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古代沒有水平儀,修水渠自然有技藝精湛的設計師總結的土辦法。我在這里講一個簡單的工具,在一個裝滿水的盆子里放一個小板凳,在板凳的四個凳腳上綁兩條互相平行且垂直于凳腳的細線,然后從繩子這邊往測量方向看,然后在前方的測量標桿上劃上記號,將兩次標桿上的記號進行比對,就能辨別出水平面的高低情況。這個工具人們形象地稱它為“水鴨子”,它是利用水的重心向下和三點成一線的原理自制的一種專門用來測量水平的工具。這里有一個中國人民修建世界八大人工奇跡的紅旗渠時用“水鴨子”的故事。

紅旗渠開工沒多久,工程指揮部就遇到一個難題,當時紅旗渠總干渠從山西境內而來,只有通過林縣北部的分水嶺,才能徹底解決林縣全境內的用水問題,水往低處流,要達到這個目的,必須保證渠首到分水嶺70多公里的渠線縱坡比不大于1/8000,1/8000是什么概念呢?就是渠道每推進8km,落差只允許下降一米,如果超過一米,坡度就會升高,水就流不過來;反之,坡度過低呢?就會導致水流加速,沖毀下游的堤壩。值得一提的是,紅旗渠是全靠人力用錘子和鐵釬一點一點鑿出來的,施工速度是以米為計算單位的,那么每向前推進一米,這個落差要保持在多少呢?在沒有任何機械動力可依靠的條件下,紅旗渠工程的技術難關是怎么解決的呢?按照紅旗渠的總體設計,縱坡比要不大于1/8000,才能保證渠道的順利使用,1/8000的落差,換算成米呢,就是0.125毫米,這么細微的落差,林縣人民就是靠著“水鴨子”和縣里僅有的兩只經緯儀,一點一點測出來的。水鴨子節(jié)省大量資金,便于掌握,因當時修渠的大多數都是農民,這是最容易掌握的工具,到十年后紅旗渠驗收的時候,紅旗渠與施工指揮部當時的設計不差毫厘,不得不說,中國人民的智慧讓世人震驚。

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有記錄平面找平,古人施工找水平,先盛滿滿一碗水,水面放一根小木尺,調整小木尺指的方向,順著碗沿兩頭目視第三點,第三點有人舉著長一些的木棍上下調整高度,最后確定高度達到平衡,后來基于這個原理又衍生出更多更方便更精確的方法!垂直就是吊懸垂線,現在一些地區(qū)做一些簡單施工還在用!

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古代是沒有水平儀的,那么他們是怎么控制高程的呢?

他們的方法非常簡單,用水管在一根比較細的水管里灌上水,用木棍敲打水管,除去里面的空氣,然后水管兩頭水面的位置高程就是相同的,最簡單的連通器原理。

不要小瞧了古人的智慧,只是古代的水平儀沒有現在的精準和高可以而已。

相傳大禹治水時期就已開始使用“準,繩、矩”等原始的測量工具!镀堊印ゅ蹲分杏浭隹鬃诱劮ǖ臅r候,用“水準”作比喻,來說明執(zhí)法要公平的道理,指出“主量必平,似法”。如果當時沒有類似于水準測量的生產實踐活動,就不可能出現這類的比喻。

西漢時開關中漕渠,齊人水工徐伯負責定線工作(即所謂“表”),就是水準測量儀器,可惜史書上沒有詳細記載。南北朝時期,我國古代著名科學家祖沖之的兒子祖暅之,還曾在嵩山上造了八尺長的銅表作為日晷,下面與圭柏連接,圭面掘著溝,把水倒在溝里,以定水平。

到了唐代,由于疆域的擴大,農業(yè)生產與水利事業(yè)普遍發(fā)展,測量和制圖學也有新的進步。唐人李筌,在其所著《太白陰經》中對測量地勢所用的“水平”(即“水準儀”),有較為詳細的記述,這套測量工具,由三部分組成,即“水平”,“照板”、“度竿” 當時使用的水準儀,其構造是:“水平槽長二尺四寸,兩頭中間鑿為三池。池橫闊間一寸八分,縱闊一寸,深一寸三分。池間相去一尺四寸,中間有通水渠.闊三分,深一寸三分。池各置浮木,木闊狹微小于池,空三分。上建立齒,高八分,闊一寸七分,厚一分,槽下為轉關腳,高下與眼等以水注之,三池浮木齊起。眇目視之,三齒齊平,以為天下準;蚴,或一里,乃至十數里,目力所及,隨置照板。度竿亦以白繩計其尺寸,則高下丈尺分寸可知 也”。

到了元代,郭守敬以海平面作為測量高程的基準,在水準測量史上,是一個重大創(chuàng)見。他在測量華北平原地形時,“嘗以海面較京師(北京)至汴梁(開封)地形高下之差”。到清代,水推測量的范圍逐漸擴大,加之其它測量技術,遂使地形測量更臻完善。

再等到了現代,用的都是紅外水平儀激光水平儀了,這些設備遠超古達,當代也是有水平儀的,古人施工也是憑借水平儀的,古人的智慧不容小覷!


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中國古代的工程大師,能工巧匠們,如大禹,李冰,魯班等等,他們在工程實踐中創(chuàng)造了大量的工程施工測量方法,標準,技巧。

在沒有西方測量工具,水平尺,水管,水準儀,全站儀,遠紅外激光儀之前,他們就懂得,水是平的,墜線是垂直的道理。

所以中國古代偉大的工程創(chuàng)造,舉世聞名,大禹,李冰治水,萬里長城,京杭大運河,長安城,故宮等大型工程,從不缺乏測量的精準度,可見,其工藝水平絲毫也不比西方差。

我小時候跟師父學木工,在房屋地基操平時,在四個角先打上一根木樁,師父找來一個木盆裝滿水,水上放一個薄瓷盞,在沒風沒浪的凌晨,師父爬在地上,我在樁前劃點,師父單眼吊線,兩個瓷盞邊平瞄射到木樁上一點劃點,再轉移方向,四個樁畫定后,按點連線,上下反尺,這就把房屋水平線點確定了。

師父說,這樣操平,根據你的視力,每次可操30一一50米,誤差±在每10延長米差1毫米以內,眼晴好的,50米差1毫米。

瓦工用的線墜,中國古代就有,直角尺,古代木工也離不了,用這二種工具找水平線就比較方便了,直角尺的一邊靠準垂直線,另一個直角邊就是水平線,但缺點是,直角尺的長度有限,延長線的水平度不夠標準,一般在十米以內,為了延長水平控制距離,可以每隔幾米的距離,效正一次,確保延長線的誤差在允許的范圍之內。

大型水利工程,引水調水坡度比,看是每延長米不足0.1毫米的降高,每公里不足1分米,但只要是有坡度,在標段結點上效準,降高應該問題不大。

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無非二種方法,一是找一種工具裝水利用水平面。另一種就是垂直直角法,利用垂直線,分等腰三角線,底線就是水平線。

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拉一根平線,然后中間垂直一線,它的角是九十度,那么這根平線就是水平的

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一支直角尺加一只吊錘就可以

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用垂直尺垂吊解決

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