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【学术声音】王沛永:古代北京城市水系规划对现代海绵城市建设的借鉴意义

日期:2015-07-30  

【导读】近年来我国城市内涝灾害频繁发生,一到夏季各个城市纷纷“看海”。依赖大规模基础设施和管网建设的传统雨水外排模式已经无法满足现代城市雨洪管理的要求。当前城市建设破坏了水的自然循环与流动,“水”、“绿”分离,雨水没有滋润城市绿地,直接排泻进河湖水系,既污染了水系又带来洪涝。

近年来我国城市内涝灾害频繁发生,一到夏季各个城市纷纷“看海”。依赖大规模基础设施和管网建设的传统雨水外排模式已经无法满足现代城市雨洪管理的要求。当前城市建设破坏了水的自然循环与流动,“水”、“绿”分离,雨水没有滋润城市绿地,直接排泻进河湖水系,既污染了水系又带来洪涝。要解决当前问题,应该充分利用城市上下游低洼地,使城市水系发挥巨大的海绵作用。


明在元大都基础上改建都城,开外护城河与内护城河相连,挖内外金水河,绕紫禁城凿护城河。明都城内建设了大量河网水系,排水明沟,在防洪防涝方面发挥了巨大作用。明代定都北京前,河道堵塞水系退化,水患次数增多,达到平均6.5年一次,建城后经水系治理,降为12.5年一次,效果显著。北京历史悠久,纵观其城市发展演变的历史,不难发现水系与城市之间密切的联系。蓟城时期开凿了车箱渠。金代开凿了护城河、金口河、长河,使高粱河与闸河(今通惠河)相连。金中都城址较低,易受永定河泛洪影响。元代选新址建元大都,开金水河,引白浮泉水,接通惠河。新城地势较高,位于永定河冲积扇脊背上,一定程度上减弱了永定河泛滥的威胁。据史料记载,元大都建都83年间,仅有5次水患,平均16.6年一次。城内湖泊面积较大,城市内涝问题较少,但西山泛洪的威胁却增加了。


清时期北京西郊一带进行了一系列园林建设,维持了大量河湖湿地,对北京抵抗西山洪水起到重要作用。与明代相比,清代建都北京的267年间,共有5次水患,平均53年一次。


明北京城在元大都城址的基础上南移以避险,清朝沿袭明代都城和皇城。北城墙南移,这样有利于抵御西山洪涝带来的淹城风险。后又开拓都城,最终形成“凸”字形布局。从元大都到明北京,城墙屡次变化,其根本原因是雨洪威胁,进而产生水系的变迁,导致城市形态的变化。


除此之外,从元大都起,北京城就开始修建城内排水系统,主要包括城内明渠暗沟,城壕,城内河道。据史料记载,明天启年间,内外城壕约40.47km,加上紫禁城的城壕,城壕共长44.27km。城内排水干渠河道总长约64.27km,城内河道密度为1.07km/km2。到了清乾隆年间,内城大沟约97.7056km,小沟约313.92km,内城面积约为35.5km2,所以内城大沟密度为2.75 km/km2,小沟密度为8.84 km/km2。城内排水系统完备,城外有大量的河网水系可以进行雨洪调蓄,共同组成一个保证雨洪安全的系统。从金到清所有的水利建设都在致力于构建完整的水网体系,包括低洼地,池塘,湖泊,河道水渠,护城河,城外的自然河流系统。完整水系网络的构建不仅满足了漕运,为生活和娱乐提供了充足的水源,而且也在城市防洪排涝方面起到了巨大的作用。暴雨时雨水顺排水沟渠进入城市内部的湖泊、池塘,再由河道引水出城到城外护城壕池,再排到城外的自然河流中。雨水在完整的水网中缓缓流过,增加雨水下渗的机会,雨水进入地下参与自然循环。


完整的水网结构建立之后,还要求水体有完善的功能。城市低洼地,池塘汇聚雨水,就近收集滞留雨水。人工修建的排水沟渠是地面上的排水系统,保证雨水就近排放。各种引水河道水渠,湖泊为满足城市生活,宫苑给水,漕运用水,沟通串联起整个完整水系。城外自然大河则为城市提供充足的水源,与大海相连,调控整个城市的水量。在这个过程中,暗沟主要用于人口密集区域,多在雨洪排放的起始段设置,路边的排水沟渠相勾连,引导雨水进入城内排水河道。这些河道具有很强的蓄水作用,足以抵御暴雨径流带来的威胁。明清时期城市内涝的发生往往是由于城外河道泛滥,大水围城内城河水无法外排导致的,如果没有外城洪水,内城的河道足以发挥更大作用。


