中国古代的冶铁技术是发展得比较快的，远在两千六七百年前的春秋时代已经发明了冶铸生铁技术，这个发明要比欧洲早一千九百多年。同样的，中国水力鼓风机的发明也是较早的，远在公元开始的时期已发明了“水排”，这个发明也要比欧洲早一千二百年。

《东观汉记》卷15、谢承《后汉书》（汪文台《七家后汉书》辑本卷1）和《后汉书》卷31《杜诗传》都说：河内汲县人杜诗（字公君），在东汉建武七年（公元31年）到南阳做太守，由于他“善于计略，省爱民役”，总结当地冶炼经验，制造了水排来铸造农具，结果“用力少，见功多，百姓便之”。南阳原是战国时代著名的冶铁手工业地点，这里的冶铁技术本来比他处进步，在战国时代已能冶炼钢铁，所制造的铁兵器是当时最锋利的。到西汉初期，大商人孔氏就曾在这里大规模地经营冶铁业，富到有家产几千金。南阳的冶铁业有较长的历史，规模又较大，此时此地能够创造出水排来，决不是偶然的。这是几百年来冶铁手工业工人劳动经验和智慧的结晶，杜诗只是进一步加以推广利用而已。利用水排来鼓风，来冶铸农具，自然比用人力来鼓风“用力少，见功多”。这样就能减省“民役”，所以“百姓便之”。从已发现的在今河南省的汉代冶铁遗址来看，汉代冶铁作坊多半建设在矿山附近，而鲁山县望城岗、桐柏县张畈村两处，却距离矿山较远，相距有10—20公里，而建设在河流旁边，这两处在汉代正属于南阳郡，很可能就是为了利用“水排”鼓风的缘故。

这时所以能够创造水力鼓风机水排，是和当时水力舂米机“水碓”的发明有关的。桓谭《新论》说：“伏牺制杵臼，万民以济，及后世加巧，因延力借身以践碓，而利十倍。杵舂又复设机关，用驴 牛马及役水而舂，其利乃且百倍” 。所谓“役水而舂”就是指水力舂米机，也就是指水碓。桓谭生于西汉后期，死于东汉光武帝时（公元25—57年），《新论》的写成在王莽改制失败之后，应在更始时期（公元23—25年）或东汉之初。水碓的发明和推广使用的时期，应在前后汉之间。此后，孔融《肉刑论》也说：“贤者所制，或踰圣人，水碓之巧，胜于断木掘地。”

水碓发明以后，在东汉时期，雍州地区使用很广，《后汉书·西羌传》载顺帝永建四年（公元129年）虞诩上奏章说：“雍州之域，……因渠以溉，水舂河漕，用功省少，而军粮饶足。”所谓“水舂河漕”，也是指水碓。

两汉之际，同时发明了水碓和水排，出现了水力工作机，这是手工业技术发展史上一个重大革新。因为“所有发达的机器都由三个本质上不同的部分组成：发动机，传动机构，工具机或工作机” ，而水碓和水排，都基本上具备了这三个部分，它们有利用水力冲动的水轮作为发动机，有旋转的轮轴作为配力机，有“碓”和“排”作为工具机。从此，工具便从人手里移到一个机构上来了，机器便代替了单纯的工具。马克思曾经认为欧洲水力磨机的发明，对手工业和科学技术的发展起着重大的作用。他说：

磨从一开始，从水磨发明的时候起，就具有机器结构的重要特征。机械动力；由这种动力发动的最初的发动机；传动机构；最后是处理材料的工作机；这一切都彼此独立地存在着。在磨的基础上建立了关于摩擦的理论，并从而进行了关于轮盘联动装置、齿轮等等的算式的研究；测量动力强度的理论和最好地使用动力的理论等等，最初也是从这里建立起来的。

我国在两汉之际，水碓和水排的发明，对手工业和科学技术的发展，也具有重大的作用。在东汉安帝时（公元107—125年），科学家张衡就创造了用水力为动力的天文仪器——浑天仪。到东汉灵帝时（公元168—189年），就创造了原始的水车——翻车，到魏明帝时，马钧又把翻车改进，使儿童转动，灌溉园囿。

