城市更新与紫城宫宫排水

城市更新与紫城宫宫排水

2011年6月23日和2012年7月21日，这两条特殊的风暴至今仍让北京人想起。雨中的北京城几乎变成了水乡泽国,市内河水水位暴涨,排水不畅、河水倒灌,同时多数道路严重积水,市内交通受阻,几近瘫痪。但是,古老的故宫——紫禁城却没有受到任何影响,虽然也饱受暴风雨的洗礼,但却依然巍峨地立在北京城的中央。人们不禁要问,为什么在科学技术发达的现代社会,现代化的市政基础设施及建筑群都不能够承受如此猛烈的暴风雨,而古老的故宫紫禁城却在风雨中始终保持安然无恙?紫禁城的排水系统究竟有多强大?2013年初,随着故宫博物院基础设施改造工程西南区域可行性考古勘探工作的开展,笔者有机会接触到了神秘的紫禁城排水系统。其实,故宫排水系统一直都散布在紫禁城的各个角落,它们在游客中或工作人员眼中是那么不起眼,但正是它们在关键时刻却发挥出了极为重要的作用。在紫禁城内,遇有降雨,其排水的流程大致如下:在各个院落内,为使排水顺畅,古代的工匠们预先会确定、做好水流坡度,俗称“泛水”。这样一来,每个独立院落的雨水会顺着坡流入明槽或暗沟内。再由明槽或暗沟汇入干渠,最后汇入内金水河。紫禁城排水干渠通常敷设于主要干道下。通常也有深浅之分,根据目前作者掌握的测量结果显示:以紫禁城中轴线为界,越接近中轴线的暗沟埋深越浅,通常底板高度在负40至50公分左右,顶板标高也要相对高些,其高程一般在海拔45.8~46.2米左右。越往紫禁城外侧,离中轴线越远的排水暗沟则埋深越深,一般要达到负1至2米,其顶板标高也要相对降低,在紫禁城边缘地带的排水暗沟顶板标高通常要达到海拔44.5米左右。这些暗沟由浅渐深,构成了一条具有自流排泄功能的地下排水网。而排水暗沟通常为石砌或砖石混砌,较为坚固。在紫禁城西南区域内发现的做法不外乎上铺石板,或直埋于路面以下。上铺石板暗沟的做法通常是每间隔一段均要留出沟眼承接地面雨水,上有沟盖石,以防杂物流入。在明清时期,为保证宫中排水的畅通,还要定期掏挖沟渠,防止阻塞。掏挖的时间多在春季,由内务府派专人负责,遇有坍塌损毁之处,也要随工及时修补。紫禁城大部分支线暗沟入水口为方石板镂雕成明清铜币形,即外圆中方镂成5个孔洞,俗称“钱眼”。也有一种解释是旧时雨水汇入表示财聚四方,因此排水孔造型方面也多选用古钱币形。但是在紫禁城的西南区域,笔者观察到了有两种不同形状的五孔“钱眼”,其造型也颇为有趣。至于为何形成如右所示两种不同的形制,笔者猜测,第一种“钱眼”入水口制作相对粗糙、形制比较呆板简单,应该用于紫禁城内下人居住区域;而第二种“钱眼”入水口的雕刻工艺就显得高超很多,包括入水口边的防滑石槽都雕琢得一丝不苟。内金水河是紫禁城的内河,在紫金城西北角楼下面石砌券洞中流进马神庙(现故宫博物院工会办公院)为明河,流经城隍庙(现故宫研究室办公院)东南角一直向南,经武英殿前过断虹桥再往东流入太和门前的内金水桥往东,经文华殿西侧向北,过文渊阁后再向南,经东华门内、銮仪卫大库至紫禁城东南角楼城墙下石砌券洞,流入外护城河(筒子河)。因其引护城河水自西北八卦中的乾方流入,从东南巽方流出,五行方位以西为金,北为水,故称金水河。《明宫史》记载:自巽方出,归护城河,或显或隐,总一脉也。河道采用条石垒砌,蜿蜒曲折,河墙则是用青砖砌筑,实用而质朴。金水河设计走向如此曲折,其效用明代史料中已记载:“是河也,非为鱼游在藻,以资游赏,亦非故为曲折,以耗物料,恐意外回禄之变,此水实可赖。天启四年六科廊灾,六年武英殿西漆作灾,皆得此水之力。”清代在消防中仍得益于此河。在特大暴雨中,我们知道因排水不畅而引发的河水或排水干管倒灌事件层出不穷。如2011年6月23日暴雨中丰益桥就是因为周边马草河河道中的河水由排水口倒灌到马路上,形成大面积积水。通过网络搜索,全国各地因河水倒灌造成的次生灾害也是比比皆是。