論民國時期提水機械的現代化

蘇全有，李佳駿

(河南師范大學歷史文化學院，河南新鄉453000)

民國時期，因當時國情的限制，傳統翻車與筒車仍然是提水機械的主流。在人們對傳統翻車筒車改良的同時，在先進科學技術驅動下，新式的現代提水機械開始出現，這逐步使民國時期的提水機械現代化。目前學術界對民國時期的提水機械缺乏深入的研究，有鑒于此，筆者擬以提水機械的現代化為視點，以民國為視域，梳理史料，并提出自己的看法，以推動相關研究走向深入。

一、翻車

翻車是一種以鏈傳動為主的水車，又稱為“龍骨水車”。在歷代文獻中對翻車多有記載，其中在《三國志·魏書·方技傳·杜夔傳注》中就認為“翻車”是由陜西扶風馬鈞所發明:“時有扶風馬鈞、巧思絕世。傅玄序之曰……居京都，城內有地，可以為園患無水以灌之，乃作翻車，令童兒轉之，而灌水自覆。更入更出，其巧百倍于常。”［1］(P807)翻車產生后，經過歷代改進，從起初以人力牽引驅動輪軸進行大面積農田灌溉，發展成為利用各種動力驅動的大型農業機械。翻車不僅僅在農業灌溉中使用，也可以作為農田的排澇工具。按照動力的不同翻車分為“人力翻車”、“畜力翻車”、“水轉翻車”等。人力翻車是以人力牽引為動力來源，多以腳踏板驅動輥軸，再帶動整個機械傳動裝置，從而達到提水灌溉的目的。其主要構件有“壓欄”(人上輥軸做蹬踏勞作時憑靠借力所用的橫木欄桿)、“列檻樁”(連接踏板的輥軸)、“行道板”，用來安置大小輪軸。其工作原理是:“在上端大軸的兩頭，各連接四根拐狀腳踏板，作腳踏用，安裝在河床岸邊豎立的木架之間，人扶著木架，用腳踩動拐木，即可驅動輥軸，再傳動機架下與輥軸連接的龍骨板葉沿木槽內往上移動，形成一方方向上連續運動的斗型空間，以此刮水并順勢把水提上岸來，輸送至高于河流平面的農田。龍骨板葉繞過上端大軸，又在行道板上邊往下移動，繞過下端的軸，重新刮水。”［2］(P168)畜力翻車和水轉翻車則是在人力翻車基礎上在個別部件進行改變后，用畜力和水力驅動的翻車。

(一)民國時期對翻車的改良

在對翻車改良中，一方面體現為對翻車主要部件的改良。“甘省水利林木公司延聘專家原素欣、周禮兩工程師，就其原理從事改良……原用圓木為軸者改用鐵軸，聞其灌溉時間，可以延長一倍，為溉水量亦較大于舊車。”［3］這種改良就是對翻車的輥軸材料進行改進，將原來木質材料更換為更加耐用的金屬材料，從而增加了翻車的使用壽命。同時金屬材料較之木質材料更為光滑，可以有效地減少機械運動所產生的摩擦力，這樣使其取水效能大大增加。

在對人力翻車改良中，其著重點是對人力的節省。簡單地說就是用最少的人力換取最大工作效率。為此，民國不少發明家便利用物理學的原理制造出比傳統水車更為省力的新式水車。“我國翻車，必以數人之力，始能翻動汲水。今易以動滑車，利用其省力，以成工作。此種翻車，名曰滑車新式翻車。”［4］這種翻車原理是將傳統的人直接踩踏的踏板，改為由兩側腳蹬，通過踩踏腳蹬拉動皮帶，皮帶經過兩側動滑輪達到省力的效果，從而將力傳到翻車中的輥軸，轉動輥軸進行取水。通過利用這種水車，可以節約人力成本，在當時中國缺少先進機械灌溉設備的情況下，這種改良水車也暫時性地滿足了農業發展的需要。

(二)翻車在應用中的問題

翻車在農業中起到的是灌溉與排水作用，但是翻車的提水灌溉高度受器械本身條件影響，十分有限。“為沿河的農田灌溉，河岸太高，無法使用龍骨車。”［5］同時翻車在進行排水作業時，受動力的影響其效果不佳。“錦江淘江股份有限公司……即于望江樓畔，河流正中，開始淘掘方式。縱十丈，寬一丈，此系第一步試驗。經過五日，約掘十余丈，即侵水甚大，用土法龍骨車四架排水工作，七八九三日中，又加工百名，專往下挖。又深達一丈八尺，純系砂石派，毫無異狀，同時浸水益大，龍骨車四架，實不濟事，工作無法推進。”［6］翻車這種傳統機械，在民國時期使用中已經明顯難以滿足需求。

