閩粵贛邊區(qū)是客家人聚居地和大本營,這里也是著名的稻作文化區(qū)。水利是農(nóng)業(yè)的命脈,勤勞智慧的客家人既從中原帶來先進的技術(shù),也學習西方先進技術(shù),制造了多種灌溉械具,用于改造自然條件,抵御自然災(zāi)害,確保農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。
戽斗
戽斗是一種人力灌溉提水工具。主要用于梯田、高塝田從低處往高處提水。
在水勢較低,不能放置翻車的地方,可以用戽斗提水。戽斗兩側(cè)系有長繩,兩個人對站,拉繩子把水提上岸,用來灌溉莊稼。戽斗可以根據(jù)取材的方便,用柳條、杉木、竹子制成。
機汲
閩粵贛客家地區(qū)流行一種半機械的灌溉裝置——機汲。機汲出現(xiàn)較早,據(jù)唐代劉禹錫的《機汲記》記載,機汲由竹制水桶、木樁、繩制索道、長繩以及鐵鑄的滑輪等組成。
機汲是一種利用架空索道的轆轤汲水機械。起承載作用的架空索道,是由置轆轤處一直延伸到水中的木樁頂端。索道上掛一個滑輪。起牽引作用的系水桶的長繩,纏繞于轆轤的圓軸之上。下放水桶時,由于架空索道向下傾斜度比較大,具有一定重量的水桶便能牽引滑輪向下滾動?;喭V?jié)L動,水桶就能垂直入水,水桶汲滿之后便可搖動轆轤,通過長繩把水桶提至所需要的地點。
這種轆轤汲水機械是轆轤汲水方法的重大發(fā)展。同時,它又利用架空索道和滑輪的幫助,把上下垂直運動改為大跨度的斜向運動,以利于江河兩岸農(nóng)田灌溉的發(fā)展。
筒車
自古以來,客家地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達,與農(nóng)業(yè)相關(guān)的科技取得了卓越的成就。水利對農(nóng)業(yè)的意義重大,各朝各代的客家人致力于興修水利工程,不論是灌溉渠道或是運河,都動員了大量的人力、物力和財力去營建。但是,這些渠道大都分布在各大農(nóng)業(yè)區(qū),至于高地或離灌溉渠道及水源較遠之地,顯然是無法顧及。于是客家人發(fā)明了一種能引水灌溉的農(nóng)具——筒車。
筒車又稱為高車、天車、竹車、水輪、水車。它其實是一種古老的提水灌溉工具,以水能推動車輪裝置來澆灌農(nóng)田。
清代廣東省梅州府嶺縣客家學者黃香鐵(黃釗)的《石窟一征》對此有記載:“先于溪旁筑石成隘。上流水至隘,勢極奮迅,乃設(shè)竹車二圍,制如車輪,大可二丈,縛數(shù)節(jié)竹筒,緣于兩輪,其筒向內(nèi)一面,截口受水,每筒相隔三尺許,兩筒中間編縛竹板一扇,以遏流水,所以激輪使旋者全在此。蓋水勢迅則沖扇行,而輪乃隨之以轉(zhuǎn),每激一扇,后扇繼來,旋而上升,則筒中滿水,已至車頂,筒口向下,水則下傾,于此傾處,刳大竹受之,接引入田,雖遠可到。農(nóng)夫無舉手之勞,而田已畢溉矣?!?/p>
除了黃香鐵所提到的輪輻約2丈(1丈約為3.33米)筒車,還有可以灌溉幾百畝土地的大筒車,其形狀如一巨大雙層車輪,由軸心安插并排輻條,條條向外輻射。輪輻直徑20米以上,輪沿兒裝葉板,以利水流沖推,并等距離斜掛長方形水斗,當修筑在溪河邊的引水溝水流沖動車輪葉時,水斗也同時自然注進水,車輪也轉(zhuǎn)動,把一斗斗水提升到頂高,然后傾倒入水槽,匯成一股源源不斷的渠流,日夜不停地灌溉田地。