但是,通过查找,笔者却从未发现过紫禁城有发生河水倒灌的记录和资料。古代工匠又是如何防止此类事故发生的?他们是如何防止降水量过大导致内金水河排水不畅、水位上涨引起河水倒灌的?笔者查阅资料,在刘畅、赵仲华《紫禁城地下排水系统研究》一文中找到了答案,该论文表述:结合1989年故宫博物院与北京市测绘合作成果,故宫管线测量资料对地下排水系统的基本特征归纳如下:紫禁城除地下排水沟干沟、支沟存在正常坡度段外,在入上一级暗沟或内金水河附近还有一陡降坡度段,以利排水顺畅,同时能够防止汛期上一级暗沟或内金水河水倒灌。紫禁城内的主干沟下游标高最大值与上游标高最小值之差达到1.12米。而内金水河河底标高上下游相差1米左右。在正常情况下,内金水河保持一定流速流经紫禁城。在汛期时河水的流速往往加大,如遇下大雨,紫禁城内雨水会大量地顺序排入内金水河,而使下游接受的排水量大于上游,其承受的流量压力会大大增强。同时,由于河水流动的惯性作用,尤其是在内金水河曲折的排水路径受到阻碍时,可能短时间内会出现类似浪涌的下游水位高于上游水位的现象。上述坡度的安排或可体现紫禁城规划者在尚不能精确计算内金水河内雨水汇流情况时,对可能发生的汛期河水倒灌入干沟问题的解决方法。由此可见,我国古代勤劳智慧的工匠们对排水系统倒灌这一问题确实是经过深思熟虑的。笔者推测,在紫禁城建设初期,工匠们在无法准确测量出雨水极值、在汛期内金水河下游最高水位及雨水倒灌给紫禁城排水系统带来影响的前提下,只能通过此类措施防患于未然。紫禁城的地下部分,除排水设施外,还有给水设施、基础处理(加固及防潮)等都是依照规划先于地面建筑的程序开始建设的。他们的构造方法、构造层次、交叉节点做法以及布局规律等问题也都是紧密相关的。这条内金水河在设计时还有一个特点,就是在出口处出水口突然收窄,做瓶口状(如上页所示)。目前我们无法查到关于内金水河出水口为何如此设计的原因,我们只能根据现有的资料进行分析及猜测。明代潘季驯、清代靳辅、陈璜曾经采用“束水攻沙”法治理过黄河,采用这种方法的主要原因就是因黄河中下游河道变宽、水流放缓,导致从上游带下来的泥沙逐渐淤积在下游,造成中下游河道逐渐增高,解释为“水分则势缓,势缓则沙停,沙停则河饱,尺寸之水皆有沙面,止见其高。水合则势猛,势猛则沙刷,沙刷则河深,寻丈之水皆有河底,止见其卑。筑堤束水,以水攻沙,水不奔溢于两旁,则必直刷乎河底。一定之理,必然之势,此合之所以愈于分也”。也就是说,同样的水流量,如果河道越宽,水流就会放缓,水中夹带的泥沙就越有可能沉积下来,造成河道底部淤积的泥沙越来越多。以上产生的后果就是导致河床越来越高,水面也渐渐上涨,逐渐形成了地上河,造成的危害就是两岸河堤必须每年加高、加固,如果出现溃堤,河水就会汹涌而下,给整个中下游地区造成不可估量的损失。如果采用筑堤束水、收窄河道的方法,使得该段水流加快、势猛,从而产生巨大的能量带动冲刷河底淤积的泥沙就可减少泥沙淤积。而内金水河出口收窄,同时河道两侧采用较为坚固的砖石砌筑,笔者认为在一定程度上也起到了“束水攻沙”的作用,有效地避免了因金水河河道内河泥长期淤积而导致的河道阻塞情况的发生。以上观点也仅代表笔者本人猜测,目前还无法从相关文献中得以考证。此外在紫禁城的西南区域,我们还能见到其他一些有故宫特色的排水设施,比如紫禁城城台(城墙)的排水。紫禁城城墙墙顶通常都是外高内低,下雨时雨水沿着墙顶台面的坡度自外侧流向内侧方向,在内侧女墙下间隔砌出排水石槽,外接沟滴,将水排出。在城墙下还有古代排水沟遗迹留存,直通外金水河。另外,由于紫禁城的内廷建筑较为密集,或依墙而建,或高出宫墙之上,遇有这样的建筑,工匠们通常在建筑后檐的檐头部位设置排水天沟,再沿设计好的一定坡度从宫墙向外接出排水石槽,将雨水排出,进入排水暗沟。由于本次考古区域所限,本文对于紫禁城外朝及内廷大部分的水系都没有涉及。但是,