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郑州暴雨来袭后的思考,古代排水系统居然如此的高级

2021
07/21
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jihong

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建筑界
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【摘要】今日郑州暴雨冲上热搜,在城市规划和建设相对发达的今天,人们仍不免为暴雨所苦,古人面对强降雨天气又是如何接招的呢?下面就来盘点一下中国古代城市的良心。

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  夏商周-春秋战国:惠及全城的排水系统逐渐产生

  迄今所知中国最早的排水系统,出现在距今约4600年的新石器时代晚期,是一组出土于河南淮阳平粮台龙山时代城址的陶质地下排水管道。

  史料记载,我们的祖先很早就意识到排水系统的重要性,在城市选址时会充分考虑如何实现给排水、灌溉和防洪等需求。《管子》有言:“凡立国都,非于大山之下,必于广川之上;高毋近旱,而水用足;下毋近水,而沟防省”、“地高则沟之,下则堤之。”《周礼·考工记》对匠人挖掘沟渠的要求作了描述,甚至运用了流体力学与结构力学的指导思想来防止排水道阻塞和坍塌。

  夏代都邑宫殿区的大量宫殿建筑基址已有排水水道,包括明沟和暗道。以距今3800~3500年的河南偃师二里头遗址为例,二号宫殿西侧的明沟底部北高南低,或用来排泄雨水,遗址还出土了由陶制圆管套合的地下排水管,即暗道。

  商代都城偃师商城遗址的宫殿区发现了地下石砌排水渠道,它们构成一个排水网络,几乎每个宫殿院落的雨水都可由此排泄,出宫城后汇入城门下的水道再流进护城河。

  而西周早、中期的建筑遗址中已经普遍铺砌散水坡(房屋外墙四周的勒脚处用片石砌筑或用混凝土浇筑的有一定坡度的散水坡),使用的是卵石或经过烧烤的硬化土。

  琉璃河燕国城址还发现了一条用卵石砌成的排水暗沟,其底部与侧墙都用鹅卵石砌成,顶部还有木材盖板。排水暗沟从城墙下穿过,城内的雨水通过排水暗沟流入护城河,再汇入大石河。它是我国目前发掘出的最早的卵石排水暗沟,也是北京市最古老的一条下水道。

  春秋战国时期,夏商西周三代以宫殿区为重、偏于松散的城市居住形态开始瓦解,较严格的民居规划与管理体制开始出现。“筑城以卫君,造郭以守民”,居民区从分散状态逐渐集中于郭城之内,郭城内有更明确的功能分区。统一的、惠及全城的给排水系统逐渐形成。

  齐国都城临淄全城已发现三大排水系统。其中连通小城、纵贯大城西部的排水明渠宽20米,长达千米甚至数千米。更为精妙的设计是建于城墙下的石砌涵洞。涵洞东西长43米,南北宽7~10.5米,深3米左右,由天然巨型青石砌垒而成。分为进水道、过水道和出水道三部分。过水道和出水道内部石块交错排列,水可从石隙流过,人却不能通过,具有排水御敌的双重功效。

  秦汉-隋唐:综合性城市水系的发展

  秦汉时期,王朝都城的建设规划性明显增强,都城因地制宜,建设周密完善的城市水系,综合解决城市给排水和交通等问题。

  西汉长安城的城市排水系统由城壕和排水明渠、暗渠组成。除了宽大的城壕,还在郊外开挖昆明池等池苑调洪蓄水。池苑通过人工渠道与长安附近的天然河流联通,形成完整的给排水网络。其中明渠自西向东横贯全城,长达9公里。由城壕和明渠组成的排水干渠总长有35公里。

  长安城内的排水主要依靠街道两侧的路沟。路沟与城内的大型排水渠相连,或直接流入城壕,再汇入附近的河流。这些路沟和水渠在经过城墙时都构筑了涵道。一般以砖石砌筑,宽可达2米,上部为拱形的券顶。

  城中宫殿、官署等建筑的排水设施主要有渗水井和排水管道。管道为陶质,剖面多呈五角形,也有呈圆形者,在排水量较大的地方还设置双排管道。

  隋唐时期,城市已发展到了封闭式的里坊制阶段。隋唐长安城南北11条、东西14条大街,将全城划分为110个坊。排水系统遍布于由“街”、“坊”组成的棋盘格状的都市中。建筑周围常见砖铺散水、渗水井和排水管道。

  与汉长安城一样,隋唐长安城大部分街道两侧都修有水沟,有土筑和砖砌两种,均为明沟。明沟外侧设人行道。大路路面中间高、两边低,便于及时排除雨水。城门下建有排水涵洞。永安渠、清明渠和龙首渠在流经城内的里坊和池苑后,注入渭河和泸河,除供应城市用水外,也起到了分洪的作用。