二、筒車

筒車是利用水的機械能沖擊水輪轉動的提水機械。在水輪的轉動過程中，水輪上分布的汲水器隨之運動，并依次將水提到高處。唐代在川蜀地區已經開始使用了筒車。筒車其構造可分為以下部分:水輪、水筒、水槽、接水盤及輸水槽。其水輪部分由擋水葉板和輻條構成，在輪中貫穿一軸，可將其架在木架或者石墩上。水筒作為其提水裝置依照適當角度裝在水輪與葉板之間。水槽則是引水至水車，在水流過急時也可對水車起到保護作用。筒車一般都架設在水流較急的河岸一側，通過各部分受水流沖擊而進行提水作業。筒車所提之水都匯集在水盤中，從而通過輸水槽流入農田，對農田進行灌溉。

(一)民國時期對筒車的改良

傳統筒車因為其動力與提水二部分合為一體的特殊構造，所以其具有自身獨特的優點。“構造簡單，不易發生障礙，可以就地取材。”［7］簡單來說，就是筒車性能可靠，而且建造材料容易籌集，但是傳統筒車也有效率低下、馬力不足、防洪能力差、易受河流水位變化影響等缺點。因此，針對其缺陷，民國一些水利專家提出了對傳統筒車效率問題的改進方案:“增加束水墻翼、弧形潛壩、木質葉板、大環板、水戽環，降低筒車軸承阻力。”［7］這些方法具體來說，就是對筒車在運行中容易漏水的部分進行防止漏水的改良，減少動力的流失。將筒車中部運行過程中的軸承從原本木質材料更換為金屬材料，從而減少運行中產生的摩擦力。針對筒車防洪能力差的缺點，也有專家提出更換筒車材料的方法。“現在舊式木質水車，每遇水漲，即有破壞之虞。最妥辦法，莫如將水車整個改裝為完全金屬材料，或只重要部分改用金屬做成。再建筑鞏固三合土之底腳，雖費用稍大，亦可謂一勞永逸。”［8］用金屬材料替換木質材料增加了筒車的抗洪能力，也延長了筒車的使用壽命。

上述是通過對筒車動力與提水這些筒車主體部分的改良，以彌補傳統筒車的缺陷。在民國還有人提出對固定筒車的底座進行改進，使筒車可以按水位調節其最佳入水位置，從而來應對水位變化對筒車的影響。《甘肅自動水車改良之商榷》一文就獨具匠心地提出:“自動水車之各種缺憾，即因其軸承固定及受水位變動之影響，當可由此推想，在水車之軸承底，裝置一部起落機，使其隨水位之升降而起落。如是，則可得均一動力之水力，效率自能一致，所增加之利益，豈不更為廣大?當裝置水車時，須先測其地勢，詳察該地一年內最高最低之水位與流力，然后再定起落機之升降限度。”［8］這種大膽設想，在理論上可以根除限制筒車運用中的水位變化對筒車的影響，通過對水車受水位限制問題的改進可以有效地提高筒車的工作效率。可是因為當時條件的限制，這種想法未能付諸實際。

(二)筒車在應用中的問題

筒車作為依靠水力推動運行的灌溉農機，它的工作效率受其馬力影響，而馬力不足一直是筒車在實際運用中的問題。“因提水與動力二部定為一體，筒車之直徑，必須隨提水高度而增減，致體積、重量、材料等等問題相繼而生，結果每具之馬力，大受限制。如水力較豐，或田畝較多，勢需增加數目，頗不經濟，若遇地形限制，不能任意增加數目，則犧牲尤大。”［7］對于筒車來說，主要是水的流速影響其馬力，但是筒車的自重等方面也是影響其馬力的因素。同時，筒車在建造中為了保證馬力其自身建造成本也是重要的影響因素。因此，筒車的馬力一直是應用中未能解決的問題。