筒車的輪輻直徑大的20米左右,小的也在6米以上,可提水高達15~18米。輪輻中心是合抱粗的輪軸,以及比木斗多一倍的橫板。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。筒車省工、省力、省資金,在古代可以算是先進的灌溉工具了。
筒車最遲在唐代已經(jīng)發(fā)明了,唐代詩人陳廷章的《水輪賦》中對筒車的結(jié)構(gòu)、功用都有詳細的描寫。宋代,筒車已經(jīng)普及到了閩粵贛等地。南方的筒車多為竹制,北方的多為木制。今甘肅、寧夏黃河沿岸仍有大型筒車在使用。元代學者王禎在《王禎農(nóng)書》中記載了高轉(zhuǎn)筒車,可提水33米以上,其形式和圓形筒車有較大的差別,而和龍骨水車(翻車)接近。它有上、下兩輪,直徑各約4尺(1尺約為0.33米),兩輪有竹纜(竹繩)聯(lián)系,竹纜上捆扎取水竹筒若干。轉(zhuǎn)動上輪帶動竹纜、竹筒運轉(zhuǎn),達到提水的目的,其動力多為畜拉或人踏。
翻車
客家地區(qū)的翻車也叫龍骨水車,可由人力驅(qū)動,或由畜力、水力、風力驅(qū)動。除了驅(qū)動、傳動部分各不相同外,翻車的基本結(jié)構(gòu)并無不同。
其一,拔車。拔車即手搖龍骨車,可由一人或兩人操作,搖動裝在輪軸上的搖手柄,使上輪轉(zhuǎn)動;帶動裝在下層密封槽中的刮板向上刮水,水流出后,刮板再從上層向下入水。人的臂力有限,所以拔車提升高度也有限。淺池塘、小水溝放置水車,則用數(shù)尺長的拔車,一人兩手握搖柄迅速轉(zhuǎn)動,終日勞動也只能灌溉兩畝田地罷了。
其二,踏車。踏車也叫車戽,即腳踏龍骨車,一般由兩個人驅(qū)動。車身用刮板作槽,長約兩丈,高約一尺,寬約七寸。踏車每天可灌溉田地五畝??梢詭讉€人一同踏??图颐窀柙疲耗_痛腰酸曉夜忙,田頭車戽響浪浪。高田車進低田出,只愿高低不做荒。
其三,畜力翻車(牛轉(zhuǎn)翻車)。翻車也可以用畜力驅(qū)動,一般多用?;蝮H子驅(qū)動。它需要由牛先轉(zhuǎn)動立軸,再通過一對木齒輪,驅(qū)動翻車。牛轉(zhuǎn)翻車可長兩丈,每日可灌溉土地十畝左右。
其四,水力翻車。水力翻車,是自漢代以來中國水利機械由杠桿式、“水輪、軸組合式”到“水輪、軸、齒輪組合式”的進一步發(fā)展。它與杠桿式、“水輪、軸組合式”的不同之處,在于增加了一對或一組齒輪,通過齒輪把水輪傳遞過來的機械能再傳給工作機。水力翻車分臥輪式、立輪式兩種。
第一,臥輪的安裝方法。水力翻車與人踏翻車的安裝方法相同。只要在流水岸邊挖一條狹長的溝,把翻車放在溝內(nèi),翻車的踏軸外端做一個豎齒輪,豎齒輪旁架設(shè)木制的立柱,立柱上安裝兩個大輪,上面的是臥齒輪,下面的是臥水輪。臥齒輪與車頭的豎齒輪相嚙合。當水流沖擊時,下面臥置的水輪轉(zhuǎn)動,帶動上面的臥齒輪撥動車頭的豎齒輪,翻車隨著轉(zhuǎn)動,引水上岸。
第二,立輪的安裝方法。如果翻車是用立輪產(chǎn)生動力,則應(yīng)該建支架安裝一個水沖擊的立輪。立輪輪輻的末端稍寬,在此處再做一個小齒輪,用來撥動車頭的豎齒輪,這樣水沖擊立輪轉(zhuǎn)時,則小齒輪帶動車頭的豎齒輪轉(zhuǎn)動。
