【科普】罗马帝国的农业技术——灌溉
其实偶尔看看B站历史视频的评论区还是不错的，虽然会长一点血压，不过好歹可以知道大家缺乏对哪些方面的了解，最近发现大家对非中国地区的灌溉有一点误解，那也趁着这个机会好好科普一下。
罗马可能并非最早建造渡槽的，公元前6世纪希腊人建造了一条供给给Samos的渡槽，但是第一条水密渠道的渡槽是在Pergamon修建的，并且拥有虹吸管，建于Eumenes II统治时期（公元前197年~159年）。
首先解释一下，罗马的高架引水渠，只是渡槽的一部分，而渡槽这么难造，其实有一部分很大一部分原因是距离问题，距离问题给给测量人员和建筑工人带来的困难一样多，还有就是地形地势，有些渡槽之所以长，不仅是因为距集水的源头与需要输水的地区之间这段距离较远，还因为地势较高。必须跨越或绕过障碍物，而坡度也是要有限制的。事实上，最好避免水平延伸导致水停滞，但同样太强的倾斜也会导致流水侵蚀。所以，为了打破长斜坡上强水流的速度，罗马的工程师们有时需要在两段之间形成短落差（例如，Brévenne河上的渡槽、Cherchel何渡槽和Aqua Marcia河渡槽），这样就有可能恢复尽量让斜坡修暖man，采用水位调节水流的方法。不管这些建议是什么，渡槽的平均坡度似乎也是极其多变的。
与渡槽尺寸有关的另一个统计因素是其日容量，给罗马城的供水里，其中三分之一属于皇帝，三分之一属于城外的农田，剩下三分之一属于公民，但如此，每个公民每天大约500升水的标准也超过了很多现代的城镇供水标准。如果是首要目的是灌溉农田的话，那么也会有所调整。
渡槽是用来把水从水源输到需要水的地方的，罗马人建造渡槽的原因很多，比如为了建筑公共浴室，也有很多的用于灌溉仍然是一个重要的部分。罗马渡槽有许多类型，大体上分就是明渠和管道，管道大致有三种，陶土、铅、木头和石头，罗马人主要使用的三种类型为：明渠（rivi per canales structiles）、铅水管（fistuli plumbei）和陶水管（tubili Virtuales）。
其中，明渠是用砖或者切割好的岩石建造的，很多人喜欢夸大铅水管在罗马水利体系的作用，似乎罗马人只用铅水管，甚至罗马灭亡就是喝铅水管的水，不过这是错误的，且不提维特鲁威在《建筑十书》就已经意识到了铅对人体的危害，事实上，铅这种材料只是用于制作包括倒虹吸管在内的加压管道和一些分管枢纽，当庞大的水流经过这么一部分铅材质的管道时，水里所含的铅对人体的损害几乎是微不足道的。
一套罗马的水利系统，是非常非常完整的。源头到聚水池（castellum divorsium），后面可能还会接上另一套完整且复杂的城市配水系统，不过这是只说农业的。许多组成部分包括有遮盖的渠道、贮存池、沉淀池、渡槽桥、地下管道和高架引水渠。一些渡槽还包括倒虹吸管，倒虹吸管还包括集水槽、加压导管和贮槽，许多渡槽建在地面以下，由长长的地下管道组成。在渡槽沿线的一些位置修建了分支线路（vamus），以供应额外的水。（当然，这样完整的体系大多数都是用于一些中大城市这些出现用水问题的地方进行供水，即便壕如罗马人也不可能给所有的农业灌溉体系都完整的来上这么一套，毕竟农业对水的质量的要求肯定是生活用水的要求低，所以对于某些环节的要求可以松懈一点，比如沉淀池就可以省去，另外，渡槽的使用是为了引水，如果压根就不存在缺水的情况的话，事实上没有需要修建的必要。）
