世界水の日: 古代中国で発明された「水の工芸品」の考察

1993年1月18日、第47回国連総会において、毎年3月22日を「世界水の日」と定め、国民に水資源保護の強化を呼びかけました。我が国の古代、科学技術が現在ほど発達していなかった頃、水をより有効に利用し、漏水を防ぐために、私たちの祖先は中華民族の英知を駆使し、後世の人々を驚かせる数多くの器具を発明しました。今日は、これらの「水の遺物」を見てみましょう！

01浚渫用アーティファクト-泥流と河川転流ドラゴン

私の国の北部の川は古代から泥でいっぱいでした。秦以前の詩集『詩経』には「清水を運ぶ、濁水を運ぶ」とあり、私たちの祖先が清水と濁水の違いを早くから認識していたことが伺えます。水があまりにも多くの堆積物を運ぶと、大きな問題を引き起こす可能性があります。下流の川の水路が泥で埋まり、川の堤防が決壊してひどい洪水を引き起こす可能性があります。そのため、我が国では歴代の王朝を通じて、泥の除去と河川の浚渫が水利事業における重要な仕事となってきました。

泥流転流竜は清朝の人々が発明した水圧浚渫装置です。この装置の長さは約5.3メートル、前面の幅は1.3メートル、高さは0.6メートルです。清代の人々が描いた泥流転龍の構造図には、この装置を構成するさまざまな部品とその機能が詳しく説明されています。最大の特徴は、給水口が大きく、排水口が小さいことです。

図1：泥流転河龍の構造図（清代の学者が描いたもの）

大きな入口と小さな出口を備えた泥流転流ドラゴンの設計により、出口の流量が入口の流量よりもはるかに高くなり、水流の砂を運ぶ能力が大幅に向上します[1]。泥流川竜を使用する場合、通常は10列に並べます。川竜の各列の下流の洗掘距離は約16メートルで、毎日の洗掘深さも「数フィート」に達します。ボートを使って泥を運び、川竜を下流に誘導することで、良好な浚渫結果が得られます。

02 「多機能」アーティファクト-小さな口と尖底のボトル

この独特な形の陶器は考古学では「小口尖底瓶」と呼ばれています。これは新石器時代の仰韶文化と苗圃溝文化期の黄河中流域の最も代表的な遺物の一つであり、約1500年にわたって断続的に「流行」していました。小さな口、尖った底、2つの耳...このような「ユニーク」な形状は、何に使われるのでしょうか？学界では、さまざまな科学的原理に基づいてさまざまな説明がなされてきました。

図 2: 半坡遺跡から出土した、口が小さく底が尖った壺。中国国立考古学博物館が所蔵 (ギャラリーの著作権画像。転載は著作権紛争につながる可能性があります)

一部の学者は、浮力と重心力学の原理によれば、口が小さく底が尖ったボトルは水に沈みやすく、水が満たされると自動的に立ち上がると考えています。それは水ポンプ（つまり、水を汲み上げるために使われる）であるはずだと推測されます。他の学者は、口が小さく底が尖った瓶の特殊な「尖った底」の形状は、地面や特殊な固定台に埋め込むことができ、現代の魔法瓶と同様にお湯を保管するために使用された可能性があると考えています。学者の中には、小さな口が密閉を助け、尖った底が沈殿を助け、どちらもワイン造りに最適な条件であると信じており、そのため、この容器はワイン造り用の容器であると推測する人もいます[2]。もちろん、口が小さく底が尖ったこの瓶は、当時、供儀に使われていた儀式用の容器だったのではないかと推測する学者もいます。口が小さく底が尖った瓶が何に使われたかはともかく、そこに多くの科学的原理が含まれていたという事実は、数千年前の中国の祖先がすでに勝利していたことを意味していた。

03 流量測定アーティファクト-李炳石

川の流れを測定することは古代人の生産にとって非常に重要でした。水利工学の分野では、流量とは、パイプ、開水路、またはその他の水路の特定の通水セクションを単位時間あたりに通過する液体の量を指し、立方メートル/秒で測定されます。計測データの一種である流量は、水の状態を反映する重要な情報です。また、河川、湖沼、貯水池等の水資源や水量の変化を反映する基礎データでもあります。 【3】

