中国古代城市排水竖向设计的历史经验

中国古代城市排水竖向设计历史悠久，其经验对现代城市建设具有借鉴意义。2000多年前《管子·度地》首先提出明渠水流和有压管流运动规律及水跃现象，建立起了明渠水利水力坡降的概念，对有压管流、水跃等水流现象进行了阐述，根据当时渠道引水的经验提出明渠的纵坡：“尺有十分之，三里满四十九者，水可以走也。”用尺的1/10即1寸作为单位，在三里（5400尺）长度内，渠底高度降落49寸（大约0.9‰的坡降），可满足水流流动，在当时处于世界领先地位。《管子·水地篇》提出水为“万物之本源，诸生之宗室”。在都城选址上提出：“凡立国都，非于大山之上，必于广川之上。高毋近旱而水用足，下毋近水而防涝省。”从现代角度来看，该都城为竖向规划的水工程，既包括城市饮水供水系统，也包括城市生活和大气降水径流的收集和排放。

合理地对地形的高程和坡度进行设计，是竖向设计的关键。排水渠道的坡降过大，则水流速度过大，引起冲刷，造成危险；坡降过小，水流过缓，泥沙容易淤积，排水不畅。因此需要在水准高程、距离远近、地形地势等方面进行精准的竖向规划设计。本文从竖向排水设计的起源谈起，梳理了中国古代城市竖向设计的发展历程，从先规划、后建设，从竖向出发、因地制宜，竖向设计利于行泄暴雨径流三个方面得出古代城市排水竖向规划的启示。

01 竖向排水设计的起源

竖向工程的排水设计是随着原始聚落定居生活的出现继而产生的。原始聚落多位于河崖等高地之上，以散流、漫流、下渗、自然蒸发或汇流等方式，较为便利地把降水和人工废水快速排入低地或河流。距今9000多年前新石器时代早期，河南省新郑唐户原始村落，拥有一套完整的绕房排水系统；距今6000多年前的西安半坡村、杨官寨遗址，居住区域布局合理，且有从聚落内流向环壕的小渠，设计了排水设施；室外地面上有厚厚一层掺杂贝壳的混合灰泥且向上抬升，地面坡度使得雨水顺利排泄。这些古城遗址表明新石器时代早期人们已经具有竖向规划的意识，注重利用自然地形地势进行排水。

02 中国古代城市排水竖向设计的历史分期

新石器时代后期至夏商时期

新石器时代后期至夏商时期，是城市形成并逐步发展的初级阶段。这一时期的古城已经具备简单的排水系统，主要由城内沟渠、壕池以及天然河湖共同组成，沟渠逐渐开始具备防洪排涝的作用。4300多年前龙山时代的淮阳平粮台古城遗址出土多处陶制排水管。从整个管道看，其北端稍高于南端，利于向城外排水。管道周围填以料礓石和土，其上再铺0.3m厚的土作为路面。排水竖向工程由原始就地散流进入排放型技术时代。

3000年-3500年前的偃师商城遗址的排水系统同样显示了较高的竖向设计水平（图1）。每座宫殿均具有小规模排水系统，地势西高东低，南北两侧微高，中部低洼，东端正对排水沟洞口。宫城内各个宫殿之间的排水暗沟相互连通，构成小型排水网络。另外，宫城排水网与城市排水主干道也相互连通，构成整座城市的排水系统。城市中长方形池苑与护城河相连，池塘西侧注水渠道通过西城门下沟渠将水注入池塘，东侧排水渠道经东城门底部将水排入东护城河。注水渠道、城中池苑、排水道、护城河等经过合理的竖向设计组织，形成了功能完备的城市给排水循环系统。

西周至春秋战国时期

西周至春秋战国时期是城市大发展时期，在城市规划和设计上涌现出许多学说。对于城市防洪排涝，《管子》主张因地制宜的竖向规划:“地高则沟之，下则堤之”； 城内必须修筑排水沟渠，“内为落渠之写， 因大川而注焉”，排于大江河之中。在城市选址竖向规划上，《管子》 主张: “凡立国都， 非于大山之下， 必于广川之上， 高毋近旱而水用足， 下毋近水而沟防省”。

从春秋战国开始，用木棍穿在夹板之间、使之固定，在两板间夯土竖向筑城的办法已经普遍采用。考古发掘证明：春秋战国时各国的都城均有较完备的排水竖向设计。齐国的临淄城、燕下都、曲阜鲁国故城、楚都纪南城都是如此。

