古人的智慧:紫禁城排水系统详解

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  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2000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、保存最删剪的的木特性古代宫殿建筑群,也属于世界文化遗产。不仅没办法 ,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、充沛的景观,其无论在建筑特性,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位于,如明代的276年间,北京地区有10一三个小 多 多多年份位于水灾,其中严重水灾29次;清代的268年间,北京地区位于水灾的年份有128个,其中特大水灾5次,严重水灾200次。位于北京市中心的紫禁城为明清皇宫,距今近2000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、后面 高两边低的走向。其中紫禁城北门神武门地平标高约为46.0200米,南门午门地平标高约为44.2200米,竖向地平高差约2米,排水坡度约为千分之二。你你这些 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、地上和地下一三个小 多 多多每项。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。并能说明的是,“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一定会坡屋顶,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,并解决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并不是曲面形式,见图3。这使得雨水降落到屋顶后,并能太快了 往下排,且到坡底位置时,又并能向前方排出,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并能太快了 排走,本人面屋檐下的立柱、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”,为解决该位置渗水,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,犹如一三个小 多 多多小出檐,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。筒瓦扣在一三个小 多 多多相邻的板瓦上,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,以上做法既利于排水,一并也利于解决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,解决雨水渗入屋檐内,见图5。上述屋顶的坡度、瓦件的使用均利于屋顶排水。

  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,原来不仅利于建筑并不是的稳定及建筑防潮,否则并能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”,总深层达8.13米,见图6。三台的周圈为石质须弥座,上表皮下组织层为地砖,而核心每项则为分层夯实的灰土。为解决其在雨季因存水、渗水原困 下沉,紫禁城三台的排水极其重要。而三台之后位于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最好的办法的代表。

  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,每层台基的地面一定会3%~5%的坡度,使得上层台基的水直排向下层台基。每层台基的边界一定会栏板。每块栏板端部一定会望柱(短柱),栏板底部正涵盖直径为0.1米的近似半圆形泄水口,而望柱底部则伸出累似 于龙头的石质构件。你你这些 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,其深层同望柱宽、深层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。你你这些 设计不仅与台基整体尺寸相协调,否则利于雨水向前方排出,否则可解决栏板底部有雨水回流。不仅没办法 ,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114一三个小 多 多多排水兽,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,其排水最好的办法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,并解决产生滑倒,有并不是特殊台阶地面,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(即条砖的深层)。礓嚓排水最好的办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最好的办法。太和殿广场正涵盖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,后面 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,否则比太和殿广场你这些 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,通过一三个小 多 多多铜钱特性的雨水口进入暗沟,该雨水口称为“钱眼”,见图10。之后广场西高东低,因而暗沟的雨水汇入东南角,进入了更深的涵洞,见图11。你你这些 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后面 →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,犹如一三个小 多 多多个小型四合院。你你这些 院落的地面相当于小的“广场”,其排水最好的办法与宫殿广场累似 。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,甬路的断面亦为后面 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一定会散水,坡度约为5%,因而建筑底部亦我不要 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,原困 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不得劲要。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米左右安装一三个小 多 多多石质水槽,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。为解决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。并能说明的是,紫禁城外墙无排水槽,其主要目的是利于保持城墙外表皮下组织层庄严、壮观的效果。对于城墙地面而言,其外墙侧的深层比内墙侧高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黑点,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为南十三排附进消防管线施工时挖开的暗沟,断面宽该暗沟为东西向,其作用是将十三排建筑其中一三个小 多 多多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进的内金水河。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2200米长河道的删剪淤泥,修砌了两岸河墙及15座桥梁,并将紫禁城内总长度约为20000米的所有大小沟渠淤泥清理,一并还修整了河帮、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,每年在汛期一定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刚现在开始语

  紫禁城的排水系统包括屋顶、地上和地下一三个小 多 多多每项,其屋顶排水最好的办法巧妙,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,形成一三个小 多 多多庞大而删剪的排水网络。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,否则至今并能删剪地发挥功能。这体现了古代工匠的勤劳和智慧,对我国现代城市的排水最好的办法也提供了宝贵的借鉴与参考。

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