水碾的科技含量及歷史影響

摘 要：水碾作為一種水力加工機(jī)械在古代產(chǎn)生了十分重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，它的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)也蘊(yùn)含著大量的科技理念。水碾硙業(yè)在唐代已經(jīng)發(fā)展的十分先進(jìn)并被廣泛使用，但是其與農(nóng)業(yè)用水之間的矛盾以及富商權(quán)貴的私自利用，使得唐代政府控制甚至拆除大量碾硙。到了宋元時(shí)期，水碾硙與農(nóng)田灌溉及其他用水之間的矛盾、官方與私人之間的利益沖突依然十分劇烈，嚴(yán)重制約了水碾硙業(yè)的發(fā)展。明清之際，生態(tài)環(huán)境等原因?qū)е滤氤}業(yè)發(fā)展因區(qū)域不同而有重大差異。后隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，近現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)械逐步取代原始加工機(jī)械，但是對(duì)水力資源的利用理念卻一脈相承，現(xiàn)階段水利工程以及資源水利的發(fā)展，充分利用了水力資源，促進(jìn)人們的生產(chǎn)生活更好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水碾；科技含量；歷史發(fā)展；水力資源

水碾是我國(guó)古代勞動(dòng)人民發(fā)明的一種水力機(jī)械，它充分利用水利資源，將水力作為動(dòng)力，推動(dòng)水車帶動(dòng)碾輪，碾碎或者碾磨谷物的加工和生產(chǎn)，不僅釋放了人力，而且大大提高了生產(chǎn)勞動(dòng)的效率。這在中國(guó)科技史乃至世界科技史上都具有不容忽視的地位，李約瑟曾把水碾列為中國(guó)古代向西方傳播的最重要的26項(xiàng)機(jī)械和技術(shù)中的第2項(xiàng)。

1 水碾技術(shù)

水碾在中古時(shí)期發(fā)展的較為先進(jìn)，它雖然在使用上因不同民族與區(qū)域而有略微差異，但都是利用水力代替畜力或人力進(jìn)行加工的一種機(jī)械，此處以白族為例，詳細(xì)介紹水碾的制成結(jié)構(gòu)和技術(shù)含量。

白族人的水碾技術(shù)是從漢族傳播過(guò)來(lái)的，在長(zhǎng)期的歷史發(fā)展中增添了民族和地方特點(diǎn)。水碾為上下結(jié)構(gòu)，其碾房一般是人字屋坡面瓦房，碾房?jī)?nèi)的碾坪在30-40平方米左右，房間很寬，碾車、碾槽一般放在屋子的中間位置，地下是落窩、水箱、排水溝，后面是水槽和水閘。由于使用液體壓強(qiáng)動(dòng)力，碾磨的位置通常位于水流量大或水位大的地方，并且方便注水和排入水中。

碾輪、輪軸和碾槽一般放置在地表面的碾坪上。碾輪是一塊巨大的石輪，由堅(jiān)硬的石材硬化而成，這個(gè)石輪的重量大約為300-400公斤，中間的位置比較厚，四周邊緣的位置要稍微薄一些。在石輪的中間有一個(gè)方形的孔可以連接輪軸，釘子打在車軸和碾輪相交的那個(gè)軸上，以防止它在操作過(guò)程中脫落。碾槽會(huì)被堅(jiān)硬的石頭打磨成馬鞍的形狀，并且會(huì)被埋在碾平的地面上形成一個(gè)圓圈。凹槽的深度約為1尺，內(nèi)部為半圓形，內(nèi)部較為狹窄外部較為寬闊，并且凹槽的尺寸通常根據(jù)水車的液壓速度來(lái)確定。

水車的車柱高大概3米，圓徑粗約為1尺，藏入地下的部分大約2米，露出地面的部分約是1米，柱子的底部是方形的，十字架上有四個(gè)開(kāi)口，用于插入雙排十字架，然后釘上車板，形成一個(gè)圓形的水車。車板上的均等距鑿是46對(duì)槽，然后插上車葉就是雙排，總共有92張車葉，每張車葉的長(zhǎng)約2尺，水車的直徑大約8尺，厚度大概是1.5尺，將這些放在鐵碗、水馬之上。并且在軸的外露軸的中間位置，有一個(gè)可以用來(lái)穿過(guò)石軸的大圓口。

