[介紹] 我國古代排水工程

看板historia作者fayever (yesman)時間7年前 (2017/06/08 20:51)推噓4(6推 2噓 4→)

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最近幾天因為暴雨造成各種積水，顯示現代城市的脆弱。我國古代城市是如何解決的呢？來看看兩個例子。宋代排水工程“福壽溝”：歷經千年功能仍正常 http://i.imgur.com/5QWPqzn.jpg

　　贛州，位於江西省的南部，地處贛江的上游。贛州城始建於漢高祖六年（前201），距今已有2200多年的歷史。城址選擇在章江和貢江匯合處。　　在歷史上，由於大庾嶺道的開通，贛州城自宋代以來，就成為我國東南地區的交通樞紐城市和商貿重鎮，贛州城的城市發展、文化昌盛和經濟繁榮，都出現在兩宋時期，並一直持續到清末五口通商。　　千年“福壽溝”仍能排內澇　　近幾年來，在社會向城市化轉型的大背景下，全國各地的城市都在迅速地擴張，但其城市下水道系統的建設，往往滯后於城市建設的其他方面，諸多城市出現了內澇，甚至在強降雨之后可以用“觀海”來形容。與各地城市內澇形成反差的是，在贛州城牆以內的老城區3.2平方公裡范圍內，由於宋代修建的排水系統仍在完好地發揮作用，近千年來從未發生過內澇，從而引起人們的廣泛關注。這要歸功於贛州城宋代修建的排水系統——福壽溝。　　贛州屬於亞熱帶多雨地區，年均降水量在1500毫米以上，且降水集中在4—6月，夏季受台風影響，常有暴雨或大暴雨強降水出現，氣象記錄曾有日降水200.8毫米的極值，所以防洪排澇自古至今都是贛州城防災減災的重點。　　贛州城在五代時期進行了一次擴建，將貢江沿岸的河灘地括入城中。由於擴城后城牆沿貢江河岸修建，破壞了原始的地貌，阻斷了城區地表水的入江通道，致使城區排水不暢，每逢大雨或暴雨，城區則積水成沼形成內澇。贛州城擴城后的嚴重內澇，成為修筑福壽溝的主要動因。　　據考，福壽溝始建於北宋熙寧年間（1069—1077）。是時，著名水利專家劉彝知虔州（今贛州），鑒於內澇為患，便根據贛州城的地形地貌，規劃開鑿了福壽二溝，用以疏導城區的地表水。福壽二溝的形制與功能是“闊二三尺，深五六尺，砌以磚，覆以石，縱橫纖曲，條貫井然”，並在城牆下方修建了12座水窗，使城區積水能迅速穿過城牆排入章貢兩江，從而消除內澇﹔關閉水窗后，則可抵御章貢兩江的洪水倒灌。福壽溝的防洪排澇功能是非常顯著的，《贛州府志椰W宦志》載：“先是郡城三面阻水，水暴至，輒灌城。彝作水窗十二間，視水消長而啟閉，水患頓消。” 　　排澇兼顧防洪及污水處理的生態工程　　福壽溝的修筑，成為古代贛州城以排澇為主，兼顧防洪及污水處理的系統工程。福壽溝由福壽兩溝組成，福溝排城東南之水，壽溝排城西北之水。至於為何被稱作福壽溝，有兩種說法，一是認為福壽溝位於地下，其迂回曲折，猶如篆字的福壽兩字，故名﹔第二種說法是，福壽溝的修建，改善了贛州城的生活環境，造福於贛州市民，使人能夠延年益壽，故稱之。　　根據清代同治八年留下的《福壽溝圖》，經與現代的地形圖比照推算，福壽溝的總長度約12.6公裡，其中壽溝約1公裡，福溝約11.6公裡。經對建國路、均井巷一帶的福壽溝實測，其斷面寬約0.6—1米，高1.6—2.2米，福壽溝的砌作方式與古籍記載相同，那就是將福壽溝暗渠的兩邊砌以青磚，上面覆蓋條石。值得一提的是，一處按古代形制建造的水窗至今仍在使用。其形制為，在穿過城牆的水窗的城內一側，用青磚砌成的檢查井由地面直通福壽溝，在檢查井內壁的兩側留有對稱的凹槽，用以安插木制的閘板。當城區水位高於貢江江面時，則開啟閘板，可正常排水消除內澇﹔當上游降水，貢江水位高於城區水位時，則放下閘板，可抵御洪水倒灌。這就是古代方志中記載的所謂“視水消長而啟閉”，這種啟閉閘板的方式是由人工操控的，並不是傳說中的古人設置了自動啟閉閘板的機構。由於木閘板的密封程度較高，能有效地防止江水倒灌，加上木閘板開啟便捷，能及時地排除內澇，所以福壽溝連同水窗完工后，使得贛州城“水患頓消”。　　用今天的話來說，福壽溝實行的是雨污合流制，它既是贛州城區的防洪排澇工程，又是城區污水處理的綜合治理工程。贛州城內的大氣降水和生活廢水所形成的地表水，可以通過福壽二溝的明渠與城區眾多池塘相聯通，然后流入暗渠穿過城牆注入章貢兩江。這樣一來，強降水時池塘可以起到調蓄作用，避免暴雨時溢流﹔另外，池塘在平時又可利用生活污水中的有機質（古代的生活污水僅有有機物）在池塘中養魚種菜，成為生態型的綜合水利工程。　　