當然,也應(yīng)該根據(jù)水勢的大小來選擇適應(yīng)的方法。當水力充分時,水力翻車可日夜不停地轉(zhuǎn)動,比踏車更有優(yōu)勢,而且成本低廉。
其五,風力翻車??图业貐^(qū)有兩種風車,根據(jù)風車主軸放置的位置,分別稱為臥軸式風車、立軸式風車,其發(fā)明時間據(jù)考證,分別在東漢、南宋。
利用臥式風車帶動翻車工作的結(jié)構(gòu)及傳動過程如下:臥式風輪兩丈多高,直徑兩丈六尺多。上面安裝了六扇帆,使風輪正對風向。風輪中間貫穿了一根木軸,軸上安裝了平方的齒輪。當風力達到一定程度時,帆被風吹動時帶動軸轉(zhuǎn)動,平齒輪也隨之轉(zhuǎn)動,從而帶動翻車上的豎齒輪轉(zhuǎn)動,翻車便一周周地轉(zhuǎn)動,引水上岸。后來,智慧的客家人對臥軸式風車進行了改造:一是增加了尾翼,使風輪上面的橫軸可以自動適應(yīng)風向;二是可以預(yù)防因風力過大時風輪轉(zhuǎn)速過快,從而損壞裝置。
立軸風車是由八面立帆及木架組成的立軸式動力裝置,俗稱“走馬燈”,立軸下端的水平大齒輪可驅(qū)動一部至兩部翻車。利用豎式風車帶動翻車工作的結(jié)構(gòu)及傳動過程如下:用堅硬的雜木為主干,主干末端的平面內(nèi)安裝八根平放的木條,像車輪形,下面也如此。四周掛八扇帆,下面的輪距地一尺多,輪下有密排的小齒。再橫著安裝一條軸,軸的兩端也有密排齒,與輪下的密齒相嚙合,像犬牙的形狀。軸的另一端接翻車,翻車也是木制的,長2~3丈不等,寬1尺多,下面浸入水中,上面與輪相銜接。翻車內(nèi)有密排的刮水板,和車內(nèi)的寬度一致,使中間無縫隙,刮水往上流入田地中。有風的時候就轉(zhuǎn)動,日夜不停,不用借助于人工和水力,構(gòu)思可謂巧妙極了。
立軸式風車的優(yōu)點:一是有風向調(diào)節(jié)系統(tǒng),能自動適應(yīng)各方向來風,使風車工作不受風向不同的影響;二是當風速有變時,可控制風帆的升降,改變風帆受風面積,保證風車的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定;三是風車可架設(shè)得很高。人在風車架下進行各種操作,防止立軸風車占地面積過多。
最遲在元代,客家人便開始使用風力翻車了。據(jù)元、明代文獻記載,和客家地區(qū)相鄰的浙西已經(jīng)使用風力翻車。例如,元代任有發(fā)的《水利問答》便說:“略覺浙西治水,壩水、函石、倉石囤、土帚、刺子、水管、銅輪、鐵筢、木锨、水井、水車、風車、手戽、桔槔等器,隴西未必有也?!蔽闹兴岬娘L車便是風力翻車。明代宋應(yīng)星的《天工開物》有“揚郡以風帆數(shù)扇,俟風轉(zhuǎn)動,風息則止”的記載。風力翻車在清代文獻中的記載則更加詳盡。
龍尾車
客家人除了用翻車提水,也會用龍尾車提水。與翻車相比,龍尾車具有用力省(一人可抵十人)、效率高(一車抵五車)的突出優(yōu)越性。根據(jù)清代學者錢泳的《履園叢話》中所談,龍尾車一人一日可灌田三四十畝,比龍骨車要高出五六倍至十來倍,從而大大提高了抗旱排澇的能力。
