水車概況


壹、水車發展小史(摘自http://www2.tku.edu.tw)

中國自古就是以農立國,因此,一切與農業相關的科學技術自然是十分進步而令人欽佩的。水利,更是農業中最不可缺的一環。而在水利方面,各朝政府雖致力於興修水利工程,不論是灌溉渠道或是運河都動員了大量的人力、物力和財力去營建。但是這些渠道大都分布在各大農業區,至於高地或是離灌溉渠道及水源較遠之地,顯然是無法顧及。於是中國人善用其智慧,發明了另一種能引水灌溉的農具─水車。

1.水車的先驅

民間最早的汲水用具該是“桔槔”。《莊子.外篇.天地篇》中,載子貢南遊,反途路過漢陰時,看到一個老丈人辛苦的抱甕汲水灌溉,事倍而工半,於是告訴老翁一種省力的器具,名曰之『槔』。它的製作方式是:『鑿木為機,後重前輕,掣水若抽,數如沃湯。』也就是用一條橫木支在木架上,一端掛著汲水的木桶,一端掛著重物,像槓桿似的,可以節省汲水的力量。從抱甕灌地到桔槔汲水初步利用器械,可以說是水車發明的先軀。

2.水車發展第一階段

中國正式記載中的水車,則大約到東漢時才產生。東漢末年靈帝時,命畢嵐造“翻車”,已有輪軸槽板等基本裝置。又有一說三國時魏人馬均也有翻車的製造(《三國志.魏志》卷二九杜傳裴松之注)。不論翻車究竟首創於何人之手,總之,從東漢到三國翻車正式的產生,可以視為中國水車成立的第一階段。

3.水車發展第二階段

水車的發展到了唐宋時代,在輪軸應用方面有很大的進步,能利用水力為動力,作出了“筒車”,配合水池和連筒可以使低水高送。不僅功效更大,同時節約了寶貴的人力。南宋張孝祥〈題能仁院壁詩〉中大讚其曰:『轉此大法輪,救汝旱歲苦。』可見此水車對農事幫助之大。這是中國水車發展的第二個階段。

4.水車發展第三階段

到了元明時代,輪軸的發展更進步。一架水車不僅有一組齒輪,有多至三組,而有“水轉翻車”、“牛轉翻車”或“驢轉翻車”,可以依風土地勢交互為用。這項發展,使翻車的利用更有效益。翻車打東漢三國時代發明以來,一直停滯在人力的運轉。至此,利用水力和獸力以為驅動,使人力終於從翻車腳踏板上解放。同時,也因轉軸、豎輪、臥輪等的發展,使原先只用水力驅動的筒車,即使在水量較不豐沛的地方,也能利用獸力,而有所貢獻。另外,則有“高轉筒車”的出現。地勢較陡峻而無法別開水塘的地方,也能低水高送,有所開發。這是中國水車發展的第三階段。元明之後,中國水車的發展便再沒有多少特出的成就了。

由上之言可知,水車一物在中國農業發展中實有大貢獻。它使農作所受的地形制約大為減輕,實現丘陵地和山坡地的開發。不僅用之於旱時汲水,低處積水時也可用之以排水。


一、          刮車:

1. 原文:

刮車,上水輪也。其輪高可五尺,輻頭闊止六寸,如水陂下田,可用此具。先于岸側掘成峻槽,與車輻同闊。然後立架安輪,輪輻半在槽內,其輪軸一端擐以鐵鉤木拐,一夫執而掉之,車輪隨轉,則眾輻循槽刮水上岸溉田,便於車戽。


 

1刮車(使用人力)

2.解釋:

刮車之輪高五尺,輪輻寬到六寸。可用於水陂之田。其方法為:先於岸側挖成峻槽,而此峻槽和車輪同寬。然後立架安輪,輪軸的一半在峻槽之內,輪軸的一端穿以鐵鉤和木柺。使用時由一個人手執木柺而推轉之,車輪就會被帶動,而循著峻槽刮水上岸,灌溉田地。此法必須在水與岸相差只有一、二尺時才可使用。若直接在湖旁使用,就更加地方便。如果有流水,就可以利用流水的衝力帶動輪軸,就不必浪費人力和畜力了。


