母元红

（陕西师范大学西北历史环境与社会发展研究院，陕西 西安 710062）

一、水车的起源与发展

水车的发明在一定程度上有着极其深刻的背景渊源。因为在古代，在水源富饶之地和平原地带，农作物的灌溉无需过于费时费力，但对于高地或者是离灌溉渠道及水源较远之地，如何巧妙引入水源、有效地对田地进行灌溉，就成为一个迫切需要解决的难题。为此，勤劳的古代劳动人民依靠自身的劳动实践，总结了简单机械经验，发明了早期的汲水用具。

在说明水车的起源问题上，《后汉书》卷78《张让转》中记载曰：“明年（灵帝中平二年），遂使钩盾令宋典膳休南宫玉堂。又使掖庭令毕岚铸铜人四，列于苍龙、玄武，又铸四钟，皆受二千斛，县(悬)于玉堂及云台殿前。又铸天禄、虾，吐水于（洛阳）平门外桥东，转水入宫。又作翻车、渴乌，施于桥西，用洒南北郊之路，以省百姓洒道之费”。此段记载几乎为历来灌溉农具类研究所必引之史料(1)。但笔者认为虽记载了水车但描写甚为模糊，从文字描述上看，似乎它也不是用来灌溉的。另外，根据《庄子·外篇·天地篇》的记载，中国民间最早的灌溉汲水用具称之为“桔槔”。该用具在制作时“凿木为机，后重前轻，掣水若抽，数如沃汤”，也就是充分利用杠杆原理，采用一条横木搭在木架之上，一端悬挂着汲水的木桶，一端悬挂着诸如石块的重物，巧妙运送活水进行田地灌溉(2)。“桔槔”可以说是水车发明的雏形和先导，它的发明改变了早期纯粹以人工肩扛手挑的原始运输活水的方式，最大限度地节省了人力物力，从而达到了事半功倍的效果。

随着时代的发展，中国水车也不断得到改进，在农业生产文明中发挥了重要作用。水车的发展也越来越迅速。历史上有文献记载的水车大概分为三个发展阶段：中国正式记载中的水车，则大约到东汉时才产生。在东汉时期，汉灵帝命毕岚制造“翻车”以“设机引水”，该水车车型已含有轮、轴、槽、板等基本机械装置。又有一说三国时魏人马均也有翻车的制造（《三国志.魏志》卷二九杜传裴松之注）。三国时期魏国人马钧在毕岚的“翻车”基础上对之进行了革新改进，极大地推动了“翻车”在农业灌溉上的广泛使用。总之，从东汉到三国翻车正式的产生，可以视为中国水车成立的第一阶段。 水车的发展到了唐宋时代，在轮轴应用方面有很大的进步，能利用水力为动力，作出了“筒车”，配合水池和连筒可以使低水高送。不仅功效更大，同时节约了宝贵的人力，在农业抗旱中发挥了极其重要的作用。南宋张孝祥〈题能仁院壁诗〉中大赞其曰：“转此大法轮，救汝旱岁苦”。这就是中国水车发展的第二个阶段。 到了元明时代，水车轮轴发展更进步。一架水车不仅有一组齿轮，有多至三组，而有“水转翻车”、“牛转翻车”或“驴转翻车”，可以依风土地势交互为用。这项发展使翻车的利用更有效益。翻车从东汉三国时代发明以来，一直停滞在人力的运转。至此，利用水力和兽力以为驱动，使人力终于从翻车脚踏板上解放。同时，也因转轴、竖轮、卧轮等的发展，使原先只用水力驱动的筒车，即使在水量较不丰沛的地方，也能利用兽力而有所贡献。另外，还有"高转筒车"的出现。地势较陡峻而无法别开水塘的地方，也能低水高送，有所开发。这是中国水车发展的第三阶段。元明之后，中国水车的发展便再没有多少特别的成就了。

除此而外，元代王祯在其《农书》当中绘制有专门的筒车提水图；明末著名科学家宋应星在其《天工开物》中对此更有比较详细的介绍：“凡河滨有制筒车者，堰陂障流，激轮使转，挽水入筒，流入亩中，昼夜不息。”(3)

