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杜诗:发明水排的东汉太守

您当前的位置 : 洛阳网 > 新闻中心 > 洛阳 > 经典洛阳 > 河洛广记  来源: 洛阳网-洛阳晚报 2020-04-07 11:49

  常言说,疾风知劲草。关键时刻,人们总是无比信赖科技的力量。

  我国古代有不少科技名人,默默地推动着时代进步。比如墨子,比如张衡,他们是古代科学家中的佼佼者,都被后人誉为“科圣”。

  除了“科圣”,科技成就突出的古人还有很多,我们可以来看一看。

水排模型(资料图片)

  “杜母”造水排,冶铁铸农器

  杜诗的名字,通常是和水排连在一起的。

  水排是什么?就是一种水力鼓风机。在我国古代,人们冶铸青铜器或铁器时,多用皮囊进行鼓风,以使炭火更旺,炉温更高。若将好几个皮囊排在一起,同时鼓风,就叫排囊。水排是一种用水力推动排囊的鼓风装置,是东汉人杜诗的一项创举。

  杜诗是河内汲县(今新乡卫辉)人,生年不详。东汉初年,他曾在洛阳任侍御史。当时,将军萧广纵容部下为非作歹,侵扰京师百姓。杜诗告诫无效,遂“格杀萧广”,并将此事呈报朝廷。

  汉光武帝认为杜诗胆识过人,便派他到河东讨伐逆贼。后来,杜诗又担任了成皋令、沛郡都尉、汝南都尉等。建武七年(公元31年),他被调到南阳太守任上。

  南阳是大郡,要治理好并不容易。西汉时,召信臣曾任南阳太守,在这里兴修水利、劝课农桑,百姓丰衣足食,都感激地称他为“召父”。

  现在,杜诗来了。《后汉书》中记载,他在这里不仅兴修水利,还“造作水排,铸为农器,用力少,见功多”,极大地节省了民力。南阳百姓安居乐业,生活富足,都称杜诗为“杜母”,并将他与召信臣相提并论,说:“前有召父,后有杜母。”这也是地方官被称为“父母官”的来历。

  杜诗“造作水排”,是为了冶铁铸农器。唐代时,章怀太子李贤为《后汉书》作注,称水排是“冶铁者为排以吹炭,今激水以鼓之也”。

  其实,早在春秋时期,古人已掌握了用皮囊来鼓风冶铁的方法。《礼记》中说:“良冶之子,必学为裘。”就是说要成为一名好的冶铸者,必须先学会缝制皮囊。

  《左传》中也记载,公元前513年,晋国的赵鞅率军队在汝水之滨筑城,曾“赋鲁国一鼓铁,以铸刑鼎”,即向鲁国征收一炉铁,用来铸造刑鼎,以将法令公之于众。

  战国时期,铁制农具多了起来。随着铁器的广泛使用,我国进入铁器时代。不过,在水排出现之前,一般是用人力或马力等鼓风冶铁,既耗时又费工,效率比较低。从这个意义上说,杜诗的发明促进了冶铁技术的发展,是一项重要的技术革新。

  王祯《农书》中,绘制水排图

  建武十四年(公元38年),杜诗去世,因“贫困无田宅,丧无所归”,朝廷下诏将他安葬。

  这时候,他发明的水排已受到世人的关注。东汉末年,韩暨在朝廷担任监冶谒者,将其用在兵器等的铸造上。

  韩暨是韩信的后人,很受曹操赏识。他当过七年监冶谒者,负责为朝廷冶铸铁器等。《三国志》中记载:“旧时冶作马排,每一熟石,用马百匹。更作人排,又费功力。暨乃因长流为水排,计其利益,三倍于前。”由于善用水排冶铁,他被朝廷加授为司金都尉。

