طاحونة مائية

الطاحونة المائية هي طاحونة تستخدم الطاقة الكهرومائية . وهي عبارة عن هيكل يستخدم عجلة مائية أو توربينًا مائيًا لتشغيل عملية ميكانيكية مثل الطحن أو الدرفلة أو الطرق . هذه العمليات ضرورية في إنتاج العديد من السلع، بما في ذلك الدقيق والخشب والورق والمنسوجات والعديد من المنتجات المعدنية . قد تشمل هذه الطواحين المائية طواحين الحبوب ، ومناشر الأخشاب ، ومصانع الورق ، ومصانع النسيج ، وطواحين الطرق ، وطواحين الطرق الدوارة ، وطواحين الدرفلة ، وطواحين سحب الأسلاك .

إحدى الطرق الرئيسية لتصنيف طواحين المياه هي حسب اتجاه العجلة (رأسية أو أفقية)، حيث تعمل إحداها بعجلة مائية رأسية عبر آلية تروس ، بينما تُجهز الأخرى بعجلة مائية أفقية بدون هذه الآلية. ويمكن تقسيم النوع الأول، بحسب موضع اصطدام الماء بشفرات العجلة، إلى طواحين ذات دفع سفلي، وطواحين ذات دفع علوي، وطواحين ذات دفع أمامي، وطواحين ذات دفع خلفي (أو دفع عكسي). وهناك طريقة أخرى لتصنيف طواحين المياه وهي بحسب موقعها: فطواحين المد والجزر تستخدم حركة المد والجزر، أما طواحين السفن فهي طواحين مائية مثبتة على متن السفينة (وتُشكل جزءًا منها).

تؤثر طواحين المياه على ديناميكيات الأنهار في المجاري المائية التي تُقام فيها. فخلال فترة تشغيلها، تميل القنوات إلى الترسيب ، وخاصةً في المناطق الراكدة . ^{[ 1 ]} كما تزداد في المناطق الراكدة من الفيضانات وترسيب السهول الفيضية المجاورة . ومع ذلك، بمرور الوقت، تُعادل هذه التأثيرات بارتفاع ضفاف النهر. ^{[ 1 ]} وعند إزالة الطواحين، يزداد تعمق مجرى النهر وتزداد القنوات عمقًا. ^{[ 1 ]}

يوجد نوعان أساسيان من طواحين المياه، أحدهما يعمل بعجلة مائية رأسية عبر آلية تروس ، والآخر مزود بعجلة مائية أفقية بدون هذه الآلية. ويمكن تقسيم النوع الأول، بحسب موضع اصطدام الماء بشفرات العجلة، إلى طواحين ذات دفع سفلي، وطواحين ذات دفع علوي، وطواحين ذات دفع أمامي، وطواحين ذات دفع عكسي.

العالم الغربي

العصور الكلاسيكية القديمة

اخترع الإغريق المكونين الرئيسيين لطواحين المياه، وهما دولاب الماء والتروس المسننة، واستخدموا، إلى جانب الرومان ، طواحين المياه ذات الدفع السفلي والعلوي والجانبي. ^{[ 2 ]}

أقدم دليل على وجود عجلة تعمل بالماء يظهر في كتابيْ "الهندسة الهوائية" و "الهندسة الميكانيكية" للمهندس اليوناني فيلو البيزنطي (حوالي 280-220 قبل الميلاد). ^{[ 3 ]} وقد بيّن المؤرخ البريطاني المتخصص في التكنولوجيا، إم جيه تي لويس، أن أجزاء كتاب فيلو البيزنطي التي تصف العجلات المائية، والتي اعتُبرت سابقًا إضافات عربية لاحقة ، تعود في الواقع إلى النسخة اليونانية الأصلية من القرن الثالث قبل الميلاد . ^{[ 4 ]} أما آلية "الساكيا" ، التي كانت متطورة بالكامل آنذاك، فقد وُثِّقت لأول مرة في لوحة جدارية هلنستية من القرن الثاني قبل الميلاد في مصر البطلمية . ^{[ 5 ]}

ينسب لويس تاريخ اختراع الطاحونة ذات العجلة الأفقية إلى المستعمرة اليونانية بيزنطة في النصف الأول من القرن الثالث قبل الميلاد، وتاريخ اختراع الطاحونة ذات العجلة الرأسية إلى الإسكندرية البطلمية حوالي عام 240 قبل الميلاد. ^{[ 6 ]}

يذكر الجغرافي اليوناني سترابو في كتابه "الجغرافيا" وجود طاحونة حبوب تعمل بالطاقة المائية بالقرب من قصر الملك ميثراداتس السادس يوباتور في كابيرا ، آسيا الصغرى ، قبل عام 71 قبل الميلاد. ^{[ 7 ]}

قدّم المهندس الروماني فيتروفيوس أول وصف تقني لطاحونة مائية، يعود تاريخه إلى الفترة ما بين 40 و10 قبل الميلاد؛ وهي مزودة بعجلة سفلية ، وتُنقل الطاقة عبر آلية تروس . ^{[ 8 ]} ويبدو أنه يشير أيضاً إلى وجود آلات عجن تعمل بالطاقة المائية. ^{[ 9 ]}

يذكر الشاعر اليوناني أنتيباتر التسالونيكي، صاحب النقوش البارزة، طاحونة ذات عجلة علوية متطورة تعود إلى حوالي عام 20 قبل الميلاد/10 ميلادي. ^{[ 10 ]} وقد أشاد باستخدامها في طحن الحبوب وتقليل العمل البشري: ^{[ 11 ]}

كففن عن طحن الحبوب يا فتيات، حتى وإن صاح الديك معلناً الفجر، فواصلن النوم. فقد أوكلت ديميتر عنكن عناء العمل إلى الحوريات ، اللواتي يقفزن على أعلى عجلة الرحى، فيدِرن محورها؛ وبتروسها المحيطة، ^{[ 12 ]} تدير ثقل أحجار الرحى النيسورية المجوفة . إذا تعلمنا أن ننعم بثمار الأرض دون عناء، فإننا نتذوق من جديد العصر الذهبي .