為什麼福壽溝能夠起到顯著的防洪排澇功能？為什麼福壽溝使用了近千年，一直都能夠發揮出其正常的功能？第一，福壽溝的設計者劉彝是經驗豐富的水利專家，他離開贛州之后擔任了宋朝的都水丞。第二，福壽溝的設計科學合理，其具體的走向是根據地貌隨形就勢，對城區的地表水進行疏導，而且暗渠的斷面尺寸大，足以迅速排泄城區的強降水，消除內澇。第三，贛州屬於山區，俗話說“易漲易落山溪水”，贛州城外章貢兩江的洪水持續的時間不長，洪水退落后，能夠及時地將城內的積水排泄。第四，福壽溝之所以能夠歷經千年而功能正常，是因為歷代官府都很重視這一水利工程，而且市民參與修繕的積極性也很高。清代同治八年，知府魏瀛就以“民修官助”的方式，成功地組織官民對福壽溝進行了一次徹底維修，並且繪制了《福壽溝圖》，“以便觀覽由委，尋源旁溝可得”，其功勞惠及今人。第五，贛州城三面臨江，而且贛州城地處丘陵地區，城區地貌坡度較大，因而排水暢通，且不易發生由於泥沙積澱引起的淤塞。諸如福壽溝排水暗渠最長的一段，是從文清路至贛江路水窗入貢江，全長約1800米，坡降是8.3‰，最短的一段是從建國路至行祠廟入貢江，坡降是20.4‰，如此大的坡降，暗渠中的水流是具有很強的沖刷力的。除了福壽溝之外，修建於宋代的堅固城牆也是最好的防洪堤壩；而且劉彝還在城內設計建造了數百口水塘，並使其與福壽溝相連，這樣可以發揮重要的調蓄作用。雖然由於今人填塘建房，水塘所剩無幾，但正是僅剩的水塘在今年暴雨中發揮了蓄水作用。對於這個迄今仍運作良好的排水系統，人們不得不發出這樣的感慨：「古人的前瞻性真是令人讚歎」。文物專家則認為，這是世界城市建設史上的一個奇蹟。八百年前的海綿城市—團城號稱“世界上最小的城堡”、迄今已有800多年曆史的北海團城，270多米長的城墻沒有一個泄水口，地面上沒有排水明溝，無論下多大的雨，這個城池上只是雨過地皮濕，很快滲得一乾二淨。位於北京北海公園一側的團城是我國著名的古代園林文化遺址。團城以其擁有古樹、玉甕和白玉佛三件珍寶而聞名於世。它是一座高出地面4.6米，面積僅有4500多平方米的世界上最小的城堡。團城的特點在於它平面呈圓形，並由此得名。從團城的形體來看，很像一個大花盆。除了古園林建築和稀有珍寶之外，鬱鬱蔥蔥的參天古樹也給團城平添了一份魅力。團城現有百年以上古樹 38株，樹齡大於三百年的古樹17棵，其中油松“遮陰侯”、白皮松“白袍將軍”樹齡高達八百年(為西元1115～1234年的金代所植)。幾百年來這些樹不但沒有衰敗，而且長得鬱鬱蔥蔥。團城：沒有泄水口，也沒有排水明溝團城是一個孤立的、封閉的單元，城內地面高出周圍水面和地面。古樹的根系很難從湖水形成的地下水得到補給，它們生長所需的水分只有來自天然降水。細心的人不難發現，找遍團城270多米長的城墻居然沒有一個泄水口(吐水嘴)，地面也沒有排水明溝。即使在承光殿屋頂匯流的落水處，地面也未見排水設施，仍是平鋪青磚。而北京正陽門箭樓、鼓樓、萬里長城及北海白塔等古建築均有泄水石槽。這一點，說明古人在建築團城園林時，就有意將降水儘量留在城區內。雖然沒有泄水口和排水明溝，但無論天下多麼大的雨，在這個城池上，只是雨過地皮濕，很快滲透得一乾二淨。城外雨水遍地與城內略顯潮濕的地面形成了鮮明的對比。人們不禁要問，團城的雨水都哪兒去了呢？地面：青磚、土壤透水又通氣曾任北海公園副園長的沈方先生講了這樣一件事。有一年北海公園的園林管理者想給古樹施肥。施肥通常要施在樹的吸收根上。而一般來說，樹冠有多大，樹根也相應有多大，吸收根就在相應樹冠邊緣的這一圈上。園林工人選了幾個地方把地下的磚拿開，察看樹根的生長情況。當把磚掀開後，專家們發現，磚的形狀是上大下小的倒梯形，磚跟磚之間的縫隙沒有灰漿，它們之間縱橫都有一些通道。即使縫隙被塵土積滿後，這種縫隙排水性能仍很強。再看磚下面襯砌的材料，拿根水管子一放水，這水就嘩啦嘩啦從襯砌材料漏下去了，說明這裡的地面從鋪裝到襯砌材料都是又透水又通氣。團城上的地磚分兩種，甬道上鋪的是方磚和小條磚，滲水少，但絕大部分地磚是鋪設的倒梯形青磚，用於入滲雨水。團城地勢北高南低，而大部分吸水性強的倒梯形磚多位於團城的南半區。倒梯形磚排列在一起，磚與磚之間形成一個三角形的縫隙，這樣一個縫隙會很容易將雨水引入地下。由於磚縫大，雨水不易停留在磚表面形成徑流，這個縫隙對土壤表層起著通氣和蒸發作用。 http://i.imgur.com/Mp2ZzZO.jpg