清代时期北京城内的内涝次数减少,一方面永定河治理比较完善,河道决堤的次数减少,另一方面西山雨洪也得以治理,外水围城的机率降低了。北京西郊的湿地水体一直是主要的水源地,也是洪泛威胁的源头之一。清代皇家园林群“三山五园”的建设是水系治理与人居环境建设的典范,其经验与做法值得我们今天学习。


昆明湖是瓮山泊扩大而成,在东岸建堤作拦水坝,拦蓄上游泉水,水面扩大后形成优美的堤岛空间。昆明湖建了三个水闸,平时关闸用来汇集上游的泉水,需水时开闸放水补给。遇大雨山洪,水位暴涨则开闸泄水直接进入清河。昆明湖水库的成功建成为西北郊园林群造景水源及京城用水周边田地灌溉提供了充足且可调蓄的水源保障。北京西郊水草丰美风景秀丽,从元开始就有皇家贵族的别墅园林,明清时期更是皇家园林的集中地。这里除了园林水体、河网,还有大量的沼泽地、水稻田,在北京城市水系构成中占据重要的地位,是湿地集中的地段。清代皇家贵族利用这里的水系形势,建造了大量“水景”园林,以河湖吐纳雨洪。自然水系是以河道串联湖泊的形式,在河流宽阔或地势低洼处可以汇聚形成大湖面,使水系具有自然的滞洪、蓄洪功能。西郊园林群的建设也遵循了自然河湖相连的原则,利用水系低洼或宽阔处,扩建水面造园,是对城市水系的完善和发展。


北京西郊皇家园林群的建设改变了这一地区的自然面貌,由于皇家园林持续的维护管理,使得这些河湖水面不间断的发挥防止雨洪灾害的作用。园林内湖体吸纳了西山汇流的大量洪水,也承载了水系周围的地表排水。由于水体具有足够的蓄水容积,所以对洪涝灾害具有巨大的缓冲作用,在一定程度上保证了北京城雨洪安全。洪水过境之后,湖体吸纳的雨洪可以缓慢释放,补充水系水量,发挥巨大的海绵作用。


此外还采取措施,控制雨水的水量和方向,防止水患的发生。在清代为了保证昆明湖水量,从香山碧云寺、樱桃沟及玉泉山修建了引水渠直达昆明湖。同时为了抵御山洪,还修建了东北和东南方向的泄水河,直接将过量的雨洪引入清河和高粱河,绕开了昆明湖及玉泉山皇家园林群,如今泄水河仍在并发挥作用。园林内部在消纳雨洪的同时也运用了多种手段避免这些雨水带来负面影响,结合园林造景,人与自然达到和谐统一。如颐和园的桃花沟排水沟、寅辉城关排水沟等。


蓄,即为蓄积雨水。在降雨过程中通过蓄积一定量的雨水,使得雨水不至于快速下泄,可以保证降雨与排水错时进行,有利于削减洪峰。在城市低洼地排水不畅时应考虑蓄水措施,将雨水临时排放到蓄水设施中,避免内涝。清代北京城外西郊的皇家园林群,建设了大量的河湖湿地。当西山雨洪爆发时,在源头蓄积雨水,暂时储存起来,不致使于雨洪迅速接近北京城,可以保证城市安全,即为源头控制。元代和明清时期,城市内部顺应地势,遵循低处排水的原则,在城市低洼地形成池塘或湖泊。暴雨时,雨水可以迅速随地势流入这些水体,消除内涝。城市中心区的积水潭、什刹海、北海,南城的陶然亭、龙潭湖,城市东郊则有坝河、亮马河、水碓子、团结湖等河湖水系,都具有这样的功能作用。应当注意,城市水系应具备与其城市规模相适应的蓄水容积,不然即使有完整的水网结构,也会因排水不畅而产生内涝。明清北京为了解决雨洪问题多管齐下,城外修筑永定河河堤,拦截洪水,西山依靠皇家园林群调蓄山洪,城市内部用河道水系防止内涝。而现在城市扩张导致城市内及城市近郊的河湖水系发生了巨大的变化,一些河道和池塘被填埋。人们逐渐认识到要解决城市内涝问题,不能仅靠容积有限的管道进行排水,应综合运用管网、河道、低洼地等综合设施,建设海绵城市。应从城市水系入手的重新整治入手,统筹城市水体循环,恢复一些河网低洼地,梳理城市河道。应综合利用蓄、分、导、渗等措施对城市水系进行整治。