يذكر الموسوعي الروماني بليني في كتابه "التاريخ الطبيعي" حوالي عام 70 ميلاديًا مطارق تعمل بالطاقة المائية كانت تُستخدم في معظم أنحاء إيطاليا. ^{[ 13 ]} وهناك دليل على وجود مطحنة صوف في عامي 73/74 ميلاديًا في أنطاكية ، سوريا الرومانية . ^{[ 14 ]}

وُصِفَ مجمع طواحين باربيغال، الذي يعود تاريخه إلى القرن الثاني الميلادي في جنوب فرنسا، بأنه "أكبر تجمع معروف للطاقة الميكانيكية في العالم القديم ". ^{[ 15 ]} وقد ضمّ المجمع 16 عجلة مائية علوية لتشغيل عدد مماثل من طواحين الدقيق . وقُدِّرت طاقة هذه الطواحين بنحو 4.5 أطنان من الدقيق يوميًا، وهو ما يكفي لتوفير الخبز لسكان بلدة أريلات البالغ عددهم 12,500 نسمة في ذلك الوقت. ^{[ 16 ]} وكان هناك مجمع طواحين مماثل على تلة جانيكولوم ، وقد اعتبر الإمبراطور أوريليان أن إمداداته من الدقيق لسكان روما بالغة الأهمية لدرجة أنه أُدرج ضمن أسوار أوريليان في أواخر القرن الثالث الميلادي.

تم اكتشاف طاحونة ذات عجلة قذفية تعود إلى أواخر القرن الثاني الميلادي في لي مارتريس دو فير ، فرنسا. ^{[ 17 ]}

تُعدّ منشرة هيرابوليس الحجرية التي تعمل بالطاقة المائية، والتي تعود إلى القرن الثالث الميلادي، أقدم آلة معروفة تتضمن آلية المرفق وقضيب التوصيل . [ ^{18 ] كما} توجد مناشر أخرى، تعمل أيضاً بآلية المرفق وقضيب التوصيل، موثقة أثرياً في مناشر جراسا وأفسس الحجرية التي تعمل بالطاقة المائية والتي تعود إلى القرن السادس الميلادي . ^{[ 19 ]} ويمكن العثور على إشارات أدبية إلى مناشر الرخام التي تعمل بالطاقة المائية في ما يُعرف الآن بألمانيا، في قصيدة موسيلّا للشاعر أوسونيوس التي تعود إلى القرن الرابع الميلادي . ويبدو أن القديس غريغوريوس النيصي من الأناضول قد أشار إليها في نفس الفترة تقريباً ، مما يدل على تنوع استخدام الطاقة المائية في أجزاء كثيرة من الإمبراطورية الرومانية . ^{[ 20 ]}

عُثر على أقدم طاحونة توربينية في شيمتو وتستور ، شمال أفريقيا الرومانية ، ويعود تاريخها إلى أواخر القرن الثالث أو أوائل القرن الرابع الميلادي. ^{[ 21 ]} كما تم تحديد فرن محتمل يعمل بالطاقة المائية في مرسيليا ، فرنسا. ^{[ 22 ]}

كانت المطاحن تستخدم بشكل شائع لطحن الحبوب إلى دقيق (كما ذكر بليني الأكبر )، ولكن تم استخدامها أيضاً في الصناعة مثل دك وتقطيع الرخام . ^{[ 23 ]}

استخدم الرومان كلاً من الطواحين المائية الثابتة والعائمة، وأدخلوا الطاقة المائية إلى مقاطعات أخرى من الإمبراطورية الرومانية . استخدمت الطواحين اليونانية طواحين مائية ذات عجلة أفقية (ومحور رأسي). أما الطواحين الرومانية، فتتميز بعجلة رأسية (على محور أفقي). تُعد الطواحين اليونانية أقدم وأبسط من الطواحين الرومانية، لكنها لا تعمل بكفاءة إلا مع سرعات مياه عالية وأحجار طحن صغيرة القطر. أما الطواحين الرومانية، فهي أكثر تعقيدًا، إذ تتطلب تروسًا لنقل الطاقة من محور أفقي إلى محور رأسي.

على الرغم من أنه لم يتم حتى الآن تتبع سوى بضع عشرات من الطواحين الرومانية أثرياً، إلا أن الاستخدام الواسع النطاق للقنوات المائية في تلك الفترة يشير إلى أن العديد منها لا يزال بحاجة إلى اكتشاف. فعلى سبيل المثال، كشفت الحفريات الحديثة في لندن الرومانية عما يبدو أنه طاحونة مد وجزر، بالإضافة إلى سلسلة محتملة من الطواحين التي كانت تعمل بواسطة قناة مائية تمتد على طول نهر فليت . ^{[ 24 ]}

في عام 537 ميلادي، استخدم القائد الروماني الشرقي بيليساريوس طواحين السفن ببراعة، عندما قطع القوط المحاصرون إمدادات المياه عن تلك الطواحين. ^{[ 25 ]} كانت هذه الطواحين العائمة مزودة بعجلة متصلة بقارب راسي في نهر سريع الجريان.

