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上善若水 饮水思源

2022-06-13杨艳梅

发明与创新·中学生 2022年7期
关键词:辘轳竹筒农具

杨艳梅

水利万物而不争,人们的生活离不开水。在濒河而居的远古时期,人类学会了掘井取水并发明了提水工具。中国是世界上最早发展农业的国家之一,俗话说:“水是田家娘,无水秧不长。”随着桔槔、辘轳、渴乌、翻车、筒车等提水工具的相继问世,人们实现了自下而上取水,并逐渐将其演变成灌溉农田的农具,促进了我国古代农业的发展。

桔   槔

桔槔又称龙吊桶、吊杆、架斗,是根据杠杆原理制作的一种灌溉农具。人们在井边或河岸边竖立一根纵向直木,在其顶部固定一根横木,横木前端挂上水桶等汲水器,后端挂上石块或其他重物实现取水。

《庄子·天运》中描述“引之则俯,舍之则仰”是桔槔的运转特点。桔槔的发明减轻了人们的劳动强度,提高了灌溉农田的效率。明代嘉靖八年,时任陕西富平县令杨时泰指导人们用桔槔提水、疏通渠道灌溉,有效减少了旱灾对当地的影响。

辘   轳

辘轳由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成,是一种利用人力从井中打水的工具。在井上搭起一对木架,架起横轴,轴上套一个长筒辊轮,辊轮筒上缠绕有绳子,绳的一端挂上水桶,另一端固定在圆木上。长筒上装有曲柄,摇动曲柄可控制绳子缠绕或松开,水桶也随之吊上或放下,实现从井中取水。

辘轳大约出现于商末周初,元代著名农学家王桢在《农书》中记载了一种复式辘轳:绕在轴筒上的绳子两端各系一个水桶,“顺逆交转,所悬之器虚者下,盈者上,更相上下,次第不辍,见功甚速。”辘轳利用了轮轴原理,较桔槔取水技术更进一步,其特点是将桔槔的单向用力方式改为循环用力,适用于在深井中取水。

渴   乌

渴乌是我国古代吸水用的曲管,是一種利用虹吸管原理制作的水利装置。古人使用渴乌跨越高处连接水源与农田,实现跨越高处取水浇地,推动了灌溉技术的发展。

这是一种隔山取水的工具,具体操作是将竹筒去头去尾彼此相连,密封好之后,从山的一边铺设到山的另一边,放入水源中,点火加热竹筒内的空气,以降低竹筒内部的气压使水越过山梁。

东汉时期,毕岚“作翻车、渴乌,施于桥西,用洒南北郊路”,这是关于渴乌的最早记载。渴乌利用大气压和“水往低处流”的原理实现取水,人们在日常生活中用软管为鱼缸换水也是同样的原理。

翻   车

翻车是我国灌溉史上非常重要、使用最普遍的一种提水器械。由于翻车上的木链条和刮板的形状与动物的脊椎骨相似,且在工作时上、下翻转与传说中的“龙吸水”相似,故又被称为“龙骨车”。

三国时期杰出的机械发明家马钧发明了一种除了灌溉还可排涝的新式“翻车”,它利用链轮循环传动、木板刮水提升的工作原理,将水从低处引向高处。

诗人范成大在《夏日田园杂兴》中也对翻车进行了描述:“下田戽水出江流,高垄翻江逆上沟。地势不齐人力尽,丁男长在踏车头。”诗句中的“戽水”“高垄”描述了田地里农业灌溉的场景,反映了当时翻车已广泛运用于农业生产。随后,又出现了可利用水流动能代替人力的“水转翻车”。

筒   车

在古人发明的灌溉农具中,筒车将流水的冲击力作为动力,是一种能够实现自动灌溉的工具,可以昼夜不息地浇灌农田。唐代诗人徐来军在《调笑令》中提到“翻倒,翻倒,喝得醉来吐掉,转来转去自行,千匝万匝未停。未停?未停?禾苗待我灌醉。”这里“灌醉”禾苗的提水器械就是指筒车,它可以引低处的水灌溉高处的农田。后来出现了高转筒车,它可将水引到地势更高的地方。

筒车利用水的势能以及轮动原理带动水轮,轮上布满竹筒或木筒制的汲水器,在水流的冲击下随轮旋转,这些汲水器就能将水从地势较低的地方提升至地势较高处。然而,筒车只适合在有一定流速的河流、溪流旁使用。

唐代陈廷章在《水轮赋》中记载:“水能利物,轮乃曲成,……终夜有声。”北宋诗人李处权在《崧庵集·土贵要予赋水轮》中记载:“江南水轮不假人,智者创物真大巧。一轮十筒挹且注,循环上下无时了。”筒车的出现为人们提供了更加便捷的灌溉工具,促进了农业的发展。

为实现“春种一颗粟,秋收万颗子”的愿望,古人在农业生产中结合实际情况“善假于物”,广泛使用桔槔、辘轳、渴乌、翻车、筒车等灌溉农具,实现了“水往高处流”,在一定程度上改变了人们“靠天吃饭”的局面。正因为这些巧妙的古代灌溉农具的出现,以及不断创新的滴灌和喷灌等高效节水灌溉技术的发展,中国人才能牢牢地把饭碗端在自己手中。

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