世界水日：盘点中国古代发明的“水之神器”

1993年1月18日，在第四十七届联合国大会上，确定了每年的3月22日为世界水日，以此呼唤公众加强水资源保护。在科学技术远不如今天发达的我国古代，为了更好地用水、防水，先民们充分发挥中华民族的智慧，发明了一大批令后世惊叹的器具。今天，我们就来盘点一下这些“水之神器”！

01 疏浚神器——驱泥引河龙

我国北方河流自古以来多泥沙，先秦诗歌总集《诗经·小雅》有云：载清载浊，反映了我国先民很早就注意到了清水与浊水的区别。水流携带过多泥沙会招来大麻烦——造成下游河道淤塞，继而河流决口，造成可怕的洪灾。因此，清理泥沙、疏浚河道便成为我国历朝历代水利工程的重要任务。

驱泥引河龙是清人发明的一种水力疏浚器具。该器具长约5.3米，前口宽约1.3米，高约0.6米。在清人所绘驱泥引河龙结构图上，详细对该器的各个部件及其作用进行了说明，其最大的一个亮点是大口进水、小口出水。

图一：驱泥引河龙结构图（清人绘制）

驱泥引河龙进口大、出口小的设计，决定了其出口流速远远高于进口流速，这极大地提高了水流挟沙能力【1】。使用驱泥引河龙的时候，一般以10个为一排，每一排引河龙的下游冲刷距离约16米远，每天冲刷深度亦达“数尺”。以船挟带驱泥引河龙，向河流下游航行，可取得不错的疏浚效果。

02“多功能”神器——小口尖底瓶

这种造型奇特的陶器在考古学上被称为“小口尖底瓶”，是新石器时代仰韶、庙底沟文化时期的黄河中游地区最具代表性的器物之一，前后断断续续“流行”了约1500年。小口、尖底、双耳……如此“清奇”的造型，它到底干啥用的？学界从不同科学原理出发，给出了多种说法。

图二：中国考古博物馆收藏的半坡遗址出土文物小口尖底瓶（图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷）

一些学者认为，根据浮体重心力学原理，小口尖底瓶的瓶体容易沉水，而满水时自动立起，推测其应为汲水器（即打水用的）。另一些学者认为，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，因而可能是储存热水的，类似于现代保温瓶。还有学者认为，小口有利于密封，尖底有助于沉淀，这都是酿酒的优良条件，故推测其为酿酒器【2】。当然，也有学者推测小口尖底瓶是当时祭祀所用的礼器。不管小口尖底瓶是干啥用的，蕴含了这么多科学原理，对于几千年前的中国先民来说，他们已经赢了。

03 流量测量神器——李冰石人

河流流量的测量工作对古代先民生产十分重要。在水利工程领域，流量（discharge）是指单位时间内通过管道、明渠或其他通道的某一过水断面的液体体积，以立方米/秒为单位。作为一种实测数据，流量是反映水情的重要信息，亦是反映水资源，以及河流、湖泊、水库等水体水量变化的基本数据。【3】

过水断面上的平均流速（流速由坡降、糙率等决定）与过水断面面积相乘，便可得到流量值，而我国古代先民对此关系似乎早有认识。比如都江堰的李冰石人——一种石像造型的测流水尺，其肩部、脚部均为水尺刻度，《水经注·卷三十三》记载，李冰造了3个石人，立于水中：枯水时石人的脚不露出水面，涨水时石人的肩不没于水中。都江堰有两个条件相对稳定，一是进水口断面，一是河底坡降，这样一来，通过水尺的读数就可以推测出灌区水量的丰欠情况，这继而反映了“李冰石人”并非单纯反映水位高低，也反映了水位之下过流量的多寡。因此，说李冰石人是测流量神器，乃实至名归。

图三：中国成都四川博物院藏东汉李冰石像复制品（图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷）

04 机械提水神器——龙骨水车

古代人最早怎么进行农业灌溉？在先秦时期的文献中，有“抱甑而汲”的记载，甑是中国古代蒸食物所用的炊具，形似盆、罐，口大，常通过镂空的箅与“鬲”配套使用，形成“甗”，鬲中的水蒸气可将甑中的食物加热至熟，但甑一般很少单独使用。抱着一个类似大盆的东西取水灌溉，想象一下这个场景，就能感到人力提水不是件轻松的工作。

虽然后期逐渐发明了水力、风力等提水机械，但人力提水机械本身也在不断发展。比如，始见于东汉的人力（或畜力）转轮提水机械——龙骨水车，这是民间对它的称呼，因其拥有一条用木梢衔接的、像龙骨架一般的超长刮水行道带而得名。龙骨水车以人力或畜力转动轮轴实现提水，在以人力转动轮轴的龙骨水车中，小型龙骨水车为手摇式，亦称“拨车”；大型龙骨水车为脚踏式，又名“踏车”【4】。

在我国平原地区，特别是近距离且提水高度控制在1m-2m的条件下，龙骨水车很适合用于农业灌溉，在唐宋以降发挥着重要作用，直至上世纪50年代，我国农村依然可见龙骨水车的身影。

图四：手摇式龙骨水车模型 中国农业博物馆藏（翟国庆拍摄，转载使用可能引发版权纠纷）

图五：脚踏式龙骨水车模型 中国农业博物馆藏（翟国庆拍摄，转载使用可能引发版权纠纷）

小结

其实，以上仅仅是冰山一角，在灿烂的中国历史上，古代先民凭借智慧发明的“水之神器”不胜枚举，如用于抢险堵口或护岸工程的“卷埽”、与驱泥引河龙同样用于河流疏浚的“混江龙”、用于水利工程测量的“水准仪”等等，正是由于这些伟大的发明，千百年来，我们才能合理发挥水资源对文明的助力，一步步迎来现代的曙光。

参考文献：

【1】卢嘉锡：《中国科学技术史. 水利卷》，科学出版社，2002年。

【2】贠泽荣：《小口尖底瓶基本功能再探讨》，《文物鉴定与鉴赏》，2013年第13期。

【3】《中国大百科全书》第三版网络版

【4】金锋：《中国传统大型灌溉农具水车》，《农业考古》，2013年第3期。

作者：

盒子猫 中国科普作家协会会员、2017年度“十佳新锐科普创客”大赛文章类三等奖获得者

翟国庆 中国科普作家协会会员、2016年度“新锐科普创客”

审核：宋元明 北京科技大学科技史与文化遗产研究院副教授

出品：科普中国

监制：中国科学技术出版社有限公司、中科数创（北京）数字传媒有限公司