• 
  عجلة مائية سفلية، تم استخدامها في طحن المياه منذ القرن الأول قبل الميلاد ^{[ 8 ]}
• 
  عجلة مائية علوية، تم استخدامها في طحن المياه منذ القرن الأول قبل الميلاد ^{[ 10 ]}
• 
  عجلة المياه ذات القذفة الصدرية، المستخدمة في طحن المياه منذ القرن الثالث الميلادي ^{[ 17 ]}

العصور الوسطى

ازدادت الأدلة المتبقية على وجود طواحين المياه بشكل ملحوظ مع ظهور أنواع وثائقية مثل المواثيق الرهبانية ، وسير القديسين المسيحية ، والقوانين الجرمانية . وقد ركزت هذه الأنواع بشكل أكبر على طواحين المياه، وهي عملية عمل ريفية في الغالب، مقارنةً بالطبقة الأدبية القديمة التي كانت تتمحور حول المدن. ^{[ 26 ] [ 27 ]} وبحلول العصر الكارولنجي ، أصبحت الإشارات إلى طواحين المياه "لا حصر لها" في السجلات الفرنجية. ^{[ 28 ]} ويذكر كتاب يوم القيامة ، الذي جُمع عام 1086، وجود 5624 طاحونة مياه في إنجلترا وحدها. ^{[ 29 ]} وتشير أبحاث لاحقة إلى رقم أقل تحفظًا يبلغ 6082 طاحونة، وهو ما يُعتبر الحد الأدنى نظرًا لعدم توثيق المناطق الشمالية من إنجلترا بشكل دقيق. ^{[ 30 ]} وفي عام 1300، ارتفع هذا العدد إلى ما بين 10000 و15000 طاحونة. ^{[ 31 ]} وبحلول أوائل القرن السابع، كانت طواحين المياه قد انتشرت على نطاق واسع في أيرلندا أيضًا . وبعد قرن من الزمان، بدأت هذه الآلات بالانتشار عبر حدود نهر الراين والدانوب الرومانية السابقة إلى أجزاء أخرى من ألمانيا . ^{[ 32 ]} وقد تم إدخال طواحين السفن وطواحين المد والجزر ، وكلاهما لم يتم توثيقهما بعد في الفترة القديمة، ^{[ 33 ]} في القرن السادس.

طواحين المد والجزر

في السنوات الأخيرة، ساهمت سلسلة من الاكتشافات الأثرية الجديدة في تأريخ أقدم طواحين المد والجزر، والتي عُثر عليها جميعًا على الساحل الأيرلندي : فقد وُجدت طاحونة مد وجزر ذات عجلة رأسية تعود إلى القرن السادس الميلادي في كيلوتيران بالقرب من ووترفورد . ^{[ 34 ]} كما تم التنقيب عن طاحونة مد وجزر ذات عجلتين أفقيتين، يعود تاريخها إلى حوالي عام 630، في جزيرة ليتل . ^{[ 35 ] [ 36 ]} وإلى جانبها، عُثر على طاحونة مد وجزر أخرى تعمل بعجلة رأسية سفلية. ^{[ 35 ] [ 36 ]} أما طاحونة دير نيندروم، التي يعود تاريخها إلى عام 787، فكانت تقع على جزيرة في بحيرة سترانغفورد في أيرلندا الشمالية . يبلغ قطر أحجار الطحن فيها 830  ملم، ويُقدّر أن العجلة الأفقية كانت تُنتج 7/8 حصان (650 واط ) في ذروتها. كما عُثر في الموقع على بقايا طاحونة أقدم يعود تاريخها إلى عام 619. ^{[ 37 ] [ 38 ]} 

مسح للمطاحن الصناعية

في دراسة استقصائية أجراها الباحث آدم لوكاس عام ٢٠٠٥، حدد الظهور الأول لأنواع مختلفة من المطاحن الصناعية في أوروبا الغربية. ويُلاحظ الدور البارز لفرنسا في إدخال استخدامات مبتكرة جديدة للطاقة المائية. ومع ذلك، فقد لفت الانتباه إلى ندرة الدراسات حول هذا الموضوع في العديد من البلدان الأخرى.

