“更漏”就是铜壶滴漏,亦称“漏壶”、“刻漏”、“滴漏”等,即是中国古代发明的最为常见和重要的记时水钟之一。
1、基本原理
铜壶滴漏主要是由两部分组成,一是漏壶,二是漏刻。漏壶滴水计算时间,漏刻将时间显示在浮箭刻度上。其计时方法也很科学,通常是采用“百刻计时制”,也就是说,在浮箭上刻了100个刻度,将一天划分为100刻。采用平均分配的方法。将100刻先分配给12个时辰,每一个时辰可得8大刻,12个时辰共96刻。再把余下的4刻按每刻平均分成6小刻,共24小刻,再把这24小刻平均分配到12个时辰中,每个时辰就得到了8大刻2小刻。 这样,不但使各个时辰所包含的刻数相同,而且使12个时辰的总刻数又恰好等于100 刻,使刻漏方法和时辰的方法融合在一起了。
 

2、历史发展及形制变化
根据史书记载,周代时已有漏壶,到春秋时期,漏壶的使用已相当普遍。在《隋书》中有这样的记载:“早在昔黄帝创观漏水,制器取则,以分昼夜。其后因以命官,《周礼》挈壶氏则其职也。”③这里的“挈壶氏”就是掌管漏壶的官员,漏壶在当时白天作为军中的炊具,夜中击壶代柝,又有“孔壶为漏”的说法,说明当时的漏壶具有多种功用。

初期的漏壶只有一只壶,人们在壶中装上一枝有刻度的木箭。当水从壶底的小孔漏出时,壶中水位下降,木箭会随之下沉,观测刻箭上的水位,便知道是什么时间了。显而易见,单只泄水型或受水型漏壶结构简单,使用方便。但水流速度与壶中水的多少有关,随着壶中水的减少,流水速度也在变慢,直接影响到计时的稳定性和精确度。后来人们在漏水壶上另加一只漏水壶,用上面流出的水来补充下面壶的水量,就可以提高下面壶流水的稳定性,这就是补给壶。在补给壶之上再加补给壶,形成了多级漏壶的计时方法。


沉箭漏


浮箭漏
多级漏壶的构造是用两个以上漏壶,自上而下放置,使最上一个壶中的水流入第二壶,再由第二壶流入第三壶……,由最后一壶(称泄水壶)流入箭壶,箭壶中的水连同浮舟慢慢升起。由于得到上面几级漏壶的补给,最后一级壶中的水位可大体保持稳定不变。公元665年,唐代吕才制造的漏壶,它从上至下分四个水框,依次为“一夜天池,二日天池,三平壶,四万分壶”,其间以水管相连,水管采用“渴乌”(虹吸)原理,便于调整和修理。最下为水海(受水壶),其中有铜人执浮箭。水从夜天池依次注入日天池、平壶、万分壶,最后到水海,水海中的浮箭“而上每以箭浮为刻分也”。④正是这种四级补给系统的采用,使最后泄水壶的水位尽量保持稳定,进一步提高了漏壶的精确度。
碑文如下 (碑阳) 通州创建更漏记 明时刻以定晨昏正钟鼓以警视听此为政之当□ 邑犹然况通州处水陆之要津为京师之东□者□ 早晚击柝者乱其节次朝列大夫永平张侯时中来□ 有持是器来通州者右铜精制侯乃与僚佐定议□ □互考定数月而成至元丙子暮春十有九日置□ 四曰天池次曰平次曰准置于木架架下设小铜□ 准也最下一壶曰水海漏筹着于中影仪立其下□ 之增减正其序也较之影仪若合符节明漏者以之□ 藉补尉吏以侯骏春秋朝暮岂有毫厘之悖哉谨其□ 政周官设挈壶氏之职后汉洛下关等经庆之而□ 几百四十兮书夜凡百刻以置于更筹之上实右今□ □行然非张侯之用心僚佐之协替则何以创建更□ □所举可谓知大体矣昔苏轼为钱塘守有天使自 □□惟许州守令心颇奇之轼曰何也使者曰□头 □□张侯其有见积业乎既□州之耆老留德记□ (碑阴) 兼 鲁 通州事 尉 大都路同知通州语 校尉大都路通州 钟 吏相 世英 敦武 仕郎 都 达鲁花赤 进义副尉大都路潞县县将仕 更漏一应 天池 壶一 水 一十 盛水桶 倒水槛 影仪
从碑文中显示,通州所造的这套多级漏壶应由四只漏壶组成,其中的“天池”、“平次”从功能上应为泄水壶,也是有虹吸管连接。而“水海”则属于受水壶,主要起到显示时间的作用。这与唐代的吕才壶十分相似。
但是,漏壶的数量不能无限地增加,水位也不是完全稳定,需要继续改进以获得更为精确的计时方法。北宋燕肃发明创造的莲花漏不仅解决了这个难题,而且为后来的改进和完善打下了基础。
相比吕才壶而言,莲花漏中增加了分水壶,就是使水位保持平衡的壶。原理很简单:在一套漏壶的最下一级壶上再开一漏孔,但此孔开在壶上沿,只要从上面壶里漏下的水量比这一壶的漏量稍大,则总会有水从上孔中泄出,从而保持最下一壶的水位总在上沿漏孔的地方,这就达到目的了。
莲花漏中的“减水盎”其实就是碑中所记的“倒水槛”,盛水桶则主要用于换水。而影仪则是配合铜壶滴漏使用的“日钟”,起到校准时间的作用。通州的这套元代铜壶滴漏吸取了前代的优点,采用了多壶分流的设计,在当时是十分先进的。
  

