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械在古代產生了十分重要的經濟和社會效益，它的設計和結構也蘊含著大量的科技理念。水碾硙業在唐代已經發展的十分先進并被廣泛使用，但是其與農業用水之間的矛盾以及富商權貴的私自利用，使得唐代政府控制甚至拆除大量碾硙。到了宋元時期，水碾硙與農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，嚴重制約了水碾硙業的發展。明清之際，生態環境等原因導致水碾硙業發展因區域不同而有重大差異。后隨著經濟社會的發展，近現代電動機械逐步取代原始加工機械，但是對水力資源的利用理念卻一脈相承，現階段水利工程以及資源水利的發展，充分利用了水力資源，促進人們的生產生活更好發展。

關鍵詞：水碾；科技含量；歷史發展；水力資源

水碾是我國古代勞動人民發明的一種水力機械，它充分利用水利資源，將水力作為動力，推動水車帶動碾輪，碾碎或者碾磨谷物的加工和生產，不僅釋放了人力，而且大大提高了生產勞動的效率。這在中國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古代向西方傳播的最重要的26項機械和技術中的第2項。

1 水碾技術

水碾在中古時期發展的較為先進，它雖然在使用上因不同民族與區域而有略微差異，但都是利用水力代替畜力或人力進行加工的一種機械，此處以白族為例，詳細介紹水碾的制成結構和技術含量。

白族人的水碾技術是從漢族傳播過來的，在長期的歷史發展中增添了民族和地方特點。水碾為上下結構，其碾房一般是人字屋坡面瓦房，碾房內的碾坪在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。由于使用液體壓強動力，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，由堅硬的石材硬化而成，這個石輪的重量大約為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方形的孔可以連接輪軸，釘子打在車軸和碾輪相交的那個軸上，以防止它在操作過程中脫落。碾槽會被堅硬的石頭打磨成馬鞍的形狀，并且會被埋在碾平的地面上形成一個圓圈。凹槽的深度約為1尺，內部為半圓形，內部較為狹窄外部較為寬闊，并且凹槽的尺寸通常根據水車的液壓速度來確定。

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，十字架上有四個開口，用于插入雙排十字架，然后釘上車板，形成一個圓形的水車。車板上的均等距鑿是46對槽，然后插上車葉就是雙排，總共有92張車葉，每張車葉的長約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，有一個可以用來穿過石軸的大圓口。

落窩里面的建筑是封閉式的結構但是空間是很大的，落窩的頂部和墻壁都是由石塊和長方形的石條堆砌而成的。并且會用閘門來控制水流，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，推動水輪的旋轉。水馬固定在地面上，安上鐵碗，能穩固地支撐水車運轉。

2 唐代水碾硙業的興廢

糧食加工業是一個傳統的經濟部門，加工的設備也在發展，在人們的生產和生活中發揮著不可替代的作用。到了唐代，糧食加工業較為發達，碾硙業也形成了一定規模，水碾因其動力源于自然日夜皆可工作，不僅解放人力更提高了生產效率。唐代的水資源是屬于國家的，但但豐富的水資源帶來的經濟效益也是強國或貴族官僚關注的問題。水碾的運營是當時獲得經濟效益的一個主要活動。高力士曾在“京城西北截灃水作碾，并輪轉五輪，日破麥三百斛”因而大獲其利。王方翼為了安養民眾，曾“發卒浚筑，引多樂水環城為壕。又出私財造水碾，稅其利以養饑餒，宅側起舍十余行以居之”。這表明先進的生產技術和豐富的回報使唐代的水磨工業很發達。

然而，水磨技術和水碾是從上到下使用水來驅動輪機的旋轉，這將使水流到較低的位置，這個時候如果用來灌溉農田的話就會有一些難度。此外，水碾的運行還會影響河道里面的流量和流向，導致渠道堵塞或破壞沿海地區的農業灌溉。過度和大規模的水廠業務必然會觸及國家和社會的利益。