الظهور الأول لمختلف المطاحن الصناعية في أوروبا في العصور الوسطى (770-1443) [ 39 ]
نوع المطحنة	تاريخ	دولة
مطحنة الشعير	770	فرنسا
مطحنة فولينج	1080	فرنسا
مطحنة الدباغة	حوالي عام 1134	فرنسا
مطحنة حدادة	حوالي عام 1200	إنجلترا، فرنسا
مطحنة شحذ الأدوات	1203	فرنسا
مطحنة القنب	1209	فرنسا
منفاخ	1269، 1283	سلوفاكيا، فرنسا
مصنع الورق [ 40 ]	1282	إسبانيا
منشرة خشب	حوالي عام 1300	فرنسا
مطحنة تكسير الخام	1317	ألمانيا
فرن الصهر	1384	فرنسا
مطحنة القطع والتشريح	1443	فرنسا

شرق آسيا القديمة

عُثر على دولاب الماء في الصين بدءًا من عام 30 ميلاديًا، حيث استُخدم لتشغيل مطارق الدق ، ^{[ 41 ]} ومنافيخ صهر الحديد ، ^{[ 42 ] [ 43 ]} وفي حالة واحدة، لتدوير كرة فلكية ميكانيكيًا لأغراض الرصد الفلكي ( انظر تشانغ هنغ ). ^{[ 44 ] [ 45 ]} على الرغم من أن الكيميائي وعالم الصينيات البريطاني جوزيف نيدهام يتكهن بأن حجر الرحى الذي يعمل بالطاقة المائية ربما كان موجودًا في الصين في عهد أسرة هان بحلول القرن الأول الميلادي، إلا أنه لا يوجد دليل أدبي كافٍ على ذلك حتى القرن الخامس الميلادي. ^{[ 46 ]} في عام 488 ميلاديًا، أمر عالم الرياضيات والمهندس زو تشونغ تشي ببناء طاحونة مائية، وقد تفقدها الإمبراطور وو من أسرة تشي الجنوبية (حكم من 482 إلى 493 ميلاديًا). ^{[ 47 ]} يُقال إن المهندس يانغ سو من سلالة سوي (581-618 م) كان يُشغّل المئات منها بحلول بداية القرن السادس. ^{[ 47 ]} يذكر مصدر كُتب عام 612 م جدالًا بين الرهبان البوذيين حول عائدات طواحين المياه. ^{[ 48 ]} نصّت "مراسيم إدارة الممرات المائية" الصادرة عن سلالة تانغ (618-907 م) عام 737 م على أنه لا يجوز لطواحين المياه أن تعيق النقل النهري، وفي بعض الحالات، اقتصر استخدامها على مواسم معينة من السنة. ^{[ 47 ]} من مصادر أخرى تعود إلى عهد تانغ في القرن الثامن، يُعرف أن هذه المراسيم كانت تُؤخذ على محمل الجد، حيث هدمت الحكومة العديد من طواحين المياه المملوكة لعائلات كبيرة وتجار وأديرة بوذية لم تلتزم بالمراسيم أو لم تستوفِ اللوائح الحكومية. ^{[ 47 ]} امتلك خصيٌّ كان يخدم الإمبراطور شوانزونغ من سلالة تانغ (حكم من 712 إلى 756 ميلاديًا) طاحونة مائية بحلول عام 748 ميلاديًا، كانت تستخدم خمسة دواليب مائية تطحن 300 بوشل من القمح يوميًا. ^{[ 47 ]} وبحلول عام 610 أو 670 ميلاديًا، وصلت الطاحونة المائية إلى اليابان عبر شبه الجزيرة الكورية . ^{[ 49 ]} كما أصبحت معروفة في التبت بحلول عام 641 ميلاديًا على الأقل. ^{[ 49 ]}

العالم العربي

اعتمد المهندسون في عهد الخلافة تقنية طواحين المياه من ولايات الإمبراطورية البيزنطية السابقة ، والتي تم تطبيقها لقرون في تلك الولايات قبل الفتوحات الإسلامية ، بما في ذلك سوريا والأردن وإسرائيل والجزائر وتونس والمغرب وإسبانيا في العصر الحديث (انظر قائمة طواحين المياه ^{القديمة} ) . [ ^{51 ]}

يعود استخدام طواحين المياه في الصناعة في العالم الإسلامي إلى القرن السابع الميلادي، بينما انتشر استخدام الطواحين ذات العجلات الأفقية والرأسية على نطاق واسع بحلول القرن التاسع. وشملت أنواع طواحين المياه الصناعية المستخدمة في العالم الإسلامي طواحين الحبوب ، وطواحين التقشير ، ومناشر الأخشاب ، وطواحين بناء السفن، ومطاحن الطوابع ، ومصانع الصلب ، ومصانع السكر ، وطواحين المد والجزر . وبحلول القرن الحادي عشر، كانت هذه الطواحين الصناعية تعمل في جميع أنحاء العالم الإسلامي، من الأندلس وشمال إفريقيا إلى الشرق الأوسط وآسيا الوسطى . ^{[ 52 ]} كما استخدم المهندسون المسلمون والمسيحيون في الشرق الأوسط أعمدة المرفق والتوربينات المائية ، والتروس في طواحين المياه وآلات رفع المياه ، والسدود كمصدر للمياه، لتوفير طاقة إضافية لطواحين المياه وآلات رفع المياه. ^{[ 53 ]} ويُحتمل أن تكون مطاحن الصوف ومصانع الصلب قد انتشرت من الأندلس إلى إسبانيا المسيحية في القرن الثاني عشر. كما تم استخدام طواحين المياه الصناعية في مجمعات المصانع الكبيرة التي بنيت في الأندلس بين القرنين الحادي عشر والثالث عشر. ^{[ 54 ]}

