母元紅

（陜西師范大學(xué)西北歷史環(huán)境與社會(huì)發(fā)展研究院，陜西 西安 710062）

一、水車的起源與發(fā)展

水車的發(fā)明在一定程度上有著極其深刻的背景淵源。因?yàn)樵诠糯?，在水源富饒之地和平原地帶，農(nóng)作物的灌溉無需過于費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但對(duì)于高地或者是離灌溉渠道及水源較遠(yuǎn)之地，如何巧妙引入水源、有效地對(duì)田地進(jìn)行灌溉，就成為一個(gè)迫切需要解決的難題。為此，勤勞的古代勞動(dòng)人民依靠自身的勞動(dòng)實(shí)踐，總結(jié)了簡單機(jī)械經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了早期的汲水用具。

在說明水車的起源問題上，《后漢書》卷78《張讓轉(zhuǎn)》中記載曰：“明年（靈帝中平二年），遂使鉤盾令宋典膳休南宮玉堂。又使掖庭令畢嵐鑄銅人四，列于蒼龍、玄武，又鑄四鐘，皆受二千斛，縣(懸)于玉堂及云臺(tái)殿前。又鑄天祿、蝦，吐水于（洛陽）平門外橋東，轉(zhuǎn)水入宮。又作翻車、渴烏，施于橋西，用灑南北郊之路，以省百姓灑道之費(fèi)”。此段記載幾乎為歷來灌溉農(nóng)具類研究所必引之史料(1)。但筆者認(rèn)為雖記載了水車但描寫甚為模糊，從文字描述上看，似乎它也不是用來灌溉的。另外，根據(jù)《莊子·外篇·天地篇》的記載，中國民間最早的灌溉汲水用具稱之為“桔槔”。該用具在制作時(shí)“鑿木為機(jī)，后重前輕，掣水若抽，數(shù)如沃湯”，也就是充分利用杠桿原理，采用一條橫木搭在木架之上，一端懸掛著汲水的木桶，一端懸掛著諸如石塊的重物，巧妙運(yùn)送活水進(jìn)行田地灌溉(2)?！敖坶馈笨梢哉f是水車發(fā)明的雛形和先導(dǎo)，它的發(fā)明改變了早期純粹以人工肩扛手挑的原始運(yùn)輸活水的方式，最大限度地節(jié)省了人力物力，從而達(dá)到了事半功倍的效果。

隨著時(shí)代的發(fā)展，中國水車也不斷得到改進(jìn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)文明中發(fā)揮了重要作用。水車的發(fā)展也越來越迅速。歷史上有文獻(xiàn)記載的水車大概分為三個(gè)發(fā)展階段：中國正式記載中的水車，則大約到東漢時(shí)才產(chǎn)生。在東漢時(shí)期，漢靈帝命畢嵐制造“翻車”以“設(shè)機(jī)引水”，該水車車型已含有輪、軸、槽、板等基本機(jī)械裝置。又有一說三國時(shí)魏人馬均也有翻車的制造（《三國志.魏志》卷二九杜傳裴松之注）。三國時(shí)期魏國人馬鈞在畢嵐的“翻車”基礎(chǔ)上對(duì)之進(jìn)行了革新改進(jìn)，極大地推動(dòng)了“翻車”在農(nóng)業(yè)灌溉上的廣泛使用?？傊?，從東漢到三國翻車正式的產(chǎn)生，可以視為中國水車成立的第一階段。 水車的發(fā)展到了唐宋時(shí)代，在輪軸應(yīng)用方面有很大的進(jìn)步，能利用水力為動(dòng)力，作出了“筒車”，配合水池和連筒可以使低水高送。不僅功效更大，同時(shí)節(jié)約了寶貴的人力，在農(nóng)業(yè)抗旱中發(fā)揮了極其重要的作用。南宋張孝祥〈題能仁院壁詩〉中大贊其曰：“轉(zhuǎn)此大法輪，救汝旱歲苦”。這就是中國水車發(fā)展的第二個(gè)階段。 到了元明時(shí)代，水車輪軸發(fā)展更進(jìn)步。一架水車不僅有一組齒輪，有多至三組，而有“水轉(zhuǎn)翻車”、“牛轉(zhuǎn)翻車”或“驢轉(zhuǎn)翻車”，可以依風(fēng)土地勢(shì)交互為用。這項(xiàng)發(fā)展使翻車的利用更有效益。翻車從東漢三國時(shí)代發(fā)明以來，一直停滯在人力的運(yùn)轉(zhuǎn)。至此，利用水力和獸力以為驅(qū)動(dòng)，使人力終于從翻車腳踏板上解放。同時(shí)，也因轉(zhuǎn)軸、豎輪、臥輪等的發(fā)展，使原先只用水力驅(qū)動(dòng)的筒車，即使在水量較不豐沛的地方，也能利用獸力而有所貢獻(xiàn)。另外，還有"高轉(zhuǎn)筒車"的出現(xiàn)。地勢(shì)較陡峻而無法別開水塘的地方，也能低水高送，有所開發(fā)。這是中國水車發(fā)展的第三階段。元明之后，中國水車的發(fā)展便再?zèng)]有多少特別的成就了。

