历史上,北京城曾有因暴雨而发生水灾的记载,但明清时期,紫禁城内却很少遭受大的水患。这与紫禁城的排水系统有关,也体现了古代工匠们的勤劳和智慧。
紫禁城的地势呈现出以下的特点:北高南低,中间高两边低,西高东低。上述特征使得紫禁城内雨水的整体排水方向为:由北向南排,由中间向两边排,最后汇集在东南出口排出。
从具体排水方法来看,紫禁城的排水系统主要包括屋顶排水、地上排水和地下排水三个部分。其中,屋顶排水是指雨水降落到屋顶,再从屋顶排至地面;地上排水是指地表雨水流入明沟,再流入暗沟或内金水河;地下排水是指暗沟的雨水排入内金水河。最终,内金水河的雨水由紫禁城东南角(东华门附近)流出,汇入紫禁城城墙外的护城河(筒子河),最后流入通惠河。
屋顶设计有助迅速排水
紫禁城古建筑的屋顶都是坡屋顶,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,并避免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,坡顶到坡底是由陡峭变缓和的一种曲面形式。这使得雨水降落到屋顶后,能够迅速往下排,且到坡底位置时,又能够向前方排出,达到“上尊而宇卑,则吐水疾而霤(liù)远”(《周礼·考工记》)的效果。其结果是:一方面,屋顶的雨水能够迅速排走;另一方面,屋顶的雨水向远处排,避免倒流屋檐下的立柱、门窗位置。
曲面瓦顶 周乾 摄
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。筒瓦扣在两个相邻的板瓦上,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,以上做法既有利于排水,同时也利于防止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。两块滴子之间由大圆饼状的筒瓦遮挡,该筒瓦被称为“猫头”,其主要目的是充分扣压在滴子端部,防止雨水渗入屋檐内。上述屋顶的坡度、瓦件的使用均有利于屋顶排水。
屋檐排水瓦 周乾 摄
屋顶排水还有一种表现形式,即宫墙排水。游人到故宫参观时会注意到某些区域的宫墙上部,有突出墙面的瓦件,这就是宫墙排水。该瓦件主要是为了排出宫墙背面值房屋顶的雨水。这些值房多为太监值守所用,依靠宫墙而建,双坡屋顶,且屋面坡的底部与宫墙相接。因此,古代工匠在宫墙与屋顶的相交处最低点开设洞口,安放排水瓦,使得屋顶的雨水及时排到地面。
清宫老照片,溥仪站在与宫墙相接的房顶。
宫墙排水,排出屋顶与宫墙相交的雨水。 周乾 摄
蚣蝮造就“千龙吐水”奇观
紫禁城的地面排水主要包括台基排水、广场地面排水、庭院地面排水以及城墙地面排水。如今大家熟知的“千龙吐水”现象就是属于台基排水。它们多半设置在太和殿、中和殿、保和殿等宫殿的台基上。
故宫太和殿前的“千龙吐水”奇观。 潘之望 摄
紫禁城的台基排水设施主要为龙头造型的排水兽。其双角后张,唇部上扬,獠牙尖耸,眼如铜铃,耳如长管,极具震慑之感。有人认为这是螭首,其实不然。东汉许慎《说文解字》载:“螭,若龙而黄,北方谓之地蝼,从虫,离声,或无角曰螭。”由此可知,“螭”属于没有角的龙,它常见于故宫古建筑屋顶的鸱吻上。
台基上龙头造型的排水神兽可称为“蚣蝮”。明人杨慎《升庵集》载:“六曰蚣蝮,性好水,故立于桥柱”,即龙生九子之老六为“蚣蝮”,这种龙喜欢吐水,一般立于石桥、石柱附近。古人认为,暴雨时节,洪水泛滥时,蚣蝮便将水吸入自己腹中,并及时排出,以消除水患。营建紫禁城的古代工匠巧妙地把蚣蝮形象运用到了台基排水系统中,使之发挥作用。
蚣蝮(头上有角) 周乾 摄
蚣蝮的排水设计具有科学性:
首先,蚣蝮所处的高程有利于排水。蚣蝮位于台基望柱(望柱是指栏板之间的立柱)的底部,其嘴部的出水口是整个台基地面的最低点。古代工匠在铺墁台基地面时,会考虑排水需要,将地面铺墁成具有不易察觉的微小坡度形式,使得地面离建筑越远,其高程越低。在望柱底部,古代工匠安装蚣蝮,使其仅露出头部,且其尾部作为进水口,嘴部作为出水口,这样一来,雨水沿着排水坡度很快汇集到蚣蝮造型位置,并从蚣蝮尾部汇入,从嘴部排出。
其次,蚣蝮的“肚子”有利于临时存水。台基地面的雨水,通常流向栏板底部位置,并汇入蚣蝮尾部的进水口。暴雨时,雨水量较大,汇集在栏板底部位置的雨水较多,若存积时间过长,则雨水有可能渗入栏板与地面的接缝中,使得其中的土体松动,造成安全隐患。蚣蝮内部有较大的空间,具有“吸水”功能,能将栏板底部的雨水迅速汇入进水口,避免了雨水在栏板位置的积存。