استخدم مهندسو العالم الإسلامي حلولاً متعددة لتحقيق أقصى إنتاجية من طواحين المياه. تمثل أحد هذه الحلول في تثبيتها على دعامات الجسور للاستفادة من زيادة تدفق المياه. وكان من الحلول الأخرى طاحونة السفن، وهي نوع من طواحين المياه تعمل بعجلات مائية مثبتة على جوانب السفن الراسية في منتصف مجرى النهر . وقد استُخدمت هذه التقنية على طول نهري دجلة والفرات في العراق خلال القرن العاشر الميلادي ، حيث كانت طواحين السفن الكبيرة المصنوعة من خشب الساج والحديد قادرة على إنتاج 10 أطنان من الدقيق من الذرة يومياً لمخزن الحبوب في بغداد . ^{[ 55 ]}

عادةً، يُحوّل الماء من نهر أو خزان أو بركة طاحونة إلى توربين أو عجلة مائية، عبر قناة أو أنبوب (يُعرف بأسماء مختلفة مثل قناة تصريف ، أو قناة رئيسية، أو قناة طاحونة ، أو قناة صغيرة، أو قناة ^{[ 57 ]} ، أو قناة ضغط ). تدفع قوة حركة الماء شفرات العجلة أو التوربين، الذي بدوره يُدير محورًا يُشغّل آلات الطاحونة الأخرى. يُصرّف الماء الخارج من العجلة أو التوربين عبر قناة تصريف، ولكن قد تكون هذه القناة أيضًا هي القناة الرئيسية لعجلة أو توربين أو طاحونة أخرى. يُتحكّم في مرور الماء بواسطة بوابات تحكم تسمح بالصيانة وتُوفّر قدرًا من التحكم في الفيضانات ؛ قد تحتوي مجمعات الطواحين الكبيرة على عشرات البوابات التي تتحكم في قنوات معقدة مترابطة تُغذي مبانٍ وعمليات صناعية متعددة.

يمكن تقسيم طواحين المياه إلى نوعين: أحدهما ذو عجلة مائية أفقية على محور رأسي، والآخر ذو عجلة رأسية على محور أفقي. أقدم هذه الطواحين كانت أفقية، حيث كانت قوة الماء، عند اصطدامها بعجلة مجدافية بسيطة مثبتة أفقيًا في خط مستقيم مع التيار، تُدير حجرًا دوارًا متوازنًا على قاعدة مثبتة أعلى عمود يمتد مباشرة من العجلة. أما الحجر الأساسي فلا يدور. تكمن مشكلة هذا النوع من الطواحين في غياب التروس؛ إذ تحدد سرعة الماء مباشرةً السرعة القصوى للحجر الدوار، والتي بدورها تحدد معدل الطحن.

كانت معظم طواحين المياه في بريطانيا والولايات المتحدة الأمريكية مزودة بعجلة مائية رأسية، من أربعة أنواع: العجلة السفلية، والعجلة الأمامية، والعجلة العلوية، والعجلة الخلفية. تُنتج هذه العجلة الرأسية حركة دورانية حول محور أفقي، يمكن استخدامها (مع الكامات) لرفع المطارق في ورشة الحدادة ، وتشكيل قضبان الحديد في مطحنة التشكيل، وما إلى ذلك.

• 
  عجلة مائية سفلية، تم استخدامها في طحن المياه منذ القرن الأول قبل الميلاد ^{[ 8 ]}
• 
  عجلة مائية علوية، تم استخدامها في طحن المياه منذ القرن الأول قبل الميلاد ^{[ 10 ]}
• 
  عجلة مائية ذات ميل خلفي، تستخدم غالبًا لزيادة الطاقة المولدة بواسطة عجلة إطلاق النار ^{[ 58 ]}
• 
  عجلة المياه ذات القذفة الصدرية، المستخدمة في طحن المياه منذ القرن الثالث الميلادي ^{[ 17 ]}

طحن الذرة

مع ذلك، في مطاحن الذرة، كان الدوران حول محور رأسي ضروريًا لتحريك أحجار الطحن. وكان يتم تحويل الدوران الأفقي إلى دوران رأسي بواسطة تروس، مما مكّن أحجار الطحن من الدوران بسرعة أكبر من عجلة الماء. وكان الترتيب المعتاد في مطاحن الذرة البريطانية والأمريكية هو أن عجلة الماء تُدير عمودًا أفقيًا مُثبّت عليه أيضًا عجلة حفرة كبيرة . وتتعشق هذه العجلة مع عجلة الطحن ، المُثبّتة على عمود رأسي، والتي تُدير عجلة التوجيه الكبيرة (الأكبر حجمًا) (المُثبّتة على نفس العمود). بدورها، تُدير عجلة التوجيه الكبيرة هذه ، المُثبّتة بأوتاد، عجلة أصغر (مثل ترس الفانوس ) تُعرف باسم صامولة الحجر، والتي كانت مُتصلة بالعمود الذي يُحرّك حجر الطحن. وكان عدد أحجار الطحن التي يُمكن تدويرها يعتمد بشكل مباشر على كمية المياه المُتاحة. ومع تحسّن تقنية عجلات الماء، أصبحت المطاحن أكثر كفاءة، وبحلول القرن التاسع عشر، أصبح من الشائع أن تُحرّك عجلة التوجيه الكبيرة عدة صواميل حجر، بحيث يُمكن لعجلة ماء واحدة أن تُحرّك ما يصل إلى أربعة أحجار. ^{[ 59 ]} كل خطوة في العملية تزيد من نسبة التروس، مما يزيد من السرعة القصوى لحجر الطحن. يسمح ضبط بوابة السد ، وبالتالي تدفق الماء حول العجلة الرئيسية، للطحان بالتعويض عن التغيرات الموسمية في إمدادات المياه. ويتم ضبط السرعة بدقة أكبر أثناء عملية الطحن عن طريق تعديل المسافة بين الأحجار وفقًا لتدفق الماء ونوع الحبوب المطحونة ودرجة الدقيق المطلوبة.

