中國古代城市排水豎向設計歷史悠久，其經(jīng)驗對現(xiàn)代城市建設具有借鑒意義。2000多年前《管子·度地》首先提出明渠水流和有壓管流運動規(guī)律及水躍現(xiàn)象，建立起了明渠水利水力坡降的概念，對有壓管流、水躍等水流現(xiàn)象進行了闡述，根據(jù)當時渠道引水的經(jīng)驗提出明渠的縱坡：“尺有十分之，三里滿四十九者，水可以走也。”用尺的1/10即1寸作為單位，在三里（5400尺）長度內(nèi)，渠底高度降落49寸（大約0.9‰的坡降），可滿足水流流動，在當時處于世界領先地位。《管子·水地篇》提出水為“萬物之本源，諸生之宗室”。在都城選址上提出：“凡立國都，非于大山之上，必于廣川之上。高毋近旱而水用足，下毋近水而防澇省?！睆默F(xiàn)代角度來看，該都城為豎向規(guī)劃的水工程，既包括城市飲水供水系統(tǒng)，也包括城市生活和大氣降水徑流的收集和排放。

合理地對地形的高程和坡度進行設計，是豎向設計的關鍵。排水渠道的坡降過大，則水流速度過大，引起沖刷，造成危險；坡降過小，水流過緩，泥沙容易淤積，排水不暢。因此需要在水準高程、距離遠近、地形地勢等方面進行精準的豎向規(guī)劃設計。本文從豎向排水設計的起源談起，梳理了中國古代城市豎向設計的發(fā)展歷程，從先規(guī)劃、后建設，從豎向出發(fā)、因地制宜，豎向設計利于行泄暴雨徑流三個方面得出古代城市排水豎向規(guī)劃的啟示。

01 豎向排水設計的起源

豎向工程的排水設計是隨著原始聚落定居生活的出現(xiàn)繼而產(chǎn)生的。原始聚落多位于河崖等高地之上，以散流、漫流、下滲、自然蒸發(fā)或匯流等方式，較為便利地把降水和人工廢水快速排入低地或河流。距今9000多年前新石器時代早期，河南省新鄭唐戶原始村落，擁有一套完整的繞房排水系統(tǒng)；距今6000多年前的西安半坡村、楊官寨遺址，居住區(qū)域布局合理，且有從聚落內(nèi)流向環(huán)壕的小渠，設計了排水設施；室外地面上有厚厚一層摻雜貝殼的混合灰泥且向上抬升，地面坡度使得雨水順利排泄。這些古城遺址表明新石器時代早期人們已經(jīng)具有豎向規(guī)劃的意識，注重利用自然地形地勢進行排水。

02 中國古代城市排水豎向設計的歷史分期

新石器時代后期至夏商時期

新石器時代后期至夏商時期，是城市形成并逐步發(fā)展的初級階段。這一時期的古城已經(jīng)具備簡單的排水系統(tǒng)，主要由城內(nèi)溝渠、壕池以及天然河湖共同組成，溝渠逐漸開始具備防洪排澇的作用。4300多年前龍山時代的淮陽平糧臺古城遺址出土多處陶制排水管。從整個管道看，其北端稍高于南端，利于向城外排水。管道周圍填以料礓石和土，其上再鋪0.3m厚的土作為路面。排水豎向工程由原始就地散流進入排放型技術(shù)時代。

3000年-3500年前的偃師商城遺址的排水系統(tǒng)同樣顯示了較高的豎向設計水平（圖1）。每座宮殿均具有小規(guī)模排水系統(tǒng)，地勢西高東低，南北兩側(cè)微高，中部低洼，東端正對排水溝洞口。宮城內(nèi)各個宮殿之間的排水暗溝相互連通，構(gòu)成小型排水網(wǎng)絡。另外，宮城排水網(wǎng)與城市排水主干道也相互連通，構(gòu)成整座城市的排水系統(tǒng)。城市中長方形池苑與護城河相連，池塘西側(cè)注水渠道通過西城門下溝渠將水注入池塘，東側(cè)排水渠道經(jīng)東城門底部將水排入東護城河。注水渠道、城中池苑、排水道、護城河等經(jīng)過合理的豎向設計組織，形成了功能完備的城市給排水循環(huán)系統(tǒng)。