在东汉、三国间，这种“水碓”和“水排”等水力工作机，有了进一步的推广。曹操曾徙陇西、天水、南安人民充实河北，“民相恐动，扰扰不安”。张既“假三郡人为将吏者休课，使治屋宅，作水碓，民心遂安” 。在杜诗创造水排后约两百年，魏国监冶谒者（官名）韩暨，又把水排推行到整个魏国官营冶铁手工业中去。韩暨字公至，是南阳堵阳（今河南方城县东）人，据《三国志·魏志·韩暨传》说：“旧时冶作马排，每一熟石用马百匹，更作人排，又费功力，暨乃因长流为水排，计其利益，三倍于前，在职七年，器用充实。”我们认为这时韩暨所推行的水排，就在杜诗所推广的水排的基础上改进的。两百年前杜诗在南阳推广了水排，既然“百姓便之”，这时南阳人不会不应用的，韩暨既是南阳人，不会不知道的。韩暨在这时对于水排的改进，主要有两点：第一点，是“因长流为水排”，他开始利用大河（即所谓“长流”）作为“水排”的动力，这样就把水排的使用地区大为推广。据《水经·谷水注》说：在缺门山东十五里有地名“白超垒”，白超垒的南面靠着谷水，旁侧有个坞，旧为冶官所居，“魏晋之日，引谷水为水冶，以经国用，遗迹尚存”。这个谷水旁的“水冶”，既然是“魏晋之日”所创，该就是韩暨所创设的，即所谓“因长流为水排”。第二点，是把“马排”的机械装置改造成为“水排”的机械装置。《三国志·魏志·韩暨传》说在韩暨推行水排前，“冶作马排，每一熟石用马百匹”。可知中原地区在水排普遍应用前，马排已普遍使用。所谓马排，就是利用牲畜力来推动机械轮轴，依靠轮轴的转动来鼓动鼓风器的。当时熔化一次矿石（即所谓“每一熟石”）要应用一百匹马力，可见冶铁工场的规模已相当大。这时韩暨把马排改造成为水排，就是把牲畜力推动的机械轮轴改造成为用水力激动的机械轮轴，这样就可大大降低成本，所以“计其利益，三倍于前”了。马排的结构，当是卧轮式的（参看图4-1）。

部位名称：1．上卧轮（绳轮）　2．下卧轮（马牵引轮）　3．旋鼓（鼓式小轮）　4．掉枝　5．弦索　6．行桄　7．卧轴（滑轴）　8．攀耳　9．直木（往复杆）　10．木扇（附注：三国时的“马排”当使用皮囊作鼓风器，不是使用木扇的）　11．活门

这种水排自从杜诗、韩暨推广以后，就长期为冶铁手工业所沿用。据《太平御览》卷833引《武昌记》说：元嘉初年（公元424年或稍后）在武昌地方曾新造“冶塘湖”，兴建“水冶”，利用“水排”来冶铁。《安阳县志》（清嘉庆二十四年贵泰补纂本）卷5《地理志》山川部分说：“《邺乘》：铜山在县西北四十里，旧产铜，……案《水冶图经》曰：后魏时，引水鼓炉，名水冶，仆射高隆之监造，深一尺，阔一步半。”由此可见南北朝时南朝和北朝都曾推行水排。《元和郡县志》卷18载唐元和七年（公元812年）李吉甫上奏章说：蔚州飞狐县（今河北省涞源县）三河冶铜山约有几十里，铜矿很多，离开飞狐钱坊25里，两处同用拒马河水“以水斛销铜”，铸钱人工很省，所以平日三河冶设置有四十个炉铸钱，旧迹还存在。从这里，又可见唐代还曾用水排来铸造铜钱。据苏轼《东坡志林》卷4《筒井用水 法》条说：“《后汉书》有水 ，此法惟蜀中铁冶用之。”从这里，又可知宋代在今四川一带，水排还是普遍应用的。到元代，王祯著《农书》，在卷19《农器图谱》中，就有水排的图谱和说明。 bGuZl2R/HMDlSuEk17ciw9Z0QZd0tykStCbycVHQsb5fugiooTtXA+jFJEV958/z