في العديد من الطواحين (بما فيها أقدمها)، كانت العجلة الكبيرة تدير حجرًا واحدًا فقط، ولكن قد توجد عدة طواحين تحت سقف واحد. أقدم رسم توضيحي لعجلة مائية واحدة تدير أكثر من مجموعة من الأحجار رسمه هنري بيتون عام 1723 ونُشر عام 1744 بواسطة جيه تي ديساغولير . ^{[ 60 ]}

مطاحن التجاوز ومطاحن الارتداد

كانت العجلة العلوية ابتكارًا لاحقًا في مجال الدواليب المائية، وكانت أكثر كفاءة بنحو مرتين ونصف من العجلة السفلية. ^{[ 59 ]} تعاني العجلة السفلية، حيث تُوضع العجلة المائية الرئيسية ببساطة في مجرى الطاحونة، من عدم كفاءة متأصلة ناتجة عن دخول العجلة نفسها في الماء خلف قوة الدفع الرئيسية، ثم ارتفاعها من الماء أمام قوة الدفع، مما يعيق عملها. تحل العجلة العلوية هذه المشكلة بتوجيه تدفق الماء إلى أعلى العجلة. يملأ الماء دلاءً مدمجة في العجلة، بدلًا من تصميم العجلة المجدافية البسيط في العجلات السفلية. مع امتلاء الدلاء، يبدأ وزن الماء بتدوير العجلة. ينسكب الماء من الدلو إلى قناة تصريف تعود إلى النهر. ولأن العجلة نفسها موضوعة فوق قناة التصريف، فإن الماء لا يعيق سرعتها أبدًا. يُستغل اندفاع الماء على العجلة بالإضافة إلى وزن الماء الموجود في الدلاء. تتطلب العجلات العلوية بناء سد على النهر أعلى الطاحونة، وبركة طاحونة أكثر تعقيدًا، وبوابة تصريف، وقناة مائية، ومفيض أو قناة تصريف. ^{[ 61 ]}

تتمثل إحدى المشكلات المتأصلة في مطحنة الطحن العلوية في أنها تعكس دوران العجلة. إذا رغب طحان في تحويل مطحنة طحن تقليدية إلى مطحنة ذات عجلة علوية، فسيتعين إعادة بناء جميع آلات المطحنة لمراعاة تغيير الدوران. وكان الحل البديل هو عجلة الطحن العكسية. حيث وُضعت قناة في نهاية قناة التغذية الرئيسية، مما أدى إلى تغيير اتجاه الماء دون فقدان كبير للطاقة، مع الحفاظ على اتجاه الدوران. تُعد مطحنة دانيلز بالقرب من بيودلي ، ووسترشاير، مثالًا على مطحنة دقيق كانت تستخدم في الأصل عجلة طحن تقليدية، ولكن تم تحويلها لاستخدام عجلة طحن عكسية. واليوم، تعمل كمطحنة طحن تقليدية. ^{[ 58 ]}

تنقل عجلات المياه الكبيرة (عادةً عجلات فولاذية علوية ) الطاقة من حلقة مسننة مثبتة بالقرب من الحافة الخارجية للعجلة. وهذا بدوره يُشغل الآلات باستخدام ترس حلزوني مثبت على عمود بدلاً من استمداد الطاقة من المحور المركزي . ومع ذلك، يبقى أسلوب التشغيل الأساسي كما هو؛ فالجاذبية تُحرك الآلات من خلال حركة المياه المتدفقة .

مع اقتراب نهاية القرن التاسع عشر، شجع اختراع عجلة بيلتون بعض أصحاب المطاحن على استبدال العجلات العلوية والسفلية بتوربينات عجلة بيلتون التي تعمل من خلال أنابيب الضغط .

في عام 1870، كانت طواحين المياه لا تزال تنتج ثلثي الطاقة المتاحة لطحن الحبوب في بريطانيا. ^{[ 62 ]} وبحلول أوائل القرن العشرين، أدى توفر الطاقة الكهربائية الرخيصة إلى جعل طواحين المياه قديمة الطراز في الدول المتقدمة، على الرغم من أن بعض الطواحين الريفية الصغيرة استمرت في العمل تجارياً لاحقاً طوال القرن.

لا تزال بعض المطاحن التاريخية، مثل مطحنة ووتر ، ومطحنة نيولين، ومطحنة ييتس في الولايات المتحدة، ومركز دارلي ميل في المملكة المتحدة، تعمل لأغراض العرض التوضيحي. ويُجرى الإنتاج التجاري على نطاق صغير في المملكة المتحدة في مطحنة دانيلز ، ومطحنة ليتل سالكيلد، ومطحنة ريدبورنبري . وقد ازداد هذا الإنتاج للتغلب على نقص الدقيق خلال جائحة كوفيد-19. ^{[ 63 ]}

يجري تحديث بعض المطاحن القديمة بتقنيات الطاقة الكهرومائية الحديثة ، مثل تلك التي تعمل عليها مجموعة جنوب سومرست للطاقة الكهرومائية في المملكة المتحدة.