落窩里面的建筑是封閉式的結(jié)構(gòu)但是空間是很大的，落窩的頂部和墻壁都是由石塊和長(zhǎng)方形的石條堆砌而成的。并且會(huì)用閘門來(lái)控制水流，水箱的寬度是下面比上面窄類似于漏斗的形狀，從高水位到水車底部的水流有很大的沖擊力，推動(dòng)水輪的旋轉(zhuǎn)。水馬固定在地面上，安上鐵碗，能穩(wěn)固地支撐水車運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 唐代水碾硙業(yè)的興廢

糧食加工業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)部門，加工的設(shè)備也在發(fā)展，在人們的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著不可替代的作用。到了唐代，糧食加工業(yè)較為發(fā)達(dá)，碾硙業(yè)也形成了一定規(guī)模，水碾因其動(dòng)力源于自然日夜皆可工作，不僅解放人力更提高了生產(chǎn)效率。唐代的水資源是屬于國(guó)家的，但但豐富的水資源帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也是強(qiáng)國(guó)或貴族官僚關(guān)注的問(wèn)題。水碾的運(yùn)營(yíng)是當(dāng)時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)主要活動(dòng)。高力士曾在“京城西北截灃水作碾，并輪轉(zhuǎn)五輪，日破麥三百斛”因而大獲其利。王方翼為了安養(yǎng)民眾，曾“發(fā)卒浚筑，引多樂(lè)水環(huán)城為壕。又出私財(cái)造水碾，稅其利以養(yǎng)饑餒，宅側(cè)起舍十余行以居之”。這表明先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和豐富的回報(bào)使唐代的水磨工業(yè)很發(fā)達(dá)。

然而，水磨技術(shù)和水碾是從上到下使用水來(lái)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)，這將使水流到較低的位置，這個(gè)時(shí)候如果用來(lái)灌溉農(nóng)田的話就會(huì)有一些難度。此外，水碾的運(yùn)行還會(huì)影響河道里面的流量和流向，導(dǎo)致渠道堵塞或破壞沿海地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉。過(guò)度和大規(guī)模的水廠業(yè)務(wù)必然會(huì)觸及國(guó)家和社會(huì)的利益。

為此，唐政府多次進(jìn)行拆除粉碎的活動(dòng)。到了唐代高宗時(shí)期，長(zhǎng)孫祥曾經(jīng)為皇帝上書(shū)，他指出水磨業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害很大，并建議拆除關(guān)中鄭白渠上面的水磨坊，他提出“請(qǐng)修營(yíng)次渠，以便百姓。至于堿鹵，亦堪為水田”。此議得到高宗贊同，“於是遣祥等分檢渠上碾硙，皆毀之”。唐玄宗、唐代宗時(shí)期也曾經(jīng)命令人拆除水碾，以此來(lái)確保農(nóng)田的灌溉。唐政府采用強(qiáng)制的行政手段來(lái)管理關(guān)中水廠。較為直接的效果就是拆掉了一些私自設(shè)置的水碾并且在一定范圍上一定程度內(nèi)對(duì)一些豪強(qiáng)貴族用水磨、水碾盈利的行為進(jìn)行了打壓。

除了運(yùn)用行政的手段來(lái)直接干預(yù)水磨的運(yùn)作外，唐朝時(shí)期還通過(guò)立法來(lái)規(guī)范水資源的分配問(wèn)題，通過(guò)規(guī)范來(lái)分配灌溉和碾硙的用水量?！端渴健丰槍?duì)水碾的使用有著一些原則性的制度，它規(guī)定：“諸水碾硙，若擁水質(zhì)泥塞渠，不自疏導(dǎo)，致令水溢渠壞，于公私有妨者，碾硙即令毀破”。也就是說(shuō)，如果放置在通道上的水碾導(dǎo)致上游的水造成了擁堵，那么它的流速就會(huì)降低，進(jìn)而導(dǎo)致水流量的增加。如果通道被堵塞住了但是卻沒(méi)有進(jìn)行疏通，造成了通道的損壞并且妨礙來(lái)農(nóng)業(yè)的灌溉，則必須要把它拆除?！短屏洹芬惨?guī)定：“凡水有灌溉者，碾硙不得與爭(zhēng)其利。自季夏及于仲春，皆閉斗門，有余乃得聽(tīng)用之?！?/p>

3 宋元水碾硙業(yè)

中國(guó)古老的生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)是較為落后的，水碾硙行業(yè)在日糧加工等領(lǐng)域占有著很重要的地位。特別是在一些水資源比較豐富，水勢(shì)差異比較大的山區(qū)，水碾的設(shè)置和用途有很多。

