最终制成的器具仍是一丈长、一尺宽的木槽,在槽内以木条和刮板连成一条闭环链条,套在两端的链轮之上。
使用时,将水槽一端架在岸上,另一端逆着水流方向斜插入河底。
当河水冲刷而下,便会推动链条持续转动。
而固定在链条上的刮板,则沿着水槽不断将水向上推移。
如此一来,便实现了由低向高输水的目的!
不过这种设计对水流强度有一定依赖。
若水流太缓,难以驱动整条链条运转。
于是扶苏与相里季等人又做了一项改进:在水槽一端的主链轮上加装一对把手。
只需人力摇动把手,即可带动主链轮旋转,继而牵动链条运行,最终使刮板持续向上运水。
当然,也可以不用手摇,改为脚踏驱动——让人直接踩在链条上施力。
但这样就需要在上方搭一个简易木架,供人抓扶悬挂,踩踏时才更省力稳妥。
经过多次实地试验,扶苏与墨家弟子确认,这套装置最高可将水提升至两丈左右的高度。
若再高些,单靠一部设备已难胜任。
但这并不意味着更高处就无法灌溉。
实际上,解决办法也很简单——采用多级接力提水。
比如说,准备五台这样的提水器。
第一台从河面将水提到两丈高,并在此处修筑一个小蓄水池。
第二台则置于池边,从池中取水再次提升两丈,相当于比起点高出四丈。
如此层层递进,便可将水源送往更高的田地,彻底破解高地灌溉难题。
第五架水车可依托第四架的成果,将水流从第四个小型蓄水池提升至比首架水车起点高出十丈的位置,依此类推,逐级抬升。
若仍未能达到所需高度,亦可根据实际地形与需求,灵活增补水车层级,直至满足要求为止。
如此一来,低处水源向高处输送这一难题便得以基本化解。
更进一步地,太子扶苏还提出了优化方案——在水车出水端连接一段木质输水槽,其位置略低于出水口,长度可达数十乃至上百丈。
这条蜿蜒延伸的木制水道,一直通达至百姓耕田之侧,使农人无需再肩挑手提。
自此之后,黔首只需在水槽旁开口引水,或开闸放流,便可直接用于灌溉,省时省力。
相较之下,开凿同等距离的土渠工程浩大、耗时费工,而架设此类木槽则显然轻松许多。
倘若有人认为木槽制作依旧繁琐,亦可改用粗长竹竿打通中节后串联成管,作为替代性的输水装置,效果同样可行。
当然,一旦投入使用,诸如分水不均、争水纠纷之类的问题难免出现。
但这类事务已不在太子扶苏的职责范围之内。
这应由地方郡县官员,或是乡里亭长、村正等基层吏员具体负责协调处置。
倘若这些属地管理者连此类日常琐务都无法妥善处理,
那么大秦朝廷便有必要重新审视其能力,罢免庸碌之辈,擢选贤能之人接任相应职务,以确保政令通达、民生有序。
至于太子扶苏与相里季等墨家弟子共同研创的这种提水器械,因其传动链条如骨节相连,形似脊椎,加之发明者乃一国储君,且主要用于农田灌溉,
故被相里季等人命名为“龙骨水车”。
太子扶苏感念墨家众人之贡献,亦称之为“墨龙水车”,以示共智共创之意。
在初步成型之后,太子扶苏与墨家学派又对该器械进行了系统分类与功能拓展。
依据驱动方式的不同,将其划分为:依靠水流推动的水轮式、人力手摇式、脚踏驱动式、牲畜牵引式,乃至利用风力带动的风动式等多种类型。
毕竟此前研究飞行之术时,太子扶苏便已意识到风势蕴含巨大力量。
若非风力强劲,何人能够凭借三角翼与飞天伞凌空翱翔?