除此而外，元代王禎在其《農(nóng)書》當(dāng)中繪制有專門的筒車提水圖；明末著名科學(xué)家宋應(yīng)星在其《天工開物》中對(duì)此更有比較詳細(xì)的介紹：“凡河濱有制筒車者，堰陂障流，激輪使轉(zhuǎn)，挽水入筒，流入畝中，晝夜不息。”(3)

由以上之言可知，水車一物在中國農(nóng)業(yè)發(fā)展中實(shí)有大貢獻(xiàn)。它使農(nóng)作所受的地形制約大為減輕，實(shí)現(xiàn)丘陵地和山坡地的開發(fā)。不僅用之于旱時(shí)汲水，低處積水時(shí)也可用之以排水。

二、水車的機(jī)械特點(diǎn)

水車是一種古老的提水灌溉工具。水車也叫天車，車高10米多，由一根長5米，口徑0.5米的車軸支撐著24根木輻條，呈放射狀向四周展開。每根輻條的頂端都帶著一個(gè)刮板和水斗。刮板刮水，水斗裝水。河水沖來，借著水勢(shì)緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)著十多噸重的水車，一個(gè)個(gè)水斗裝滿了河水被逐級(jí)提升上去。臨頂，水斗又自然傾斜，將水注入渡槽，流到灌溉的農(nóng)田里。元王禎《農(nóng)書》、清麟慶《河工器具圖說》等文獻(xiàn)已經(jīng)基本上說清楚了。翻車的車身是長形的木槽，里面有行道板，兩端比槽板各短一尺，分別安置大齒輪和小齒輪（鏈輪）。行道板上下通周有用木銷子連結(jié)起來的龍骨板葉，形成與鏈輪連接的板鏈。翻車裝有小齒輪的一頭置于水中，裝有大齒輪的另一頭靠在岸上，大齒輪連結(jié)著的大軸兩旁有拐木，人們踩動(dòng)或搖動(dòng)拐木，大軸即帶動(dòng)齒輪和板鏈圍繞行道板上下循環(huán)運(yùn)動(dòng)，把水刮上田岸。筒車的車身是一個(gè)水輪，輪輻裝有受水板，輪周均勻地斜系著挹水筒。水輪通過延長的輪軸架于溪流兩岸，輪的下部浸入水中，水流沖擊受水板不停轉(zhuǎn)動(dòng)，周圍的挹水筒低則舀水于河，高則瀉水至田。井車王禎《農(nóng)書》缺載，以前人們也不大注意。它是一個(gè)立輪聯(lián)接著帶有一串挹水器的鏈索；立輪置于井口，鏈索垂于井水中；人畜通過不同裝置推動(dòng)立輪，立輪帶動(dòng)鏈索旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使挹水器不斷把井水提升到井上。刮車是筒車的衍化形式，也是一個(gè)帶有挹水筒的水輪，但不是流水激動(dòng)而是人工轉(zhuǎn)動(dòng)的(4)。一般大水車可灌溉農(nóng)田六、七百畝，小的也可灌溉一、二百畝。水車省工、省力、省資金，在古代可以算是最先進(jìn)的灌溉工具了。古代的人們運(yùn)用聰明的智慧把水車的機(jī)械特點(diǎn)與南北方的農(nóng)業(yè)地理情況相結(jié)合，正確地發(fā)揮了水車在農(nóng)業(yè)文明中的作用。

三、水車對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的推進(jìn)和促進(jìn)

王禎在其《農(nóng)書》中說：“翻車，今人謂‘龍骨車’也（見圖1）。《魏略》曰，馬鈞居京都，城內(nèi)有地可為園，無水以灌之，乃作翻車，令兒童轉(zhuǎn)之，而灌水自覆。漢靈帝使畢嵐作翻車，設(shè)機(jī)引水灑南北郊路。則翻車之制又始于畢嵐矣，今農(nóng)家用之溉田”。這是關(guān)于水車的最早記載，時(shí)稱翻車，為龍骨車的前身(5)。先由東漢末年宦官畢嵐創(chuàng)制，用于灑京城洛陽南北馬路，后經(jīng)三國時(shí)期發(fā)明家馬鈞改革，效能大為提高，但僅用于菜園灌溉。此后這種水車仿佛人間蒸發(fā)，數(shù)百年悄無聲息，直至唐宋才見于文獻(xiàn)記載。原因何在？唐以前我國政治經(jīng)濟(jì)文化中心在黃河中下游地區(qū)，這里氣候干旱，降雨稀少，土質(zhì)疏松，地表水難以存留，適于發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)，農(nóng)田灌溉很有限，這樣人力水車雖構(gòu)造巧妙，提水效能較高，但從它一誕生就面臨環(huán)境制約問題。北方的自然地理環(huán)境條件使這種水車的推廣和普及受到了很多的限制。