في بعض الدول النامية، لا تزال طواحين المياه تُستخدم على نطاق واسع لمعالجة الحبوب. فعلى سبيل المثال، يُعتقد أن هناك 25,000 طاحونة عاملة في نيبال، و200,000 في الهند. ^{[ 64 ]} لا يزال العديد منها على الطراز التقليدي، ولكن تم تحديث بعضها باستبدال الأجزاء الخشبية بأخرى معدنية ذات تصميم أفضل لتحسين الكفاءة. فعلى سبيل المثال، قام مركز التكنولوجيا الريفية في نيبال بتحديث 2,400 طاحونة بين عامي 2003 و2007. ^{[ 65 ]}

• تقوم مطاحن اللحاء بطحن لحاء أشجار البلوط أو الكستناء لإنتاج مسحوق خشن يستخدم في المدابغ .
• كانت تُستخدم مناشير الشفرات لشحذ الشفرات المصنوعة حديثًا.
• كانت أفران الصهر ، ومصانع التكرير ، ومصانع الصفائح المعدنية ، حتى ظهور المحرك البخاري، تعمل بالطاقة المائية بشكل شبه دائم. وكانت الأفران والمصانع تُسمى أحيانًا مصانع الحديد.
• كانت مصانع البكرات تصنع بكرات خشبية للقطن وصناعات النسيج الأخرى.
• كانت مصانع السجاد، التي كانت تُستخدم في صناعة السجاد والبسط، تعمل أحياناً بالطاقة المائية.
• كانت مصانع القطن تُدار بواسطة الماء. استُخدمت الطاقة لتمشيط القطن الخام، ثم لتشغيل آلات الغزل . في البداية ، استُخدمت المحركات البخارية لزيادة تدفق الماء إلى العجلة، ثم مع تقدم الثورة الصناعية ، استُخدمت لتشغيل الأعمدة مباشرةً.
• كانت تُستخدم آلات الطحن أو آلات الطحن اليدوية في عملية التشطيب على القماش الصوفي.
• تقوم مطاحن الحبوب ، أو مطاحن الذرة ، بطحن الحبوب إلى دقيق .
• كان الرصاص يُصهر عادة في مصانع الصهر قبل إدخال الفرن القبة ( فرن عاكس ).
• كانت مطاحن الإبر المستخدمة لتنظيف الإبر أثناء التصنيع تعمل في الغالب بالطاقة المائية (مثل متحف مطاحن الإبر ).
• قد تعمل معاصر الزيوت المستخدمة في عصر البذور الزيتية بالطاقة الهوائية أو المائية.
• لم تكن مصانع الورق تستخدم الماء فقط لتوليد الطاقة المحركة، بل كانت تتطلبه أيضاً بكميات كبيرة في عملية التصنيع.
• كانت مطاحن البارود لصنع البارود - البارود الأسود أو البارود عديم الدخان - تعمل عادة بالطاقة المائية.
• تقوم مصانع الدرفلة بتشكيل المعدن عن طريق تمريره بين بكرات.
• تقوم مناشر الأخشاب بتقطيع الأخشاب إلى ألواح .
• كانت تُستخدم آلات التقطيع لتقطيع قضبان الحديد إلى قضبان، والتي كانت تُصنع منها المسامير .
• كانت مناشر تصنيع أسلاك العجلات تحول الأخشاب إلى أسلاك لعجلات العربات .
• مطاحن الطوابع لسحق الخام ، وعادة ما تكون من مناجم المعادن غير الحديدية.
• كانت مصانع النسيج لغزل الخيوط أو نسج الأقمشة تعمل أحيانًا بالطاقة المائية.

• طاحونة خيل
• قائمة طواحين المياه
• المطحنة (علم الشعارات)
• علم الطحالب
• عجلة مغرفة
• مطحنة ساتر
• طاحونة هوائية
• قائمة طواحين المد والجزر في لونغ آيلاند