二、水轉翻車

1. 原文:

2 水轉翻車(使用水力)


水轉翻車其制與人踏翻車俱同,但於流水岸邊掘一狹塹,置車於內。車之踏軸外端作一豎輪,豎輪之旁架木立軸,置二臥輪。其上軸適與車頭豎輪輻支相間,乃擗水旁,激下輪既轉,則上輪隨撥車頭豎輪,而翻車隨轉,倒水上岸,此是臥輪之制。若作立軸當別置,水激立輪,其輪輻之末復作小輪,輻頭稍闊,以撥車頭豎輪,此立輪之法也。然亦當視其水勢隨宜用之。其日夜不止絕勝踏車。

2. 解釋:

(a)、設置之法

水轉翻車的形制和人踏翻車相去無幾,只是運用的動力不同。先在流水岸邊挖掘一道深窄的溝渠,將水車設置其中。將翻車的踏軸延伸,作一個豎輪(直立轉輪)。豎輪旁在另外搭木設軸,軸上作上下兩個臥輪(橫躺轉輪)。上臥輪和豎倫是車頭輪(幅支凸出於輪周,見左圖),且二者幅支相間咬合。又擗水沖激下臥輪。

(b)、運作之方

擗水沖激下臥輪,下輪既動,帶動上臥輪,再帶動和上臥輪幅支相間的豎輪,利用齒輪連動原理,利用齒輪連動原理,帶動置於一旁溝渠中的翻車,水便被運送岸上了。又或者將下臥輪改作一獨立之車頭豎輪,使其幅支亦與上臥輪相間,再激水推動之,效果亦是相同。亦可將下臥輪改作推桿,由牲畜推轉。〈見牛轉翻車圖〉

(c)、便利之處

3 牛轉翻車(使用獸力)


水轉翻車的最大好處為省力。因它利用的是自然界的力量,人力、畜力可以用作其他生產活動。且此法輸水灌溉可日夜不息,方便之處又在人踏翻車之上。但是這個方法一旦水勢太強,容易使龍骨板破裂不堪使用。則筒車之方便處,又在水轉翻車之上。

三、翻車:

1. 原文:

4 翻車(使用人力)


翻車,今人謂龍骨車也。《魏略》曰:「馬鈞居京都城內,有地可為園,無水以灌之,乃作翻車,令兒童轉之而灌水。」自後漢靈帝使畢嵐作翻車,設機引水,灑南北郊路,則翻車之制又起於畢嵐矣。今農家用之溉田。其車之制,除壓欄木及列檻椿外,車身用板作槽,長可二丈,闊則不等,或四寸至七寸;高約一尺。槽中架行道板一條,隨槽闊狹,比槽板兩頭俱短一尺,用置大、小輪軸。同行道板上下通週,以龍骨板繫其在上。大軸兩邊各帶拐木四莖,置於岸上木架之間,人憑架上踏動拐木,則龍骨板隨轉,循環行板刮水上岸,此翻車之制。關楗頗多,必用木匠,可易成造,其起水之法,若岸高三丈有餘,可用三車,中間小池,倒水上之,足救三丈已上高岸之田。凡臨水地段,皆可置用,但田高則多費人力,如數家相傳,計日趨工,俱可濟旱。水具中機械巧捷惟此為最。

2.解釋:

翻車的車身是利用木板作一長槽,而此槽長二丈,寬則沒有一定的長度,有的四寸,有的七寸,高則約一尺。此長槽中架有行道板一條,而這個行道板的寬度大約與長槽的寬相等,但是長度卻比長槽的二端各短一尺,而比長槽短的地方,則用來放置大、小兩輪軸。此外,行道板的上下通週都繫有龍骨板。大軸置於岸上,而大軸的兩邊各自連接著有著四根柄狀小木棍的柺木,只要人依靠架子,踏動小木棍,就會踏動柺木,而踏動柺木的同時則會帶動龍骨板,這時龍骨板就會繞著行道板而轉動,藉此刮水上岸。

