植一榕,相去三丈許,而東大西小,東榮西瘁,東榕又不落葉。咫尺間,地之冷暖已分如此。
所以,他主張對北道大清河等加以整治,使之成為黃河下遊備道。他還預見到銅瓦廂改道以前的黃河下遊河道(由江蘇入海),不會維持很久,大改道已成必然趨勢。因而,他進一步指出:“由今之河,無變今之道,雖神禹複生不能治,斷非改道不為功。人力預改之者,上也,否則待天意自改之,雖非下士所敢議,而亦烏忌不議。”(以上引文見《魏源集·籌河篇》)他認為,既然舊河道難以維持,不如有計劃地進行人工改道為好,否則黃河就要自找出路(泛濫決口改道)。事實上,在魏源這一論述後不久,鹹豐五年(公元1855年)黃河即在蘭陽銅瓦廂決口改道,果真北行,沿大清河入海。這充分說明魏源分析的準確性。
關於東南海陸風向的認識和記錄,古代認識也比較早。但關於台風與颶風(寒潮或冷鋒大風)的差別、特點和發生規律進行比較科學區別的,卻是在清康熙時《台灣府誌·風信》第一節中談到的。該書雲:
嘉慶時,河督康基田在《河源紀聞》中,曾談到他關於河流的河勢常態的認識。他說:“河中溜勢遷轉不一,隨水之大小而易其方,不可不權其變,如水小歸槽,水大走灘,水之常性也。”又說:“水小力聚於上灣,水大力猛,……則其力在下灣。”即正確指出:黃河下遊水小時,一般河水歸槽,比降變緩,水流隨灣而行,衝力在上灣轉折處;水大時,比降增大,溜勢取直,衝力集中在下灣。
在清代有關黃河水利實踐的理論中,我們還應提到魏源關於黃河下遊河道的認識。其中包含了他關於黃河下遊地理形勢、黃河水性等多方麵的正確地理觀念。關於黃河下遊河道流向,他認為黃河北去由大清河入海是一條好的出路。他首先從黃河下遊地理形勢上分析,說:“地勢北岸下而南岸高,河流北趨順而南趨逆,故挽複道,北難而南易。上遊北決,則較下遊其挽回尤不易。”“然則河之北決,非就下之性乎?每上遊豫省北決,必貫張秋運河。趨大清河入海,非天然河槽乎?”他已認識到,一旦黃河由河南省北決,必然奪大清河入海,而且河決開封以上(封丘),東北流經山東入海為最佳地點。他說:
關於潮汐的發生規律及其原因,我國古代早有觀察、論述,並有專門著作(唐封演:《說潮》,載《全唐文》卷四四○,清俞思謙集曆代潮汐說成《海塘錄》一書等)。到了清代,人們仍在不斷探索各地潮汐的規律。顧炎武就對潮汐的發生和漲潮規律進行過總結,比較準確地描述了潮汐現象及其規律。關於潮汐發生的原因,我國很早已注意到潮汐與月球的關係。如唐封演首次提出了月亮和海水“潛相感”(相互作用)而引發潮汐的觀點。但此後,我國關於潮汐成因理論的探討,仍隻限於潮汐出現與月球的運動規律的相互關係上,未能進一步解釋它們之間的引力機製等問題。直到清代,萬有引力定律以及許多西方科學知識傳入中國後,人們才開始用科學方法去探討、認識潮汐發生的原因。其中最著名的是魏源的潮汐成因論。魏源用萬有引力定律,從天體運動的角度,分析潮汐的成因,證實了月亮是引起潮汐的主要原因,指出了每天潮汐的變化時刻,闡述了地球、月球和太陽三者相對位置的變化,使引潮力增加或減少,從而形成每月兩次大小潮的變化。同時,他還指出:“然地球亦非四麵全水,故潮之長落,各處亦不能盡同,況且,山、峽、洲、島阻束水勢,所以同時之潮,又有或高或低,或大或小,或長落,或不長落之別焉。”(《海國圖誌》卷九八)魏源的這一論述,標誌著我國古代潮汐成因理論的最高認識水平。