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嘉佑八年，沈括考中进士，被任命为扬州司理参军。第一次升堂审案，被告是个偷了官粮的仓吏，按律该杖责八十。沈括却发现仓廪的量具刻度不准，斗比标准大出一成。
“等一下！”他让人取来标准量具，当众比对，“这斗比规定的大，仓吏按此收粮，百姓实际多交了粮食。他偷粮固然不对，但根源在量具失准。”
他当即上书转运使，请求重新校准全州量具。转运使起初不耐烦，沈括带着量具和账本找上门，一笔笔算清误差导致的粮损：“全州每年因此多收百姓粮食三千石，少缴国库一千石，必须整改！”
转运使被他算得哑口无言，只好批准。沈括带着工匠校准量具，刻上标准刻度，还编了本《衡器校准法》发到各县。扬州百姓再也不用多交粮食，都称他“沈青天”。
治平三年，沈括调任昭文馆编校。他利用职务之便，通读皇家藏书，尤其痴迷天文历法。当时的《崇天历》预测日食总有误差，沈括带着浑仪在司天监观测，连续三个月记录日月运行轨迹，发现是历法的回归年计算有误。
他写成《熙宁历议》，请求修订历法。司天监监正杨纬嘲笑他：“沈编校还是管好文书吧，历法是天文学家的事。”
沈括不争辩，每天带着观测记录到政事堂等王安石。王安石正在推行新法，见他执着，接过手稿翻看。里面密密麻麻的观测数据、精确的计算公式，让王安石眼前一亮：“子容（沈括字）有真才实学！准你修订历法。”
熙宁五年，沈括任提举司天监，主持修订新历。他罢免了六个只会混日子的旧历官，提拔平民天文学家卫朴。有人反对：“卫朴是市井小民，怎能参与修历？”
沈括拿出卫朴的历法计算稿：“他的圆周率算到小数点后七位，比古历精确三倍。历法讲的是精准，不是出身。”
在他主持下，新历《奉元历》修成，预测日食误差不超过一寸，是当时最精确的历法。颁行那天，沈括站在司天监的观星台上，看着新历牌被挂起，心里比中进士还高兴。
同年，沈括奉命疏浚汴河。汴河泥沙淤积，航运不畅，之前的官员只会派人挖泥，过段时间又堵了。沈括带着工匠沿汴河测量，用“分层筑堰法”计算淤泥厚度，发现是上游水土流失导致。
他不是简单挖泥，而是在上游修梯田、种树木固土，在河道设水闸控制流速。工程竣工后，汴河航运通畅，十年没再淤积。负责工程的太监惊叹：“沈大人这法子，比光挖泥省了几万两银子！”
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