暴雨后紫禁城無明顯積水 單霽翔揭秘故宮強大排水系統

人民網北京7月26日電 近日,近600歲的紫禁城,因京城連日大雨成為關注焦點。特別是從7月19日凌晨至20日夜間,北京遭遇長達55個小時的降雨天氣過程,是2016年入汛以來最強降雨,全市平均降雨212.6毫米,城區平均降雨274.0毫米,均超過了2012年“7·21”特大暴雨過程,為多年所罕見。雨后,媒體爭相傳播一組故宮雨景照片,不僅展示了難得的“千龍出水”場景,特別是大暴雨時故宮博物院內地面未出現明顯積水,更顯示出故宮完善的排水系統和強大排水能力。人們一方面,感嘆古人建筑營造的智慧與匠心,另一方面,也贊美今人保護遺產的執著與悉心。
古人建筑營造的智慧與匠心
故宮博物院院長單霽翔介紹稱,紫禁城建造之初,對排水系統進行了精准測量、精密設計和精細施工。京城北依燕山、東臨渤海,地形北高南低,因此水向東南流。紫禁城的地面順應北京地區地理環境,整體走勢亦呈北高南低、中間高兩邊低,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,這一坡降為自然排水創造了有利條件,使積水能緩慢排泄。紫禁城內的排水溝渠全部通向內金水河。內金水河又與紫禁城城牆外側52米寬的護城河相連,之后同周邊的外金水河、中南海等水系相通,這些水系同時兼有排水功能,相對整個排水體系來說,紫禁城排水系統是北京城區排水系統的第一級,這是昔日皇家地位的體現。
內金水河河水從神武門西側的水閘流入,經壽安宮西牆外,南至武英殿東折,經太和門、文淵閣前,至東華門內南側的水閘流出,與外金水河匯合,即所謂“來自乾方,出自巽方”。由此可見,內金水河自西北向東南,流經大半個紫禁城,在紫禁城東南角流出,匯入護城河,護城河又與北京城水系相連,消納紫禁城的雨水。在此基礎上,紫禁城整個排水系統經過統籌規劃,設計營造了主次分明、明暗結合的龐大人工排水網絡,疏通各個宮殿院落的排水系統有干溝、支溝,有明溝、暗溝,有涵洞、流水溝眼等眾多排水設施。
紫禁城內總的雨水走向,是東西方向的雨水匯流入南北干溝內,然后流入內金水河。紫禁城排水系統分為三類,分別是建筑排水、地表徑流、地下暗溝。雨水降落時,一部分雨水落到建筑上,沿著建筑屋頂琉璃瓦落到地面,之后雨水會順著明溝流到地下暗溝溝口,還有一部分雨水直接形成地表徑流,順地面坡度流入院落和房基四周的石槽明溝,明溝若遇有台階或建筑物,則從“溝眼”穿過,匯入暗溝。地下暗溝縱橫交錯、四通八達,雨水排入暗溝以后,再由支溝匯集到干溝,經干溝排入內金水河。歷年固定時間淘挖養護,幾百年來排水效果良好,無論雨量多大,並無積水之弊。
故宮前三殿的排水功能格外引人注目。太和殿、中和殿和保和殿前后排列,坐落在一個8米多高的工字型台基上,台基面積25000平方米,分為三層。在台基四周欄杆底部,有排水的孔洞,每根望柱下還有一個雕琢精美的石龍頭,其口內為鑿通的圓孔,也是主要的排水口。三層共有龍頭1142個。雨水逐層下落,使得台面無積水。值得一提的是,台基底部的石龍頭也稱螭首或角獸,是用於須彌座轉角處和望柱外緣之下的排水構建,多鐫刻成龍首形,具有很好的裝飾作用。從螭首龍頭孔中流水,在大雨時如白練,小雨時如冰柱,在暴雨時,會呈現“千龍出水”景象,蔚為壯觀。三台雨水逐層向下流,院內地面留有泛水坡度,北高南低,繞四周散水都有石槽明溝,在台階下有石券涵洞接通干溝,使流水順利通過,最后排入內金水河。
今人保護遺產的執著與悉心
單霽翔說,作為故宮人,既為紫禁城的智慧營造而感到驕傲,更認識到保護文化遺產的責任重大。“我們開展了一系列研究、保護工作,使紫禁城的排水功能永葆青春。”
