水碾的科技含量及历史影响

摘 要：水碾作为一种水力加工机械在古代产生了十分重要的经济和社会效益，它的设计和结构也蕴含着大量的科技理念。水碾硙业在唐代已经发展的十分先进并被广泛使用，但是其与农业用水之间的矛盾以及富商权贵的私自利用，使得唐代政府控制甚至拆除大量碾硙。到了宋元时期，水碾硙与农田灌溉及其他用水之间的矛盾、官方与私人之间的利益冲突依然十分剧烈，严重制约了水碾硙业的发展。明清之际，生态环境等原因导致水碾硙业发展因区域不同而有重大差异。后随着经济社会的发展，近现代电动机械逐步取代原始加工机械，但是对水力资源的利用理念却一脉相承，现阶段水利工程以及资源水利的发展，充分利用了水力资源，促进人们的生产生活更好发展。

关键词：水碾；科技含量；历史发展；水力资源

水碾是我国古代劳动人民发明的一种水力机械，它充分利用水利资源，将水力作为动力，推动水车带动碾轮，碾碎或者碾磨谷物的加工和生产，不仅释放了人力，而且大大提高了生产劳动的效率。这在中国科技史乃至世界科技史上都具有不容忽视的地位，李约瑟曾把水碾列为中国古代向西方传播的最重要的26项机械和技术中的第2项。

1 水碾技术

水碾在中古时期发展的较为先进，它虽然在使用上因不同民族与区域而有略微差异，但都是利用水力代替畜力或人力进行加工的一种机械，此处以白族为例，详细介绍水碾的制成结构和技术含量。

白族人的水碾技术是从汉族传播过来的，在长期的历史发展中增添了民族和地方特点。水碾为上下结构，其碾房一般是人字屋坡面瓦房，碾房内的碾坪在30-40平方米左右，房间很宽，碾车、碾槽一般放在屋子的中间位置，地下是落窝、水箱、排水沟，后面是水槽和水闸。由于使用液体压强动力，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。

碾轮、轮轴和碾槽一般放置在地表面的碾坪上。碾轮是一块巨大的石轮，由坚硬的石材硬化而成，这个石轮的重量大约为300-400公斤，中间的位置比较厚，四周边缘的位置要稍微薄一些。在石轮的中间有一个方形的孔可以连接轮轴，钉子打在车轴和碾轮相交的那个轴上，以防止它在操作过程中脱落。碾槽会被坚硬的石头打磨成马鞍的形状，并且会被埋在碾平的地面上形成一个圆圈。凹槽的深度约为1尺，内部为半圆形，内部较为狭窄外部较为宽阔，并且凹槽的尺寸通常根据水车的液压速度来确定。

水车的车柱高大概3米，圆径粗约为1尺，藏入地下的部分大约2米，露出地面的部分约是1米，柱子的底部是方形的，十字架上有四个开口，用于插入双排十字架，然后钉上车板，形成一个圆形的水车。车板上的均等距凿是46对槽，然后插上车叶就是双排，总共有92张车叶，每张车叶的长约2尺，水车的直径大约8尺，厚度大概是1.5尺，将这些放在铁碗、水马之上。并且在轴的外露轴的中间位置，有一个可以用来穿过石轴的大圆口。

落窝里面的建筑是封闭式的结构但是空间是很大的，落窝的顶部和墙壁都是由石块和长方形的石条堆砌而成的。并且会用闸门来控制水流，水箱的宽度是下面比上面窄类似于漏斗的形状，从高水位到水车底部的水流有很大的冲击力，推动水輪的旋转。水马固定在地面上，安上铁碗，能稳固地支撑水车运转。

2 唐代水碾硙业的兴废

粮食加工业是一个传统的经济部门，加工的设备也在发展，在人们的生产和生活中发挥着不可替代的作用。到了唐代，粮食加工业较为发达，碾硙业也形成了一定规模，水碾因其动力源于自然日夜皆可工作，不仅解放人力更提高了生产效率。唐代的水资源是属于国家的，但但丰富的水资源带来的经济效益也是强国或贵族官僚关注的问题。水碾的运营是当时获得经济效益的一个主要活动。高力士曾在“京城西北截沣水作碾，并轮转五轮，日破麦三百斛”因而大获其利。王方翼为了安养民众，曾“发卒浚筑，引多乐水环城为壕。又出私财造水碾，税其利以养饥馁，宅侧起舍十余行以居之”。这表明先进的生产技术和丰富的回报使唐代的水磨工业很发达。

