基于海绵理念的传统村落雨洪管理研究——以山西省晋中市后沟村为例

党天洁，董艳平，唐子清

(太原理工大学 建筑学院，太原 030024)

近年来，随着科技的进步、城市化程度的加深，城市内涝现象频频产生。为此，“海绵城市”的理念被提及和运用的范围也越来越广。海绵城市是指城市可以像海绵一样，具有“海绵”的特性，即在降雨时可吸水、蓄水，在需要的时候将蓄存的雨水加以利用[1]。其主要措施为“渗、滞、蓄、排、净、用”6方面，现阶段海绵城市的理念已在城市雨洪管理中逐步应用并发挥了重要作用。文献[2]阐述了在海绵城市理念下,市政道路给排水设计的具体实践方案；文献[3]探究了在城市滨水景观设计中引入海绵城市的概念对于缓解生态环境污染、改善城市排水压力所带来的积极效益。

海绵乡村的理念是由海绵城市引申而来的，即通过海绵城市的6个主要措施，采取人工及自然的手法，使得乡村在降雨时可以蓄积、排放、净化雨水径流，在需要使用时可以将存蓄的雨水释放出来加以利用，使得乡村可以更好地适应气候及环境变化[4]。文献[5]以福建省富竹村为研究对象，调查探究了南方地区传统村落基于海绵城市理念的理水智慧；文献[6]以陕西省王峰村为例，研究了传统村落旧村在海绵城市中的治水方法，并由此提出了新村的建设意见；文献[7]以山西省黄石村为例，研究了针对黄土高原地区所特有的雨洪管理模式；然而，现阶段对于传统村落水管理的研究往往针对单一功能或特点，缺乏对整个村落水管理系统的全面分析与研究。由“海绵城市”引申出的“海绵乡村”概念尚处于起始阶段，未获得广泛探究，缺乏实际的案例探索及研究。

因此，文章基于海绵城市理念，将目光聚焦于传统村落中的理水智慧，以山西省后沟村为例，对其传统排水系统从建筑、院落、街巷3个方面进行分析，总结出后沟村排水系统的特点及智慧，能够运用到更多传统村落的保护和建设中去，与当今乡村振兴的发展理念不谋而合。

1 村落概况及现状分析

山西省晋中市后沟村位于黄土高原丘陵沟壑地带，其所在地具有千沟万壑、崎岖不平、支离破碎的黄土高原地貌特征。这种地貌是由于水土流失的侵蚀而形成的，所以此地原本就存在山体滑坡等自然隐患。再者，由于此处属于温带大陆性季风半干旱气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，降雨的时空分布差异较大，导致夏季集中降雨时洪涝严重，冬季却干旱缺水，造成了山洪与干旱并存的雨洪问题。

后沟村的初始建设时间并没有明确记载，据考证最早年代为唐代，来自山东的张春晖在此定居并设计建造了后沟村[8]。此村的居民大多也为张姓，且张氏祠堂依然保存完好可供人们参观。据当地的老者及导游介绍，张氏原本想在山南面的阔子头村定居，但阔子头村排外现象严重，于是便选择了山后的这条山沟处建村。建村选址并非任意为之，而是因为此处有一泉眼，现在被称为龙门神泉，千百年来后沟村民皆赖此泉以滋养，是村民心中敬仰的神物，这眼泉水至今都涓涓流淌、清澈见底，静静地见证着后沟村的变迁。

2 古排水系统

后沟古村整体依照山势而建，坡度较大，且位于水土易流失的黄土高原地区，其雨洪主要有两种：一是从山顶倾泻而下的雨水径流，汇水面积大，且流经地表为自然黄土，因此具有流量大、来势凶猛的特点，这样会对村落环境造成破坏，影响村民们的生活[9]。二是村中内部由于排水不畅带来的雨洪，如村落地势较低处的排水口附近，若设计不当则会形成较大雨水径流区，造成危害。因此，后沟古村的排水系统设计尤为重要。