故宮的防洪排水系統已經經歷了將近六百年的時間,歷朝歷代都有一些改建和維修,需要經常研究目前的功能狀況。近年來,故宮博物院啟動了故宮排水系統專項課題研究,為故宮排水系統的科學管理和利用打好科學研究的基礎。每次降雨過程都是最好的發現問題時機,故宮博物院利用雨季,投入專業人員,到現場記錄排水情況,繪制並匯總全院積水點分布圖。根據分布圖更為全面深入地分析積水原因,研究綜合解決方法。
故宮排水系統專項課題研究中,故宮博物院專家通過實地走訪調查研究,發現部分區域原有的古代雨水系統,經過不同朝代疊加的建設活動,而有所損壞或難以發揮原有功能,就此提出修復方案,進行功能恢復。但是總體來看,經過重新修建的部分比例很小,主要在原來沒有排水系統的位置修建了新的排水管線,大約佔總量不到10%,大多位於故宮的邊緣地帶。因此可以說,目前故宮博物院的排水系統基本是採用原有古代雨水系統。
故宮的排水系統研究除了眾所周知的排水渠道外,還計劃對故宮區域內不同類型的地面鋪裝的滲、滯和透水能力進行研究,最終評估其綠色排水設施的排水能力(海綿能力),這樣可以有助於我們對故宮整體排水能力有全面和科學的認識,同時也可以對海綿城市的相關研究提供數據支持。
進一步完善排水系統功能
現代的氣候特征,特別是全球氣候變化,使建造於古代的故宮排水設施面臨新的挑戰。因此,古代雨水系統能否滿足當前的雨水量排放,成為重點監測和研究的問題。
單霽翔介紹說,2015-2016年,故宮博物院開展了古代雨水系統試點區域調研項目,此次調研項目范圍包括西六宮部分區域(永壽宮、翊坤宮、儲秀宮所在院落),養心殿及乾清門前廣場區域(養心殿院落及乾清門、隆宗門前廣場整個區域)。初步評估結果顯示:調研區域內各類雨水口共64個,形式分為七大類:其中數量最多的是單孔立式無格柵類型,佔總數的53%﹔其次是雙孔立式,佔25%﹔帶格柵的僅佔11%。調研項目分析了每一處雨水口的過水面積功能和狀況。並按照目前城市所用格柵式雨水口的設計要求進行折算,單格面積幾乎全都超過了設計規范所建議的最大值,因此現有故宮內這些區域雨水口結構尺寸,均可以滿足雨水排放的要求。
紫禁城古代排水設施是故宮世界文化遺產的重要組成部分,應該和故宮古建筑一樣得到精心呵護。為時18年的故宮古建筑整體保護修繕工程將古代排水系統保護納入其中,正在穩步推進實施。故宮博物院通過與古建筑維修工程相結合的方式,對雨水系統進行維修保養。2014-2015年,故宮博物院慈寧宮、壽康宮、慈寧花園開放項目維修時,對三個區域的雨水系統也進行了整體保養修繕。在此次大雨中,這三個區域排水管線均運行正常,未發現堵塞現象。
隨著故宮社會功能的增加和強化,在保護和保留原有雨水系統的同時,需要建設完善的污水排放系統,實現雨污分流排水系統建設。目前故宮博物院內部排水系統已經形成雨污分離的兩套排水系統,污水系統是同市政管網相連的單獨管線,排水系統僅用於排除雨水。同時,紫禁城宮殿建筑密集,路面多為磚石鋪設。幾十年來,大量地面鋪裝改為水泥地面和瀝青路面,不利於排水和滲水。故宮博物院從2015年開始逐步將全院的水泥地面和瀝青路面改為磚石材料的傳統建筑材料,不但使景觀環境得到改善,更使排水和滲水功能得到加強。
故宮博物院正在實施的“平安故宮”工程中,包括基礎設施改造,力圖在確保安全、統一規劃的前提下,對現有基礎設施進行全面升級改造,實現優化管理,方便維護和檢修,以期及時發現問題,消除隱患,以完善、先進的基礎設施為故宮安全奠定堅實基礎。其中通過疏浚、整理原有排水系統,精確核算排水能力,做好防止倒灌措施,充分發揮排水系統的作用。(張鴻騰)
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