古人的智慧：紫禁城排水系统详解

　　位于北京市中心的紫禁城（今故宫博物院），是明清帝王执政及生活的场所。紫禁城古建筑群建立于明永乐十八年（1420），距今已近600年。紫禁城现占地面积72万平方米，有房屋9000余间，是世界上现存规模最大、保存最完整的的木结构古代宫殿建筑群，也属于世界文化遗产。不仅如此，紫禁城古建筑有着清晰的轴线、开阔的格局、严谨的形制、绚丽的彩绘、生动的空间、精美的装饰、优美的造型、真实的信息、丰富的景观，其无论在建筑结构，还是在建筑艺术、建筑技艺、建筑文化等方方面面都代表着我国明清官式木构古建的最高水准，是我国古代宫殿建筑的精粹。

　　今天小编就来带你全方面了解紫禁城的排水系统：

　　北京的地势北依燕山、东临渤海，其地形属于北高南低，因而水流的方向为西北向东南流。北京城每年的汛期一般在6—9月，历史上遭受水灾的事件多次发生，如明代的276年间，北京地区有104个年份发生水灾，其中严重水灾29次；清代的268年间，北京地区发生水灾的年份有128个，其中特大水灾5次，严重水灾30次。位于北京市中心的紫禁城为明清皇宫，距今近600年，有着精密完善的排水系统，建成至今从未在雨季遭受过水患。紫禁城地面顺应北京地区地理环境而建，整体形势亦呈北高南低、中间高两边低的走向。其中紫禁城北门神武门地平标高约为46.050米，南门午门地平标高约为44.280米，竖向地平高差约2米，排水坡度约为千分之二。这种排水坡度为自然排水创造了有利条件，使雨水能顺利从紫禁城中排出，排水方向亦为西北向东南。紫禁城的排水系统可包括屋顶、地上和地下三个部分。所谓屋顶排水，即雨水降落到屋顶后，从屋顶排至地面；地上排水，即是指地表雨水流入明沟、再流入暗沟或内金水河；地下排水，即暗沟的水排入内金水河。需要说明的是，“金”在古代环境地理学中指的是西方，“内金水河”即指从西方流入紫禁城的河水。紫禁城的内金水河源于北京西部的玉泉山，从紫禁城的西北角流入（图1），东南角流出（图2）。紫禁城屋顶排水巧妙；而地上、地下排水系统纵横交叉，巧妙地通向各个宫殿及院落，它们将雨水由中轴线排向东西两侧，再统一由北向南排向内金水河，并及时排出紫禁城，经筒子河流入通惠河。

　　图1内金水河入口

　　Fig.1Infalloftheinnergoldenriver

　　图2内金水河出口

　　Fig.2Outfalloftheinnergoldenriver

　　1屋顶排水

　　紫禁城古建筑的屋顶都是坡屋顶，这使得雨水降落到屋顶后，均会顺着屋顶坡度由上向下排向地面。为达到良好的排水效果，并避免建筑屋檐下部的木构件遭受雨淋，紫禁城古建筑屋顶的坡面非平面，而是坡顶到坡底由陡峭变缓和的一种曲面形式，见图3。这使得雨水降落到屋顶后，能够迅速往下排，且到坡底位置时，又能够向前方排出，即“上尊而宇卑，则吐水疾而霤远”（《周礼·考工记》），其结果一方面使得屋顶的雨水能够迅速排走，另一方面屋檐下的立柱、门窗位置受到了防水保护。屋顶瓦件的设计与安装亦有一定的科学性。屋脊与屋顶相交的位置称为“正当沟”，为防止该位置渗水，古代工匠采用立瓦封住正当沟，并用“压当条”盖住正当沟的顶部，“压当条”往前伸出一定尺寸，犹如一个小出檐，见图4。为了使屋顶雨水有序往下排，瓦面做成一道道小沟状，称为“瓦垄”。瓦垄由板瓦与筒瓦（竹筒状的瓦）组成，板瓦为底瓦，筒瓦为盖瓦。筒瓦扣在两个相邻的板瓦上，上下筒瓦之间一节一节搭扣，上下板瓦之间一块块扣压（上瓦压下瓦），各个瓦件之间用灰泥抹实，以上做法既有利于排水，同时也利于防止瓦面的雨水渗入基层。瓦顶的最下端即屋檐上的第一块瓦，板瓦前伸做成三角尖状，称为“滴子”，其主要目的是让瓦垄的雨水汇集成一条直线下落；筒瓦端部做成大圆饼状，称为“猫头”，其主要目的是充分扣压在滴子端部，防止雨水渗入屋檐内，见图5。上述屋顶的坡度、瓦件的使用均有利于屋顶排水。

