走进古代京城的节水工程(组图)

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新京报 微博 | 2010年04月07日11:07

  ■ 水事溯源

  这里本是一个被称为“圆坻”的湖中土岛,自从明永乐十五年(1417年)在此砌墙筑城以后,“岛”上的金代古树便都被圈进了高出周围地面4米多高的城台之上。

  由于与相邻的水面垂直间隔达到5.64米,这些古树所需的水分很难从地下水中得到补给!?而这片台地上又看不出有什么独立的水源!?此外,每当大雨滂沱之时,外面的地面上早已是雨水横流、湿洼泥泞,而城上却不过是“雨过地皮湿”———

  这就是团城,在没有现代喷淋技术的情况下,一直郁郁葱葱了数百年!

  北海公园南门西侧,团城高耸仞壁,滨水而立。这是一个周长只有270多米、总面积4500多平方米的圆形城堡。在森然的殿宇以外,这里还密集分布着30多棵郁郁葱葱的古树,其中最为知名的当属乾隆皇帝御封的“白袍将军”和“遮阴侯”。它们大约栽植于金大定年间,时隔800多年,它们依然枝繁叶茂、苍翠劲拔。

  没有人工浇灌,团城仍然郁郁葱葱。这个秘密的解开充满偶然,上世纪末,工作人员发现一直挺拔伟岸的“白袍将军”居然有两个枝杈枯萎了……

  疗救 之 施肥/药补

  团城地表的梯形砖

  为此,他们请来了公园顾问、时任建设部风景名胜专家的李嘉乐。李嘉乐到现场考察后,推测也许是因为古树年代过于久远,缺少了养分,建议先施肥再看结果。

  他还说,按照一般的规律,给树木施肥,要选择树根的末梢,这样才便于吸收,而树根的分布范围大致相当于树冠的覆盖范围,因此要在地面与树冠边缘垂直的地方先挖一条壕沟。

  “挖沟必须先把这一圈的青砖拿开。”李嘉乐的女婿、曾任北海公园副园长的沈方说,“刚拿开几块青砖,李先生就发现了这些砖的奇怪之处———”

  和普通的砖均方方正正不同,这些砖却是上大下小,略呈倒梯形,而且砖与砖之间的缝隙没有灰浆粘连(称为“干铺”或“干码”),这就在砖和砖之间形成了一些纵横排列的三角形通道,而松树的毛细根则沿着这些砖缝向前生长。

  城南城北砖体有异

  初步判断的结果是,雨水和空气正是通过缝隙进入通道,然后渗进砖下面的泥土中去的。

  不久后,对倒梯形青砖进行取样测定的结果发现,这些砖有大小两种尺寸,烧制年代最早的为明永乐九年(1411年),烧制年代最晚的则为清道光元年(1821年)。“这证明,从明代到清代,团城虽进行过多次规模不等的修缮,但采用梯形砖增强地面渗水通透性却是一脉相承的。”沈方说。取样试验的结果还表明,这些倒梯形青砖本身的吸水性也很强(吸水率为18.8%),而甬道上所用的方砖则质地致密,渗水性很差。

  团城地势北高南低,雨水从北往南流,所以铺在城北的倒梯形砖在尺寸和质地上也不相同。城北的倒梯形砖较厚,表面还有一层两三厘米厚的致密层;城南的砖稍薄,没有致密层,砖体上还遍布着气孔。此外,城南的砖体表面积也小于城北的砖,这样使得城南地面的缝隙更多更密,更利于雨水下渗。

  青砖之下人造的“沃土”

  倒梯形青砖之下为衬砌的土壤层。为了检测这些土壤的渗水性和蓄水能力,工作人员检出一块土块,拿到水管下一放,水居然哗哗地就从衬砌材料里漏了下去。详细考察的结果发现,团城上的土壤层可分为厚度不等的三层:最上层为厚度约10厘米的支撑层,主要成分为谷壳和石灰等等。

  当年参与课题的北海公园绿化科科长宋利培提供的数据表明,这些成分透气透水性强,能够保证地表水的快速下渗。对团城土壤支撑层物理特性的测定结果表明,它的土壤孔隙度在51.6%-52.8%之间,接近最佳值(52%-56%);土壤容重也达到了适合松柏类植物生长的最佳值,“而这一点常常直接影响着土壤肥力状况和植物根系的发育”。