此外,若田地不在岸邊,而在離水較高的高地,則可以利用三架翻車來灌溉。而這三架翻車與翻車之間,以小池子作為聯繫,如此環環相扣,取水上岸。用這種方法,可以灌溉至三丈以上的高岸之田,解決高地無水灌溉之苦,可以說是中國先祖智慧之結晶。


四、高轉筒車

1. 原文:

5 高轉筒車(使用人力或獸力)


高轉筒車其高以十丈為準,上下架木,各豎一輪。下輪半在水內,各輪徑可四尺。輪之一週,兩旁高起,其中若槽,以受筒索。其索用竹均排三股,通穿為一,隨車長短,如環無端。索上相離五寸,俱置竹筒,筒長一尺。筒索之底托以木牌,長亦如之,通用鐵線縛定,隨索列次絡於上下二輪,復于二輪筒索之間,架刳木平底行槽,一連上與一輪相平以承筒索之重,或人踏牛拽轉上輪,則筒索自下兜水,循槽至上輪輪首覆水,空筒覆下,如此循環不已,日所得水不減平地。車戽若積為池沼,再起一車,計及二百 餘尺。如田高岸深,或田在山上,皆可及之。

2.解釋:

(a)、設置之方

高轉筒車是前述筒車的變形,配備是二個轉輪、連結成環狀的水筒和二輪之間的平底行槽。其設置方式分述如下。現在假設岸高與水面高差十丈左右來說明高轉統車的形制。首先在上下雙方各置一輪,輪的直徑為四尺左右。下輪的一半浸在水面下。上下二輪的輪週兩邊俱高起,中間凹下,以承載筒索。筒索是將水筒連結成繩狀,二端相扣成環。索長無定,隨轉輪間距而定。索上每隔五寸之置一個水筒,筒長一尺。筒底托上一片木板,長度和水筒一樣,且用鐵線將筒牢牢地和木板綁在一起。又在上下輪間以木板搭架一個平底槽,以承受裝滿了水的筒索。

(b)、運作之法

筒車設置之後,只要用人踏(如翻車運作之法)、或獸力(如牛轉翻車、驢轉翻車之運作)來轉動上輪,便可帶動筒索,筒索向下運作,水筒浸於水中充水,再隨下輪翻上,沿行槽運至上輪,覆水灌溉。另外,可以像前述筒車一樣,利用水流衝力來推動下輪,也有相同效果。又或者倣效水轉翻車的運作方式,來運動上下輪其中之一也可以。其動力的選擇端視方便而定。

(c)、便利之處

高轉筒車可以補足筒車的不方便之處,凡岸高水深或田地離水太遠,都可以用這種方式獲得便利。如果河岸和水面距離實在太遠或者田地在山上,可以在上下輪間在增設一中輪。


五、筒車:

1. 原文:

筒車,流水筒輪。凡制此車,先視岸之高下,可用輪之大小。須要輪高於岸,筒貯於槽,方為得法。其車之所在,自上流排作石倉斜擗水勢,急湊筒輪。其輪就軸作轂,軸之兩旁,閣於椿柱山口之內。輪軸之間除受水板外,又作木圈,縛繞輪上,就繫竹筒或木筒於輪之一週,水激轉輪,眾筒兜水,次第傾於岸上所橫木槽,謂之天池,以灌田稻,日夜不息,絕勝人力。若水力稍緩,亦有木石制為陂柵,橫約溪流旁出激輪,又省工費。或遇流水狹處,但壘石斂水湊之,亦為便易。此筒車大小之體用也,有流水處俱可置此。


6 筒車(使用水力)

2.解釋:

(a).筒車之置

筒車的形制沒有定制,全憑因地制宜。基本配備簡單,只有轉倫和水槽而已。要設置筒車,必須先觀察水岸的高度,並由此判斷所須水輪的大小。轉輪務必要高於河岸,這樣水筒運上來的水才能順利的到入水槽中。筒車的動力是水力,故必擇水流湍急之處設置,以利用水流衝力來轉動轉輪。如若地形環境不允許,便在水車上游以木頭石塊等堆疊。一則使流速因水面變窄而較原先急促;一則可以引導水勢,使之直接衝擊水車,推動轉輪。轉輪又分內外圈,靠近槽者為內,內輪要略小於外輪。如此一來,則水筒的水在離水面上升時不會漏出,轉到輪頂時又能自然傾流注入槽中。另外,又在轉輪上安裝竹輪以固定水筒。水筒可用竹製,亦可採木製,視水車之大小而定,大者用木,小則用竹。