為此，唐政府多次進行拆除粉碎的活動。到了唐代高宗時期，長孫祥曾經為皇帝上書，他指出水磨業對農業生產的危害很大，并建議拆除關中鄭白渠上面的水磨坊，他提出“請修營次渠，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、唐代宗時期也曾經命令人拆除水碾，以此來確保農田的灌溉。唐政府采用強制的行政手段來管理關中水廠。較為直接的效果就是拆掉了一些私自設置的水碾并且在一定范圍上一定程度內對一些豪強貴族用水磨、水碾盈利的行為進行了打壓。

除了運用行政的手段來直接干預水磨的運作外，唐朝時期還通過立法來規范水資源的分配問題，通過規范來分配灌溉和碾硙的用水量。《水部式》針對水碾的使用有著一些原則性的制度，它規定：“諸水碾硙，若擁水質泥塞渠，不自疏導，致令水溢渠壞，于公私有妨者，碾硙即令毀破”。也就是說，如果放置在通道上的水碾導致上游的水造成了擁堵，那么它的流速就會降低，進而導致水流量的增加。如果通道被堵塞住了但是卻沒有進行疏通，造成了通道的損壞并且妨礙來農業的灌溉，則必須要把它拆除。《唐六典》也規定：“凡水有灌溉者，碾硙不得與爭其利。自季夏及于仲春，皆閉斗門，有余乃得聽用之。”

3 宋元水碾硙業

中國古老的生產技術相對來說是較為落后的，水碾硙行業在日糧加工等領域占有著很重要的地位。特別是在一些水資源比較豐富，水勢差異比較大的山區，水碾的設置和用途有很多。

在宋代，特別是北宋，隨著社會人口的快速增長，對水資源的建設和保護以及經濟效益的強有力的控制都有所提高。政府，官僚和寺院以及其他領域之間都存在著長期的沖突和利益。自北宋確定都城在開封以來，大量的食品和其他材料都高度依賴于東南方面的漕路運輸，因此航運業備受青睞。北宋政府對交通運輸業，農田灌溉業和水磨業的定位是將保證漕運業的正常運轉放為了重中之重。農田灌溉行業排為了第二，此外水磨、水碾的行業將讓位于前面兩個，相對來說是不受重視的。當水碾硙業與漕路運輸或者農田灌溉行業發生沖突的時候，宋政府經常毫不猶豫地放棄水碾硙來應對這場沖突，即仍然遵循“硙碾不得與灌田爭利，灌田者不得與轉漕爭利”的原則。政府高度重視水碾硙行業的控制，建立了一套完整的管理體系，并隨著組織的變化不斷進行調整。此外，皇帝還會在水磨、水碾附近巡察，以顯示當朝政府對水磨、水碾業的態度。但是，一些相關的政策失誤也給這個行業造成很大的破壞，嚴重制約了此行業的深層發展程度。因此，隨著社會的發展，水碾硙業的輝煌之后，此行業開始逐漸衰落。

水力加工與農田灌溉和其他用水之間的矛盾到了元代仍然存在，朝廷對水碾硙業仍舊有所抑制。元朝文宗時期的天歷三年也就是1330年，懷慶路同知阿合馬上言：在濟源、河陽、河內、溫、武陟一帶“因豪家截河起堰，立碾磨，壅遏水勢”，對當時地去的農業灌溉產生了很大的不良影響，并且建議“禁治不得截水置碾磨。”由于他的建議，當朝政府采取了一些措施來恢復當地的灌溉，包括禁止私人碾磨。同時在文宗時期的天歷三年，中書省大臣上奏表說：“世祖時，開挑通惠河，安置閘座，全藉上源白浮、一畝等泉之水以通漕運。今各枝及諸寺觀權勢，私決堤堰，澆灌稻田、水碾、園圃，致河淺妨漕事，乞禁之。”也就是說，元代的都城附近也有寺廟和權貴私自設置水碾。

