北京暴雨考驗城市排水系統:看古代如何建設排水工程


中國古代如何建設排水工程

紫禁城排水系統示意圖

 

紫禁城

紫禁城(1403年一1424年)佔地72公頃,宮殿建築連檐接棟,地面大都為磚石鋪設,設有完整排水系統,加之歷年的掏挖養護,五百餘年來幾乎不見暴雨積水記載,可見其排水效果之良好。

宮城內利用自然坡降設計營造了縱橫交錯、主次分明、明暗結合的龐大人工排水網路,包括乾溝、支線、涵洞、溝眼(溝眼:明溝穿過台階或建築物等障礙物的出入口,通常為券洞形式。)等眾多排水設施。

紫禁城內總的排水走向是將東西方向的支線排水彙集到南北乾溝內,再流入內金水河,最後匯入護城河。各排水分區既要適應總排水趨勢,又要根據具體情況酌情處理,以保障水流暢通無阻。為此各院落地面多留有「泛水」,即預先確定的庭院水流落差坡度。院落正中南北走向的御路或甬道,其斷面多呈「熊背」式樣,即庭院中的南北向御路或甬道斷面通常呈中間略高、兩邊稍低的形式,工匠以此構造作為院落的分水線。降水時節,雨水首先順地面坡度流入房基四周的石槽明溝,明溝若遇有台階或建築物,則從「溝眼」穿過,或直接通過「錢眼」狀的雨水石板匯入暗溝,而後依次通過支線、幹線排入內金水河。除了排水乾渠以外,紫禁城內外還布置有縱橫如蜘蛛網般的二級排水溝(大街兩旁的溝渠),三級排水溝(偏街小巷內)。

北京北海團城

北京大多數古建築,如故宮、天壇、正陽門、鐘鼓樓等,為了保證排水,都在地面留有不同式樣的泄水口。而在團城高於地面4.6米,周長只有276米的城牆外卻找不到一個泄水口,地面也沒有排水明溝。但無論雨下得多麼大,在團城上只是雨過地皮濕不會產生徑流。

2001年,團城裡的古樹「白袍將軍」生病,專家為其診治找病根時,偶然發現了這套古代先進的排水系統。專家通過實驗發現,在團城上即使遇到一次降水量達18毫米的雨,地面上也不會形成徑流。

中國古代如何建設排水工程

這套地下集雨排水系統建於明永樂年間,距今600多年。

北京團城聞名於城內古樹,始建於遼代(907AD-1125AD),北京地處溫帶半乾旱、半濕潤地區,受季風性氣候影響,多年平均降水595mm,適合於松柏生長。另外,團城內獨特的雨水滲排系統為古樹的生長營造了適宜的環境。

中國古代如何建設排水工程

團城排水工程示意圖

 

另一重要設施是滲排涵洞,涵洞深埋,其壁及底部均由青磚鋪築,利於與地下水相勻滲透;它在轉折處設雨水口,便於清淤和地下通風;深埋的涵洞,有助於提高表層土壤地溫,有利於古樹生長。雨季時涵洞內積留的雨水滲入土地,而旱季,地下水滲入涵洞,涵洞內水易於流動,以此更易於團城內水源的交流補充。

秦始皇陵和樂天大佛的排水系統建造令人叫絕

秦始皇陵

工程浩大的秦始皇陵為了適應氣候和地形特徵,設計了一套立體的防水設施。

秦陵地區在兩千多年前溫和多雨,由驪山而下的地表徑流和由此而產生的地下潛流也豐沛,因此,秦始皇陵在建造初期便在墓壙迎水面(即南部和東西兩側) 挖設一條超過地宮設計深度、平面略呈「U」形的人工溝壑,從而匯聚各層地下潛水,並阻攔其進入墓壙,以利於北部地宮的修築。由考古發現778米長的排水渠環繞墓壙的兩側,是整套系統的前段。後段排水設施全長525米,由位於封土西側以外類似「坎兒井」的一組明井和暗渠組成,與前段工程的西北端相接,將前段溝渠匯聚的地下水流排出陵園。這些明井暗渠連成的排水道呈"Z」字形布局,現己探出8段明井和7處暗渠交替相接。明井都是口大底小,相互之間以拱頂的地下暗渠相通。前後兩段排水渠道能夠保障地宮的順利修建,但工程結束後不再需要排水渠道,而需要阻水設施。於是利用枯水季節,將加工過的青膏泥(質地細密類似湖底淤泥,隔水性強)填充在前段溝渠內並逐層夯實,夯層厚達17米;在青膏泥之上,再以21米厚的含沙黃土夯填。這樣前段的排水溝渠就搖身一變,成為橫口地下的攔水大壩,功能也由排水轉為阻水,用另一種方式隔斷了地下潛水對地宮的滲透。

與地下阻排水工程相呼應的是地上的排水系統。在陵園內不論是牆腳樓旁、封土周圍,均列有整齊的排水管道,形成一整套縱橫交錯的地表排水設施。它們能將生活用水、地表雨水迅速排到地勢低注處,並引向陵園外。

樂山大佛

位於四川省的樂山大佛背依棲鸞峰,開鑿於713-803年,大佛地處溫濕氣候區,年降雨日多,且強度大,年均降雨量為1386mm。為防止對大佛的侵蝕,古代工匠在開鑿樂山大佛時,精心設計了排水系統。分為佛身地下水和表水的排引兩部分,解決了不同來源水的問題。

樂山大佛,由於岩間裂隙形成了地下水通道。為克服山體地下水滲透影響,古代工匠在大佛背後開鑿了二層排水廊道,並將水導引入岷江。第一層位於大佛耳後,高4.5-5m,寬1-1.3m,主要排引耳部以上的地下水。第二層位於大佛頸後,高2.5m,寬0.6-1m。

對於佛身表水,另一套較完備的排水系統位於大佛的頭頂至右臂,它能很好地排除佛身胸部以上大氣降水和深處的地下水。其中,頭部的髮髻造型構成兩層排水渠道,而胸部的袈裟造型與排水有機結合,將來水導入右腹部排水溝,最後通過大佛右腳外側直接導入岷江。(部分案例引自《淺析中國古代排水系統》 作者:同濟大學污染控制和資源化研究國家重點試驗室 余蔚茗等)

結語

從秦始皇陵的排水阻水設計,樂山大佛、北海團城的排水設計,我們可以看到古人的嚴謹。然而即使再有前瞻性,古人也難料今人填河造房。大城市病,還得現代人自我解決。