在宋代，特別是北宋，隨著社會(huì)人口的快速增長(zhǎng)，對(duì)水資源的建設(shè)和保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)效益的強(qiáng)有力的控制都有所提高。政府，官僚和寺院以及其他領(lǐng)域之間都存在著長(zhǎng)期的沖突和利益。自北宋確定都城在開(kāi)封以來(lái)，大量的食品和其他材料都高度依賴于東南方面的漕路運(yùn)輸，因此航運(yùn)業(yè)備受青睞。北宋政府對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)，農(nóng)田灌溉業(yè)和水磨業(yè)的定位是將保證漕運(yùn)業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)放為了重中之重。農(nóng)田灌溉行業(yè)排為了第二，此外水磨、水碾的行業(yè)將讓位于前面兩個(gè)，相對(duì)來(lái)說(shuō)是不受重視的。當(dāng)水碾硙業(yè)與漕路運(yùn)輸或者農(nóng)田灌溉行業(yè)發(fā)生沖突的時(shí)候，宋政府經(jīng)常毫不猶豫地放棄水碾硙來(lái)應(yīng)對(duì)這場(chǎng)沖突，即仍然遵循“硙碾不得與灌田爭(zhēng)利，灌田者不得與轉(zhuǎn)漕爭(zhēng)利”的原則。政府高度重視水碾硙行業(yè)的控制，建立了一套完整的管理體系，并隨著組織的變化不斷進(jìn)行調(diào)整。此外，皇帝還會(huì)在水磨、水碾附近巡察，以顯示當(dāng)朝政府對(duì)水磨、水碾業(yè)的態(tài)度。但是，一些相關(guān)的政策失誤也給這個(gè)行業(yè)造成很大的破壞，嚴(yán)重制約了此行業(yè)的深層發(fā)展程度。因此，隨著社會(huì)的發(fā)展，水碾硙業(yè)的輝煌之后，此行業(yè)開(kāi)始逐漸衰落。

水力加工與農(nóng)田灌溉和其他用水之間的矛盾到了元代仍然存在，朝廷對(duì)水碾硙業(yè)仍舊有所抑制。元朝文宗時(shí)期的天歷三年也就是1330年，懷慶路同知阿合馬上言：在濟(jì)源、河陽(yáng)、河內(nèi)、溫、武陟一帶“因豪家截河起堰，立碾磨，壅遏水勢(shì)”，對(duì)當(dāng)時(shí)地去的農(nóng)業(yè)灌溉產(chǎn)生了很大的不良影響，并且建議“禁治不得截水置碾磨?！庇捎谒慕ㄗh，當(dāng)朝政府采取了一些措施來(lái)恢復(fù)當(dāng)?shù)氐墓喔?，包括禁止私人碾磨。同時(shí)在文宗時(shí)期的天歷三年，中書(shū)省大臣上奏表說(shuō)：“世祖時(shí)，開(kāi)挑通惠河，安置閘座，全藉上源白浮、一畝等泉之水以通漕運(yùn)。今各枝及諸寺觀權(quán)勢(shì)，私?jīng)Q堤堰，澆灌稻田、水碾、園圃，致河淺妨漕事，乞禁之?！币簿褪钦f(shuō)，元代的都城附近也有寺廟和權(quán)貴私自設(shè)置水碾。

4 明清時(shí)期水碾硙業(yè)

水碾硙的相關(guān)記載文獻(xiàn)在明清時(shí)期較多，我們能夠清晰的看到明清時(shí)期不同地區(qū)的水碾硙業(yè)有不同的發(fā)展態(tài)勢(shì)，這些年學(xué)者也對(duì)不同區(qū)域水碾乃至水力加工有著不同的見(jiàn)解。此處以華北地區(qū)為例分析明清時(shí)期的水碾硙業(yè)。

南開(kāi)大學(xué)歷史學(xué)院王利華老師認(rèn)為，華北地區(qū)的碾硙業(yè)在明清時(shí)期已經(jīng)衰落，逐漸喪失了存在和發(fā)展的自然基礎(chǔ)，文獻(xiàn)中也沒(méi)有關(guān)于華北地區(qū)用水與稻田灌溉矛盾的記錄。由于華北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了翻天覆地的變化，水資源條件也在惡化，湖泊枯竭，泉水枯竭，河流變淺甚至停止。黃河是該地區(qū)最大的河流，自元朝以來(lái)也經(jīng)歷了一些的中間斷流的現(xiàn)象。水碾硙業(yè)的發(fā)展不僅需要大量的水，還需要一定的地形條件。不但水碓如此，水碾和水磨也是如此。華北平原地形平坦，水流平緩，不能利于水碾加工，在環(huán)境不斷惡化、水力資源日益短缺的歷史趨勢(shì)下才逐漸衰退。