(b).筒車運作之方

筒車的運作是利用水力來推動載有水筒的轉輪,轉輪下半浸於水中則輪上水筒充水,待水筒隨轉輪運至頂端便自然傾瀉入水槽。

(c).筒車之利

用筒車載水既可日夜不息的灌溉,又不費人力。形制大小又可因地制宜,有流水處俱可運用。若岸高水深使所用轉輪太大,則可改用筒車變形之高轉筒車。


六、小結:

種種水車中,要用筒車的運用最廣,地形適應力最強,所需的動力多變。就算到了科技發達的現代,仍是農家的良伴佳友。筒車在今日臺灣部分的遊樂區安裝有實物,〈如陽金公路上的達樂公園、新竹的科學小叮噹園區等〉附錄開頭之詩中對照了水車之傾頹與農家的破敗相隨,不難想見水車對農民的重要性,也不難推想河岸田邊一座座水車連綿的情景。讀著詩的末兩句「但願人常在家車在軸,不憂禾麥秋不熟」,農民剛毅樸實的氣質歷歷在目,耳邊彷彿傳來喀喇喀喇的水車轉動聲,和著嘩啦啦的波流轉。聽那聲響,在說著國泰民安的祈望,在唱著農家淡泊的喜樂,希冀著「轉此大法輪,救汝旱歲苦」。


貳、古代中國及其他國家水車的運用

一、 中國

中國經過長期的發展,唐代已出現了一種短而輕便的曲轅犁。這種犁由十一個部件構成並有調整入土深淺和耕地寬窄的裝置,便於操作,它是中國社會耕犁基本定型的標誌。另外,唐代農民還廣泛使用各種水車,進行農田灌溉。其中有立井式水車、翻車,還有筒車和機汲等。這些水車既可以使用人力、畜力轉動,方可以利用水力轉動,使用方便。唐代水利事業的迅速發展,是農業生產的一大成就。據有關文獻記載,在唐代二百多年時間內,興修的水利工程就有二百多處,遍及全國各地。這些水利工程有的灌田可達上萬頃,最小亦可灌田數頃、數十頃。另外,唐政府還制訂了嚴密的水利灌溉法規:《水部式》。這是中國百姓長期進行水利灌溉的經驗總結,也是唐代水利事業進一步發展的標誌。

7蘭州水車園


中國大陸蘭州是水車的重鎮,圖7為蘭州水車園的一景,,水車用於灌溉農田, 一般大水車可灌溉農田六, 七百畝, 是全自然設計的灌溉工具. 最早的水車是用來汲水到高處,但水車最重要的用處是利用水運動的能量來做其它的工作。經過不同的齒輪轉動系統,水車可驅動鐵鎚、風箱、石磨或馬達, 輔助許多工業上的生產。水車減輕人類的勞力,進而使社會進步; 但是只有在河道經過處才可以用水車,所以限制頗多。「水車園」展示著古代蘭州用來灌溉的水車。水車又名天車、翻車、老虎車,為明人段續所造,外形酷似巨大的古式車輪。原理簡單,外表粗糙,但省力省時,所以自明代沿用至1940年代。全盛時期時蘭州共有160多輪水車,灌溉良田2000多畝。但近代以來,蘭州水車多為電灌站所取代,而大部分遭到被拆除的命運,只留下「水車園」的這一輪以供大眾瞻仰。「水車園」在黃河南岸的帶狀公園,所以也展示著一艘行駛黃河的皮筏。它是50年代蘭州人民主要的水運工作,由吹氣膨滿的羊皮袋所紮成。最大的長12公尺,寬3公尺,共有600多個羊皮袋可戴重2030公噸。一般用於長途水運,如由蘭州至包頭,每天順流200多公里,12天可至,十分便捷。它的歷史最早可追溯至漢代,水經注中所稱的「草船」就是它。

