兰州大水车貌似结构简单,也没有传统图纸,但它构思精妙、制作工艺奇巧,展现了传统工匠高超的智慧和出色技艺。
　　建造兰州黄河大水车时,先用黄河石筑起两道名叫“龙墩”的石坝,坝四周打入柳木桩使其坚固而且耐冲刷,形成水车巷。在“龙墩”中各砌入两根名叫“马口”的木柱。“马口”上安置“托梁”,再在“托梁”上安装一根直径1 m左右、长约3 m左右的榆木“水车头子”(即主轴),然后在“水车头子”周边上安装16对“大辐条”,“大辐条”之间用48个“开档桄、中桄、收头桄”和128个“蹬弓子”、64个“穿撑”和32个“小轮子”连接,“蹬弓子”形成一个内圆圈;在穿撑上装有96个“小辐条”,“小辐条”外端用一条条柳木木板固定,形成一个大圆圈,成为“网弦”;在“大辐条”和“小辐条”上装有64个“刮水板”,在“刮水板”上装有48个长方形的“水斗子”(又称“挽子”或者“水桶”),在丰水期可挂“满斗”,装一个“水斗子”,一个“水斗”的水可倒满一“驮筒”(解放前,兰州人用水靠毛驴木桶驮水,把毛驴驮水用的水桶称做“驮筒”)。“龙墩”之上为“马口架”,车轮架于“马口架”上。靠岸边栽树干为“莺架”,其上置承接水斗倒挽河水的“掌盘”。再栽一排顶端分叉的树干,刮去树皮,取弯曲自然之势,水槽凌空通向岸上水渠,将河水引入农田。
　　整个水车除轴承钢圈外,全部为木制结构构造,不用一根铁钉,木构架全部都为活铆,活铆便于更换损毁零件,且整个水车由72组基本零部件组合而成。72组零部件的名称也是一个值得商榷的事情,因为有意思的是,兰州黄河水车虽然全部用木料做成,但其每个部件的名称却未见一个带“木”字的。
　　
　　水车制作工艺流程
　　
　　选料:主轴必须是坚硬密质而不怕水浸的数百至上千年榆柳上乘大树整株,现也用泰国“红斑马”青木。幅条和穿撑均须为上好的整株松树,少结疤,无裂口。外弦须是上乘的杨木板。所有木楔必须顺丝,绝不能有结疤。
　　下料:按照“做头”(设计工匠)的设计(为保密家传特技,只有“做头”的“脑图”),分部件下料,要求绝对精准,然后做表面削、刨处理。
　　凿眼:拉卯、做榫楔,按工匠的放线样,精准留线印操作。
　　做码口:技术要求严格,尺寸同样要绝对精准。
　　
　　水车材料选用
　　
　　从兰州水车的创制人段续开始,建造黄河水车所需的木料就地取材,主要是兰州当地所产的榆、槐、柳等木料。
　　榆木材质轻而硬,力学强度较高,纹理直,结构粗,与南方产的榉木有“北榆南榉”之称,且材幅宽大,质地温存优良,变形率小,素有木中“伟男”、“大丈夫”之誉;柳木木质结构细密、质软,刨光后光滑、易燃、防腐能力稍差;槐木这种木材通常平直,带有粗糙均匀纹理,老化程度轻微,性能变化小。
　　从制作兰州黄河大水车的木料——榆木、柳木和槐木的性能来看,这几种木料为当地所产。利用当地所产木料就大大节省了制造水车的成本,而且这几种木料的特点适合制造兰州黄河大水车。一般用轻而坚硬的榆木做中轴,用细密质软的柳木做水桶,用性能变化小的槐木做“辐条”和“桄”,体现了各尽其用的科学原理。
　　
　　水车的主体部件构成
　　
　　水车的主体部件主要由水车的中轴部位、引渡部位、拦水部位构成。
　　水车中轴部位可分为“水车头子”、“袖筒子”、“马口”、“仰月”、“托梁”等部件
　　水车头子:即水车的大轴,用一根直径1 m粗、长3 m左右的榆木做成。车轴两端套上厚约7.5 cm、宽约20 cm的铁圈(即“锈筒”),支托车轴的是用生铁铸造的4瓣半月形合成的一个承托,称为“仰盂”,固定在“龙墩”之上,因其是最上一层的托架,又称为“仰盂头撞”。水车的全部重量,都由“锈筒”与“仰盂”间的接触面,传递于托梁,所以“仰盂”的磨损非常剧烈4瓣“仰盂”,可备一面磨损后再换另一面用,通常情况下每面可用1～2年。
　　车轴是一架水车的中心和主体,当一架水车的车轴需要退休时,整个水车也就随之“歇架”了。水车头子一般经久耐用,一年四季不停地旋转,因此,当地人将废弃的水车头子称为“千转木”,意思是轮回旋转,长生不老。
　　袖筒子:水车头两头的铁箍,一般用生铁铸成,每个27 cm宽、350 kg重。箍面隆起成“轨”,成凸形。铁箍套进圆形轴头,为防滑动,轴头外面一般制成八角形。然后套进铁铸的圆箍,再钉入几十个三角形的木质楔子,实际上是为了紧固袖筒。当地人把钉入木质楔子的袖筒又称做“八卦箍”。
　　马口:即架水车的墩架,分大马口和小马口,是支撑全部重量的立柱,共有4根。把靠向外边的叫大马口,靠向里边的叫小马口,一般用枣木、槐木制成,墩架内外用大石紧靠,形成稳定、牢固的支架。下端嵌砌于“龙墩”内,上部则支承“托梁”,其直径大约为35 cm～45 cm,高度约为直径的一半。
