世界水日：盤點中國古代發(fā)明的“水之神器”

1993年1月18日，在第四十七屆聯(lián)合國大會上，確定了每年的3月22日為世界水日，以此呼喚公眾加強(qiáng)水資源保護(hù)。在科學(xué)技術(shù)遠(yuǎn)不如今天發(fā)達(dá)的我國古代，為了更好地用水、防水，先民們充分發(fā)揮中華民族的智慧，發(fā)明了一大批令后世驚嘆的器具。今天，我們就來盤點一下這些“水之神器”！

01 疏浚神器——驅(qū)泥引河龍

我國北方河流自古以來多泥沙，先秦詩歌總集《詩經(jīng)·小雅》有云：載清載濁，反映了我國先民很早就注意到了清水與濁水的區(qū)別。水流攜帶過多泥沙會招來大麻煩——造成下游河道淤塞，繼而河流決口，造成可怕的洪災(zāi)。因此，清理泥沙、疏浚河道便成為我國歷朝歷代水利工程的重要任務(wù)。

驅(qū)泥引河龍是清人發(fā)明的一種水力疏浚器具。該器具長約5.3米，前口寬約1.3米，高約0.6米。在清人所繪驅(qū)泥引河龍結(jié)構(gòu)圖上，詳細(xì)對該器的各個部件及其作用進(jìn)行了說明，其最大的一個亮點是大口進(jìn)水、小口出水。

圖一：驅(qū)泥引河龍結(jié)構(gòu)圖（清人繪制）

驅(qū)泥引河龍進(jìn)口大、出口小的設(shè)計，決定了其出口流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于進(jìn)口流速，這極大地提高了水流挾沙能力【1】。使用驅(qū)泥引河龍的時候，一般以10個為一排，每一排引河龍的下游沖刷距離約16米遠(yuǎn)，每天沖刷深度亦達(dá)“數(shù)尺”。以船挾帶驅(qū)泥引河龍，向河流下游航行，可取得不錯的疏浚效果。

02“多功能”神器——小口尖底瓶

這種造型奇特的陶器在考古學(xué)上被稱為“小口尖底瓶”，是新石器時代仰韶、廟底溝文化時期的黃河中游地區(qū)最具代表性的器物之一，前后斷斷續(xù)續(xù)“流行”了約1500年。小口、尖底、雙耳……如此“清奇”的造型，它到底干啥用的？學(xué)界從不同科學(xué)原理出發(fā)，給出了多種說法。

圖二：中國考古博物館收藏的半坡遺址出土文物小口尖底瓶（圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

一些學(xué)者認(rèn)為，根據(jù)浮體重心力學(xué)原理，小口尖底瓶的瓶體容易沉水，而滿水時自動立起，推測其應(yīng)為汲水器（即打水用的）。另一些學(xué)者認(rèn)為，小口尖底瓶特殊的“尖底”造型可以嵌入地面或特制的定器底座，因而可能是儲存熱水的，類似于現(xiàn)代保溫瓶。還有學(xué)者認(rèn)為，小口有利于密封，尖底有助于沉淀，這都是釀酒的優(yōu)良條件，故推測其為釀酒器【2】。當(dāng)然，也有學(xué)者推測小口尖底瓶是當(dāng)時祭祀所用的禮器。不管小口尖底瓶是干啥用的，蘊(yùn)含了這么多科學(xué)原理，對于幾千年前的中國先民來說，他們已經(jīng)贏了。

03 流量測量神器——李冰石人

河流流量的測量工作對古代先民生產(chǎn)十分重要。在水利工程領(lǐng)域，流量（discharge）是指單位時間內(nèi)通過管道、明渠或其他通道的某一過水?dāng)嗝娴囊后w體積，以立方米/秒為單位。作為一種實測數(shù)據(jù)，流量是反映水情的重要信息，亦是反映水資源，以及河流、湖泊、水庫等水體水量變化的基本數(shù)據(jù)。【3】