2.1 古排水系统的历史与修建

为应对上述两种雨洪的威胁，整个村子在设计之初就考虑了完善的排水方式。首先，由于此地处于大陆性季风气候区，年平均降雨虽仅为400 mm，但都集中于夏季，因此降雨的时空分布不均匀导致旱涝同期发生。其次，该村选址位置地势落差极大，平均海拔900 m左右，最高处与最低处相差67 m，构成了由沟、坡、塬地和少量的滩地组成的黄土台塬沟壑地形[10]。集中降雨时，发生水土流失及山洪的可能性较高。因此，后沟村形成了以建筑-院落-街巷这样分级削减的雨水排放体系见图1，使得千百年来后沟村从未因为雨洪问题引发事故。因此，本文将从建筑、院落、街巷3个方面对后沟村排水系统进行分析。

图1 后沟村排水系统整体框架图Fig.1 Overall framework of the drainage system of Hougou Village

2.2 建筑排水

建筑排水作为后沟古村古排水系统中的最小单元，主要包括建筑材质、建筑台基及散水、建筑屋顶3种排水方式。

2.2.1建筑材质

后沟古村的建筑形式主要以靠山式窑洞和独立式窑洞为主，材质多采用黄土、石块、砖等，约有75%的黄土墙建筑由于雨水冲刷存在坍塌现象，并受到严重的侵蚀，如图2(a)所示。当地村民会采用砖面/石面加黄土墙、砖面加石面的稳固组合予以应对[11]，如图2(b)所示。这种方法有利于减少雨水对墙面的冲刷，同时也可在一定程度上减缓雨水径流的速度。

图2 黄土墙建筑雨水冲刷坍塌现象及其加固方式Fig.2 Phenomenon of rain erosion and collapse of loess wall building and its reinforcement method

2.2.2建筑台基及散水

临街道的一侧，多采用石砌高台基，如图3所示，并且在建造时就设计了坡度和暗渠走道，在大雨来临时台基上并不会存留雨水，而是会顺着竖向设计沿路往下游流走。需要注意的是，临近建筑外侧与道路外侧的道路通常坡度会高一些，使道路本身在下雨时形成一条明渠如图4所示，这样遇到降水时，雨水便不会漫进建筑内，而是会顺着道路明渠排至下游。

图3 石砌高台基示意图(左为实景照片)Fig.3 Stone high foundation(left is the real shot picture)

图4 下凹路面示意图Fig.4 Concave road surface

院内建筑底部均有砖砌台基，建筑层与院内空间有10～40 cm的高差，防止大雨后建筑底部浸泡在水中，院内径流也可快速从涵洞排出，如图5所示。

图5 院内台基及排水示意图Fig.5 Schematic diagram of the foundation and drainage in the courtyard

2.2.3建筑屋顶

1) 屋顶形式

后沟古村的屋顶形式主要分为两种，一种为平屋顶，有2%～5%的坡度，通过图6所示屋顶上的2～3个猫头排水口进行排水，雨水口为村中特有的猫头排水口，且如果有女儿墙，很多会使用易排水的构造形式(用瓦片堆叠的镂空墙)[12]。还有一种为坡屋顶，即利用坡度和瓦当进行排水。其他还有平屋顶与瓦当排水的组合形式等，每家每户各有组合变化。

图6 猫头排水口示意图(左为实景照片)Fig.6 Schematic diagram of the Cat head drain (left is the real shot picture)

2) 排水方式

后沟古村的建筑排水方式有两种，一种为有组织的排水方式，即雨水径流的路线是被规划设计好的，雨水沿排水口落下，顺着坡度大概为2%的地面可以顺势流入种植区内，这样雨后的路面可以一直保持干燥，且雨水也得到了充分利用[13]。另一种则为无组织的排水方式，即雨水落到地面上后，或让其下渗，或依靠重力作用流出院落参与街巷排水，最终也达到让雨水径流尽快排走的目的。以将军府为例，如图7所示，其前院为有组织的排水方式，雨水通过石板下渗以及院内最低点排水口处，经暗渠排水。其后院则为无组织排水，雨水以下渗为主，若径流过多，则通过院内坡度从后门流入街巷，参与街巷排水系统。

图7 有组织排水与无组织排水方式示意图，以将军府为例Fig.7 Schematic diagram of organized drainage and unorganized drainage, taking General Mansion as an example