通水区間の平均流速（流速は勾配、粗度などによって決まります）と通水区間の面積を乗じて流量値を求めることができます。私たちの古代の祖先はこの関係を認識していたようです。例えば、都江堰の李冰石人は、肩と足に水位目盛りが付いた石の形をした水流測定物差しです。 『水経注 巻33』によると、李冰は3体の石人を水中に立たせた。水位が低い時は石人の足は水面上に出ない。水位が高いときは石人の肩が水に浸からない。都江堰には比較的安定した条件が二つある。一つは取水部、もう一つは河床勾配である。このように、水位計の読み取りを通じて灌漑地域の水不足を推測することができます。これは、「李冰石人」が単に水位を反映しているのではなく、水位下の流量も反映していることを反映しています。したがって、李冰の石人は流れを測定する魔法の道具であると言うのは当然です。

図3: 中国成都の四川博物館に収蔵されている東漢時代の李冰の石像のレプリカ（ギャラリーからの著作権画像。転載は著作権紛争につながる可能性があります）

04 機械式揚水装置-キール水車

古代の人々はどのようにして最初に農業用灌漑を行ったのでしょうか?秦以前の文献には「蒸し器を持って水を汲む」という記録がある。蒸し器は古代中国で食べ物を蒸すために使われた調理器具です。大きな口を持つ、盆や鍋のような形をしています。多くの場合、「リ」と組み合わせて中空の格子に通して「ヤン」を形成します。蒸し器内の水蒸気は蒸し器内の食品を加熱して調理することができますが、蒸し器が単独で使用されることはほとんどありません。大きなたらいのようなものを手に持って灌漑用の水を汲む場面を想像するだけでも、手作業で水を汲むのは簡単な仕事ではないことが分かるでしょう。

その後、水力や風力などの揚水機械が徐々に発明されましたが、人力による揚水機械自体も絶えず発展しています。たとえば、人力（または動物力）で回転して水を汲み上げる機械である竜骨水車は、東漢の時代に初めて登場しました。これは、竜骨のような木製の先端でつながれた、非常に長い水掻き滑走路を備えていることから、人々によって付けられた名前です。キール水車は、人または動物の力を利用して車軸を回転させ、水を汲み上げます。人力で車軸を回転させるキール水車のうち、小型キール水車は手回し式（パドルホイール）で、大型キール水車は足踏み式（ペダルホイール）である[4]。

我が国の平野部では、特に距離が近く、揚水高さが1～2mに制御される条件下では、キール水車は農業灌漑に非常に適しています。彼らは唐と宋の時代から重要な役割を果たしてきました。 1950 年代まで、私の国の田舎ではキール水車がまだ見られました。

図4：中国農業博物館所蔵の手回し式竜骨水車模型（撮影：翟国清、転載は著作権侵害となる恐れあり）

図5：中国農業博物館所蔵のペダル式竜骨水車模型（撮影：翟国清、転載は著作権侵害となる恐れあり）

まとめ

実際のところ、上記は氷山の一角にすぎません。中国の輝かしい歴史の中には、緊急遮断や護岸工事に使われる「転がりほうき」、泥流転流竜のように河川の浚渫に使われる「混流河竜」、水利工事の測量に使われる「水準器」など、先祖が知恵を絞って発明した「水工芸品」が数え切れないほどあります。これらの偉大な発明があったからこそ、数千年にわたって水資源を合理的に利用して文明に貢献し、一歩一歩近代化の幕開けを迎えることができたのです。

参考文献:

[1] 陸家熙『中国科学技術史』水資源保護協会、サイエンスプレス、2002年。

[2] 雲零容「小口尖底瓶の基本機能の再検討」『文化財鑑定ジャーナル』第13号、2013年。

【3】中国百科事典第3版オンライン版

[4] 金鋒「中国の伝統的な大規模灌漑農機具：水車」農業考古学第3号、2013年。

著者：

BoxCat 中国科学ライター協会会員、2017 年「トップ 10 新人科学ライター」コンテスト記事部門第 3 位受賞

翟国清、中国科学ライター協会会員、2016年「新科学メーカー」

評者：宋・元・明代 北京科技大学科学史・文化遺産研究所准教授

制作：中国科学普及協会

制作：中国科学技術出版社、中国科学技術出版社（北京）デジタルメディア株式会社