科學精妙的古代城市防洪排澇係統

近年來，極端天氣頻發，暴雨成災，洪水肆虐，國內(nei) 眾(zhong) 多大中型城市先後遭遇了不同程度的水災害，城市內(nei) 澇已經成為(wei) 城市發展的軟肋。2021年7月下旬，河南省遭遇曆史罕見特大暴雨，尤其是鄭州市遭受了重大人員傷(shang) 亡和財產(chan) 損失。城市的防洪減災問題又再次得到社會(hui) 和學界的關(guan) 注。

在我國古代，有許多城市防洪排澇係統的經典案例，體(ti) 現了樸素的自然觀和辯證觀，展示了古代勞動人民的智慧。下麵以江西贛州福壽溝、安徽壽縣古城牆、明清北京紫荊城等為(wei) 例，展示我國古代科學精妙的城市防洪排水係統，希望能從(cong) 中得到借鑒和啟示。

一、福壽溝：

“千年不澇”的地下排水係統

地下排水是城市減輕洪澇災害的重要方式，在江西贛州，有一套始建於(yu) 宋代的地下排水係統，延續千年至今仍能使用，這就是福壽溝。

贛州，古稱南康郡、虔州，位於(yu) 江西省南部，贛江上遊章、貢兩(liang) 江匯合處，贛州之名由此而得之,素有“千裏贛江第一城”之稱。贛州地形以山地、丘陵為(wei) 主，屬亞(ya) 熱帶季風氣候，四季分明，雨熱同期，每年春夏之交都是贛州洪澇災害的高發期，曆史上防洪和排澇是贛州城需要麵對和解決(jue) 的重大問題。

從(cong) 宋代開始，贛州陸續建立了一個(ge) 以福壽溝排水幹道為(wei) 主，水塘、水窗相互支撐的地下排水係統。

北宋熙寧年間，時任“都水丞”的知州劉彝根據贛州城西南高東(dong) 北低的龜背形地貌特征，采取分區排水的原則，建成了兩(liang) 個(ge) 排水幹道係統，因為(wei) 兩(liang) 條溝的走向形似篆體(ti) 的“福”、“壽”二字，故名福壽溝。

壽溝位於(yu) 城西北部，福溝位於(yu) 城東(dong) 南部，城北區域的雨水、汙水由各支溝匯集至壽溝，從(cong) 東(dong) 部、北部水窗排出；城南區域的雨汙則由福溝匯集，從(cong) 東(dong) 南水窗排出。同時在主排水幹道之外，還建有許多縱橫交錯的分支與(yu) 淺地表排水溝與(yu) 之相連。

同治《贛州府誌》中的福壽二溝圖

福壽溝的溝道設計也十分合理。首先，排水溝渠的尺寸相當大，其主幹寬可達1米，最高處為(wei) 1.6米，可容一人行走。大尺寸是其擁有大水量排水功能、保證雨水及時流出的關(guan) 鍵。其次，溝道下半部分用花崗岩修砌，堅硬抗壓防腐，上半部分為(wei) 磚拱結構，抗震抗壓，此結構還便於(yu) 維修，當一處磚石破損，就可以隨時更換，繼續發揮功效。此外，溝道建築材料天然環保，多用桐油、黃泥、沙石（俗稱三合土）和青磚、麻條石等材料，滲透性和可持續性都比較強。福壽溝在清代同治年間總長約12.6公裏，至今還有部分仍在使用。

福壽溝內(nei) 部磚拱結構（圖片來自網絡）

水窗是福壽溝防洪排水係統的重要組成部分。建造者根據水力學原理，在福壽溝的出水口處建造水窗12個(ge) ，水窗利用了杠杆原理和水壓原理，能夠有效地避免洪水倒灌的危險。當洪水水位高於(yu) 溝內(nei) 水位時，江水的壓力會(hui) 將水窗壓緊。等江水水位低於(yu) 出水口水位之時，水窗會(hui) 被溝內(nei) 水衝(chong) 開。這樣江水就無法通過水溝灌城，同時也不影響溝內(nei) 水外排。

贛州福壽溝排水水窗

贛州城內(nei) 還分布有眾(zhong) 多水塘，水塘在整個(ge) 排澇係統中，起著調節城內(nei) 排水量的作用。城內(nei) 的大量積水無法及時排出時，就流向與(yu) 福壽溝相連的鳳凰池、金魚池、嘶馬池、清水塘、荷包塘等幾十口池塘，雨、汙水通過福壽溝流向池塘，組成了巨大的蓄水庫，待河水水位降低再慢慢排出，起到了調節旱澇的作用。

此外，福壽溝的設計者還十分重視細節，為(wei) 避免泥砂淤積，設有許多防堵、利於(yu) 清通的設施，在地表安裝有銅錢狀的雨水篦子，在福壽溝各個(ge) 轉彎處建有石獅爪子可以扒開汙水中的垃圾，在各檢查井中設有沉井，泥砂垃圾等流經此處會(hui) 滯留在沉井中，極大減少了清通維護的工作量，可見設計時的創意與(yu) 用心。