齐国故城临淄，东临淄河，西依系水（泥河），南有牛、稷二山，北为广阔原野，地势南高北低。故城分大城和小城两部分，大城为郭，小城为宫，面积15km2，东西城墙紧邻河岸，淄河、系水作为天然护城河，与大城南、北墙外，小城东、北墙及西墙南段挖筑的护城壕沟（全长11920m）相沟通，四面环绕城墙，构成完整的排水网（图2）。大城的西北部是全城最低洼处，承担了大城内绝大部分废水和积水的排泄，西侧系水和北侧护城壕沟处设置了两个排水道口（图3），以便能顺利排泄雨季洪流。小城内宫殿区在每个建筑周围有用河卵石铺成的斜坡式散水遗迹，并在地下发现汇集水流的水管道，断面或为边长35cm的三角形，或为直径约25cm的圆形。宫庭院落内的积水，通过管道或流入渗水坑，或流出院外，汇入城市排水系统。

秦汉至五代时期

自秦汉至五代，江浙一带顺应自然地形结合竖向设计，出现了更多的“水城”。城市内密布的河网，不仅发挥了交通和供水的作用，还成为城市排水排洪的干渠。

图1 偃师商城宫城池苑遗址引水和排水

图2 齐故城排水管网示意图

图3 齐故城排水道口

汉长安（BC194-BC190），内城面积35km2，城市选址符合“高毋近旱而水用足，下毋近水而沟防省”（《管子·乘马》），城市规划科学合理，建设了周密完善的城市水系，从而综合解决了城市供水、排水、调蓄、航运等问题。城市排水系统主要由城壕和明渠组成，《三辅黄图》中记载:“城下有池周绕，广三丈，深二丈。”（图4） 据实测，城外环绕的城壕宽约8m，深约3m，总长约 26000m。明渠自西向东横贯全城，长度约为9000m。汉长安城水系有昆明、镐、太液等池，均有调洪蓄水的作用。长安城遗址台基北侧发现数段排水管道与两个沉淀池相通，进出高低计算精确，房顶雨水先汇入沉淀池沉淀杂物，再从建筑物中排出。

宋元明清时期

宋代城市排水竖向工程设计的典型案例是江西赣州福寿沟（图5），消除了当地暴雨内涝的水患，至今仍运行良好。赣州古城依据城市地形特点、街道布局以及发展趋势，利用竖向设计对城区地表水进行疏导，建造了福沟和寿沟两个排水系统。寿沟受城北之水，福沟受城南之水，纵横纡曲，条贯井然。福寿沟为矩形断面，断面尺寸大，坡降也大（最大段大道20.4‰）。在科学合理的竖向设计下，福寿沟根据地貌形成随形就势的地表径流机制，以及城内主次分明、排蓄结合的排水网络，用来迅速排泄城市强降水。主沟完成后，又修建了一些支沟将城内原有散落的水塘连通起来，形成城内活水系，雨季调蓄城内径流，在无法及时外排时避免古城内涝的发生。

元代元大都排水系统的规划设计与城市总体规划同时进行，大都城以今北护城河地势最高，沟渠由高向低向南、向东和向北三个方向布局设计。大都城内沿着主要的南北大街两侧用石条砌筑宽1m×深1.6m的明渠，沟渠两旁还有与之垂直的暗沟。沟渠的排水方向，与大都城内自北向南的地形坡度完全一致，通过排水干道，将水通过城墙下预先建好的涵洞排出城外。金水河、坝河和通惠河是全城排水的主干渠，这些泄水渠集各街雨污水就近排入以上各主干渠中。皇城的排水，西苑一带可泄入太液池，流至通惠河，宫城内可直接泄入通惠河。大都城排水系统的规划设计依地形地势而行，因势利导，进行测量设计和施工。在元大都基础上扩建改造的明清北京城(图6a)，保留并疏通了元大都的排水沟渠，清北京城又增建了新的沟渠，形成了内外城明渠暗沟网、城壕、城内河道构成的排水系统。

紫禁城北门神武门地坪标高46.05m，南门午门地坪标高44.28m，高差约为2m，其排水设施充分运用这一地形特点，将东西方向的支线排水汇集到南北干沟内，利用自然坡降设计营造了纵横交错、主次分明、明暗结合的完整排水系统：明排水通过宫院、道路的砖石铺地做出泛水，通过各种排水口、吐水嘴排到周边河中；暗排水通过地下排水道将水排入内外金水河，最后汇入护城河。城内各宫院地面留有庭院水流的落差坡度，院子中间高，四周低，北高南低。南北向御路或甬道断面通常中间略高、两边稍低，为院落的分水线。绕四周房基有石槽明沟，雨季时雨水顺坡流至明沟汇流。明沟若遇到台阶或建筑物，则在台阶下开挖一石券洞让水通过，或通过“钱眼”雨水石板汇入暗沟，而后依次通过支线、干线排入内金水河，再经东华门南隅的水闸流出，与外金水河汇合（图6b）。

