前面我们说了圭表和日晷,这两种计时仪器一种是计量年长的,一种是计量日长的,下面我们再介绍计量一日之内时辰的仪器,漏刻。
漏,指的是漏壶,而刻,指的是刻箭,漏刻还有一个我们比较熟悉的名字,铜壶滴漏。
在我国古代,漏刻应该是一种比日晷更重要的计时仪器,漏刻就相当于后世的钟表,可以告诉人们更加精准的时刻。而且,漏刻不受白天或黑夜的影响,也不受晴天和阴天的限制,可以让人随时获得较准确的时刻。
史书上关于漏刻最早的记载是《周礼 夏官司马》,其中有"挈壶氏掌挈壶以令军井",挈(音qie4),挈壶氏,后来唐司天台属官有挈壶正,是指掌管漏刻的官员。由此可知,在周代,漏刻就在军事行动中起到了重要的作用。
《夏官司马》中还记有"凡军事,悬壶以序聚柝"意思就是说,每当有军事行动,都要用漏刻来确定时间,再敲梆子对部队发号施令。
《周礼》形成于春秋时期,从记载中可知,当时的漏刻已经比较成熟了,因此,漏刻的最早出现时期应该更早。《隋书 天文志》中记载"黄帝创观漏水,制器取则,以分昼夜",这种说法传说的可能性更大一些,至少目前考古上还没有发现这么早的类似器物。但我国制陶技术已有几千年,陶器如果出现裂缝,水就会慢慢流失,这种现象长期以来可能就会引起人们的注意,并由此发现水的流失与时间会有一定的联系。很可能人们就会由此逐渐发明出了滴漏,当然,这仅仅是一种推测,但可以确定的是,漏刻的发明时间确实很早,目前保守推测,应该在西周时期就形成了早期的漏刻。
千章铜漏壶
根据记载,漏刻的发展过程大致为淹箭法,沉箭法,浮箭法,这几个过程。
最早的漏壶,就是带有提梁的壶,在壶底或者下部留有一个小孔,然后在壶中放置一个箭杆,箭杆上带有刻度。这样,随着壶内水的减少,水面就会指到不同的刻度上,人们就可以知道是什么时刻了,这就是淹箭法。但是,由于水面有张力,所以水会吸附到箭杆上,这样读出的刻度值就不会很准确。
于是,就出现了沉箭法。人们用一个竹材或木材制成的托浮在水面上,这个托叫做箭舟,然后再在漏壶上加一个盖子,盖子上有一小孔,箭杆从小孔插入,立在箭舟上,这样随着壶内水面的下降,箭舟也会下降,那么箭杆上的刻度就会慢慢沉入壶中,这样读起来就会准确很多了。关于沉箭法的出现时间,目前还找不到准确的记载,但由于古代战事较多,从军队的需求来看,淹箭法并不适合野外的战争的需求,因此,沉箭法的出现应该不会太晚。
沉箭法和浮箭法示意图
而浮箭法比前面两种更为先进,因为淹箭法和沉箭法有一个严重的问题,就是水的流速不均匀,因为水的流速与水压有关,随着壶内水的减少,水压也会越来越小,这样的话流速就会由快到慢,因此显示出的时刻并不是均匀的。
而浮箭法先用一把壶装水,让水从壶中漏出去,这个壶叫做漏壶。然后再用另外一个容器装漏出的水,箭舟就放在这个容器中,称为箭壶,箭壶有盖,如同沉箭法的设计。这种用两个壶的方法就叫做浮箭法,可以看出浮箭漏与沉箭漏的刻箭正好是相反的。
当然,浮箭法的方式还是存在水压的变化,但是相比起沉箭法来说,已经减小了对时刻的影响,提高了精度。这种漏壶,一直到宋元时期还在使用。
后来人们又发明了二级漏壶,就是在漏壶之上再增加一个漏壶,这样下面的漏壶就能得到上面水的补充,更加稳定了水压。这种二级漏壶的出现不晚于东汉,因为张衡的漏水转浑天仪里面,就是应用了这种二级漏壶。到了晋代,已经出现了三级漏壶,而唐代则是四级漏壶。目前故宫博物院保存的是清乾隆十年(公元1745年)制造的三级漏壶。
古代在漏壶的改进中,除了增加级数外,另外有一项重要的改进是分水壶的发明。首次使用分水壶的人是宋代的燕肃,他在公元1030年制造的"莲花漏"中增加了一个减水盎。
莲花漏示意图
莲花漏分为两级,上匮和下匮,在下匮上有一个分水孔,当下匮中的水位超过分水孔时,水就会通过竹筒流到减水盎中。这样的话,只要上匮注入下匮的水量稍大于下匮流出的水量,就可以保持下匮中的水位,这样下匮流入壶中的水压就可以保持在一个稳定的大小。