龍尾車,利用圓筒內(nèi)螺旋輪轉(zhuǎn)上升而提水的一種工具。明朝萬歷年間,由意大利傳教士利瑪竇帶入中國,徐光啟進行了仿制,清代也有大量引進。
龍尾車的原理是阿基米德螺旋運動原理,所以,它也叫作阿基米德螺旋管。其內(nèi)部構(gòu)造嚴密,具有較強的邏輯性,比如,它運用螺旋輸送原理,利用內(nèi)部軸的旋轉(zhuǎn)帶動螺旋葉的反方向運轉(zhuǎn),托水向上平移,達到升水目的。又比如,龍尾車的傳動方式是齒輪傳動,而從動齒輪的安裝位置因地勢和原動力的不同有7種變化,即圍的中間和兩端、軸的兩端、樞的兩端。具體到在不同位置安裝從動齒輪,又有不同的技術(shù)要求。它所有重要構(gòu)件都密封于滾筒內(nèi),工作原理無法通過直觀來領(lǐng)悟,需要有一定的幾何學知識才能分析清楚。
當然,龍尾車也存在一定的局限性:一是造價昂貴,一輛龍尾車大約要100兩白銀;二是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一旦壞了便成為廢物;三是它和中國傳統(tǒng)水利器械不是一個思路和體系的東西,百姓不易接受。所以,龍尾車在客家地區(qū)未得到大面積的推廣和應(yīng)用。
井車
在閩粵贛一些客家地區(qū),土地周邊沒有溪流,只好打井提水灌溉,一口井一般可以灌溉20~40畝土地,經(jīng)濟效益較大。
這時候便要用到井車提水,最遲在唐代便已經(jīng)有了井車。唐代文學家劉禹錫描述過井車:“櫛比栽籬槿,咿啞轉(zhuǎn)井車。”宋代的《太平廣記》中有井車的記載:“唐鄧玄挺入寺行香,與諸僧詣園,觀植蔬,見水車以木桶相連,汲于井中。”元代趙其昌在《析津志》中曾經(jīng)記載了大都(今北京)使用井車汲水飲馬?!捌渲疲S井深淺,以犖確水車相銜之狀,附木為戽斗,聯(lián)于車之機,直至井底。而上人推平輪之機,與主輪向軋,戽斗則傾于石枧中,透于闌外石槽中。自朝至暮不輟,而人馬均濟……”
井車是一種從井中汲水的機具,又稱木斗水車、立式翻車、龍骨木斗、戽斗式機輪水車,它用木斗代替刮水板,使一串木斗互連成鏈,套在井邊的立輪上,當立輪轉(zhuǎn)動時,木斗連續(xù)上升提水,實現(xiàn)運送的功能。
井車和翻車(龍骨車)的運送鏈最大的不同之處在于井車下端沒有設(shè)置鏈輪。在立井中,不能像翻車那樣用木板向上刮水,所以另制一串如鏈的木斗,套在井口的大輪上,大輪軸上裝有垂直齒輪,與另一水平齒輪相鄰接。
若以畜力驅(qū)動水平齒輪,則垂直齒輪隨著轉(zhuǎn)動,使得套著水斗的大輪也同時轉(zhuǎn)動,水斗就這樣連續(xù)提水上升,注入位于大輪旁邊的容器中,流入田地中,以灌溉莊稼。
恒升
客家人除了用井車從井中打水,還用恒升、玉衡抽取井水。
恒升是一種木制提水圓筒,即現(xiàn)在的提水泵。宋代用于鹽井提水的水排,其原理和恒升相同。
明代徐光啟在《泰西水法》中介紹了其制作方法。恒升由三部分組成。第一部分是筒,通常為圓柱形的密閉木筒,筒的內(nèi)壁粘貼無縫隙,外面用鐵箍箍牢。筒底裝有只能向上開的閥門,即筒底有洞,洞的上面安裝了一個閥門(活門)。第二部分是提柱,即可以在筒內(nèi)上下運動的活塞?;钊仓挥心芟蛏祥_的閥門。提柱下裝有銅砧,銅砧當中也有洞,大小和筒底的洞一樣,上面也有閥門。銅砧和筒的內(nèi)壁完全密合。第三部分是衡柱,即操縱活塞上下運動的手動杠桿。