2.3 院落排水

院落排水作为后沟古村古排水系统的中间环节，主要包括排水涵洞与外界的不同交接方式、院内排水口的不同位置以及某院落完整排水体系的案例展示。

2.3.1排水涵洞与外界的交接方式

后沟古村中的涵洞与外界交接形式多种多样，这是为了适应不同情况下的径流排放，本文对其主要形式及特点进行了调查分析，如表1所示。

2.3.2排水涵洞院内排水口的不同位置

后沟古村的建筑屋顶雨水不再直接排向村中道路，而是排向院落内部，这样利于村民们对雨水的收集再利用(许多建筑排水口下面会放置瓷坛，用来收集雨水)。院内地势有竖向设计的考虑，排水口位置多被安排在院内地势较低处，如图8(a)所示，或是屋檐下，如图8(b)所示，根据径流量大小会适当设置涵洞及其他出水口[14]。

院内的道路铺装皆不会阻断雨水流向，反而会促进径流的汇集及下渗。一般会将主要道路做抬高处理，铺设青砖，其余路面皆为自然土路，这样雨水可以最大限度的下渗，即使无法下渗的部分也可以很快汇入排水口排出院子[15]。

2.3.3后沟古村某院落完整排水示例

该院落保存较为完整，且竖向层次较丰富，分别为山体窑洞(最高)、独立式窑洞(中等)、院内路面(最低)，降水先顺着山体窑洞的猫头排水口落入窑洞前的休息平台上，之后顺着坡度接着通过排水口落入独立式窑洞前的平台上，这些径流有一小部分直接通过砖缝下渗，大多数则会继续顺着地势流入建筑前的植物区进一步下渗，随后会流经自然土壤继续下渗，院中两旁的建筑屋顶径流也会汇集于此，最终下渗不了的径流都会通过院落的最低点排水涵洞流出院落，进入街道排水系统。图9为某典型院落的排水系统平面图和剖面图。

表1 排水涵洞与外界交接方式Table 1 Drainage culvert connection methods

图8 院内排水口位置示意图Fig.8 Schematic diagram of the location of the drainage outlet in the courtyard

图9 某典型院落的排水系统平面图和剖面图Fig.9 A plan and cross-sectional view of a drainage system taking a typical courtyard

2.4 街巷排水

街巷排水作为后沟古村古排水系统的最大单元，主要包括街巷与排水系统不同的交接方式、街巷铺装及街巷的横纵向设计[16]。

2.4.1街巷与排水系统的交接方式

1) 平行交接

明沟、排水口与道路平行设置，排水口常用于汇集各方向明、暗渠径流[17]。具体形式一般为：道路由卵石或石板铺设，沿路旁地势稍低处会有一条排水沟，排水沟铺装有的会采用粗糙卵石面，减缓水流速度延长下渗时间，有的则采用较平滑的石板，有利于径流快速流入排水口(此种一般向较大排水口汇集时出现)。

2) 垂直交接

排水口与道路呈垂直方向设置，通常以暗渠为主，随地形高差层层叠叠设置排水口，使山上的径流层层向下导出，最终流至最下游的龙门河内[18]。

2.4.2街巷铺装与雨洪管理

在海绵城市理念下的雨洪管理中，常用的手法为：渗、滞、蓄、净、用、排6种方式，在后沟古村中这些方式均有涉及，具体形式如表2所示[19]。

表2 海绵城市理念下街巷雨洪管理方式Table 2 Street and lane flood control method based on sponge city concept

2.4.3街巷横纵向设计

1) 横向设计

中心下凹式路面为主——以公共石磨区为例。石磨区位于道路旁，位于半山腰处[20]。这里以暗渠排水口为中心，四周地势都比它高，这显然是精心设计过的，如此一来，不仅石磨区域的雨水径流可以迅速被排走，道路上多余的雨水径流也可由此分担一部分[21]。后沟古村中的街巷大多都采用这样的设计，如图10所示。

图10 横向设计排水示意图—以石磨区为例Fig.10 Schematic diagram of horizontal drainage design-taking the stone mill area as an example

2) 纵向设计

坡度大小与道路材质并没有非常直接的关系，但是坡度稍缓的地方，大多采用大石板加少量卵石的组合；而坡度较大的地方，多采用石板插入地下，使地面摩擦力更大，不仅让人走起来更加安全，也可以使雨水径流速度降低，减小对地面的冲刷[22]。

3 后沟村古排水系统特点归纳

经过历代村民们的不断实践与完善，后沟古村的雨洪系统呈现出了低技术、高可持续性的发展特点，沿用至今仍可以达到雨后不湿鞋、路上无积水的分级雨洪削减效果。后沟村总体排水系统如图11所示，主要特点总结为以下3方面。