分,即为分流,在雨洪产生的源头处将过量的雨水分流出去,引入远离城市的河流,可以避免一些损失。我们的城市河道是按照一定防洪标准修建,但是不是标准越高就越好,毕竟防洪标准提高后对河道的宽度、深度等要求就提高了。而高标准也意味着低概率,日常河道的景观就会变差,人与河道的亲密关系就消失了。因此在雨洪安全与城市景观之间需要寻找一点的平衡。北京古代城市水系建设中就采用了分流的方法,在北京西山雨洪出山处修建了北泄水河和东南泄水河,日常小降雨时河道将雨水引导至昆明湖,而强降雨发生时,通过北泄水河将部分雨水直接引导到清河,通过东南泄水河将部分雨水引导到西郊,绕过北京城后排入城南河道。这是兼顾了排水安全与日常使用的最佳方案,对现代城市的河网水系治理提供了范例。


导,即为疏导,把地表水利用城市内部的河网、排水明沟或暗渠,及时对雨水进行有组织的疏导、排放。现代城市建设大量使用管网代替古代城市中的小型排水明沟,导致城市在雨水径流产生的初期就大量汇流。现代城市往往河道排水系统形不完整,主要依靠地下管网将雨水排入河道,城市内部排水仅有主干河渠,支渠减少,微型河道消失。河网密度大大下降,河道对雨水调蓄能力有限,所以根本无法及时将雨水导出。当瞬时暴雨来临时,就存在很大的内涝风险。


在海绵城市建设中,尽可能在径流产生源头使用透水的沟渠组织雨水排放,提高沟渠的密度和长度,有利于雨水下渗和延长雨水汇流的时间,降低洪峰流量,同时可以沉淀泥沙,控制雨水携带的污染物转移。在这些排水沟渠逐级增加汇流量的过程中,就需要提高沟渠的宽度、深度,逐渐变为城市排水的河道。这里所提到的沟渠不仅仅是市政道路边沟,而是需要根据城市地形条件,尽可能多地保留城市原有自然排水汇流的渠道,并在其两侧控制一定宽度的绿地,形成排水河道的同时也增加了城市绿地。这些排水沟渠应连成网络,并沟通城市较大的河道,成为城市自然水系的组成部分。城市由于这些沟渠的存在使得雨水管网可以就近排放,缩短长度,也可以利用这些沟渠替代部分雨水主干管,降低城市管网的建设量。


渗,即为下渗,使雨水下渗进入土壤,形成地表水与地下水之间的良性自然循环。海绵城市建设的意义,在于水多时“吸水”,水少时“放水”,对城市水生态环境起到良好的促进作用。雨水下渗应从源头控制开始,在微环境建设中保留雨水下渗途径的通畅,争取在小降雨量时全部下渗。在蓄积雨水的时候应控制水体排放速度,使降雨与排水形成错峰、错时的效果。古代北京通过西郊的皇家园林中大量的水系河道,城内大量的排水沟渠与湖面,共同管理雨水,调节雨洪水量,维持了良好的城市景观与水生态系统。现代城市的不透水地面在随城市发展不断增加,而水体河道又大多经过硬质处理,形成不能下渗的界面,这样严重阻碍了雨水回归自然循环,违背了海绵城市建设的宗旨。


古代北京的水系目前仍然在发挥着排洪、景观作用。当前北京主要的公园绿地都是沿着这些水系布局的。但是我们必须看到当前城市发展偏离了“天人合一”的传统,过分依赖管网排水,河湖的防洪功能被削弱了很多。而管网由局限性并没有负担起雨洪排放的全部功能。传统的河网排水兼顾景观的开放的排水系统在现代城市逐渐消失,人们已经开始认识到它带来的弊端。


现代城市规划应先分析自然水文过程,通过对水系的规划整理,保证水系网络完整性,水体功能的完善。在满足水域面积,河网密度的情况下营造兼顾游赏和调蓄雨洪功能的城市空间。城市园林绿地的布局在满足居民游憩休闲的基本功能前提下,可在排水河网两侧进行绿化建设,在改善城市环境条件的同时形成优美的绿地景观,构建城市特色人居环境,对改善城市环境,调节小气候,尤其是对城市可持续发展有重要影响。


在海绵城市建设的背景下,我们应继承和发扬古代北京城市水系规划与建设的经验,变管网排水为综合治理增加水道、湿地的占地面积,恢复河网生态功能。以水定城,景观优先,水绿结合的城市规划方法和建设模式应该重新被定为城市建设的优先模式,并发挥它巨大的价值。

(来源:北林园林资讯)


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