然而，水磨技术和水碾是从上到下使用水来驱动轮机的旋转，这将使水流到较低的位置，这个时候如果用来灌溉农田的话就会有一些难度。此外，水碾的运行还会影响河道里面的流量和流向，导致渠道堵塞或破坏沿海地区的农业灌溉。过度和大规模的水厂业务必然会触及国家和社会的利益。

为此，唐政府多次进行拆除粉碎的活动。到了唐代高宗时期，长孙祥曾经为皇帝上书，他指出水磨业对农业生产的危害很大，并建议拆除关中郑白渠上面的水磨坊，他提出“请修营次渠，以便百姓。至于碱卤，亦堪为水田”。此议得到高宗赞同，“於是遣祥等分检渠上碾硙，皆毁之”。唐玄宗、唐代宗时期也曾经命令人拆除水碾，以此来确保农田的灌溉。唐政府采用强制的行政手段来管理关中水厂。较为直接的效果就是拆掉了一些私自设置的水碾并且在一定范围上一定程度内对一些豪强贵族用水磨、水碾盈利的行为进行了打压。

除了运用行政的手段来直接干预水磨的运作外，唐朝时期还通过立法来规范水资源的分配问题，通过规范来分配灌溉和碾硙的用水量。《水部式》针对水碾的使用有着一些原则性的制度，它规定：“诸水碾硙，若拥水质泥塞渠，不自疏导，致令水溢渠坏，于公私有妨者，碾硙即令毁破”。也就是说，如果放置在通道上的水碾导致上游的水造成了拥堵，那么它的流速就会降低，进而导致水流量的增加。如果通道被堵塞住了但是却没有进行疏通，造成了通道的损坏并且妨碍来农业的灌溉，则必须要把它拆除。《唐六典》也规定：“凡水有灌溉者，碾硙不得与争其利。自季夏及于仲春，皆闭斗门，有余乃得听用之。”

3 宋元水碾硙业

中国古老的生产技术相对来说是较为落后的，水碾硙行业在日粮加工等领域占有着很重要的地位。特别是在一些水资源比较丰富，水势差异比较大的山区，水碾的设置和用途有很多。

在宋代，特别是北宋，随着社会人口的快速增长，对水资源的建设和保护以及经济效益的强有力的控制都有所提高。政府，官僚和寺院以及其他领域之间都存在着长期的冲突和利益。自北宋确定都城在开封以来，大量的食品和其他材料都高度依赖于东南方面的漕路运输，因此航运业备受青睐。北宋政府对交通运输业，农田灌溉业和水磨业的定位是将保证漕运业的正常运转放为了重中之重。农田灌溉行业排为了第二，此外水磨、水碾的行业将让位于前面两个，相对来说是不受重视的。当水碾硙业与漕路运输或者农田灌溉行业发生冲突的时候，宋政府经常毫不犹豫地放弃水碾硙来应对这场冲突，即仍然遵循“硙碾不得与灌田争利，灌田者不得与转漕争利”的原则。政府高度重视水碾硙行业的控制，建立了一套完整的管理体系，并随着组织的变化不断进行调整。此外，皇帝还会在水磨、水碾附近巡察，以显示当朝政府对水磨、水碾业的态度。但是，一些相关的政策失误也给这个行业造成很大的破坏，严重制约了此行业的深层发展程度。因此，随着社会的发展，水碾硙业的辉煌之后，此行业开始逐渐衰落。

水力加工与农田灌溉和其他用水之间的矛盾到了元代仍然存在，朝廷对水碾硙业仍旧有所抑制。元朝文宗时期的天历三年也就是1330年，怀庆路同知阿合马上言：在济源、河阳、河内、温、武陟一带“因豪家截河起堰，立碾磨，壅遏水势”，对当时地去的农业灌溉产生了很大的不良影响，并且建议“禁治不得截水置碾磨。”由于他的建议，当朝政府采取了一些措施来恢复当地的灌溉，包括禁止私人碾磨。同时在文宗时期的天历三年，中书省大臣上奏表说：“世祖时，开挑通惠河，安置闸座，全藉上源白浮、一亩等泉之水以通漕运。今各枝及诸寺观权势，私决堤堰，浇灌稻田、水碾、园圃，致河淺妨漕事，乞禁之。”也就是说，元代的都城附近也有寺庙和权贵私自设置水碾。