8 黃河水車運轉一景


黃河水車,又名"蘭州翻車",如圖8所示,.是明代嘉靖年間進士段續所造。本世紀3040年代,是水車引黃河水灌溉的茂盛時期,僅蘭州近郊就有160多輪。如今已被電灌所代,但不失為古老的歷史遺跡,由人們觀賞和懷古。

二、 其他國家

古埃及人在尼羅河流域生存,數千年以來,逐漸乾涸的這片大地終於在河谷內發生了水文學的危機,在四千一百年前,發生了飢荒及戰亂。歷史學家稱這個時期為舊王朝的結束。新王朝在三千五百年前開始,同一時期也是「水車」(shaduf)這種機械式的汲水裝置初次問世。這項裝置是將一個以上的桶子置於桿上,懸掛在軸上,在另一端則裝上平衡裝置。對於埃及人來說,這項發明遠比輪子的發明來得重要。它使得一名農夫可在當河水漸漸不再淹沒田地的時候,將水汲高三公尺至田地上。之後,又有一項可更節省人力的發明「阿基米德轉輪」(Archimedean screw)改進這種「水車」 的缺點,利用把手的轉動,這項裝置可讓兩名農人協力工作,利用一根浸入河中的導管以汲取足供一公頃面積田地耕作的灌溉用水。在這之後,波斯轉輪 (Persian Wheel)傳入埃及,這是一種將數個陶罐裝在鏈條上,可用動物或gggg踏車來帶動的系統。

有趣的是,以上所提及的這些,在惠特弗格爾的看法中卻是,尼羅河的河流文明沒有一項特徵是有中央政府組織的必要。每一塊田地或村莊可以自行挖掘他們自己的水道,而不需要有全能的祭司或統治者來運轉「水車」或「阿基米德gggg轉輪」。

根據卡爾.布特惹(Karl Butzer)的研究「埃及早期的河流文明」(Early Hydraulic Civilization in Egypt),幾乎沒有古埃及流傳下來的大量的文字記錄提及有關灌溉的律法或管理。他指出,根據史前的一項古老傳統,「建議水資源的立法並不會過於複雜而且是在局部地施行」。這個系統流傳下來到十九世紀,大體上仍沒什麼改變,直到今天,大約還有六分之一的埃及農地仍然採用著傳統的洪水灌溉法,而且還不時可在河邊看到「水車」、「阿基米德轉輪」或是「波斯轉gggg輪」在運轉著。

在日本佐賀縣許多生產陶磁器的地區,都可以看到一種巨大的木製水車,將從遠處接引來的溪水汲到高處,灌注於木製水槽中,利用翹翹板重力的作用,擊碎置於石臼中的石塊。原來,當地用以製陶磁的原料,是一種質地相當堅硬的「磁石」,工人自山間開採石礦之後,需先研成粉末,再浸泡在水中,待其沉澱,形成粘土狀之後才可以使用;水車的作用就是用以自動擊碎堅硬的磁石。據說,這種水車還是十五世紀時從中國福建傳來的。今天,磨碎磁石的工作早已由電動機器代勞,水車的主要作用,只是當作模型,供遊客參觀而已。

日本四國四村溝水車從中村車站搭「幡多觀光」巴士,往蕨岡方向約8分鐘,在秋田下車。這是土佐藩「山內氏」家,所設計的引水用水車,整個水道系統全長7公里,共有20個水車。

9 印地安水車


印地安水車(如圖9),這種水車是受北美原住民使用的捕魚器具所啟發而創造出來的。每當鮭魚往千歲川迴游的季節裡,水車會被安置在千歲鮭魚故鄉館的後面,這種由水車來捕魚的獨特方法非常值得一看。

參、  台灣灌溉運用及歷史

一、新竹芎林水車風采不再勾勒出艱苦歲月

在社會急遽變遷的今天,很多古老的事物都逐漸被淘汰,想要追尋時已十分不易,在竹北市東海里一鄰的灌溉水圳上,有一座呈現半退休狀態的水車,它勾起很多人的回憶,雖然有可能在高鐵站區興建後走入歷史,但在主人的心目中卻永遠值得尊敬。