• بيرنز، روبرت آي. (1996)، “الورق يأتي إلى الغرب، 800-1400”، في ليندغرين، أوتا (محرر)، Europäische Technik im Mittelalter. 800 مكرر 1400. التقليد والابتكار (الطبعة الرابعة  )، برلين: Gebr. مان فيرلاغ، ص 413-422 ، ISBN  3-7861-1748-9
• دي كريسبيني، راف (2007)، قاموس سير ذاتية من عهد أسرة هان المتأخرة إلى الممالك الثلاث (23-220 م) ، ليدن: دار النشر الملكية بريل، رقم ISBN 978-90-04-15605-0
• دونرز، ك.؛ ويلكنز، م.؛ ديكرز، ج. (2002)، "طواحين المياه في منطقة ساغالاسوس: تقنية قديمة آخذة في الزوال"، دراسات الأناضول ، المجلد  52، الصفحات 1-17 ، doi : 10.2307/3643076 ، JSTOR 3643076 ، S2CID 163811541   
• غولدي، إينيد (1981). الطحان الاسكتلندي 1700 - 1900. نشر جون دونالد. ISBN 0-85976-067-7.
• جيمبل، جان (1977)، الآلة في العصور الوسطى: الثورة الصناعية في العصور الوسطى ، لندن: بنغوين (غير الكلاسيكيات)، رقم ISBN 978-0-14-004514-7
• هولت، ريتشارد (1988)، طواحين إنجلترا في العصور الوسطى ، أكسفورد: بلاكويل للنشر، رقم ISBN 978-0-631-15692-5
• لانغدون، جون (2004)، المطاحن في اقتصاد العصور الوسطى: إنجلترا، 1300-1540 ، أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد، ISBN 0-19-926558-5
• لويس، إم جيه، ميلستون وهامر: أصول الطاقة المائية ، مطبعة جامعة هال، 1997. ISBN 0-85958-657-X.
• مك إيرلين، توماس؛ كروثرز، نورمان (2007)، تسخير المد والجزر: طواحين المد والجزر في أوائل العصور الوسطى في دير نيندروم، بحيرة سترانغفورد ، بلفاست: منشورات مكتب القرطاسية، رقم ISBN 978-0-337-08877-3
• مونرو، جون هـ. (2003)، “الطاقة الصناعية من طواحين المياه في الاقتصاد الأوروبي، من القرن الخامس إلى الثامن عشر: القيود المفروضة على الطاقة”، Economia ed Energia، Seccoli XIII - XVIII، Atti delle 'Settimane di Studi' e Altrie Convegni، Istituto Internazionale di Storia Economica ، المجلد.  34، لا.  1، ف. داتيني، ص 223 – 269 
• مورفي، دونالد (2005)، أعمال التنقيب في طاحونة كيلوتيران، مقاطعة ووترفورد، كجزء من مشروع الطريق الالتفافي N-25 ووترفورد (ملف PDF) ، علم الآثار النهرية/الرسوبية في أيرلندا: نحو أفضل الممارسات، كلية دبلن الجامعية وهيئة الطرق الوطنية، مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 18 نوفمبر 2007
• نيدهام، جوزيف. (1986). العلم والحضارة في الصين: المجلد 4، الفيزياء والتكنولوجيا الفيزيائية؛ الجزء 2، الهندسة الميكانيكية . تايبيه: دار نشر كيفز بوكس ​​المحدودة. ISBN 0-521-05803-1.
• أولسون، جون بيتر (1984)، أجهزة رفع المياه الميكانيكية اليونانية والرومانية: تاريخ تقنية ، مطبعة جامعة تورنتو، رقم ISBN 90-277-1693-5
• أولسون، جون بيتر (2000)، "رفع المياه"، في ويكاندر، أورجان (محرر)، دليل تكنولوجيا المياه القديمة ، التكنولوجيا والتغيير في التاريخ، المجلد  2، ليدن: بريل، الصفحات 217-302 ، ISBN  90-04-11123-9
• بيسي، أرنولد، التكنولوجيا في الحضارة العالمية: تاريخ ألف عام ، مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا؛ طبعة معاد طباعتها (1 يوليو 1991). ISBN 0-262-66072-5.
• رينولدز، تيري س. أقوى من مئة رجل: تاريخ دولاب الماء العمودي . (مطبعة جامعة جونز هوبكنز، 1983). ISBN 0-8018-7248-0.
• ريتي، توليا؛ غريوي، كلاوس؛ كيسينر، بول ( 2007)، "نقش بارز لمنشار حجري يعمل بالطاقة المائية على تابوت في هيرابوليس وآثاره"، مجلة علم الآثار الرومانية ، المجلد  20، الصفحات 138-163 
• رين، كولين (2000)، "الطاقة المائية في أيرلندا في العصور الوسطى"، في سكواتريتي، باولو (محرر)، العمل مع المياه في أوروبا في العصور الوسطى ، التكنولوجيا والتغيير في التاريخ، المجلد  3، ليدن: بريل، الصفحات 1-50 ، ISBN  90-04-10680-4
• إسبانيا، روب: "طاحونة مد وجزر رومانية محتملة" مؤرشفة بتاريخ 17 مايو 2011 في أرشيف الإنترنت ، ورقة بحثية مقدمة إلى جمعية كينت الأثرية
• ويكاندر، أورجان ( 1985)، "الأدلة الأثرية على طواحين المياه المبكرة: تقرير مؤقت"، تاريخ التكنولوجيا ، المجلد  10، الصفحات 151-179 
• ويكاندر، أورجان (2000)، "طاحونة الماء"، في ويكاندر، أورجان (محرر)، دليل تكنولوجيا المياه القديمة ، التكنولوجيا والتغير في التاريخ، المجلد  2، ليدن: بريل، الصفحات 371-400 ، ISBN  90-04-11123-9
• ويلسون، أندرو ( 1995)، "الطاقة المائية في شمال إفريقيا وتطوير العجلة المائية الأفقية"، مجلة علم الآثار الرومانية ، المجلد  8، الصفحات 499-510 
• ويلسون، أندرو (2002)، "الآلات والطاقة والاقتصاد القديم"، مجلة الدراسات الرومانية، المجلد  92، الصفحات 1-32 ، doi : 10.2307 /3184857 ، JSTOR 3184857 ، S2CID 154629776   

• قاعدة بيانات للمطاحن تضم أكثر من 10000 مطحنة أوروبية
• الجمعية الدولية لعلم الطحالب (TIMS)
• جمعية الحفاظ على المطاحن القديمة (SPOOM)
• صور ومعلومات عن مصانع الطحن الأمريكية
• طواحين المياه في نورفولك، إنجلترا
• مطاحن في هامبشاير، إنجلترا
• طواحين الهواء وطواحين المياه في منطقة إيست غرينستيد. مؤرشفة بتاريخ ٢٧ ديسمبر ٢٠١٦ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).