　　仰月:形状宛如倒仰起的月牙,又名“养育”,取养育众生之意。它是镶嵌在左右两“马口”顶部“托梁”之上的大铁槽。每个重约20 kg,用生铁铸成,成凹形。水车架在马口之间,使袖筒子上的“轧”恰到好处地卡到仰月上的“槽”里面。
　　托梁:承托车轴的横梁。一部水车的重量约为10 t左右,所以只有用2～3根长约3 m的木料层叠制成复梁,方可承托住整个水车。
　　水车的引渡部位主要由“引架柱”、“引架垅”、“掌盘”、“渡槽”组成
　　引架柱:固定引架垅的木柱,起支撑渡槽的作用。
　　引架垅:用直木做成大筐,内装石头,起稳固作用。引架垅的多少,由水车和岸上的渠道确定,水车和岸上的渠道近,则引架垅少,远,则引架垅多。引架垅的多少以急湍的河水冲不走、摇不动为标准。
　　掌盘:就是由木架支托着的用以承接自水斗倾出水流的木盘,在靠近水车的第一组“引架柱”顶端,装有3 m长、0.6 m宽的纳水木槽,和水车的车体平行,专门接纳水车转动时水斗提上来的流水,其中支托“掌盘”的木架叫做“莺架”。
　　渡槽:又叫淌水槽,自掌盘引水到渠里的输水槽,是连接掌盘直通岸上水渠的木制水渠。由3块木板钉制而成,其中一端口大,一端口小,连接时以小口套在大口内,并用莺架支托起。
　　拦水部位由“喇叭口”、“金盆卧龙之窍”组成
　　喇叭口:为解决黄河边河水冲力不足的困难,从架设水车的车道起,向河水上流方向垒砌两道30 m～50 m的石筑河堤,状如喇叭,一边紧贴河岸,一边直插河心。这样,就可把河心滚滚的流水揽入水车河道,使水车河道中的流水冲击力增强。
　　金盆卧龙之窍:河水顺喇叭口涌进2 m宽的河水巷道以后猛遇一道“门槛”,向上翻起越过门槛后,是一个斜坡,这样入水1.5 m左右的水车网弦,离车道仅仅17 cm,喇叭口聚来的滚滚河水,全部猛朝水车底部冲击,“水车转,水斗满”。此处既容急水,又容水车,所以称做“金盆卧龙”。
　　
　　水车安装过程
　　
　　传统为全人工拉吊安装,现在人工为主,机械吊车协助。顺序是先架设车墩座,后安装主轴,再依次安装辐条、穿撑和网弦,然后安装刮板和水斗。整体安装,古时需工匠10多个、小工50多人参与,现在也需30多人。一架大水车的制作安装,约耗时3个多月。
　　合龙口:水车是农民的命根子,新安装水车时,先做好“马口”,然后上轴,再把按规定做好的部件按辐条的顺序安装。当把水车的其他部件安装完备,准备安装最后一根车辐,吻合最后一段网弦的时候,就要停下来,等领衔的“水车头子”请阴阳先生择好黄道吉日、选好良辰。由“水车头子”主持隆重的开车仪式,人们便在水车两边贴上红纸对联,供上猪头、羊头,焚香叩头、诵读祭文、祷告龙王河神保佑:黄河水量充沛,无旱涝之灾,水车稳如泰山,风雨无阻。这是因为,“修补之工无岁无之,旱则水枯而车空悬,涝则水涨而车漂没,必水势得平,车机乃能无滞”。然后鸣放鞭炮,举行水车的“合龙口”仪式,实际上“合龙口”就是安装最后一根车辐和连接网弦的过程。然后再由“水车头子”开坝放水,水车在大伙的推动下,借助河水的冲击力开始慢慢转动起来。等水车转动起来之后,大伙便聚在一起会餐一顿,共享祭奠水车时用的猪羊肉。
　　水车停转操作
　　让水车停转也称紧三秒,当人们需要把转动的水车停止下来,就得刹车,当地人把水车停下来的这一过程叫做“紧三秒”。这是一个非常紧张而且很有难度的窍门,因为车刹不好,就会把水车别坏。平时刹车的粗绳放在水车的旁边,看水车的房子里。水车两旁深埋在石座里的四根老桩都保护得很好,“引架垅”旁边放着一根3 m长、碗口粗细的圆木,这根圆木就叫做“牛”。平时,任何人都不能动“牛”。刹车时,先把大绳用水浸湿,由刹车把式绑好绳头,抓在手里,然后瞅准水车过绳的空当,当水车转到合适的位置时,他就会迅速的把绳头甩过去,对面站着的把式,就立即接住绳头,只一下就套入老桩。此刻,甩绳把式把紧绳缠在这头的老桩上,慢慢均匀地放松,逐渐让水车停止转动,这时,再把紧绳用木棒绞紧,牢牢地套死在老桩上面。“紧三秒”所产生的力是非常巨大的,因为当放绳时,就可看到巨大的摩擦力在老桩上磨出几道深槽。
　　
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　　兰州水车的特征
　　经过数百年的发展,兰州黄河水车形成了自身的一些基本特征:
　　1.由于兰州黄河水车当时的技术先进、成本低廉,是很好的水利灌溉工具,改变了黄河两岸靠天吃饭的局面,因此具有依附性特征。
　　2.由于外藩的迁入和军队驻扎当地屯垦戍边,再加之黄河流域土地广袤、人口众多,因而具有广泛性特征。
　　3.兰州黄河水车是由段续宦游西南诸省时,见当地用竹制筒车汲水灌溉,回兰州仿制而成,因而具有摹拟性特征。
　　4.段续在制作水车时因地制宜,改用榆木、槐木、柳木等,所以具有简朴性特征。
　　5.自从水车创制以来,一直都屹立在黄河岸边,随着黄河水的流动和惯力,带动水车的转动,因此具有观赏性特征。