水車是一般人熟悉的名字,也有不少浪漫的故事,可是現在的人要想親眼目睹它的風采很不容易,在早期農業時代中,許多灌溉水圳上多可得見的水車,現今卻難見其身影,以正在快速發展,有縣治二期和高鐵站區興建發展的竹北市而言,許多農田都已被征收利用,水車的存在自然十分稀罕,甚至已成絕版。

在臨近芎林鄉的東海里一鄰三嵌店灌溉水圳上,有一座古老的小水車,多年來它始終是邱家信賴的好朋友,只要邱家人需要它打水灌溉,它從來不喊累、不推辭,像是無怨無悔的忠僕。根據邱文秀的家人表示,20多年來,他們在東海里一鄰處耕作近二分農田,在艱苦的歲月中,有那麼一畝可以餬口的稻田是值得欣慰的,偏偏農田地勢高於水圳,因此在千思萬想之後,決定向鐵匠訂做一個直徑二公尺左右,共有15個葉片的水車汲水。花了幾千元之後,農田有了生產價值,後來鄰居中也有不少人仿效,一時之間成了當地特有的景觀,只可惜時代一直在進步,耕田被認為是吃力不討好的農業,水車也就一一被淘汰了,目前用於灌溉農田的水車,也大概剩下他們一家了。邱家人說,水車很少出現毛病,多年來頂多只是葉片的換修,如果要將它比做是勞工,那可真是最廉價的工人。而水車的主人邱文秀已經去世,在造福邱家多年、不分晝夜地提供汲水的服務後,目前已很少在使用,但卻依舊豎立在水圳上,邱家人沒有想要拋棄它,只是站在人類「勞動養生」的立場來看,沒有讓它動一動,它遲早還是會被淘汰。

三、 新竹關西

由於關西地區水低、田高,隨著衛頭家進入拓墾的客家佃農便利用水車將水引到較高位置的田裡,如此灌溉了兩百多年。今天水車奇景增添了關西一田園美景,吸引許多觀光客的目光焦點。

四、 新竹竹北六家庄

二00五年之後,位於新竹縣竹北市的六家庄,將會成為消失的聚落,發展了兩百多年的農村文化將被高速鐵路取代。六家地表上的農人文化將跌入六家人的記憶之中。六家位於新竹縣竹北市的最東緣,乃是新竹第一大河──頭前溪的灌溉區域。水圳像微血管一樣遍布六家農田,灌蔭每一寸六家土地。因此,六家文化也可以說是水圳文化。水圳上有種種「水的雕塑」:在水源頭分水用的有「圓環」、中游分水的有「水汴頭」、讓水從低處往高處運送的「水車」、讓水過河的「水筧」、保護農家人心靈寧靜的「伯公信仰」、至今仍運轉不停的「水磨坊」,還有已經消失的「水碓」、美麗的「石造雙拱橋」與六家人童年的游泳往事。

五、 卑南溪的琵琶湖

10 卑南溪的琵琶湖水車


卑南溪的琵琶湖水車(如圖10),利用水的快速流動,而使水車轉動,好似時代的巨輪快速的轉動。

六、 鳳山溪南山里

11 鳳山溪南山里的水車


鳳山溪南山里水車(如圖11)採用筒車取水,將水往高處送。

七、 新竹草山水車


 

12新竹草山水車


新竹草山水車(如圖12)採用人力踩踏取水,將水往高處送。


肆、  水車的原理

水車最先用於灌溉,因農田地勢較溪水水位為高,故先人想出變通方法。利用鐵條轉軸及綁上竹筒,加上流水帶動轉軸將水汲上高處,農田得以滋潤,完全不費半絲動力,令人佩服先人的智慧。它是利用天然水流獲得動力的裝置,所以和風車相同, 一旦裝設完成,維護費用極低,操作容易。適用作為農業原動機。因水力較風力更具安定性,故易於利用。