由以上之言可知，水车一物在中国农业发展中实有大贡献。它使农作所受的地形制约大为减轻，实现丘陵地和山坡地的开发。不仅用之于旱时汲水，低处积水时也可用之以排水。

二、水车的机械特点

水车是一种古老的提水灌溉工具。水车也叫天车，车高10米多，由一根长5米，口径0.5米的车轴支撑着24根木辐条，呈放射状向四周展开。每根辐条的顶端都带着一个刮板和水斗。刮板刮水，水斗装水。河水冲来，借着水势缓缓转动着十多吨重的水车，一个个水斗装满了河水被逐级提升上去。临顶，水斗又自然倾斜，将水注入渡槽，流到灌溉的农田里。元王祯《农书》、清麟庆《河工器具图说》等文献已经基本上说清楚了。翻车的车身是长形的木槽，里面有行道板，两端比槽板各短一尺，分别安置大齿轮和小齿轮（链轮）。行道板上下通周有用木销子连结起来的龙骨板叶，形成与链轮连接的板链。翻车装有小齿轮的一头置于水中，装有大齿轮的另一头靠在岸上，大齿轮连结着的大轴两旁有拐木，人们踩动或摇动拐木，大轴即带动齿轮和板链围绕行道板上下循环运动，把水刮上田岸。筒车的车身是一个水轮，轮辐装有受水板，轮周均匀地斜系着挹水筒。水轮通过延长的轮轴架于溪流两岸，轮的下部浸入水中，水流冲击受水板不停转动，周围的挹水筒低则舀水于河，高则泻水至田。井车王祯《农书》缺载，以前人们也不大注意。它是一个立轮联接着带有一串挹水器的链索；立轮置于井口，链索垂于井水中；人畜通过不同装置推动立轮，立轮带动链索旋转运动，从而使挹水器不断把井水提升到井上。刮车是筒车的衍化形式，也是一个带有挹水筒的水轮，但不是流水激动而是人工转动的(4)。一般大水车可灌溉农田六、七百亩，小的也可灌溉一、二百亩。水车省工、省力、省资金，在古代可以算是最先进的灌溉工具了。古代的人们运用聪明的智慧把水车的机械特点与南北方的农业地理情况相结合，正确地发挥了水车在农业文明中的作用。

三、水车对农业经济生产的推进和促进

王祯在其《农书》中说：“翻车，今人谓‘龙骨车’也（见图1）。《魏略》曰，马钧居京都，城内有地可为园，无水以灌之，乃作翻车，令儿童转之，而灌水自覆。汉灵帝使毕岚作翻车，设机引水洒南北郊路。则翻车之制又始于毕岚矣，今农家用之溉田”。这是关于水车的最早记载，时称翻车，为龙骨车的前身(5)。先由东汉末年宦官毕岚创制，用于洒京城洛阳南北马路，后经三国时期发明家马钧改革，效能大为提高，但仅用于菜园灌溉。此后这种水车仿佛人间蒸发，数百年悄无声息，直至唐宋才见于文献记载。原因何在？唐以前我国政治经济文化中心在黄河中下游地区，这里气候干旱，降雨稀少，土质疏松，地表水难以存留，适于发展旱作农业，农田灌溉很有限，这样人力水车虽构造巧妙，提水效能较高，但从它一诞生就面临环境制约问题。北方的自然地理环境条件使这种水车的推广和普及受到了很多的限制。

图1：王祯《农书》翻车图

唐以后我国经济中心南移，南方稻作农业迅速发展，水车命运开始发生转折。魏晋南北朝时期，北方战乱不止，北方中原人民和士家大族纷纷南迁，中原先进的生产技术和大量的劳动力也随之进入南方地区，促进了当地的经济开发和生态环境的改善，值得注意的是南方稻作农业发展的需要推动了外来先进生产技术的移植、改造和利用，灌溉机械—水车可能在这一过程中受到人们的关注和重用。我国南方气候湿润，降水丰沛，河流湖泊众多，稻作农业发达。而晋唐时期南方稻作农业的开发和发展，为水车的运用和推广创造了条件。水车技术一旦与当地的自然环境和水田灌溉结合，便焕发出强大的生命力，并带来巨大的经济效益。

总之，水车技术传至南方后，适合南方自然环境，特别是与江南平原地区的自然环境结合，进一步开发和利用了南方丰富的水土资源，扩大了水田面积，促进了南方经济的发展；各种形制的水车也成为我国南方水田经济不可缺少的灌溉器具。又因为北方特殊的地理环境、气候条件及其地势条件，段续针对西北地形特色，对筒车做了三点改进：一是兰州不产竹子，利用当地的榆、槐、柳木取代竹子作为制作水车的材料；二是黄河水深岸高，视河岸高低，做成直径20米或30米左右的巨轮；三是这样的庞然大物增加了水轮重量，需要加大水的冲力才能驱动它旋转，将水提到高处。为让庞大沉重的水轮转动起来，段续在水车倒挽河水处，开掘深坑，镶砌硬石，使流水形成较大落差，增强冲击力；同时在水车上游，向河流中心压一浅坝，呈扇形水面，将水逼向岸边，以加大水流量，确保水车转动。南方筒车一般架设在江河支流或小溪上（见图2），而段续开创了在黄河上架设筒车的先例。与江南的筒车妩媚娇小相比，兰州水车形制巨大，像兰州城墙一般高，被称“老虎车”、“天车”。

图2：《农政全书》筒车图

南北筒车，风格迥异，实由自然环境差别所致。自段续创水车成功后，黄河两岸农民争相仿制。有清一代，高大雄伟的水车矗立在数百里黄河岸边，倒挽河水，昼夜不息，形成黄河岸边一道独特的风景。

四、小结

南方水车应用的普及反映了传统农业技术对自然环境的适应过程。农业技术与自然地理环境结合，促进了水车应用的普及。从根本上说，水车因地制宜的良好生态性，使它历千年而不衰，成为我国最有代表性的传统机械之一。无论是北方的旱作农业还是南方的精耕细作，水车对农业经济生产都起到了推进和促进的作用，也促进了农业文明的发展。

[1]王若昭.清代的水车灌溉[J].农业考古，1983,(1).

[2]杨宏才.古代水车的发明起源与区域利用[J].历史考证，2011,(9).

[3]万方.中国古代日用器物图—水车[J].书屋,2007,(2).

[4]陆敬严,华觉明.中国科学技术史·机械卷[M].北京：科学出版社，2000.

[5]李根蟠.农业科技史话[M].北京.社会科学文献出版社，2011.7.