然而风向不定、风速无常,因此风动式水车适用条件极为苛刻,仅可在常年多风、风力充沛之地勉强使用,普及性最低。
其次为畜力牵引型,其效率远超人力操作。
一头耕牛拉动的畜力水车,功效相当于三台脚踏式水车并行运转,尤其适合大片农田的持续灌溉。
结构上也不复杂:牲畜拉动水平卧轮,卧轮通过齿轮传动带动垂直立轮,再由立轮驱动链板提水。
且卧轮设计为可拆卸式——有牛时安装使用,缺畜力时拆下改为人力踩踏,灵活便捷。
可惜眼下耕牛稀缺,民间尚不足以支撑曲辕犁普及所需之牛力,更遑论抽调牛只用于提水作业。
因此,畜力型水车虽效用显着,却受限于现实条件,难以广泛推行。
再者便是水力驱动型,与畜力型相似,它也依赖外部动力源——即具有一定流速与冲击力的河流。
水流平缓、动能不足的溪涧无法推动水轮自行运转,唯有落差明显、水流湍急之处方可实现自然驱动。
因而水力式水车的应用场景同样受到地理条件制约。
真正不受环境束缚、随时随地皆可运作的,唯有依靠人力驱动的手摇或脚踏式水车。
无论山地丘陵,还是偏僻旱田,只要有劳力可用,便可立时启用,是当前最为普适的选择。
人力驱动的龙骨水车,主要分为手摇型与脚踏型两种类型。
在这两类水车中,脚踏式显然更胜一筹——无论是在作业效率还是灌溉效果上,都远超手摇式。
毕竟长时间用手摇动水车,不出多久便会腰酸背痛,体力难支。
而脚踏式的结构则更为人性化,通常由两至三人协同操作,还特别在腰部位置设置了一块支撑用的扶板,使用者可借力倚靠,有效缓解疲劳,节省气力。
更有甚者,还可于脚踏水车上方加设遮阳棚,使百姓在踩踏运转时免受烈日炙烤之苦。
如此细致入微的设计,寻常百姓见了,恐怕也会由衷赞叹太子扶苏体恤民情、思虑周全。
在成功研制龙骨水车后,太子扶苏与相里季等墨家弟子并未止步,而是继续钻研其运作原理,进而又发明出一种新型灌溉工具——筒车。
这种筒车的制作并不复杂:首先依据河岸高低或农田灌溉需求,打造一个足够大的转轮,并确保其整体高于水面。
随后,在转轮边缘均匀安装若干竹制或木制的取水筒,用于汲取河水。
安装这些取水筒时需注意方向——筒口应朝向转轮前进的方向,也就是顺水流下游,并且要使筒身与转轴保持一定倾斜角度。
唯有如此,当竹筒随轮转动至高处时,才能自然倾斜,将所盛之水倾泻而出。
接着,将整台筒车安置于河水中,入水深度约三尺左右为宜。
在筒车一侧,再架设一条略低于转轮顶端约一尺的引水槽,以便承接从高处倒下的河水。
当流动的河水冲击到筒车下方的叶片时,便会产生推动力,促使整个大轮持续旋转。
此时,固定在轮缘的竹筒依次没入水中,自动灌满河水,随后随着转轮上升。
待升至接近最高点时,因倾斜角度的作用,筒内之水便顺势倒入旁边的引水槽中。
之后,人们便可依照田地位置,通过沟渠将槽中之水导流至需要灌溉之处。
亦可仿照龙骨水车的做法,在引水槽后接续一段长长的木制或竹制导流槽,直接将水送至田头,彻底免除肩挑背扛之劳。
此外,该装置的取水量具备调节空间。
若觉水量不足或提水过慢,可通过增设叶片的方式增强受力,提升转速。
亦可通过增加取水筒的数量,扩大单次提水总量。
还可以适当加深筒车浸入水中的部分,使其获得更多水流冲击力,从而加快整体运转速度,进一步提高汲水效率。
可以说,相较于龙骨水车,筒车最突出的优势在于能够垂直提水数丈之高,且可昼夜不息运行,无需人力或畜力干预,极大减轻了百姓日常灌溉的负担。
然而,与水力驱动的龙骨水车相似,筒车同样高度依赖水流动力,必须建于水流较急之处方能正常运转。
倘若地处水流平缓之地,或仅有宽阔江湖而无流动河道,则难以发挥功效。
针对这一局限,太子扶苏与相里季等墨家学人深入探讨,最终提出两项应对之策。
其一是“凭空生力”——
既然筒车的动力来源于水流对叶板的冲击,那么只要能在缺乏激流的地方人为制造类似的推动力,问题便可迎刃而解。
例如,可在湖泊或静水岸边,根据筒车尺寸开凿一条扁长形的地槽,用于安放整套装置。
随后引导河流、江川或湖泽之水流入地槽之中。
利用地槽进水口与槽内大转轮筒车之间的落差,使引入的水流自高处奔涌而下,猛烈冲击筒车外围的叶片。
在水流持续冲击之下,大转轮不断旋转,带动其上固定的一节节木筒或竹筒将水从低处提升至高处,并倾入旁边设置的木质集水槽中。
请大家记得我们的网站:侠客书屋(m.xiakeshuwu.com)大秦:开局天幕曝光秦二世而亡更新速度全网最快。