  隋唐长安城宫室的排水设施尤为讲究。大明宫太液池岸发现的排水渠道内设有横向砖壁,可将雨水经过时裹挟的较大杂物拦截下来。

  西内苑发现了砖石结构排水暗渠,为防止淤塞,分段安装了多道铁质闸门,第一道闸门是由铁条构成的直棂窗,拦阻较大杂物;第二道闸门布满细小的菱形镂孔,可以滤出较小杂物。闸门拆卸自如,方便疏通。这可以说是初级的水处理装置了。

  宋:河道管理与典范设施

  中国古代都城规划,发展到北宋时期,已从隋唐封闭式的里坊制变为开放式的街巷制。但北宋汴梁是在唐代汴州的基础上建设起来的,城市繁荣,人口增多,原有布局已不能完全满足城市发展,与唐朝长安宽阔的街道相比,北宋汴梁的街道更为狭促,店铺侵占道路两旁排水沟和绿化带的情况时有发生。

  不过与唐长安相比,汴梁的河道更多,其河道密度为1.548公里/平方公里,远超唐长安城的0.4公里/平方公里。此外,调蓄系统总蓄水量也达长安的近3.6倍之多。在河道管理上也有所进步,宋初,年年按标准疏浚汁渠,使得排水通畅,虽有大雨也不致积涝成灾。

  宋代还出现了一个我国历史上排水设施的典范——赣州福寿沟。福寿沟有两个排水干道,因两条沟的走向形似篆体的“福”、“寿”二字而得名。福寿沟的设计利用天然地形的高低落差,因势利导,使城市的雨水和污水自然排入江中和濠塘内。

  与此同时,设置12个水窗样的排水口。水窗闸门可借助水力自动启闭,当江水低于下水道水位时,借助下水道水力冲开闸门;当江水高于下水道水位时,借助江中水力关闭闸门,以防江水倒灌。

  福寿沟还与赣州城内的三大池塘、几十口小塘连为一体,具有调蓄、养鱼、溉圃和污水处理利用的综合效益,从而形成一条生态环保循环链。

  遇暴雨,可调节雨水流量,减轻下水道溢流,江水回灌,池塘又可作为蓄水池。福寿沟虽经历900多年的风雨,仍完好畅通,在今天依旧作为赣州居民日常排放污水的主要通道继续使用。

  元明清:古代都城排水智慧的高度结晶

  与汴梁受前城制约不同,元大都平地起建,采用开放式街巷制,全面谋划,这使得排水系统设计和铺设与城市整体规划和建设同步,排水更加科学高效。

  元大都在利用自然河流开渠引水的同时,修建了明渠暗沟结合的排水系统。南北主干道两侧均有排水干渠,借北高南低的地势自然引流,沟渠两旁还有东西向暗沟,引胡同内的雨水排入干渠。

  城墙设有向城外泄水的涵洞。涵洞的底部和两壁均以石板铺砌,接缝处勾抹白灰,并平打了很多铁锭。涵洞顶部用砖起券呈拱形,中部装置着一排铁栅栏。整个涵洞的做法,与《营造法式》所记的“卷辇水窗”工艺完全一致。

  明清北京城在元大都的基础上改扩建而成,此时还开挖南海,扩大了原太液池的水面。城市格局总体承袭元代旧制,没有太大变革。排水系统保留和疏浚了元大都的排水沟渠并另外增设了一些新的排水渠道。内城,尤其是官府仓廪和贵人府邸的聚集区修建有完善的下水道,一般居民区的排水设施则相对较差。

  据估算,明清北京城内的河道密度为每平方公里1.07公里,全城水系总容量超过1935万立方米,每平方米蓄水容量为0.32立方米,分别是唐长安城的2.4倍、3.3倍和4.5倍。

  元大都和明清北京城在排水系统上的设计建设,是积淀千年的中国古代都城排水智慧的高度结晶。其中集大成者当属故宫。

  故宫利用自然地势设计营造了纵横交错的庞大的人工排水网络,包括干沟、支线、涵洞、沟眼(明沟穿过台阶或建筑物等障碍物时,在其下开一券洞)等排水设施。紫禁城内总的排水走向是将东西方向的支线排水汇集到南北干沟内,再流入内金水河,最后汇入护城河。

  院落正中南北走向的御路或甬道,断面多呈“熊背”式样,即中间略高、两边稍低的形式,工匠以此构造作为院落的分水线。降水时节,雨水首先顺地面坡度流入房基四周的石槽明沟,明沟若遇有台阶或建筑物,则从“沟眼”穿过,或直接通过“钱眼”状的雨水石板汇入暗沟,而后依次通过支线、干线排入内金水河。

  除了排水干渠以外,紫禁城内外还布置有纵横如蜘蛛网般的二级排水沟(大街两旁的沟渠)、三级排水沟(偏街小巷内) 。

  自永乐十八年(1420年)紫禁城竣工,至今已近600年,无一次雨涝致灾的记录,排水系统一直有效沿用,是中国城市建设史上的一大美谈。

  从古到今,人类与天气的博弈从未停歇,你来我往,彰显先民智慧的同时也创造出不少珍贵的遗迹。

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