小编上回讲到古代灌溉工程,灌溉对当时的农业经济及社会历史进步推动作用巨大,可以说灌溉在农业的地位决定了灌溉文明的发展,即是古代中国农业社会的发展。古代建造一项水利工程,必须是用尽当地政府及民间之力才能够完成。说到一家一户的灌溉,从河道中或地下取水,需要用到许多灌溉的工具,如采用水车来把水引到高处。但水一旦进入需要灌溉的土地,还是利用地形和重力自由流淌,或者说引水沿着畦田进行灌溉。
图 1. 灌溉的梯田实景
距今3000多年的古人,为取水受尽磨难,不管是灌溉还是生活用水,都得一步一个脚印,一桶一桶地提上来,一担一担地挑上来的。
图 2. 古代农耕场景
说说小面积土地的灌溉工具。在春秋战国时期,各国国土面积相对来说不是很大,农民耕地也是以小块田地为主,各种灌溉工具也应运而产生,故此,当年古代劳动人民发明的灌溉工具主要是以小型工具为主。
省力的打水工具,桔槔 [jié gāo]。桔槔是利用杠杆原理的取水工具,早期的桔槔主要用于园圃中的“井”上,代替缸、瓮等来打水灌田,后来也应用在湖、河、塘、溪的边上汲水。应用桔槔的汲水过程主要是借助人的体重向下用力,因而大大减轻了人们提水的疲劳感。桔槔作为打水工具虽然简单却使人们的劳动强度得以降低,因而是古代中国主要的灌溉工具之一。诸暨市赵家镇古井桔槔提水井灌工程,主要分布在泉畈等村周边,井灌的历史悠久,最早可追溯至南宋。2015年10月12日,世界灌排联合委员会(lClD)在法国蒙彼利埃召开的年度会议上,诸暨市赵家镇古井桔槔灌溉工程被确定为世界灌溉工程遗产。
图 3. 桔槔打水形象图
文字记载到商代的时候,苦逼的农民脑洞被更新之后,出现了一种更为省力且灌溉效率更高的工具,孔子的弟子子贡还曾向别人大肆介绍此物。
图 4. 桔槔应用场景
译文如下:一天,子贡南游楚国,过汉阴,见个老汉抱着个水缸来回浇菜,忍不住吐槽道:“用的是什么?现在有个打水工具,每天可以浇灌上百个菜园,并不费力,而且效率更高,你咋不试试?”
老汉抬头问:“什么鬼神工具?”
子贡说:“用木料加工成机械,后面重前面轻,提水就像从井中抽水似的,快准狠,它的名字就叫做桔槔。”
话说现代的高效节水灌溉系统,找它的古代祖宗,还得是找它-灌水工具。
图 5. 古代埃及人在岸上用桔槔
下图是那位老兄等不及了,下水去直接开干。
图 6. 在水中用桔槔
开始使用打水工具主要是为了适应田园灌溉,一直用于自家田地的打水灌溉,特别是中原地区使用得更多些。
水稻田种植区,觉得自己命不该此的原始农民,借助最原始的大脑,开动脑袋这个思维中枢,总想着节省体力,结果发明了一种取水工具名叫“戽斗”[hù dǒu]。
图 7. 戽斗
王桢系东鲁人氏,他著有《农政全书》农器图谱集有“戽斗”一条:戽斗,挹水器也……凡水岸稍下,不容置车,当旱之际,乃用戽斗。控以双绠,两人挈之,抒水上岸,以溉田稼。戽斗本是北方的太平风物,慢慢地传到南方。南方水系发达,灌溉不难,但只要田地高于水面,便须倚赖人力输水。戽斗得两人来操作,有的好农夫也能一个人上手操作。
除此之外还有单人戽斗。以竹篾编制成箕形,加一长竹柄用来扬水,使用时人立于水中,两手握柄把,掬起水戽至较高之田地灌溉之用,有时田园积水太多,也用来排水。
图 8. 单人戽斗
图 9. 单人戽斗工作场景
随着农田规模越来越大,农民发现对于深点的井水桔槔使不上劲了。为了满足农田灌溉对水资源的进一步需求,民间工匠又推出新的提水工具——辘轳。
