19.8　汲水方法

在东方很多地方仍能看到那种间歇式的简单汲水方法，例如桔槔最早在古典时期以前就出现了（第Ⅰ卷，第19章）。机械汲水的又一大进步就是实现了连续供水，这应归功于希腊人的两项发明——齿轮和螺旋（边码116起、边码631起）。希腊在汲水方法上取得的成就，可能与哲学家把自然现象的研究成果应用到日常生活中的这种新能力有关。对于巴比伦的天文学家而言，已经能够熟练地把天文现象用数学表格的形式列出来。然而，古希腊人可能是第一次把观察抽象为几何图形，试图用来解释现象。因此，他们把天体运行体系想象成复杂的旋转运动，并试图将这些运动应用到实际中去。

维特鲁威说：“所有机械发明都来自自然及由宇宙引导和操纵的革命……前辈们观察到如此情况，并从中抽象出规律。他们仿效宇宙，由神力引导，通过发明创造，使自己过上了舒适的生活。因此，他们借助于灵巧的工具，依赖于机器及其所带来的革命，使一些事情更方便了。”［42］

有人认为，齿轮是阿基米德（卒于公元前212年，边码632）发明的。当然，它不可能出现得更早。带水罐的纵向轮依靠与其啮合的由人力、畜力驱动的横向轮齿轮进行转动，这就是“波斯轮”或称sāqiya。在实际应用中，为了防止水从罐中溅出太多，集水池必须处在轮子顶端的正下方，升降幅度因此不能超过轮子的半径太多（图615）。被维特鲁威称为“鼓室”的一个变体，可以把大量的水提升到同水轮半径一样的高度，而且损耗量更少（图616）。它由带有水平轴的鼓形圆桶构成，圆桶被从轴心辐射出的木板隔成8个分隔室。每个分隔室有一个大约6英寸宽的开口，当分隔室转到较低位置时，水可以从开口流入桶内。圆桶旋转时，分隔室提起，水从每个分隔室在靠近轴的位置开的小孔中流出，被收集在水槽中［43］。

图615　现代由骆驼驱动的波斯轮（罐轮）正在从尼罗河中汲水。注意它非常粗糙的构架。

在埃及，旋转汲水装置在希腊化时期逐步引进。波斯轮在公元前2世纪首次被提到，并在罗马时期被由踏车带动的鼓室所取代。鼓室可以提供足够的水来灌溉菜园，在盐井中溶解盐。公元前20年左右，在法尤姆使用了一种机械装置。斯特拉博（公元前63？—公元21）在著作中提到，在埃及的人们用轮子或螺旋泵把水从河里提出来，浇灌肥沃土地的田垄，150个囚犯从事这项劳动［24］。在希腊化时期，汲水机械也被引入巴勒斯坦和美索不达米亚。

图616　维特鲁威描述的3种汲水机械：（1）一连串的水桶绕着两个滑轮转动；（2）（3）斗式水车；（4）（5）有8个分隔室的鼓形水车。明轮翼使它可以由水流来驱动。

虽然人们一直认为螺旋的发明者应该是他林敦的阿奇塔斯（活跃于公元前400年），但关于它的最早的确切资料则涉及阿基米德及其著名的水螺旋。狄奥多罗斯（Diodorus，公元前1世纪）说，尼罗河三角洲是用阿基米德发明并推广的机械来灌溉的，根据外形它被称作蜗（蜗牛）［44］。不过，他在别的书里又说，在阿基米德拜访托勒密（Ptolemies）宫廷并把它们介绍过来之前，在一些矿山和水井已有了这些装置（边码633）［45］。

图617　发现于西班牙索蒂尔矿井的阿基米德橡木螺旋。轴的直径为24英寸，螺纹突出轴2.4英寸。

图618　汲水用的阿基米德螺旋，出自庞贝城的壁画，显示出用脚蹬踏来转动螺旋。当然，它应该是有角度的，不可能是画中这样水平的。

从在埃及发现的古代水螺旋的遗迹［46］和陶器模型及其描述中，可以很清楚地看到，水螺旋是由踏车而不是由曲柄带动旋转的，因为古代的工程师还不知道曲柄（图617—619）。在埃及南部和阿拉伯世界的某些地方，目前仍普遍使用水螺旋来汲少量的水。水螺旋是在拜占庭时期被介绍到摩洛哥的，再从那里传播到西欧。

公元前1世纪或更早一些，人们开始能够利用水能，进入了汲水机械进化的最重要阶段——利用水车作为原动机（第17章）。在罗马帝国的供水系统中，水车在低海拔地区对于获得有一定落差的水相当重要［47］。罗马港口奥斯蒂亚就是这样的一个地方。储水槽建在主要浴室边上，用水轮将水汲出，并倒入较高一层的蓄水池，这样在一定的压力下就可以得到充足的水。在罗马帝国的锡尔切斯特和其他地方，也采用类似的方法。在欧洲，这种方法一直流行到19世纪。

图619　在阿基米德螺旋上用脚工作着的黑奴。

出自罗马—埃及的陶瓦浮雕。