  支撑层下面为大约10厘米厚的有机层,主要成分包括贝壳、骨头、活性钙、兽血、有机酸等。这些物质历经数年,缓慢释放,对植物生长提供大量有机质和微量元素,非常有利于植物的生长。”微量元素测定的结果也表明,团城土壤有机层中,7种主要影响植物生长的微量元素,都在植物生长所需的标准范围以内。

  “这说明古人在建筑团城的过程中,是在有意地将以上含有丰富营养物质的有机物与土壤混合,改善植物根系的微生态环境,为植物长期生长提供必需的、足够量的有机质和微量元素。”沈方说。

  而团城土壤的平均pH值为7.96,也有利于某些有益于植物生长的透气性细菌的大量繁殖。最下面为厚度约为4-5米的黄沙壤层,是典型的透水透气性较强的土壤。“这种土壤在水大的时候还能够迅速降低树根附近土壤的含水量。”

  疗救 之 看树根/把脉

  井盖下的秘密通道

  那次对“白袍将军”查病的结果,最终排除了缺乏营养的可能。那么,是不是因为那段时间北京雨水集中,把树根沤坏了呢?参与“诊治”的专家提出查看一下树根。

  “白袍将军”旁有一口渗水的古井,石质的井盖规律分布着13个孔眼,园林工作曾经一直以为是渗排污水的入口。这次打开井盖,沈方下到井底,才发现里面竟是一条看不到尽头的涵洞。“涵洞呈拱形,洞高只有1米出头,人只能爬着前行。墙壁都是用砖砌成,我一摸地下,淤积着一层厚厚的黑土。‘白袍将军’旁的涵洞却坍塌了一大块,雨水无法流动,在这里形成了一片积水,树根确实有被泡烂的现象。”

  沈方拿着绳子和手电筒继续往前探,但由于涵洞有些地方过于狭窄,最终也没能找到末端的水口。

  从城台上看,团城上好像毫无规律地分布着9口类似的渗水井,井盖大多是13个孔眼的形式,也有个别的为古钱眼形。

  为了探清井口和涵洞的走向以及团城的雨水排灌的关系,他们请中国水利水电科学研究所的科研人员用地球物理探测法对井与井之间可能走过的路径都进行了反复探测。结果显示,每个井口都是涵洞走向的转折点,以九号雨水口为涵洞起点,按逆时针旋转方向,最终到达一号雨水口,呈椭圆环形走向,形成了一个英文字母“C”的形状。而涵洞从一号出口再向东约13.5m与团城东南角的一处竖井相连,竖井井口高出涵洞一定高度。

  被“埋没”的团城排灌系统

  根据这种探测结果,人们最终描摹出了一个相对完整的团城雨水排灌系统。下雨时,雨水除去通过青砖地面渗入土壤层以外,其余的则通过井口流入涵洞中,顺着涵洞围绕团城逆时针流动。中小雨时,水位低于竖井井口,水分会积攒在涵洞内,形成一个储水系统,并在平时通过涵洞砖墙内壁向土壤层渗透;而大到暴雨时,水位一旦高出竖井井口,多余的水便可通过竖井排出城外。

  专家通过测验发现,在团城上即使遇到一次降水量达到18毫米的大雨,地面上也不会形成径流。相反,团城的排灌系统却在很大程度上储存了天然降水,并在旱季和雨季之间调节余缺。

  “白袍将军”的病根正是因为涵洞坍塌以后,团城的集水和排水都受到了阻碍,下渗的雨水不能尽快排出,因而使得树根被泡烂泡坏。“找到了病根之后,我们把一段混凝土圆管镶嵌进去,修复好涵洞。大概一两个月后,‘白袍将军’就恢复如初了。”沈方说。

  团城井口、排水廊道排布图

  团城是一个孤立的、封闭的单元,古代建设者却通过一系列极具匠心和环保意识的设计,完成了前现代的、然而令人称奇的雨水利用工程。

  一方面,团城地面没有排水明沟,墙上也未设置泄水石槽;更重要的是,极具想象力的渗排系统(古人在地表干铺倒梯形青砖并深埋渗排涵洞)和营养科学(经过改良的土壤)的运用,使得古树根系的微生态环境能够持续地自行保持,这才有了团城历百年而愈发茁壮的古树群。

  本版采写/本报记者 耿继秋 本版摄影/本报记者 李飞

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