图 10. 辘轳
辘轳的构造依然采用了省力不省功的原理,在井上搭一个架子,架子上横一轴,轴上套一长筒,筒上绕一长绳,绳的末端挂一水桶,长筒头上装一曲柄。摇动曲柄,绳就会在长筒缠绕或松开,水桶就会随之吊上或放下。它他与桔槔的单向用力方式更为进步的是,它是循环用力,并且其力臂大大长于重臂,比较方便省力。明清时,这种神器再一次升级——畜力辘轳,一次性可盛多桶,提水深度达数十米。
自桔槔之后,农民伯伯尝到了省力的甜头。水车大约是最著名的灌溉农具。话说曹魏时,经过改制的翻车用于灌溉。《后汉书》记有毕岚作翻车,三国马钧加以完善。翻车可用手摇、脚踏、牛转、水转或风转驱动。龙骨叶板用作链条,卧于矩形长槽中,车身斜置河边或池塘边。下链轮和车身一部分没入水中。驱动链轮,叶板就沿槽刮水上升,到长槽上端将水送出。如此连续循环,把水输送到需要之处,可连续取水,功效大大提高,操作搬运方便,还可及时转移取水点,即可灌溉,亦可排涝。中国古代链传动的最早应用就是在翻车上,是农业灌溉机械的一项重大改进。
图 11. 翻车
话说东汉时期,宦官毕岚负责制造的翻车,且能大量引水,开我国水车历史之先河,这在距今一千八百年前的确是一个了不起的伟大发明。毕岚所创造的翻车,虽未直接运用于农业生产,但“用洒南北郊路,以省百姓洒道之费”,故对于国计民生也是有一定贡献的。
图 12. 翻车应用场景
马钧制造翻车的事迹,历史上遗留下来的记载在《三国志·魏志》卷二九《杜夔传》的后面,裴松之注云:“(魏明帝)时有扶风马钧,巧思绝世。”并附有三国魏末至晋初时期的著名思想家傅玄的一篇《马(钧)先生传》(后又被清严可均编入《全上古三代秦汉三国六朝文》中)。不巧的是清代蒋炯有首《踏车曲》泄露了天机:“以人运车车运辐,一辐上起一辐伏。辐辐翻水如泻玉。大车二丈四,小车一丈六。小以手运大以足,足心车柱两相逐。左足才过右足续,踏水浑如在平陆。高田低田足灌沃。不惜车劳人力尽,但愿秋成获嘉谷。”
就是说,虽然这货浇地省力就是好,但是人太累,一天下来,手脚均废,七窍生烟,这庄稼如不能丰收还对不起踏板的。
苦逼的农人经过一番思索,尽于大彻大悟,找畜生去,翻车这么累,何不让牲畜去干!
所以迅速在人力翻车的基础上增加了一套畜力传动装置,牛或驴等畜力拉动水平卧轮旋转,水平卧轮再咬合竖向立轮转动,因竖向立轮与大齿轮同轴就可带动大齿轮、木链轮转动,循环提水。这比人踏效率高多了!
图 13. 翻车的动力演化
后来各地农民发明出不少类似的省力省工的神物,有的地方在水流落差大的地方,有水转翻车;在刮风的地方用风力驱动。
图 14. 水力翻车
秉承解放人力的思想,工匠能手趁热打铁又推出了水车的另外一种——筒车,这是一种利用水流冲力驱动的提水机械,用水力完全取代人力和畜力。
图 15. 筒车
但是筒车要求相对稳定的水流条件,因此需要修建导流堤、拦水堰等辅助工程设施。竹筒固定排列在水轮上,水轮既是动力机械又是工作机,以水力为动力,冲动水轮自动运转提水。
他们已经借助了各种能被有效利用的资源,如牲畜、水力、风力等代替人力,但是长久以来农民依然是生活的最为艰辛的群体,甚至还在吃饱穿暖的存活线上挣扎,大部分农民依然是望天吃饭。
随着历史进入到工业化时代,各种蒸气驱动的水泵出现了。后来又到了电气化年代,电动机的发明,让各种解决农民灌溉难的机器层出不穷,比如各类电动水泵、柴油驱动的抽水机等。当然最具有突破的发明是节水灌溉,现在叫高效灌溉的机械和设备。