再次,蚣蝮突出台基外的造型可以保护台基。古代工匠将蚣蝮造型凸出在台基侧壁以外,可以使得雨水向前、向远方排出,且能形成良好的排水效果。以前朝三大殿(太和殿、中和殿、保和殿)三层台基上的1142个蚣蝮为例,在雨季时节,这些排水兽造型不仅能发挥有效排水功能,而且还形成“千龙吐水”的奇观。
御路中间高两边低利于排水
故宫内的地面排水,以广场地面排水角度而言,其排水的整体方向为由北向南排、由西向东排。以太和殿广场为例,其正中有一条汉白玉铺砌的石材路面,南北向,由若干块大石板铺成。每块石板宽2.2米,截面为弧形,且中间比两边高0.03米;石板两侧有0.6米宽的条石。这种位于广场正中的石材路面称为“御路”,为古代皇帝通行广场的专用道路。
太和殿广场御路比其它区域地势要高,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由北向南排。雨水由明沟至广场南端后,通过一个铜钱形状的雨水口进入暗沟,该雨水口称为“钱眼”。暗沟的雨水由西向东,汇入东南角,进入了更深的涵洞。该涵洞向东,穿过太和殿东南端的庑房地下,直接排入文华殿区域的内金水河。
太和殿广场御路 周乾 摄
从庭院排水角度而言,紫禁城院落的庭院地面相当于小的“广场”,其排水方法与宫殿广场类似,以建福宫花园的庭院排水为例说明。在庭院正中,有地势较高的铺砖地面,称为甬路,专供宫廷人员行走。甬路的截面亦为中间高、两边低,因而雨水由甬路正中流向两侧路面长条砖牙子,再顺着砖牙子流向庭院的非行走区域。这些区域的雨水,通过区域内的钱眼进入暗沟,而暗沟的水最终通向内金水河。
另外,庭院中各个建筑屋檐下或屋檐台基下都有散水(砖砌的小坡),使得屋檐下的雨水向庭院排,因而建筑底部亦不会存水。对于毗连的院落,其共用院墙底部一般开有洞口,以加速雨水的排出。
从城墙排水角度而言,紫禁城的城墙地面排水方向为从外向内排。城墙位于紫禁城四周,高10米、宽5.78米,由内墙、外墙及墙芯组成。
我国古代城墙的排水主要通过墙上的排水槽来实现,紫禁城的城墙的排水亦为此法:在内墙每隔10米左右的距离安装一个石质水槽,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。为避免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,利于雨水向前、向远方排出。需要说明的是,紫禁城外墙无排水槽,其主要目的是利于保持城墙外表面庄严、壮观的效果。对于城墙地面而言,其外墙侧的高度比内墙侧高0.03米左右,利于雨水排向水槽。
城墙排水槽 周乾 摄
地下排水离不开内金水河
紫禁城有着纵横交错的地下排水系统。其中,神武门内、宫墙北侧,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米至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小孔。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。
民国三十年(1942),《京师城内河道沟渠图说》有这样的记载:“紫禁城内具有特殊之沟渠网,据言无论遭遇何等大雨,庭中绝无漫溢之患,对其布置构造,仍属不明。但自紫禁城之西北隅流入经过太和殿(门)前,而流出于紫禁城东南隅之金水河,无疑为一道干沟,即四周之濠,亦足以应付由城内排出之水”。
这段话也说明,内金水河在历史上的确发挥了重要的排水功能。
暴雨时期的内金水河 周乾 摄
明清时期,对紫禁城排水系统的维护非常重视。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。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)四月开工,工期历时二年,工程量包括清除内金水河2100米长河道的全部淤泥,修砌两岸河墙及15座桥梁,并将紫禁城内总长度约为8000米的所有大小沟渠淤泥清理,同时还修整了河帮、更换了沟盖等排水设施。
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,每年在汛期前会对屋顶的瓦件进行检查修补,对古雨水沟进行疏通、养护。如今,故宫在每年的春夏秋三季,也会进行三次清淤,以保证排水系统的有效运行。
纵观紫禁城的排水系统,其屋顶排水方式巧妙,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,形成一个庞大而完整的排水网络。它设计精良,再加上历年及时维护保养,使得紫禁城不仅很少遭受大的水患,而且至今能够完整地发挥功能。