　　图3瓦顶曲面

　　Fig.3Curvedroofwithtiles

　　图4屋脊排水瓦

　　Fig.4Drainagetilesonroofridge

　　图5屋檐排水瓦

　　Fig.5Drainagetilesoneave

　　2地面排水

　　2.1台基排水

　　紫禁城古建筑一般坐落在高高的台基之上，这样不仅有利于建筑本身的稳定及建筑防潮，而且能够体现出宫殿建筑的高大与威严。作为皇帝执政的代表性建筑，紫禁城前朝三大殿（太和殿、中和殿、保和殿）的台基做法为我国古建筑台基工艺的最高等级，即采用三层须弥座叠加而成，称为“三台”，总高度达8.13米，见图6。三台的周圈为石质须弥座，上表皮为地砖，而核心部分则为分层夯实的灰土。为避免其在雨季因存水、渗水导致下沉，紫禁城三台的排水极其重要。而三台由于所处位置的特殊性及建筑做法的高等级性，其排水做法极其引人瞩目，亦可作为紫禁城古建筑台基排水方法的代表。

　　图6太和殿三台

　　Fig.6Three-layerbaseplatformofTaihePalace

　　前朝三台由三层须弥座台基叠加而成，每层台基的地面都有3%~5%的坡度，使得上层台基的水直排向下层台基。每层台基的边界都有栏板。每块栏板端部都有望柱（短柱），栏板底部正中有直径为0.1米的近似半圆形泄水口，而望柱底部则伸出类似于龙头的石质构件。这个石质的“龙头”称为排水兽，其形象为古建筑龙生九子的老六“虫八虫夏”。排水兽探出栏板底部外侧约0.8米，其宽度同望柱宽、高度同底部须弥座的上枋层，截面尺寸为0.28米×0.28米。兽嘴有直径约为0.03米的圆孔，其贯穿排水兽，并与栏板内侧的地面相通。这种设计不仅与台基整体尺寸相协调，而且有利于雨水向前方排出，并且可避免栏板底部有雨水回流。不仅如此，龙头造型的排水兽与三大殿的皇家宫殿氛围相融合，产生恢弘的艺术效果。三大殿的三台一共有1142个排水兽，在雨季每个兽头都能发挥排水作用，如图7所示的2016年7月20日太和殿三台排水，具有“千龙吐水”的场景效果。

　　图7三台排水

　　Fig.7Drainageofthethree-layerbaseplatform

　　紫禁城普通宫殿建筑的台基多做成台阶形式通向地面，其排水方式为雨水沿台阶流向地面。而在太和门广场、东华门城墙马道等区域，为便于较多人员通行，并防止产生滑倒，有一种特殊台阶地面，称为“礓嚓”，其做法为建筑台基通向地面为锯齿形坡道，锯齿高出坡面约1厘米，各锯齿间距约为12厘米（即条砖的厚度）。礓嚓排水方法为台基上雨水顺着锯齿形坡道直接满铺向下排向地面，在大雨时期亦可形成壮观效果，如图8所示的2018年7月16日协和门礓嚓台阶排水场景。

　　图8礓嚓台阶排水照片

　　Fig.8Drainageofsawtoothshapestep

　　2.2广场排水

　　紫禁城整体地势北高南低，内金水河的流向为由东北向西南，以上决定了紫禁城各宫殿广场的排水方向为西北向东南。下面以太和殿广场为例来说明紫禁城广场地面排水方法。太和殿广场正中有一条汉白玉铺砌的石材路面，南北向宽2.2米，截面为“熊背”形，中间比两边高0.03米，两端与之相连的为0.6米宽的散水，这称为“御路”，见图9。御路是古代皇帝通行太和殿广场的专用道路，不仅位于紫禁城中轴线上，而且比太和殿广场其他区域地势要高。这使得广场的雨水首先由御路向东西两侧排，并达到广场东西侧端部。尔后，雨水顺着两侧的明沟向南排，到广场南端后，通过一个铜钱形状的雨水口进入暗沟，该雨水口称为“钱眼”，见图10。由于广场西高东低，因而暗沟的雨水汇入东南角，进入了更深的涵洞，见图11。这个涵洞向东穿过太和殿东南端的庑房，直接排入文华殿区域的内金水河。由上可知，太和殿广场的地面排水流向是中间→东西两侧、北→南、明沟→暗沟→涵洞→内金水河。

　　图9太和殿广场

　　Fig.9SquareofTaihePalace

　　图10钱眼与暗沟

　　Fig.10Coppercoinshapegullyandblindditch

　　图11太和殿广场东南角的涵洞

　　Fig.11CulvertatsoutheastcornerofsquareofTaihePalace

　　紫禁城内廷区域为后妃的居所，其建筑体量普遍较小，犹如一个个小型四合院。这些院落的地面相当于小的“广场”，其排水方法与宫殿广场类似。在庭院正中，有十字形交叉的铺砖地面，见图12，称为甬路，专供人员行走，甬路的断面亦为中间高、两边低，因而雨水由甬路正中流向两侧牙子，再顺着牙子流向庭院东南角。庭院中各个建筑屋檐下都有散水，坡度约为5%，因而建筑底部亦不会存水，散水底部的雨水亦排向东南角。上述雨水汇集到庭院东南角的钱眼位置（图13），由钱眼进入暗沟，再由暗沟排向内金水河。对于毗连的院落，其共用院墙底部一般开有洞口，见图14，以利于排水畅通。