西周至春秋戰(zhàn)國時期

西周至春秋戰(zhàn)國時期是城市大發(fā)展時期，在城市規(guī)劃和設計上涌現(xiàn)出許多學說。對于城市防洪排澇，《管子》主張因地制宜的豎向規(guī)劃:“地高則溝之，下則堤之”； 城內(nèi)必須修筑排水溝渠，“內(nèi)為落渠之寫， 因大川而注焉”，排于大江河之中。在城市選址豎向規(guī)劃上，《管子》 主張: “凡立國都， 非于大山之下， 必于廣川之上， 高毋近旱而水用足， 下毋近水而溝防省”。

從春秋戰(zhàn)國開始，用木棍穿在夾板之間、使之固定，在兩板間夯土豎向筑城的辦法已經(jīng)普遍采用。考古發(fā)掘證明：春秋戰(zhàn)國時各國的都城均有較完備的排水豎向設計。齊國的臨淄城、燕下都、曲阜魯國故城、楚都紀南城都是如此。

齊國故城臨淄，東臨淄河，西依系水（泥河），南有牛、稷二山，北為廣闊原野，地勢南高北低。故城分大城和小城兩部分，大城為郭，小城為宮，面積15km2，東西城墻緊鄰河岸，淄河、系水作為天然護城河，與大城南、北墻外，小城東、北墻及西墻南段挖筑的護城壕溝（全長11920m）相溝通，四面環(huán)繞城墻，構(gòu)成完整的排水網(wǎng)（圖2）。大城的西北部是全城最低洼處，承擔了大城內(nèi)絕大部分廢水和積水的排泄，西側(cè)系水和北側(cè)護城壕溝處設置了兩個排水道口（圖3），以便能順利排泄雨季洪流。小城內(nèi)宮殿區(qū)在每個建筑周圍有用河卵石鋪成的斜坡式散水遺跡，并在地下發(fā)現(xiàn)匯集水流的水管道，斷面或為邊長35cm的三角形，或為直徑約25cm的圓形。宮庭院落內(nèi)的積水，通過管道或流入滲水坑，或流出院外，匯入城市排水系統(tǒng)。

秦漢至五代時期

自秦漢至五代，江浙一帶順應自然地形結(jié)合豎向設計，出現(xiàn)了更多的“水城”。城市內(nèi)密布的河網(wǎng)，不僅發(fā)揮了交通和供水的作用，還成為城市排水排洪的干渠。

圖1 偃師商城宮城池苑遺址引水和排水

圖2 齊故城排水管網(wǎng)示意圖

圖3 齊故城排水道口

漢長安（BC194-BC190），內(nèi)城面積35km2，城市選址符合“高毋近旱而水用足，下毋近水而溝防省”（《管子·乘馬》），城市規(guī)劃科學合理，建設了周密完善的城市水系，從而綜合解決了城市供水、排水、調(diào)蓄、航運等問題。城市排水系統(tǒng)主要由城壕和明渠組成，《三輔黃圖》中記載:“城下有池周繞，廣三丈，深二丈?！保▓D4） 據(jù)實測，城外環(huán)繞的城壕寬約8m，深約3m，總長約 26000m。明渠自西向東橫貫全城，長度約為9000m。漢長安城水系有昆明、鎬、太液等池，均有調(diào)洪蓄水的作用。長安城遺址臺基北側(cè)發(fā)現(xiàn)數(shù)段排水管道與兩個沉淀池相通，進出高低計算精確，房頂雨水先匯入沉淀池沉淀雜物，再從建筑物中排出。

宋元明清時期

宋代城市排水豎向工程設計的典型案例是江西贛州福壽溝（圖5），消除了當?shù)乇┯陜?nèi)澇的水患，至今仍運行良好。贛州古城依據(jù)城市地形特點、街道布局以及發(fā)展趨勢，利用豎向設計對城區(qū)地表水進行疏導，建造了福溝和壽溝兩個排水系統(tǒng)。壽溝受城北之水，福溝受城南之水，縱橫紆曲，條貫井然。福壽溝為矩形斷面，斷面尺寸大，坡降也大（最大段大道20.4‰）。在科學合理的豎向設計下，福壽溝根據(jù)地貌形成隨形就勢的地表徑流機制，以及城內(nèi)主次分明、排蓄結(jié)合的排水網(wǎng)絡，用來迅速排泄城市強降水。主溝完成后，又修建了一些支溝將城內(nèi)原有散落的水塘連通起來，形成城內(nèi)活水系，雨季調(diào)蓄城內(nèi)徑流，在無法及時外排時避免古城內(nèi)澇的發(fā)生。