  杜诗造的水排是什么样子,史书并无详细记载。今天,人们对水排结构的了解,多出自元代王祯的《农书》。

  《农书》成书于公元1300年前后,作者王祯是著名的农学家。他在机械设计上很有造诣,也当过地方官,认为吃饭是百姓的头等大事,因此对农业技术特别留心。

  当时,杜诗发明的水排已经失传。王祯经过反复研究,弄清了水排的构造原理,将其绘制成图,载入书中“农器图谱”部分,并介绍:“其制,当选湍流之侧,架木立铀,作二卧轮;用水激下轮。则上轮所用弦通缴轮前旋鼓……则排随来去,掮冶甚速,过于人力。”

  根据王祯的描述,水排的工作情形大致是这样的:在木架上立起转轴,转轴的上下两端各安装一个卧轮。下卧轮在湍急水流的冲击下,可用水力推动转轴,带动上卧轮旋转,并推动其上的曲柄连杆装置,使“排前直木”往复运动,排囊则随之快速开合,鼓风效果“过于人力”。

  如果把卧轮立起来,水排也能工作。也就是说,水排可分为卧轮式和立轮式。它们都是通过水轮、转轴及连杆等的作用,把圆周运动变成直线往复运动,使排囊快速鼓风,提高冶铁效率。

  东汉后期,宦官毕岚发明的新式提水工具——翻车,其实也运用了水排的这种工作原理。

  《后汉书》中记载,汉灵帝熹平年间,毕岚在洛阳“作翻车渴乌,旋于桥西,用洒南北郊路,以省百姓洒道之费”。东汉末年到三国时期,发明家马钧对翻车进行了改进,又造出水骨龙车,名垂青史。

绘有水磨的《千里江山图》局部(资料图片)

  水磨与水碾,水排是“先驱”

  杜诗发明水排,最初是为了鼓风冶铁,铸造农器,尽可能地节省民力。他可能没想到,后人受此启发,将水排的工作原理用到了粮食加工上。

  比如,人们造出了用水力舂米的机械,叫水碓(duì)。西晋时,杜预更进一步,用一个大水轮驱动多个水碓,又发明了连机碓。

  后来,水磨、水碾等也出现了。南北朝时,数学家祖冲之曾在南方造水碓磨,即用一个大水轮同时驱动水碓与水磨。在北方,北魏大臣崔亮读《杜预传》,“见为八磨,嘉其有济时用,遂教民为碾”。他任尚书仆射时,又上奏朝廷,在洛阳城的张方桥东“堰谷水造水碾磨数十区,其利十倍,国用便之”。

  水磨又称水硙(wèi),在北魏洛阳城中并不鲜见。杨衒之在《洛阳伽蓝记》中记载,当时洛阳城南有景明寺,“寺有三池……碾硙舂簸,皆用水功”。

  隋唐时期,洛阳是南北大运河的中心,水系比较发达。无论公卿贵戚之家,还是官府、寺庙等,多临水设碾硙,进行粮食加工。如《河南志》中记载,延福坊“唐有福先寺水硙,四轮齐转”,可见当年的繁忙景象。

  到北宋时,水磨的应用更加普遍,朝廷还设立了水磨务,掌管水硙磨麦,以供宫廷及内外官署之用。宋徽宗曾赐给宰相蔡京一幅《千里江山图》,是青年宫廷画师希孟年所作。在这幅图中,就绘有一座巨大的立轮式水磨。它横跨山溪,带动磨盘转个不停,仿佛这也是经济繁荣的写照。

  当然,在元代的王祯看来,还有更厉害的水力机械,那就是水转连磨和水轮三事。

  水转连磨是“一水轮可供数事”,如果水流够大,轮磨之外,“或作碓碾,日得谷食,可给千家”。至于水轮三事,就是“水转轮轴可兼三事”。比如先磨面,再把磨去掉,换成砻(lóng)来舂米,最后把砻换成碾,就能实现“一机三事”,十分方便。

  现在,水磨等虽已渐渐淡出人们的生活,但杜诗发明水排的影响仍在。(首席记者 张广英)

[ 责任编辑:唐好优(见习)]
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