其实罗马帝国时期有很多大型的灌溉设施，最典型的要数尼罗河，如果不说尼罗河，谈谈其他地区的，比如哈德良时代的一项法规lex rivi Hiberiensis就是管理埃布罗河谷大型渠道灌溉系统的使用的，根据这个，再根据埃布罗河谷上游已知的考古遗迹，那么整条灌溉体系长度肯定要超过100公里，并且埃布罗河谷中部至少有三个子系统，另外，每个子系统的长度都超过20和30公里。埃布罗河谷灌溉体系很大，不过北非（比如另一项跟灌溉有关的Lamasba法令，还有就是考古，许多阿尔及利亚与突尼斯的中型灌溉系统遗迹）和叙利亚那些地区还有许多很大的灌溉系统。大多数使用的技术在建造时并不新鲜，而在罗马帝国时期，这些技术在美索不达米亚和埃及以外的地区的应用规模，尤其是在叙利亚、北非和西班牙，以及水坝的广泛应用则成为了一个新现象。此外，罗马人的水利工程体系不仅取决于所涉及的测量和施工技术，还取决于灌溉法和水权的发展框架，比如刚刚说的《lex rivi Hiberiensis》和《Lamasba》，还有《Tabula Contrebiensis》什么的。
有许多罗马渡槽的例子可以讨论，比如罗马高卢城市Nemausus（现在是法国的尼姆）的castellum，这个渡槽约50公里，但整条高度差仅为17m，平均坡度为0.0008.5m/m，最小坡度为0.00007m/m。此外，这个渡槽的高架引水渠，Pont du Gard，它是罗马高架引水渠里最大的一座，长275m，高48.4m，最大自由跨度24.5m，矗立两千年而不倒。
罗马人热衷于使用虹吸管，尤其是在高卢，虹吸管包括一个集水槽，用于将渡槽的明渠水流转换为一条或者多条管道，倾斜的管道被称之为geniculus，并且有支架来支撑山谷中的管道，以及使用接收槽将管道水流转化为明渠水流。最大的虹吸管也是高卢的，吉尔河渡槽来自，为罗马城市Lugdunum和周围的农田供水。九条虹吸管总长度2600m长，根据估计，一天的流量大概为25000m³，最大的虹吸管建在Pergamon，长3000米，但是只有一根。
此外，罗马人也会修建水库，尤其是在西班牙、北非和中东这些地区，比如我们所说的Glanum9号渡槽，还有阿尔卑斯山脚下，也有一个设施用来收集地表水。以西班牙为例，至少有三座大坝，两座为Merida供水，第三座大坝长550米，为Toledo供水，在Tripolitania以前有过种植业的地区，特别是在Leptis Magna周围也有过大坝，虽然很低，但是很长，确保了灌溉地区的蓄水。除了土坝以外，罗马还有一些石坝，这些大坝保存得更大，比如突尼斯的Kasserine大坝，底部宽7米，高10米，再或者是叙利亚的Harbaka大坝，最高处有20米。
至于意大利，在那里保存下来的水坝很罕见，一座大坝位于Sperlonga，具体在Pian della Salse的宅邸附近，然而最壮观的一座是尼禄在Subiaco附近为宅邸供水而修建的水坝，由三个湖连在一起组成的人工湖，Simbruina stagna，每个湖有11个水坝，其中最大的一座现在已经被毁，但是达到了130英尺（39米）的惊人高度，不过这就不是用来给农田进行灌溉的水坝了，我也就是顺便一提。
水是从高处往低处流的，但是如果想要灌溉高处的土地，要么找到更高的水源进行引水，要么就是用费时费力还量小的人工灌溉，但还有一个方法就是使用提水机，比如shadufs。
提水装置的第一次出现大概是在公元前260年~前240年的亚历山大港，拜占庭的Philo书里也提到过几种提水装置，有的是希腊原文，有的是阿拉伯文翻译，不过尽管如此，也可以证明这些技术是在古典时代由希腊人发明的，而非中世纪的阿拉伯人的方面的，因为图标是按照希腊字母排列，而并非按照阿拉伯字母。
公元前三世纪时有许多这样的装置被制造起来，文献有埃及莎草纸上托勒密统治者的一些措施，考古学也显示了法尤姆农业的扩张，这些装置包括阿基米德螺旋，也包括同理同我国一致的水车。这些公元前三世纪新的希腊式的装置包括提水轮，边缘设有隔室，当浸入水中时则填满，在水车转动，装有水的隔室到达顶部时，则将水倒入收集槽。但在某些水流不能转动轮子的地方（比如水井）也会使用处理，首先动物会绕着驱动轮转动，通过直角传动装置让水车转，这个东西和我国古代的牛转翻车类似。在埃及亚历山大城Wardian墓室的一幅壁画展现出来了畜力水车，但是这幅画的艺术风格不确定，大概在公元前一世纪到公元一世纪。