4 明清时期水碾硙业

水碾硙的相关记载文献在明清时期较多，我们能够清晰的看到明清时期不同地区的水碾硙业有不同的发展态势，这些年学者也对不同区域水碾乃至水力加工有着不同的见解。此处以华北地区为例分析明清时期的水碾硙业。

南开大学历史学院王利华老师认为，华北地区的碾硙业在明清时期已经衰落，逐渐丧失了存在和发展的自然基础，文献中也没有关于华北地区用水与稻田灌溉矛盾的记录。由于华北地区的生态环境发生了翻天覆地的变化，水资源条件也在恶化，湖泊枯竭，泉水枯竭，河流变浅甚至停止。黄河是该地区最大的河流，自元朝以来也经历了一些的中间断流的现象。水碾硙业的发展不仅需要大量的水，还需要一定的地形条件。不但水碓如此，水碾和水磨也是如此。华北平原地形平坦，水流平缓，不能利于水碾加工，在环境不断恶化、水力资源日益短缺的历史趋势下才逐渐衰退。

山西大学中中国社会史研究中心的张俊峰老师就此提出了不同看法。他认为，王利华老师提出“有选择地获取文献后，没有发现明清时期华北水利加工的记录。”这种观点本身就不是很严谨的。王老师所使用的史料主要集中在陕西关中地区和河南、河北的一部分地区。此外，明清时期的生态环境是否如王老师所说的那么恶化仍有待实证研究。张老师就以明清时期的山西作为例子，介绍了山西的水环境的总体性特征，他提出明清时期山西的水资源状况与现在相比较的话，它仍然是要更加优越于现在的。当时水资源的开发和利用已经达到了封建时代最全面、和较为发达的水平。它在地方经济的发展过程中发挥着不可忽视的重要作用。自从明清以后，山西的水资源环境产生了一些变化，这些变化在一定程度上影响了水力加工业的生存以及发展，但是远远没有说达到了完全衰退的一种程度。

总之，水碾硙业在明清时期仍然存在，并且发挥了一定的经济效益，但是其对水源和地势的要求较高，我们应关注不同地域条件下的不同发展状况。

5 对现代的启发

古代水碾对水资源的充分利用，不仅提高了加工效率还带来了丰厚的生产效益。东汉桓谭曾说：“宓羲之制杵臼，万民以济，及后人加巧因延力，借身重以践碓，而利十倍杵臼。又复设机关，用驴嬴牛马及役水而舂，其利乃且百倍”。《魏书》亦记载崔亮“读《杜预传》，见为八磨，嘉其有济时用，遂教民为碾。及为仆射，奏于张方桥东堰谷水造水碾磨数十区，其利十倍，国用便之”。从中可以看出来，对水力资源的充分利用可以促进社会的生产、生活，有着十分重要的意义。

在近代，由于特殊的地理环境和经济发展的滞后，水碾仍在许多地方用于加工粮食和经济作物。既为百姓的生活提供了便利，又有一定的经济效益。20世纪50年代以后，随着电机和水库建设的广泛使用，煤炭开采，地下水过量抽水，河流的枯竭等一系列原因让传统农业社会这一重要的动力机械退出历史舞台。

现代应坚持远古时期利用水资源的理念，根据当地情况，科学合理地提高水资源利用效率。从水资源利用的角度来看，水利工程的建设是非常重要的。包括防洪和发电在内，每个项目都与人们的日常生活和生产密切相关。随着中国工业化水平的提高和人口的增加，水资源的压力越来越大，工程水利已开始向资源水利转移。它的产生是以水资源短缺为基础的。此外，其水资源管理系统与传统水资源管理之间存在很大差异。它改变了过去基于工程措施的水资源管理现状，可以更好、更快地促进水利工程的发展。工程水利向资源水利的转变有利于实现中国经济增长方式的转变，符合社会发展规律。在重视水利工程发展的同时，还要实现水资源的开发利用和保护，将用水率的提高与水利工程的建设相结合。从而实现水利事业的可持续发展。

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作者简介

商博雅，女，河北省保定市曲阳县，陕西师范大学西北研究院科技史专业硕士研究生，研究方向，科学技术史。