過水?dāng)嗝嫔系钠骄魉伲魉儆?strong>坡降、糙率等決定）與過水?dāng)嗝婷娣e相乘，便可得到流量值，而我國古代先民對此關(guān)系似乎早有認(rèn)識。比如都江堰的李冰石人——一種石像造型的測流水尺，其肩部、腳部均為水尺刻度，《水經(jīng)注·卷三十三》記載，李冰造了3個石人，立于水中：枯水時石人的腳不露出水面，漲水時石人的肩不沒于水中。都江堰有兩個條件相對穩(wěn)定，一是進(jìn)水口斷面，一是河底坡降，這樣一來，通過水尺的讀數(shù)就可以推測出灌區(qū)水量的豐欠情況，這繼而反映了“李冰石人”并非單純反映水位高低，也反映了水位之下過流量的多寡。因此，說李冰石人是測流量神器，乃實至名歸。

圖三：中國成都四川博物院藏東漢李冰石像復(fù)制品（圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

04 機(jī)械提水神器——龍骨水車

古代人最早怎么進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉？在先秦時期的文獻(xiàn)中，有“抱甑而汲”的記載，甑是中國古代蒸食物所用的炊具，形似盆、罐，口大，常通過鏤空的箅與“鬲”配套使用，形成“甗”，鬲中的水蒸氣可將甑中的食物加熱至熟，但甑一般很少單獨使用。抱著一個類似大盆的東西取水灌溉，想象一下這個場景，就能感到人力提水不是件輕松的工作。

雖然后期逐漸發(fā)明了水力、風(fēng)力等提水機(jī)械，但人力提水機(jī)械本身也在不斷發(fā)展。比如，始見于東漢的人力（或畜力）轉(zhuǎn)輪提水機(jī)械——龍骨水車，這是民間對它的稱呼，因其擁有一條用木梢銜接的、像龍骨架一般的超長刮水行道帶而得名。龍骨水車以人力或畜力轉(zhuǎn)動輪軸實現(xiàn)提水，在以人力轉(zhuǎn)動輪軸的龍骨水車中，小型龍骨水車為手搖式，亦稱“撥車”；大型龍骨水車為腳踏式，又名“踏車”【4】。

在我國平原地區(qū)，特別是近距離且提水高度控制在1m-2m的條件下，龍骨水車很適合用于農(nóng)業(yè)灌溉，在唐宋以降發(fā)揮著重要作用，直至上世紀(jì)50年代，我國農(nóng)村依然可見龍骨水車的身影。

圖四：手搖式龍骨水車模型 中國農(nóng)業(yè)博物館藏（翟國慶拍攝，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

圖五：腳踏式龍骨水車模型 中國農(nóng)業(yè)博物館藏（翟國慶拍攝，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

小結(jié)

其實，以上僅僅是冰山一角，在燦爛的中國歷史上，古代先民憑借智慧發(fā)明的“水之神器”不勝枚舉，如用于搶險堵口或護(hù)岸工程的“卷?！?、與驅(qū)泥引河龍同樣用于河流疏浚的“混江龍”、用于水利工程測量的“水準(zhǔn)儀”等等，正是由于這些偉大的發(fā)明，千百年來，我們才能合理發(fā)揮水資源對文明的助力，一步步迎來現(xiàn)代的曙光。

參考文獻(xiàn)：

【1】盧嘉錫：《中國科學(xué)技術(shù)史. 水利卷》，科學(xué)出版社，2002年。

【2】贠澤榮：《小口尖底瓶基本功能再探討》，《文物鑒定與鑒賞》，2013年第13期。

【3】《中國大百科全書》第三版網(wǎng)絡(luò)版

【4】金鋒：《中國傳統(tǒng)大型灌溉農(nóng)具水車》，《農(nóng)業(yè)考古》，2013年第3期。

作者：

盒子貓 中國科普作家協(xié)會會員、2017年度“十佳新銳科普創(chuàng)客”大賽文章類三等獎獲得者

翟國慶 中國科普作家協(xié)會會員、2016年度“新銳科普創(chuàng)客”

審核：宋元明 北京科技大學(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院副教授

出品：科普中國

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