• 中国水周丨盘点中国古代发明与水有关的器具

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    • 发布时间:2024-03-28
  • 3月22日-28日是第三十七届“中国水周”,活动主题为“精打细算用好水资源,从严从细管好水资源”,以此呼唤公众加强水资源保护。在科学技术远不如今天发达的我国古代,为了更好地用水、防水,先民们充分发挥中华民族的智慧,发明了一大批令后世惊叹的器具。今天,我们就来盘点一下这些与水有关的器具。

    01疏浚器具——驱泥引河龙

    我国北方河流多泥沙,我国古代早就有人注意到清水与浊水的区别。水流携带过多泥沙会造成下游河道淤塞,继而河流决口,造成洪灾。因此,清理泥沙、疏浚河道便成为我国历朝历代水利工程的重要任务。

    清代后期,有人发明了一种利用水利冲刷淤泥的疏浚机械,叫作“驱泥引河龙”。在该器具结构图上,其最大的一个亮点是大口进水、小口出水。驱泥引河龙进口大、出口小的设计,决定了其出口流速远远高于进口流速,这极大地提高了水流挟沙能力。


    图:一:驱泥引河龙的水力学原理示意图(引子《中国古代水力科学技术史》)

    02流量测量器具——李冰石人

    河流流量的测量工作对古代先民生产十分重要。在水利工程领域,流量是指单位时间内通过管道、明渠或其他通道的某一过水断面的液体体积,单位立方米/小时。作为一种实测数据,流量是反映水情的重要信息,亦是反映水资源,以及河流、湖泊、水库等水体水量变化的基本数据。

    过水断面上的平均流速(流速由坡降、糙率等决定)与过水断面面积相乘,便可得到流量值,而我国古代人对此关系似乎早有认识。比如都江堰的李冰石人——一种石像造型的测流水尺,其肩部、脚部均为水尺刻度,《水经注·卷三十三》记载,李冰造了3个石人,立于水中:枯水时石人的脚不露出水面,涨水时石人的肩不没于水中。都江堰有两个条件相对稳定,一是进水口断面,一是河底坡降,这样一来,通过水尺的读数就可以推测出灌区水量的丰欠情况,这继而反映了“李冰石人”并非单纯反映水位高低,也反映了水位之下过流量的多寡。


    图:二:《巴山蜀水——意外现身的石人》(来源:CCTV4《国宝档案》)

    03机械提水器具——龙骨水车

    古代人最早怎么进行农业灌溉?在古文献记载中,甑是中国古代蒸食物所用的炊具,形似盆、罐,口大,常通过镂空的箅与“鬲”配套使用,形成“甗”,鬲中的水蒸气可将甑中的食物加热至熟,但甑一般很少单独使用。抱着一个类似大盆的东西取水灌溉,想象一下这个场景,就能感到人力提水不是件轻松的工作。

    虽然后期逐渐发明了水力、风力等提水机械,但人力提水机械本身也在不断发展。比如,始见于东汉的人力(或畜力)转轮提水机械——龙骨水车,这是民间对它的称呼,因其拥有一条用木梢衔接的、像龙骨架一般的超长刮水行道带而得名。龙骨水车以人力或畜力转动轮轴实现提水,在以人力转动轮轴的龙骨水车中,小型龙骨水车为手摇式,亦称“拨车”;大型龙骨水车为脚踏式,又名“踏车”。

    在我国平原地区,特别是近距离且提水高度控制在1m-2m的条件下,龙骨水车很适合用于农业灌溉,在唐宋以降发挥着重要作用,直至上世纪50年代,我国农村依然可见龙骨水车的身影。


    图:三:吴云梦老人向游客演示龙骨水车的使用。新华社发(宋文摄)

    其实,以上仅仅是冰山一角,在灿烂的中国历史上,古代先民凭借智慧发明的与水有关的器具不胜枚举,如用于抢险堵口或护岸工程的“卷埽”、与驱泥引河龙同样用于河流疏浚的“混江龙”、用于水利工程测量的“水准仪”等等,正是由于这些伟大的发明,千百年来,我们才能合理发挥水资源对文明的助力,一步步迎来现代的曙光。

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