一、 舊式水車

舊式水車(如圖13),是在木製車體外周,依放射狀裝上木製葉片構成,可以分成以下幾種:

1. 平流式水車:最原始的構造是在車體外周分設固定平板,將下邊平板設在水流中,只利用水流自然流速,效率很低。

2. 下沖式水車:改善平流式水車,水從較高位置流入水車構造。

3. 上沖式水車:從水車上面沖水的方式其效率以很接近新式水車, 但落差越大,車體也變大,製造就較困難。


 

13將近絕跡的舊式水車。

二、佛蘭西斯型水車(Francis turbine)

由導水管進入的水,流入外殼內,經過導向葉片衝在水車葉片上,由其作用與反作用,使水車轉動,水則由抽出管排出。(如圖14所示)


 

14 佛蘭西斯型水車

三、螺旋槳式水車(Propeller turbine)

翼車形狀大致與輪船用螺旋槳相同(如圖15所示)。葉片數為二至六片,用四 片與六片者較多,這種水車適用於低落差大水量的情形,可以高速轉動而效率增高。


 

15 螺旋槳式水車

四、佩爾頓水車(Pelton turbine)

適用於高落差少水量的地方,如河川上游。其構造與佛蘭西斯水車不同,翼輪外周裝上很多斗式葉片,噴水口將水噴射在斗式葉片上,由水衝擊讓翼輪轉動。(如圖16所示)佩爾頓水車的特點如下:可用於一百公尺以上的高落差發揮高效率,即使水量減少,其效率也無顯著變化。構造簡單,易拆卸搬運及安裝。流水中含沙土,也不影響性能。可在短時間內做剎車動作,其他各型水車都無法達成。


 

16 佩爾頓水車

五、勞倫茲水車

雖然勞倫茲的系統不能完全模擬出對流,但它的確能對應到類似真實的現象上,例如一座水車。這種水車擁有和對流循環異曲同工之妙的機械結構。從頂端水流穩定地注入掛在輪圈上的容器,每盞容器透過小孔漏出穩定的水絲,如果水的流量小,頂端的容器永遠裝不夠足以克服摩擦力的水量,但是如果上端的水注入夠快,水的重量將開始轉動水車,轉動也許會持續下去,或者注水極快,使容器未漏完即超過底部,而從另一端上升,這時候水車的輪圈也許會慢下來,甚至停止,然後逆轉,先繞著一個方向旋轉,而後反過來。

六、龍骨水車(1718,因形狀長的像龍骨稱之)

中國古代著名的農業灌溉機械之一,是東漢末年發明的。最初的龍骨水車是利用人力轉動輪軸灌水,大多用腳踏,也有用手搖的。後來,由於輪軸的發展和機械製造技術的進步,發明了以畜力、風力和水力作為動力的龍骨水車。元代王禎的「農書」上,就有水衝轉輪,帶動龍骨水車的記載。可見這一機械的發明,已有近7百多年歷史了。唐文宗時代造的水車,比元代的水車還要原始一些。

西元828418日,唐文宗傳下一道聖旨︰「令京北府廣造水車,散給緣鄭、白渠百姓,以灌水田……」聖旨一下,百姓奔走相告,感激涕零。唐朝太和年間,渭河平原連年大旱,連浩浩蕩蕩的大河也乾得底朝天了。莊稼全都旱死,連牲畜和人的飲水都十分困難,百姓只得四出逃荒。在這時候,皇帝傳旨大造水車送給百姓,豈不等於天降甘霖﹗中國農民使用水車年代已久,早在三國時期便出現的翻車,在唐代得到推廣,而且又有所發展,還出現了一種更新式的灌溉工具,叫筒車。筒車有許多種,四川一帶的筒車很像紡車,車上紮有數十個竹筒;一轉起來,可以把很遠處的河水汲過來,哪怕河水水位再低,也可以讓它流進較高的水渠,然後再灌入田中。