图11 融合海绵城市理念的后沟村总体雨洪管理系统Fig.11 Overall flood control system of Hougou Village incorporating the concept of sponge city

3.1 “因地制宜、阶梯分布”的选址布局方式

后沟村选址布局依据现有地势，建筑沿等高线阶梯状分布，可有效削减山洪的影响，如图12所示。

首先，村落整体高差较大，而建筑布局正巧妙利用了这一点，依照地形地势，院落层层叠叠地紧密排布在黄土坡上。其次，各院落间关联紧密，上层建筑的地面是下层建筑的屋顶，这样不仅可以有效地利用空间，更可以使排水系统经过每家每户。通过这种布局，可以自上而下顺势将整村的雨水径流有条不紊地排入下游的龙门河中。

图12 后沟村排水系统选址布局方式示意图Fig.12 Schematic diagram of site selection and layout of the drainage system of Hougou Village

3.2 “明走暗泄、分级排洪”的雨洪管理系统

后沟村的分级排洪的具体形式为：降水从最高的山顶处流入暗渠中，逐层汇入下一级排水道，最终排入村前的龙门河，如图13所示。首先，建筑通过不同形式的屋顶排水方式，将雨水汇入到院落中。然后，通过院落排水口将雨水汇入到暗渠总排水沟中。最后，多余的雨水径流则可通过街巷明沟一部分被收集到暗渠中，一部分则可直接流入龙门河中。建筑、院落、街巷排水分别构成了后沟村排水系统的3个层级，这三者相辅相成，缺一不可。

图13 “明走暗泄、分级排洪”的雨洪管理系统示意图Fig.13 Schematic diagram of the flood control system of “open and dark drainage, hierarchical flood drainage”

3.3 “就地取材，物尽其用”的排洪蓄存方法

通过在后沟村为期一个月的调查分析发现，这里所有的道路以及排水沟渠都使用了当地的卵石、石板等材料，将这些材料深深嵌入地表，不仅可以增加摩擦力，使人们沿着带坡的山路可以安全地通行，又可以让雨水径流的速度变缓，充当水簸箕的作用，增加其下渗的时间。除此之外，这种方法的另一个作用则是可以过滤掉一些杂质，防止排水通道堵塞。在资源较匮乏的黄土高原地区，这样就地取材、因地制宜的方式充分发挥了材料的特性及其价值[23]。

4 结论

传统村落中对于自然环境的尊重、雨洪管理的智慧都值得我们探讨与学习。后沟古村的古排水系统历经了千年的考验，它所传递的生态观、务实观至今仍发挥着重要作用。本研究基于海绵城市理念，分析了后沟村排水形式的分布状况及排水情况，对建筑疏水性、院落渗水性、街巷排水性进行了研究，最后得出该村落排水形式集成度特征，主要有以下结论。

1) 后沟村建筑选址布局依据自身地势特点，建筑沿等高线呈阶梯状分布，体现出了一种“因地制宜、阶梯分布”的选址布局方式；

2) 后沟村排水系统由高到低分级而建，各级排水系统之间分工明确、逐层汇入，明暗排水互为补充、相辅相成，形成“明走暗泄、分级排洪”的雨洪管理系统；

3) 后沟村的道路及排水渠中多铺设有当地特有的卵石与石板材料，起到了减缓径流速度，过滤雨洪杂质的作用，体现了其“就地取材，物尽其用”的排洪蓄存方法。

后沟村的排水形式不仅对传统村落建设有指导作用，还能为现代水环境管理提供宝贵的经验和智慧，对现代城市的发展有重要的借鉴意义：1) 现代城市建设可以借鉴传统村落建设经验，依据原有地形地貌做出相应的竖向排水设计，有利于径流的排放与汇集。 2) 现代城市建设在径流收集方面要做好雨污分流，且在流入管道之前应设置较多下凹绿地、雨水花园等海绵设施，削减部分径流，以及种植吸附性强的植物等，起到过滤杂质的作用，这样被收集的雨水径流可以在过滤净化后再加以利用。

在未来，将加大对传统村落理水智慧的研究，为实现乡村振兴人与自然和谐共生，走乡村绿色发展之路而努力！