图5 福寿沟平面分布图（图片来源：《同治赣州志》）

图6 a 明清北京城示意图 b紫禁城排水干道图

图7 中国古代城市排水竖向示意图

03 中国古代城市排水竖向设计的启示

先规划、后建设， 高度重视城市规划的作用

城市规划的主要的目的是要实现城市中各种功能要素的合理布置，并且充分发挥这些布置的作用，使城市实现科学健康可持续的发展。中国古代城市大部分也是按照一定的制度先规划后建设的。《考工记》 《商君书》 《管子》 《墨子》等著作中散见许多中国古代城市规划的学说。如《考工记》中对周代城市大小、城内道路宽度、城墙高度和建筑物颜色等作出区分。《管子》主张建设城市要选择合理的地形，以免遭受旱涝之害，节省开渠引水和筑堤防涝的费用等城市选址的思想。中国的一些城市如西安、洛阳、开封、苏州、杭州、北京、南京等建设前都经过周密的城市规划。

现代城市在城市规划和建设中一定要坚持“先规划、后建设”的原则，制定完善的规划和建设标准，同时还要发挥城市本底优势，使城市规划具有一定的地方特色，切不可为了追求一时的片面经济效益而忽视了城市的整体效益，同时要协调好各方面的因素，确保规划和建设的顺利进行。

从竖向出发，顺应自然，因地制宜

古代科学技术和工程技术相对落后，城镇排洪防涝多需要依靠原始经验方法，

遵从自然地理竖向，重视自然风水，保护和利用自然地理地形地貌，敬畏人水关系，顺应自然，以此来规避自然灾害、建设生存的家园。这也是历经千万年的磨合，人类与自然相处收获并积累的长期经验和智慧结晶。

现代社会科学技术飞速发展，工程技术层出不穷，人们有了更多应对自然灾害的方法和技术，开始忽视自然的存在。人们习惯运用现代科技手段粗暴地解决地形等问题快速完成城市建设，常常忽视遵循自然规律。如在现代建设中为减少施工难度、加快施工进度，忽视当地特殊的自然地形和水文条件，填沟平洼，截弯取直，在各个地区进行“宜平宜直”的城市建设，导致湖泊湿地显著减少，形成大量的“死水涌”。这样的建设将破坏、阻碍自然汇水和排水，降水时易形成局部低洼点，增加城市洪涝灾害的风险。

因此，要借鉴古代排水的历史经验，从竖向出发，充分尊重和顺应自然，充分利用天然水体，通过竖向衔接，建设完善的城市水系。在不同地区的城市建设中因地制宜，如高原山地型城市，保护其山水格局，城镇及其道路应依山势布局，利用其自然地势坡度为道路大小排水系统的构建和形成提供有利条件，并与下游受纳水体实现合理的竖向衔接。平原棋盘式道路布局的城市，可通过道路间的巧妙竖向设计进行汇水、排水。合理设置高程点，暴雨时，将街道作为临时汇流疏导通道，将超标径流导向城外河道。

竖向设计要利于行泄暴雨径流

古人善于利用“水往低处流”的常识，充分发挥竖向作用进行排水系统构建并防范城镇水涝灾害，在地势平坦区域也注重人为造“势”，通过地表沟渠、道路竖向设计与竖向衔接，使径流依靠重力排放。古代城镇道路通过竖向控制使得道路与道路间、与受纳水体的顺利衔接，道路与周边场地的竖向关系也被妥善处理，充分考虑了雨水的疏导和排放，确保暴雨径流的顺畅排放（图7）。

现代城市的道路系统要比古代要复杂得多，仅依靠古代重力排水的方法会存在许多难以解决的问题，需要运用新的方法和手段。现代城市规模大、建筑密度高，古代城镇规模普遍较小，通过道路比较容易将径流很快导向城外，而现代城市道路路面排放与河道连通性的难度更大，并且还需要考虑道路排水的交通安全问题。现代进行排水竖向设计时，还应具体规定道路大排水对断面和流速等具体安全指标，用更加科学的方法设计和模拟，更好地发挥现代科技的优势。但古代的经验和智慧不应被废弃，既要在重拾古人智慧的基础上突破长期以来排水竖向设计的局限，又要客观面对现代城市复杂的局面和更高的要求。

04 结语

综上所述，中国古代在道路排水竖向设计方面的基本思路、方法和智慧对现代城市设计具有重要的价值，总结中国古代城市排水设计的历史经验，分析其规划方法和设计思路，剖析其大排水系统应对暴雨的理念与智慧，对现代城市道路与场地的竖向的整体规划设计的把握、对自然的尊重与合理改造都起着重要的作用，将为更好地构建现代城市排水体系提供有益的借鉴。