圖1：王禎《農(nóng)書》翻車圖

唐以后我國經(jīng)濟(jì)中心南移，南方稻作農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，水車命運(yùn)開始發(fā)生轉(zhuǎn)折。魏晉南北朝時(shí)期，北方戰(zhàn)亂不止，北方中原人民和士家大族紛紛南遷，中原先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和大量的勞動(dòng)力也隨之進(jìn)入南方地區(qū)，促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的改善，值得注意的是南方稻作農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要推動(dòng)了外來先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的移植、改造和利用，灌溉機(jī)械—水車可能在這一過程中受到人們的關(guān)注和重用。我國南方氣候濕潤，降水豐沛，河流湖泊眾多，稻作農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)。而晉唐時(shí)期南方稻作農(nóng)業(yè)的開發(fā)和發(fā)展，為水車的運(yùn)用和推廣創(chuàng)造了條件。水車技術(shù)一旦與當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和水田灌溉結(jié)合，便煥發(fā)出強(qiáng)大的生命力，并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

總之，水車技術(shù)傳至南方后，適合南方自然環(huán)境，特別是與江南平原地區(qū)的自然環(huán)境結(jié)合，進(jìn)一步開發(fā)和利用了南方豐富的水土資源，擴(kuò)大了水田面積，促進(jìn)了南方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；各種形制的水車也成為我國南方水田經(jīng)濟(jì)不可缺少的灌溉器具。又因?yàn)楸狈教厥獾牡乩憝h(huán)境、氣候條件及其地勢(shì)條件，段續(xù)針對(duì)西北地形特色，對(duì)筒車做了三點(diǎn)改進(jìn)：一是蘭州不產(chǎn)竹子，利用當(dāng)?shù)氐挠堋⒒?、柳木取代竹子作為制作水車的材料；二是黃河水深岸高，視河岸高低，做成直徑20米或30米左右的巨輪；三是這樣的龐然大物增加了水輪重量，需要加大水的沖力才能驅(qū)動(dòng)它旋轉(zhuǎn)，將水提到高處。為讓龐大沉重的水輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來，段續(xù)在水車倒挽河水處，開掘深坑，鑲砌硬石，使流水形成較大落差，增強(qiáng)沖擊力；同時(shí)在水車上游，向河流中心壓一淺壩，呈扇形水面，將水逼向岸邊，以加大水流量，確保水車轉(zhuǎn)動(dòng)。南方筒車一般架設(shè)在江河支流或小溪上（見圖2），而段續(xù)開創(chuàng)了在黃河上架設(shè)筒車的先例。與江南的筒車嫵媚嬌小相比，蘭州水車形制巨大，像蘭州城墻一般高，被稱“老虎車”、“天車”。

圖2：《農(nóng)政全書》筒車圖

南北筒車，風(fēng)格迥異，實(shí)由自然環(huán)境差別所致。自段續(xù)創(chuàng)水車成功后，黃河兩岸農(nóng)民爭相仿制。有清一代，高大雄偉的水車矗立在數(shù)百里黃河岸邊，倒挽河水，晝夜不息，形成黃河岸邊一道獨(dú)特的風(fēng)景。

四、小結(jié)

南方水車應(yīng)用的普及反映了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)過程。農(nóng)業(yè)技術(shù)與自然地理環(huán)境結(jié)合，促進(jìn)了水車應(yīng)用的普及。從根本上說，水車因地制宜的良好生態(tài)性，使它歷千年而不衰，成為我國最有代表性的傳統(tǒng)機(jī)械之一。無論是北方的旱作農(nóng)業(yè)還是南方的精耕細(xì)作，水車對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)都起到了推進(jìn)和促進(jìn)的作用，也促進(jìn)了農(nóng)業(yè)文明的發(fā)展。

[1]王若昭.清代的水車灌溉[J].農(nóng)業(yè)考古，1983,(1).

[2]楊宏才.古代水車的發(fā)明起源與區(qū)域利用[J].歷史考證，2011,(9).

[3]萬方.中國古代日用器物圖—水車[J].書屋,2007,(2).

[4]陸敬嚴(yán),華覺明.中國科學(xué)技術(shù)史·機(jī)械卷[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[5]李根蟠.農(nóng)業(yè)科技史話[M].北京.社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2011.7.