取水時,將圓筒下面的水管浸入水中,上下按動衡柱(杠桿),水面上的大氣壓即把水壓入筒內(nèi),進到活塞上面,并被提升,流出筒口。
這樣一提一壓,反復(fù)進行,井中的水便源源不斷地上升,涌出地面。這比用吊桶打水省力得多。不過,按壓提柱還是比較費力。所以,客家工匠在提柱上端裝了一根鐵鏈,掛在一根鐵桿的一端,裝了一只架子支住鐵桿,只要一個人在鐵桿另一端一掀、一抬,提柱一上、一下,就把水抽上來了。
玉衡其實是一種雙筒抽水機,也是從井里打水,原理和恒升類似,構(gòu)造比較復(fù)雜,要很大的井口才可以安置。兩者的區(qū)別在于,玉衡有兩個帶有活塞的工作筒和一個儲水器,它們的底部各有一個只能向上開的閥門,當工作筒活塞下壓,筒內(nèi)的水就被推入儲水器,再由儲水器上部的管口流出。
渴烏
渴烏是客家地區(qū)的一種虹吸管,客家農(nóng)民也稱之為“過山龍”。
渴烏最早的記載在東漢。東漢中平三年(186年)大修宮城,掖庭令畢嵐“又鑄天祿蛤蟆,吐水于平門外橋東,轉(zhuǎn)水入宮。又作翻車、渴烏,施于橋西,用灑南北郊路,以省百姓灑道之費”。畢嵐所做的天祿蛤蟆至少是管道引水的出水口。關(guān)于渴烏,唐代李賢注:“渴烏,為曲筒,以氣引水上也?!彼且揽繗鈮翰钜墓ぷ髟恚且环N倒虹吸裝置。唐代歷史學家杜佑的《通典》記載:“渴烏,隔山取水。以大竹筒雌雄相接,勿令漏泄。以麻漆封裹。推過山外,就水置筒,入水五尺。即與筒尾取松樺干草,當筒放火。火氣潛通水所,即應(yīng)而上?!薄案羯饺∷?,方法是以大竹筒套接小竹筒,形成彎管,以麻布浸漆加以封裹,以防漏水、漏氣,跨過山巒。將臨水一端入水下五尺處,然后在出口一端放入松樺枝葉和干草等易燃物,燃燒耗氧,使出水口處氣壓降低,處于負壓狀態(tài),即筒內(nèi)形成相對真空,即可吸水越過山嶺而上。
連筒
閩粵贛邊區(qū)是山區(qū),此地有崇山峻嶺,茂林修竹,又有清流急湍,映帶左右。有時候,客家人為了把遠處的水引到農(nóng)田,便就地取材,利用毛竹制成連筒。
連筒在唐朝以前已用于引鹽水熬鹽,唐代開始用于農(nóng)業(yè)。其法是“以竹通水也。凡所居相離水泉頗遠,不便汲用,乃取大竹,內(nèi)通其節(jié),令本末相續(xù),連延不斷;閣之平地,或架越澗谷,引水而至。又能激而高起數(shù)尺,注之池沼及庖湢之間,如藥畦疏圃,亦可供用,杜詩所謂‘連筒灌小園’”。《王禎農(nóng)書》引用的最末一句的“連筒灌小園”出自杜甫在四川寫的一首田園詩《春水》,詩中說:“三月桃花浪,江流復(fù)舊痕。朝來沒沙尾,碧色動柴門。接縷垂芳餌,連筒灌小園。已添無數(shù)鳥,爭浴故相喧。”這是連筒在唐代用于農(nóng)業(yè)灌溉的佐證之一。
連筒是把粗大的竹竿去掉里面的節(jié),一根根連接起來,下面隨地勢高下,用木石架起,可以跨越澗谷,把水引到很遠的地方。架槽的設(shè)計基本上同連筒一樣,只是用以引水的是木槽而已。這類器具,正如古人所說:“大可下潤于千頃,高可飛流于百尺,架之則遠達,穴之則潛通,世間無不救之四,地上有可興之雨?!?/p>
連筒的使用,反映出客家人這方面的創(chuàng)造發(fā)明之巧妙,高效而又實用。