从古代计时技术的发展史来看,元朝应该是漏壶技术发展的鼎盛时期,郭守敬作为元代著名的科学家、发明家,他在计时领域的发明创造也是十分丰富和重要的。《元史·天文志》记载了郭守敬所发明的宝山漏、大明殿灯漏等诸多计时仪器,也都是和通州漏壶同一时期所创造出来的。此外,延祐三年(1316年),杜子威、冼运行制广州铜壶滴漏,是我国现存最大和最完整的古代计时器。
一刻鐘的来历
「一刻鐘」的說法,來自於古代的刻漏計時。
最初的漏壺,一天一夜剛好滴完,壺上刻了100個刻度,但一天有12個時辰,這樣的刻劃有點不便。
東漢以後,歷代曾多次將百刻改為12的倍數(96、108、120)。
清初《時憲書》施行後,正式將一天百刻改為96刻,一個時辰(兩個小時)分8刻,一小時為4刻,一刻就是15分鐘,一直沿用至今。

蓮花漏
浮箭漏最著名的,當屬宋仁宗時期發明的蓮花漏。
1030年,北宋朝廷官員「龍圖閣侍制」燕肅發明了蓮花漏,因其箭壺上有一銅製蓮花,上端飾有蓮蓬的刻箭從蓮花中穿出,因而得名「蓮花漏」。
【穩定水位 + 納入節氣因素】
蓮花漏使用時,上匱流到下匱的流量,略大於下匱流入箭壺的流量,這使得下匱多餘的水會從竹注筒流到減水盎,下匱的水位因此得以保持穩定,提高了計時的精度。這種穩定水位的方式,是一次重大的革新。
因全年每日晝夜的長短微有差異,燕肅又依24節氣製成長短刻度不同的48支浮箭,每一節氣晝夜各更換一支,更大大地提高了計時的精度。
蓮花漏製作簡單、計時準確,宋仁宗於1036年頒行全國使用。
蓮花漏頒行後,受到各方讚揚。而且燕肅每到一處做官,就把蓮花漏的製造方法以碑刻介紹,並製成樣品加以推廣,如此熱心傳播科技的精神古今罕見。

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