4 明清時期水碾硙業

水碾硙的相關記載文獻在明清時期較多，我們能夠清晰的看到明清時期不同地區的水碾硙業有不同的發展態勢，這些年學者也對不同區域水碾乃至水力加工有著不同的見解。此處以華北地區為例分析明清時期的水碾硙業。

南開大學歷史學院王利華老師認為，華北地區的碾硙業在明清時期已經衰落，逐漸喪失了存在和發展的自然基礎，文獻中也沒有關于華北地區用水與稻田灌溉矛盾的記錄。由于華北地區的生態環境發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。黃河是該地區最大的河流，自元朝以來也經歷了一些的中間斷流的現象。水碾硙業的發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，在環境不斷惡化、水力資源日益短缺的歷史趨勢下才逐漸衰退。

山西大學中中國社會史研究中心的張俊峰老師就此提出了不同看法。他認為，王利華老師提出“有選擇地獲取文獻后，沒有發現明清時期華北水利加工的記錄。”這種觀點本身就不是很嚴謹的。王老師所使用的史料主要集中在陜西關中地區和河南、河北的一部分地區。此外，明清時期的生態環境是否如王老師所說的那么惡化仍有待實證研究。張老師就以明清時期的山西作為例子，介紹了山西的水環境的總體性特征，他提出明清時期山西的水資源狀況與現在相比較的話，它仍然是要更加優越于現在的。當時水資源的開發和利用已經達到了封建時代最全面、和較為發達的水平。它在地方經濟的發展過程中發揮著不可忽視的重要作用。自從明清以后，山西的水資源環境產生了一些變化，這些變化在一定程度上影響了水力加工業的生存以及發展，但是遠遠沒有說達到了完全衰退的一種程度。

總之，水碾硙業在明清時期仍然存在，并且發揮了一定的經濟效益，但是其對水源和地勢的要求較高，我們應關注不同地域條件下的不同發展狀況。

5 對現代的啟發

古代水碾對水資源的充分利用，不僅提高了加工效率還帶來了豐厚的生產效益。東漢桓譚曾說：“宓羲之制杵臼，萬民以濟，及后人加巧因延力，借身重以踐碓，而利十倍杵臼。又復設機關，用驢嬴牛馬及役水而舂，其利乃且百倍”。《魏書》亦記載崔亮“讀《杜預傳》，見為八磨，嘉其有濟時用，遂教民為碾。及為仆射，奏于張方橋東堰谷水造水碾磨數十區，其利十倍，國用便之”。從中可以看出來，對水力資源的充分利用可以促進社會的生產、生活，有著十分重要的意義。

在近代，由于特殊的地理環境和經濟發展的滯后，水碾仍在許多地方用于加工糧食和經濟作物。既為百姓的生活提供了便利，又有一定的經濟效益。20世紀50年代以后，隨著電機和水庫建設的廣泛使用，煤炭開采，地下水過量抽水，河流的枯竭等一系列原因讓傳統農業社會這一重要的動力機械退出歷史舞臺。

現代應堅持遠古時期利用水資源的理念，根據當地情況，科學合理地提高水資源利用效率。從水資源利用的角度來看，水利工程的建設是非常重要的。包括防洪和發電在內，每個項目都與人們的日常生活和生產密切相關。隨著中國工業化水平的提高和人口的增加，水資源的壓力越來越大，工程水利已開始向資源水利轉移。它的產生是以水資源短缺為基礎的。此外，其水資源管理系統與傳統水資源管理之間存在很大差異。它改變了過去基于工程措施的水資源管理現狀，可以更好、更快地促進水利工程的發展。工程水利向資源水利的轉變有利于實現中國經濟增長方式的轉變，符合社會發展規律。在重視水利工程發展的同時，還要實現水資源的開發利用和保護，將用水率的提高與水利工程的建設相結合。從而實現水利事業的可持續發展。

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作者簡介

商博雅，女，河北省保定市曲陽縣，陜西師范大學西北研究院科技史專業碩士研究生，研究方向，科學技術史。