值得一提的是，福壽溝排水係統在承擔暴雨時調蓄的功能時，還肩負民生使命，遍布古城的大小水溝與(yu) 居民院子和廚房的各類排水設施相連，汙水從(cong) 居民家中便可排到福壽溝，雖然雨汙合流的機製在今天看來並不科學，但是在一千多年前，這種設計與(yu) 布局，使古城居民們(men) 便享受到了建築給排水設施帶來的便利，也是一項偉(wei) 大的民生工程。

二、壽縣城牆：

智能擋水工程的典範

壽縣位於(yu) 安徽省中部、淮河中遊南岸，古稱壽陽、壽春、壽州，曾為(wei) 楚國都城。壽縣地形險要，自古以來就是重要的水陸交通樞紐。由於(yu) 自然地理環境原因，壽縣曆史上多次經受洪澇災害，其以城牆為(wei) 代表的智能擋水係統，固若金湯，是我國城市防洪減災的典範。

壽縣城牆擋水工程包括城牆、護城石岸、甕城、涵洞、月壩，以及城內(nei) 的水塘和地下排水係統。

城牆

古城牆構築於(yu) 北宋熙寧年間，南宋嘉定年間重修，呈方形，建有東(dong) 、西、南、北門四門，牆體(ti) 內(nei) 以粘土夯築，外壁下砌石基，上砌青磚，磚石縫隙以桐油、糯米汁和石灰為(wei) 漿泥，十分牢固。

壽縣三麵環水，每當淮、淝洪水泛濫時，古城宛在水中，因而城牆的防洪功能十分重要。古人在修建城牆時充分考慮到這一特征，將城牆最低高度建得比淮河幹流鳳台硤石口最高水位略高出一些，當淮河洪水快要漲至城牆頂時，就會(hui) 從(cong) 峽石口一泄而下，不會(hui) 漫進城裏，確保壽州城的安全。此外，為(wei) 減少洪水的衝(chong) 擊，城牆的轉角處還特意修建為(wei) 弧形。

壽縣古城牆

護城石岸

護城石岸。是在城牆壁腳處修築的高3米、寬8米的堤岸，又叫護城泊岸，始建於(yu) 明嘉靖年間，它的內(nei) 口與(yu) 牆根基連為(wei) 一體(ti) ，外口則以條石疊砌。護城石岸為(wei) 整個(ge) 城牆增加了一道堅固的防線，頂住了洪水對城牆根基的直接衝(chong) 擊。

壽縣城牆護城石岸

甕城

城門之外還修有甕城，甕城是古代為(wei) 了加強防守或者防禦洪水，在城門之外再修建的小型城池，有半圓形或者方形。壽縣東(dong) 、西、南、北4座城門曆史上均建有甕城，成內(nei) 、外二門之勢，洪水若入甕城，便成渦流，可減輕洪水對內(nei) 門和城牆的壓力。20世紀60年代，因市政交通不便，拆除了西、南門的甕城，現存東(dong) 、北兩(liang) 門甕城。

壽縣古城牆和甕城

涵洞和月壩

壽縣城涵最早有3個(ge) ，現僅(jin) 存東(dong) 北和西北兩(liang) 個(ge) 涵洞，作用是及時排泄城內(nei) 積水。月壩，實際上是在涵洞之上修建磚石結構的圓桶狀壩牆，高於(yu) 城牆，周圍又圍護以厚實的堤坡，遠遠看去像個(ge) 小山包。內(nei) 壁設有石階，可以通向壩底的涵溝，涵溝上封有石板，設閘五道，可以隨時進壩啟閉閘門，控製流量。

月壩和涵洞聯合起到防洪排水的作用，月壩保護涵溝和附屬閘門，避免被內(nei) 河積水毀壞。涵溝經過月壩橫穿城牆、護城石岸，中間設有一木塞，木塞小頭朝向城內(nei) ，當城內(nei) 水位高於(yu) 城外時，內(nei) 河水通過涵道衝(chong) 開木塞，進入涵體(ti) ，將水排向城外護城河。當城外水位高於(yu) 城內(nei) 時，外城水通過水壓將木塞塞緊內(nei) 河涵管，月壩內(nei) 水位也跟著升高，起到蓄水的作用，從(cong) 而防止外城水倒灌入城，這就起到了防洪排澇的重要作用。

壽縣涵洞和月壩除了城門口的涵洞、月壩外，在城內(nei) 四角處設置有內(nei) 城河的蓄水塘，在不同的區域也建有大小不等的眾(zhong) 多水塘，如南塘、鴨子塘、撒金塘等，這些陂塘在城內(nei) 積水時，能起到蓄水的作用，日常種有蓮藕等水生植物，淨化水質，美化生態，還能調節城內(nei) 的氣溫和濕度。此外城內(nei) 還建有許多明溝暗渠，這些明溝暗渠都流向地勢偏低處的城西北、東(dong) 北角的內(nei) 河，再由內(nei) 城河通過兩(liang) 個(ge) 涵洞排到城外。