科學家用熱釋光法對磚塊進行了年代測定。結果發現青磚中燒制年代最早為西元1411 年，也就是明永樂年間，距今已有600年曆史，燒制較晚的為清道光年間，距今也有190年。因此推斷團城在清代進行過地面修補。除了青磚本身吸水性較強，磚與磚之間形成的縫隙大，可以有效地將雨水引入地下，專家們還發現，團城上的土壤層也有很好的透氣透水性能。這些土壤層按結構自上而下可分為支撐層、有機質層和黃沙壤層。 10釐米厚的支撐層主要成分有谷殼、石灰等，這些成分能使地表水快速滲透，透氣透水性好。10釐米厚的有機質層主要成分包括貝殼、骨頭、活性鈣、獸血、有機酸等，歷經數年緩慢釋放，可以對植物生長提供大量有機質和微量元素，有利於植物的生長。而深達 4至5米厚的黃沙壤層，滲水性、透氣性良好，適合植物生長。熟悉團城的人知道，團城地面上分佈著一些滲水口，大雨時水順著井口流進去，但沒有滿的時候。在找不到出水口的情況下，人們開始懷疑團城地下是不是深藏著什麼奧秘。排水奧秘：龐大的地下涵洞排灌系統進入團城就會看到一棵具有800年曆史、曾被乾隆冊封為“白袍將軍”的古樹。就是這棵古樹，在上世紀80年代初，不知什麼原因有兩個枝杈枯萎了。這可急壞了園林工人。排除了其他原因以後，園林工人開始尋找樹根方面的原因。　　他們發現，“白袍將軍”旁有一個古滲井的蓋，工作人員打開井蓋鑽進去，人在涵洞中只能爬行，洞的四週都是由青磚砌成的，涵洞地面上有一層厚厚的黑土，“白袍將軍” 根系有些受傷，洞也塌陷了。這一發現使得園林工人感到很意外，他們一直以為這些深水井是用來滲排污水的，沒想到打開這個井蓋，露出的竟是一條找不到盡頭的涵洞，這條涵洞究竟有多長，雨水怎樣在裏面滋潤樹木呢？園林工作者拿來繩子和手電筒往前探險，由於涵洞的狹窄始終也沒有找到出水口的方向，爬到地面上看，除了分佈沒有規律的井口以外，就再也找不出任何關於涵洞走向的跡象了。為了探明涵洞的走向和雨水灌排有什麼關係，中國水利水電科學研究所的科研人員採用地球物理電磁法對團城的雨洪灌排系統進行了探測，並將9個雨水口進行了標記。科研人員對井與井之間可能走過的路徑都進行了細緻的探測，這樣就第一次描繪出一張地下涵洞組成的排灌系統。探測顯示：地面上雨水井口所處的位置均是涵洞走向的轉捩點，整個排灌系統形成了一個英文字母“C”的形狀。雨大的時候，這個雨洪系統即會發揮作用。古人之所以這樣設計，為的是使地下水在團城流的時間儘量延長，在每個排水溝下面都有滲透性的水，這說明當時的設計思想是十分先進的。科研人員也從中找出了白皮松枝杈死亡的原因。涵洞坍塌以後失去了原來的功能，使整個團城的集水和排水功能都受到了阻礙。它塌了以後水不能很快地排下去，多餘的水會泡根、爛根，就造成了白皮松枝杈的枯萎。針對這種情況，園林工人用了一個水泥圓管，鑲嵌到塌陷部分的涵洞中。不久，白皮松又恢復了它的活力。人們試著描繪了古團城這樣一個雨洪排灌系統——暴雨時雨水通過青磚及涵洞滲入地下，多餘的水順著涵洞圍繞團城逆時針旋轉後流走；中小雨時土壤水飽和後，水分回滲到涵洞中。這樣一個系統充分留住和利用了有限的雨水資源。科研人員分析，深埋涵洞除具有排泄地面徑流及通過洞底滲漏水量外，它還具有以下功能：可以迅速降低涵洞(樹根)附近土壤含水量；由涵洞與雨水口形成一個深層土壤與大氣相通的地下通氣系統；利用涵洞埋深，冬季深處地溫較高，可通過涵洞提高表層土壤中地溫，有利於古樹生長。 ============================================ 心得：海綿城市並不是新觀念，防治水不過是儲藏與疏導，一昧防堵是沒用的。給大家參考。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 180.176.29.70 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/historia/M.1496926288.A.1EB.html

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