元代元大都排水系統(tǒng)的規(guī)劃設計與城市總體規(guī)劃同時進行，大都城以今北護城河地勢最高，溝渠由高向低向南、向東和向北三個方向布局設計。大都城內(nèi)沿著主要的南北大街兩側(cè)用石條砌筑寬1m×深1.6m的明渠，溝渠兩旁還有與之垂直的暗溝。溝渠的排水方向，與大都城內(nèi)自北向南的地形坡度完全一致，通過排水干道，將水通過城墻下預先建好的涵洞排出城外。金水河、壩河和通惠河是全城排水的主干渠，這些泄水渠集各街雨污水就近排入以上各主干渠中?；食堑呐潘?，西苑一帶可泄入太液池，流至通惠河，宮城內(nèi)可直接泄入通惠河。大都城排水系統(tǒng)的規(guī)劃設計依地形地勢而行，因勢利導，進行測量設計和施工。在元大都基礎上擴建改造的明清北京城(圖6a)，保留并疏通了元大都的排水溝渠，清北京城又增建了新的溝渠，形成了內(nèi)外城明渠暗溝網(wǎng)、城壕、城內(nèi)河道構(gòu)成的排水系統(tǒng)。

紫禁城北門神武門地坪標高46.05m，南門午門地坪標高44.28m，高差約為2m，其排水設施充分運用這一地形特點，將東西方向的支線排水匯集到南北干溝內(nèi)，利用自然坡降設計營造了縱橫交錯、主次分明、明暗結(jié)合的完整排水系統(tǒng)：明排水通過宮院、道路的磚石鋪地做出泛水，通過各種排水口、吐水嘴排到周邊河中；暗排水通過地下排水道將水排入內(nèi)外金水河，最后匯入護城河。城內(nèi)各宮院地面留有庭院水流的落差坡度，院子中間高，四周低，北高南低。南北向御路或甬道斷面通常中間略高、兩邊稍低，為院落的分水線。繞四周房基有石槽明溝，雨季時雨水順坡流至明溝匯流。明溝若遇到臺階或建筑物，則在臺階下開挖一石券洞讓水通過，或通過“錢眼”雨水石板匯入暗溝，而后依次通過支線、干線排入內(nèi)金水河，再經(jīng)東華門南隅的水閘流出，與外金水河匯合（圖6b）。

圖5 福壽溝平面分布圖（圖片來源：《同治贛州志》）

圖6 a 明清北京城示意圖 b紫禁城排水干道圖

圖7 中國古代城市排水豎向示意圖

03 中國古代城市排水豎向設計的啟示

先規(guī)劃、后建設， 高度重視城市規(guī)劃的作用

城市規(guī)劃的主要的目的是要實現(xiàn)城市中各種功能要素的合理布置，并且充分發(fā)揮這些布置的作用，使城市實現(xiàn)科學健康可持續(xù)的發(fā)展。中國古代城市大部分也是按照一定的制度先規(guī)劃后建設的?！犊脊び洝?《商君書》 《管子》 《墨子》等著作中散見許多中國古代城市規(guī)劃的學說。如《考工記》中對周代城市大小、城內(nèi)道路寬度、城墻高度和建筑物顏色等作出區(qū)分?！豆茏印分鲝埥ㄔO城市要選擇合理的地形，以免遭受旱澇之害，節(jié)省開渠引水和筑堤防澇的費用等城市選址的思想。中國的一些城市如西安、洛陽、開封、蘇州、杭州、北京、南京等建設前都經(jīng)過周密的城市規(guī)劃。

現(xiàn)代城市在城市規(guī)劃和建設中一定要堅持“先規(guī)劃、后建設”的原則，制定完善的規(guī)劃和建設標準，同時還要發(fā)揮城市本底優(yōu)勢，使城市規(guī)劃具有一定的地方特色，切不可為了追求一時的片面經(jīng)濟效益而忽視了城市的整體效益，同時要協(xié)調(diào)好各方面的因素，確保規(guī)劃和建設的順利進行。