山西大學(xué)中中國(guó)社會(huì)史研究中心的張俊峰老師就此提出了不同看法。他認(rèn)為，王利華老師提出“有選擇地獲取文獻(xiàn)后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明清時(shí)期華北水利加工的記錄?！边@種觀點(diǎn)本身就不是很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。王老師所使用的史料主要集中在陜西關(guān)中地區(qū)和河南、河北的一部分地區(qū)。此外，明清時(shí)期的生態(tài)環(huán)境是否如王老師所說(shuō)的那么惡化仍有待實(shí)證研究。張老師就以明清時(shí)期的山西作為例子，介紹了山西的水環(huán)境的總體性特征，他提出明清時(shí)期山西的水資源狀況與現(xiàn)在相比較的話，它仍然是要更加優(yōu)越于現(xiàn)在的。當(dāng)時(shí)水資源的開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)達(dá)到了封建時(shí)代最全面、和較為發(fā)達(dá)的水平。它在地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著不可忽視的重要作用。自從明清以后，山西的水資源環(huán)境產(chǎn)生了一些變化，這些變化在一定程度上影響了水力加工業(yè)的生存以及發(fā)展，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有說(shuō)達(dá)到了完全衰退的一種程度。

總之，水碾硙業(yè)在明清時(shí)期仍然存在，并且發(fā)揮了一定的經(jīng)濟(jì)效益，但是其對(duì)水源和地勢(shì)的要求較高，我們應(yīng)關(guān)注不同地域條件下的不同發(fā)展?fàn)顩r。

5 對(duì)現(xiàn)代的啟發(fā)

古代水碾對(duì)水資源的充分利用，不僅提高了加工效率還帶來(lái)了豐厚的生產(chǎn)效益。東漢桓譚曾說(shuō)：“宓羲之制杵臼，萬(wàn)民以濟(jì)，及后人加巧因延力，借身重以踐碓，而利十倍杵臼。又復(fù)設(shè)機(jī)關(guān)，用驢嬴牛馬及役水而舂，其利乃且百倍”?！段簳?shū)》亦記載崔亮“讀《杜預(yù)傳》，見(jiàn)為八磨，嘉其有濟(jì)時(shí)用，遂教民為碾。及為仆射，奏于張方橋東堰谷水造水碾磨數(shù)十區(qū)，其利十倍，國(guó)用便之”。從中可以看出來(lái)，對(duì)水力資源的充分利用可以促進(jìn)社會(huì)的生產(chǎn)、生活，有著十分重要的意義。

在近代，由于特殊的地理環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的滯后，水碾仍在許多地方用于加工糧食和經(jīng)濟(jì)作物。既為百姓的生活提供了便利，又有一定的經(jīng)濟(jì)效益。20世紀(jì)50年代以后，隨著電機(jī)和水庫(kù)建設(shè)的廣泛使用，煤炭開(kāi)采，地下水過(guò)量抽水，河流的枯竭等一系列原因讓傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會(huì)這一重要的動(dòng)力機(jī)械退出歷史舞臺(tái)。

現(xiàn)代應(yīng)堅(jiān)持遠(yuǎn)古時(shí)期利用水資源的理念，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，科學(xué)合理地提高水資源利用效率。從水資源利用的角度來(lái)看，水利工程的建設(shè)是非常重要的。包括防洪和發(fā)電在內(nèi)，每個(gè)項(xiàng)目都與人們的日常生活和生產(chǎn)密切相關(guān)。隨著中國(guó)工業(yè)化水平的提高和人口的增加，水資源的壓力越來(lái)越大，工程水利已開(kāi)始向資源水利轉(zhuǎn)移。它的產(chǎn)生是以水資源短缺為基礎(chǔ)的。此外，其水資源管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)水資源管理之間存在很大差異。它改變了過(guò)去基于工程措施的水資源管理現(xiàn)狀，可以更好、更快地促進(jìn)水利工程的發(fā)展。工程水利向資源水利的轉(zhuǎn)變有利于實(shí)現(xiàn)中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變，符合社會(huì)發(fā)展規(guī)律。在重視水利工程發(fā)展的同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)水資源的開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)，將用水率的提高與水利工程的建設(shè)相結(jié)合。從而實(shí)現(xiàn)水利事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

商博雅，女，河北省保定市曲陽(yáng)縣，陜西師范大學(xué)西北研究院科技史專業(yè)碩士研究生，研究方向，科學(xué)技術(shù)史。