月壩和涵洞排水係統（當城內(nei) 水位高於(yu) 城外時）

月壩和涵洞排水係統（當城內(nei) 水位低於(yu) 城外時）

壽縣古城牆擋水工程設置了重重屏障，可謂固若金湯，是我國古代勞動人民在長期與(yu) 洪水災害做鬥爭(zheng) 的過程中總結出來的寶貴經驗，對現代城市防洪治理具有重要的借鑒意義(yi) 。

三、明清紫禁城： 獨具匠心的宮廷排水係統

北京三麵環山，境內(nei) 河流眾(zhong) 多，古時，每到夏季，一遇暴雨加上河道阻塞，便深受水災困擾。然而位於(yu) 北京中軸線上的紫禁城，作為(wei) 明清兩(liang) 代的皇家宮殿，建成後六百餘(yu) 年來，幾乎不見暴雨積水成災的記載，這得益於(yu) 其獨具匠心的排水係統。

精湛的測量、規劃和營造

紫禁城建造之初，設計者對排水係統進行了精準測量、精密設計和精細施工。京城北依燕山、東(dong) 臨(lin) 渤海，地形北高南低，因此水向東(dong) 南流。

紫禁城的地麵順應北京地理環境，整體(ti) 走勢亦呈北高南低、中間高兩(liang) 邊低，而且略有坡度。其中紫禁城北門神武門地平標高46.05米，南門午門地平標高44.28米，豎向地平高差約2米，整體(ti) 形成約2‰的排水坡度，降水易於(yu) 向南流。同時宮殿廣場的地麵設計中間高、兩(liang) 邊低，形成“熊背”，降雨時由北向南的雨水又由中間向東(dong) 西兩(liang) 側(ce) 排水。這種坡降為(wei) 自然排水創造了有利條件。

科學完善的排水係統

紫禁城的人工排水係統由明溝、暗渠（暗渠又有幹支溝）、涵洞、溝眼等眾(zhong) 多排水設施組成。降雨時，雨水由坡麵形式的建築屋頂迅速落到地麵，流到明溝後，再匯到地麵暗渠，一些形成地麵徑流的雨水，順地麵坡度流入院落和房基四周的雨水口（水由地麵流進暗渠的入口，多為(wei) 方石板鏤雕成明清銅幣形，也叫“錢眼”）和石槽明溝，若遇有台階或建築物，則從(cong) “溝眼”穿過匯入暗溝(明渠遇到台階或者牆等障礙物，則在其下開一圈洞，被叫作“溝眼”)。

地下暗溝縱橫交錯、四通八達，雨水排入暗溝以後，再由支溝匯集到幹溝，經幹溝排入內(nei) 金水河。內(nei) 金水河從(cong) 紫禁城東(dong) 南角出宮，與(yu) 紫禁城城牆外側(ce) 52米寬的護城河相連，之後同周邊的外金水河、中南海等水係相通，消納紫禁城的雨水。

故宮銅錢眼排水口（圖片來自網絡）

“千龍出水”的奇觀

前三殿的“千龍出水”是紫禁城排水係統中最精彩的部分。故宮設計之初，為(wei) 了防止積水，在太和殿、中和殿和保和殿三層台基的四周欄杆底部，設計了1142個(ge) 排水龍頭，龍頭也被稱為(wei) “螭首”，雕琢精美，內(nei) 為(wei) 鑿通的圓孔，是主要的排水口。

雨水順著台基逐層下落，每層台基的地麵都有3%—5%的坡度，四周散水都有石槽明溝，台階下還有石券涵洞接通幹溝，使流水順利進入地下，最後排入內(nei) 金水河。如遇大雨，屋頂流下來的水與(yu) 台麵的雨水一同順地勢向四麵流，從(cong) 溝眼滲下，經龍頭吐出，一層一層流向地麵，呈現“千龍出水”景象，蔚為(wei) 壯觀，即裝飾又實用。

“千龍出水”的奇觀（圖片來自網絡）

曆代對紫禁城排水係統的維護和保養(yang) 也非常重視。每年春季，太監們(men) 都會(hui) 定期清掃、套挖，以確保雨季到來前紫禁城排水係統的通暢。在暴雨過程中，有專(zhuan) 門的太監負責宮內(nei) 外積水情況，必要時打開金水河，開閘放水，適時調節內(nei) 金水河水量水位。

古代城市防洪排水係統的成就，是勞動人民在長期實踐中尊重自然、利用自然的科學成果，也為(wei) 後人積累了豐(feng) 富經驗。今天中國城市麵臨(lin) 的防洪問題雖然已不同於(yu) 古代，但是我們(men) 依然可以從(cong) 古人的經驗中收到啟發並得到借鑒：

（一）係統考慮“堵”與(yu) “疏”的關(guan) 係

在城市規劃之初做好頂層設計。治水是一個(ge) 係統複雜的問題，麵對洪水，不單純是“堵”或“疏”的問題，需要綜合考慮。

（二）統籌處理“排”與(yu) “蓄”的關(guan) 係

城市內(nei) 澇多與(yu) 強而集中的降雨有關(guan) ，在增強城市排水能力的同時，要加強雨汙分流，提高城市鋪裝的透水率，更要增加蓄水塘、濕地和綠地，使其充分發揮涵養(yang) 水源、美化生態的作用，提高城市蓄洪的能力。

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