三、新式提水機械

水車在民國時期使用十分廣泛，但是作為一種傳統的古代農機，在農業生產使用中也面臨一些難以解決的問題。因此，民國時期出現了一些比傳統翻車和筒車更為現代化的提水工具。

(一)人力與畜力吸水機的使用

隨著科學技術的進步，翻車和筒車在使用中的缺陷越來越明顯，因而新式的提水機械應運而生，利用人力與畜力的簡易吸水機就是其中主要的代表。這種機器，設計簡單，造價較低，堅固耐用，很適合當時農村灌溉使用。“河南省政府建設廳為振興農業……乃飭農工機械制造廠努力研究，幾次改造，是制成杠桿式出力雙缸吸水機，使用便利，堅固耐久，節時省工、便利農民，較之復雜貴重之機器，適于農民者多多矣。”［9］“川人樣德明君，鑒于我國農村，向以每遇旱災，致甚或顆粒無收為苦!為減少此項重大損失，經多年之悉心研究結果，得創制簡易吸水機一種。其構造純用吸水原理，所收功效甚大。茲舉其三大特點:一為制造經濟、二為節省人力、三為隨處使用，不限地區。”［10］吸水機的功效也有其獨特之處。“凡水平面不低于地平面二丈八尺以下只井，或河池塘坑，均可用以吸水灌田，一畜曳之，旋轉自如。每轉之出水量，自三十六方公寸至五十方公寸，每日灌田面積，可達六畝之多，一經試驗，成效即著。”［9］這種簡單的吸水機與傳統水車相比具有制造經濟、節省人力、使用方便、功能齊全等顯著特點。對吸水機的使用可以有效彌補水車的不足，為民國時期的農業生產提供有效的幫助;在缺少大型先進灌溉機械的情況下，逐步地替代著傳統水車的作用。

(二)現代化的提水機械

除了簡易畜力和人力吸水機，在民國時期現代化的柴油和電動抽水泵也開始使用。這些大型提水機械的使用豐富了民國時期的提水機械設備。“水泵(俗稱抽水機或抽水幫浦)是用來灌溉農田的，他們制造的有兩種:一種是5［吋］出水口徑，用15［馬力］電動機(俗稱電滾子或馬達)帶動的，性能是每小時可抽水140［噸］，利用井水或河水灌溉10［噸］以上的農田，另一種也是用15［馬力］帶動，4［吋］出水口徑的，但能汲水至水塔中，或灌溉高坡田地(即俗稱崗地)，每小時可打水100［噸］。”［11］這些現代化的提水機械與傳統古老的提水機械相比，在效率上有了質的飛躍，其所能達到的效果是傳統機械無法達到的。不過，這些機械造價較貴，基本上不能在農村廣泛使用，多是由政府統一管理，在遇上災荒時統一使用。“江西省政府為整理旱災抽水機起見，特訂定本辦法大綱。凡各縣已發抽水機，除已經合作社領用者外，一律責成該縣政府負責運交由水利局保管，如須修理者，其修理費用由所屬縣政府擔任。”［12］這些現代化的機械因為成本與技術等原因影響，在民國時并沒有被大范圍推廣使用，只是在部分地區由政府安排進行抗災作業。盡管如此，這些現代機械的出現與使用，卻是民國提水機械逐漸現代化的亮點。

民國時期因為對提水設備的現代化需要，政府與各界人民都極為重視提水設備發展，并且通過不懈的努力對傳統翻車和筒車的不足之處進行了較為有效的改良，可翻車與筒車畢竟屬于古代科技的產物，在對機械效率要求不斷提高的情況下，它們已經不能適應時代要求。吸水機的誕生，在提水排灌上逐步取代了它們的作用，再隨著柴油機、電動機的發明、發展與運用，現代化的大型提水機械也開始使用與出現，民國時期的提水機械因此逐步走向現代化。

［1］［晉］陳壽．三國志(卷29)［M］．北京:中華書局，1974．

［2］王浩瀅，王琥．設計史鑒·中國傳統設計技術研究·技術篇［M］．南京:江蘇美術出版社，2010．

［3］明劍．西北水車之改進［J］．國訊，1942(315)．

［4］汪珍．用滑車改良新式翻車圖說［J］．安徽實業雜志，1919(28)．

［5］機墾動能［N］．機墾通訊，1948(14－15)．

［6］飛宇．望江樓畔掘金記［N］．申報，1939－06－11(3)．

［7］劉石卜．筒車與新式筒車［J］．水工，1945(2)．

［8］劉振聲．甘肅自動水車改良之商榷［J］．建設，1933(民國二十二年十月至二十三年六月匯刊)．

［9］會真．河南之畜力吸水機［J］．科學的中國，1936(11)．

［10］佚名．簡易吸水機之創制［J］．西南實業通訊，1943(3)．

［11］貝恒．介紹華北農業機械廠［J］．科學畫報，1949(10)．

［12］整理旱災抽水機辦法大綱［J］．農村合作，1935(5)．