还有就是一种水车的变体，驱动装置是相同的，但是能把水提得更高。在这种水车的轮子并不是用来直接提水的，而是让一根挂在睡车上的绳子或者链条运动起来，绳子或者链条下面再挂着一系列容器。这个装置在阿拉伯语世界被称之为saqiya，在伊比利亚半岛被称之为noria，在希腊的莎草纸上可能是被称之为kulle kuklas，但整个装置通常被称之为简单的机械。（这个东西的原理应该同我国古代的翻车是一致的。）
当然，这个欧洲版的翻车呢……在公元前三世纪，拜占庭的Philo是提到过的，考古上意大利的Cosa也有过证明，在公元前二世纪，有一个澡堂就用这个装置把水从蓄水池提到巨大的浴池里。还有就是公元前一世纪早期，Cosa港的熏房就有一个这样的系统，能把水提升16米，可能是送到附近与港口相连的别墅或者是制作amphora，一种瓶子的工场。不过这些例子都是城市的，而不是用于农业灌溉。伦敦格雷街出土的一世纪的水车证明了这点，发现了两个方形的大水晶，还有提水车的残害，一座建于布狄卡起义之后，约公元63年，并且由木箱代替水桶，由大铁链子链接在一起，另一口井还越是公元二世纪挖掘的，使用的是曲柄铁链连接的木箱。此外，在高卢或者北非等地也同样均有考古证明。
阿基米德螺旋也是公元前三世纪发明，至于长什么样就看图吧，它以一种角度浸入水中，通过螺杆的选择，由一个密封腔压向另一个密封腔，这个提升水的速度很快，但是升得不高，文献资料证明了这种装置在埃及用于灌溉。波利比乌斯将其称之为“埃及螺丝”，不过，这个装置用于矿山排水倒是不错，目前考古上保留下来的例子都是在矿井里发现的（一方面也是因为地下提供了良好的保存条件）。
除了水车和阿基米德螺旋以外，还有一种提升水的机器，就是压力泵，公元前2世纪由克特西比乌斯设计，最初它是由青铜制成的，并且需要比较昂贵的材料与精密的制作，用于矿井的放火与灭火，或者是马戏团，再或者是用于向人群喷洒香水，但并不用于灌溉。在公元一世纪或二世纪的时候，被重新设计成了一块中空的木头，在一些北部省份均有发现，大概是用于城市和家庭别墅供应，可能是用来浇花的，虽然是用于小园子，但是关于力泵虹吸的证据在莎草纸里的证据还是有一些的，只是很少。
这有点过于简单了吧？罗马人还有更复杂的，复杂到你很确信这玩意不会用来浇花。
另外还有一种更复杂的力泵，两个垂直安装的气缸通过水平管道连接在其底座附近，管道中心有一个垂直输送管，青铜进气阀的铰链在每个气缸的底部，因此它们可以向内打开进入气缸，青铜活塞放置在每个气功，当活塞向下冲程时，由于气缸底部的进气阀关闭，水进入两个连接气缸的横向管道，竖直的输气管底部有一个单项翻板阀，使水沿垂直方向流动，两个气缸中的活塞通过连接在一个杠杆的连杆移动，这使得活塞可以互相作用，这样当一个活塞向下，另一个活塞向上，这样水就能喷出来了。
此外就是还有一些不确定的装置，提升水的装置通常以机械（但是也应当知道，希腊人或者说罗马人所谓的机械，是一个不特定的术语，某些情况下可能指其他类型的装置，可能包括阿基米德螺旋）出现在莎草纸学的证据里，这个属于通常指的是翻车或者筒车，在公元一世纪到八世纪之间都有很好的证明，公元前三世纪只有一个单独的参考文献。一个存在但是意义不清的东西被称作organon，在莎草纸上高频出现（Organa这个词在莎草纸上一共出现了72次，比它更多的只有Saqiyas的222次和Unspecified的124次），通常来讲被解释为一种提水装置，但实际上也不能那么武断，这个在公元后二世纪变成非常流行的词语，是否可能是，用来指代shaduf，甚至它的含义是包括shaduf在内的一系列装置。此外还有一些装置，部件上应该是属于提水装置，但是又尚未确定，不清楚这些词语是上述装置的另一种叫法还是单独一种。