從豎向出發(fā)，順應自然，因地制宜

古代科學技術(shù)和工程技術(shù)相對落后，城鎮(zhèn)排洪防澇多需要依靠原始經(jīng)驗方法，

遵從自然地理豎向，重視自然風水，保護和利用自然地理地形地貌，敬畏人水關系，順應自然，以此來規(guī)避自然災害、建設生存的家園。這也是歷經(jīng)千萬年的磨合，人類與自然相處收獲并積累的長期經(jīng)驗和智慧結(jié)晶。

現(xiàn)代社會科學技術(shù)飛速發(fā)展，工程技術(shù)層出不窮，人們有了更多應對自然災害的方法和技術(shù)，開始忽視自然的存在。人們習慣運用現(xiàn)代科技手段粗暴地解決地形等問題快速完成城市建設，常常忽視遵循自然規(guī)律。如在現(xiàn)代建設中為減少施工難度、加快施工進度，忽視當?shù)靥厥獾淖匀坏匦魏退臈l件，填溝平洼，截彎取直，在各個地區(qū)進行“宜平宜直”的城市建設，導致湖泊濕地顯著減少，形成大量的“死水涌”。這樣的建設將破壞、阻礙自然匯水和排水，降水時易形成局部低洼點，增加城市洪澇災害的風險。

因此，要借鑒古代排水的歷史經(jīng)驗，從豎向出發(fā)，充分尊重和順應自然，充分利用天然水體，通過豎向銜接，建設完善的城市水系。在不同地區(qū)的城市建設中因地制宜，如高原山地型城市，保護其山水格局，城鎮(zhèn)及其道路應依山勢布局，利用其自然地勢坡度為道路大小排水系統(tǒng)的構(gòu)建和形成提供有利條件，并與下游受納水體實現(xiàn)合理的豎向銜接。平原棋盤式道路布局的城市，可通過道路間的巧妙豎向設計進行匯水、排水。合理設置高程點，暴雨時，將街道作為臨時匯流疏導通道，將超標徑流導向城外河道。

豎向設計要利于行泄暴雨徑流

古人善于利用“水往低處流”的常識，充分發(fā)揮豎向作用進行排水系統(tǒng)構(gòu)建并防范城鎮(zhèn)水澇災害，在地勢平坦區(qū)域也注重人為造“勢”，通過地表溝渠、道路豎向設計與豎向銜接，使徑流依靠重力排放。古代城鎮(zhèn)道路通過豎向控制使得道路與道路間、與受納水體的順利銜接，道路與周邊場地的豎向關系也被妥善處理，充分考慮了雨水的疏導和排放，確保暴雨徑流的順暢排放（圖7）。

現(xiàn)代城市的道路系統(tǒng)要比古代要復雜得多，僅依靠古代重力排水的方法會存在許多難以解決的問題，需要運用新的方法和手段?，F(xiàn)代城市規(guī)模大、建筑密度高，古代城鎮(zhèn)規(guī)模普遍較小，通過道路比較容易將徑流很快導向城外，而現(xiàn)代城市道路路面排放與河道連通性的難度更大，并且還需要考慮道路排水的交通安全問題?，F(xiàn)代進行排水豎向設計時，還應具體規(guī)定道路大排水對斷面和流速等具體安全指標，用更加科學的方法設計和模擬，更好地發(fā)揮現(xiàn)代科技的優(yōu)勢。但古代的經(jīng)驗和智慧不應被廢棄，既要在重拾古人智慧的基礎上突破長期以來排水豎向設計的局限，又要客觀面對現(xiàn)代城市復雜的局面和更高的要求。

04 結(jié)語

綜上所述，中國古代在道路排水豎向設計方面的基本思路、方法和智慧對現(xiàn)代城市設計具有重要的價值，總結(jié)中國古代城市排水設計的歷史經(jīng)驗，分析其規(guī)劃方法和設計思路，剖析其大排水系統(tǒng)應對暴雨的理念與智慧，對現(xiàn)代城市道路與場地的豎向的整體規(guī)劃設計的把握、對自然的尊重與合理改造都起著重要的作用，將為更好地構(gòu)建現(xiàn)代城市排水體系提供有益的借鑒。