　　图12庭院内的甬路

　　Fig.12Pavedpathofcourtyard

　　图13庭院内的钱眼

　　Fig.13Coppercoinshapegullyincourtyard

　　图14院墙底部的排水口

　　Fig.14Outfallatbottomofcourtyardwall

　　2.3城墙排水

　　紫禁城四周为高10米、宽5.78米的城墙。城墙由内墙、外墙及墙芯土体组成，土体之上为地砖面层。研究表明：雨水渗入城墙地面会引起地面下沉，并增加墙芯土的侧压力，导致墙体开裂，对城墙的稳定性形成不利影响。因而城墙在雨季的排水亦很重要。我国古代城墙的排水主要通过墙上的排水槽来实现。紫禁城城墙的排水亦为此法，主要通过石质（豆渣石）水槽进行，即内墙每隔10米左右安装一个石质水槽，水槽宽约0.45米，凸出墙体约0.6米，雨水通过水槽排出墙体，见图15。为避免雨水顺着水槽底部边界回流到墙体侧面，石槽下方安装有铁皮，铁皮从石槽端部向外伸出0.15米左右，并利于雨水向前、向远方排出，如图16所示2018年7月21日午门城台排水槽排水所示。需要说明的是，紫禁城外墙无排水槽，其主要目的是利于保持城墙外表面庄严、壮观的效果。对于城墙地面而言，其外墙侧的高度比内墙侧高0.03米左右，以利于雨水排向水槽。

　　图15城墙排水槽

　　Fig.15Thewaterchanneloncitywall

　　图16城墙排水槽排水

　　Fig.16Workingstatusofthewaterchanneloncitywall

　　3地下排水

　　紫禁城地上的雨水一般通过地下排水系统排向南部的内金水河。其中，神武门内（南侧）宫墙的北侧，有一条自西向东的排水道，它是紫禁城最北侧的排水道，内宽0.35米，深1.8~2.9米，其上部铺设石板，且每隔一定距离的石板上有泄水的小孔，见图17。该下水道源于紫禁城的西北角，向东延伸到紫禁城东北角，其间，分别在建福宫、西六宫、东六宫、乾隆花园（珍宝馆）、十三排区域设置南向分支，以接纳紫禁城宫殿区域的雨水，并将其向南运送到内金水河。比如，位于乾隆花园区域分支的下水道，其向南经过东筒子巷、御茶膳房，再流入文华殿东侧的内金水河，见图18。又如，紫禁城东侧十三排区域的下水道，经北十三排、南十三排，向南流入清史馆区域的内金水河。图19为南十三排附近消防管线施工时挖出的暗沟，断面宽该暗沟为东西向，其作用是将十三排建筑其中一个院落的雨水沿东西排入上述下水道，再经过下水道流向南端的金水河。再如，西六宫区域的下水道，向南流经乾清宫，再穿过养心殿，期间将沿途各宫殿的雨水汇集，再经隆宗门向南流入武英殿附近的内金水河。由上可知，紫禁城的地下排水系统纵横交错，条理有序，可将各个宫殿区域内的雨水排向东南端的内金水河。

　　图17神武门下水道

　　Fig.17SewerinthesouthofShenwuGatearea

　　图18东华门东侧的内金水河

　　Fig.18InnergoldenriverintheeastofDonghuaGatearea

　　图19排水暗沟断面

　　Fig.19Sectionviewofblindditch

　　4维护保养

　　紫禁城完善的排水系统离不开及时有效的维护和保养，明代负责此项工作的机构为二十四衙门的惜薪司，清代为内务府营造司。历史上，紫禁城排水系统的维护是全面和深入的。如清代紫禁城内最后一次大规模的河道沟渠清理工程，于光绪十一年(1885)4月开工，工期历时2年，工程量包括清除了内金水河2100米长河道的全部淤泥，修砌了两岸河墙及15座桥梁，并将紫禁城内总长度约为8000米的所有大小沟渠淤泥清理，同时还修整了河帮、更换了沟盖等排水设施，保证了内金水河排水的通畅，以及各排水设施的有效运行。故宫博物院成立后，对紫禁城排水系统的维护和保养亦为重视，每年在汛期前会对屋顶的瓦件进行检查修补（图20），对古雨水沟进行疏通（图21）、养护，更换失效的排水管道，及时修砌水沟、水渠、内金水河的侧帮，清除淤泥和杂草，定期对排水系统进行巡查，保证其有效的运行。

　　图20瓦顶修缮

　　Fig.20Roofrepair

　　图21疏通排水沟

　　Fig.21Draindredging

　　5结束语

　　紫禁城的排水系统包括屋顶、地上和地下三个部分，其屋顶排水方式巧妙，地上明沟、地下暗沟，下水道的各条排水线路纵横交织，沟通各个宫殿庭院，形成一个庞大而完整的排水网络。紫禁城排水系统设计精良，施工可靠，历年及时维护保养，不仅从未遭受过水患，而且至今能够完整地发挥功能。这体现了古代工匠的勤劳和智慧，对我国现代城市的排水措施也提供了宝贵的借鉴与参考。

　　参考文献

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