杜甫曾在詩中生動地描述了這種筒車︰「接縷垂芳餌,連筒灌小園。」還真有些詩情畫意呢﹗還有一種木桶筒車,要人用腳踏和用手牽挽。水車一轉,連接的木桶便可以連續不斷地將井水汲至地面。筒車不但功效超過了轆轤,也超過翻車的效率,在有流水的地方,利用水流的衝擊力,使筒車自行運轉,這在當時來說,已是一種較理想的「自動化」了。元代農學家王禎在提到唐朝筒車時寫道︰「水激輪轉,眾筒兜水,次第下傾於岸上,以溉稻田,日夜不息,絕勝人力……。」


 

17 龍骨水車

18 龍骨水車 (古代)



伍、水車的其他應用

一、 風水補強

對外營業場所若覺得氣不足,可用水車、盆景及山水畫來補強。水車通常擺在二五煞的地方,水必須流向內,許多餐廳、酒店為一樓含地下室營業,在一樓通往地下室樓梯的轉角處即可擺一個水車,旁邊應再加一盆開運竹,水車的水應向地下室流。水車也可擺在龍(左)邊的位置,尤其賺正財的人,如公務員、貿易公司、工廠,不宜在財位上插花或擺有藤的植物,會引來不正當的男女關係,導致破財傷身後果,如果用綠色盆景就很恰當,但是賺偏財的人,如影歌星、藝人、特種行業老闆、服務小姐、男性公關,則應在財位催桃花,才會有支持者和捧場客人,也可擺有藤的盆景,讓藤枝不斷伸展,但是不要讓它外鑽,而是繞成螺狀圓形,向內盤繞。若從事飯店、咖啡廳、酒店等行業,則必須用「偏財格佈局」,才能吸引貴客上門,佈局法是在入門口右側擺一座財源滾滾風水球,緊接著放一組水車,水往屋內流。

二、 曬鹽運用

海水經蒸發濃縮而成滷水,再用風車或水車揚至鹽灘裡,再度曝晒結晶成鹽。水車是用一種一連串木板或竹桿紮成,有房斗的功能,要人(通常一至二人)踩踏不停;風車是利用早晚的時候,把需要的水量水位控制好,由於風翼的旋轉而推送滷水進入鹽灘。

三、 養殖抓魚運用

有些養殖漁業生產區結合了餐飲、住宿、養殖等多方面經營,規劃出一系列與漁業有關的親子與團體活動,有適合全家大小一起玩的「竹簍抓魚」,用傳統的「竹簍」在魚塭裡合力抓魚,還有踩傳統的水車,用水車將水溝中的水汲乾再開始抓魚,及划鴨母船接力比賽、水上竹筏拔河比賽、內陸塭地牽罟、塭釣等體驗漁業的休閒活動,每項活動皆具有安全性及娛樂性,同時在活動完後,還可以在現場烤魚、肉,品嚐自己辛苦得來的大餐。

四、景觀設計運用

台南縣有個閹雞城為了吸引顧客,除了園中有噴水池外,在餐廳入口處就擺設了一台不鏽鋼水車,這水車以馬達帶動,直徑約一公尺,需1/4匹馬力,耗電量一天在新台幣20元以內,對其生意有相當的幫助,設計的原則也與前述幾種有所差異,各種視圖如圖1921所示,在槽內水是不流動的,主要是要讓水在高處及環內射出形成水花及射流。假如槽內的水是流動的時候(如灌溉引水狀況),則可不需要馬達帶動即可運轉,因此用於抬高水位灌溉之水車設計應考慮水流衝力(如束縮水流增加流速)及力距平衡(利用槓桿原理)、取水落差、滾輪摩擦力、水車自重(採輕質材料如鋁合金、汰合金等)、水力及能量損失(衝擊角度)、靜水池、攔污柵、取水筒形狀角度及可人力手動操作等設計等因素,由圖中可以看出它設計在水車半徑高度處讓水射流出來,將來用於低處取水時可以考慮改用筒車的方式讓水由頂端流出,這樣可以增加抬高的揚程,也是設計考慮的重點之一。


  19 台南縣閹雞城水車全景(逆時鐘轉動)



20 台南縣閹雞城水車出水射流及環內水流狀況(逆時鐘轉動)


 

21 台南縣閹雞城水車取水側視圖(前方向上轉動)

版權所有c2007 謝慧民