贛州福壽溝防洪排澇原理初析

胡振鵬

（南昌大學，江西 南昌，330029）

1 背景

江西贛州是中國古代南北大通道上重要的節(jié)點城市。東晉永和五年（公元349年）南康郡守高琰始在章、貢兩江合流處、即今日贛州城的位置修筑土城；南朝梁承圣元年（公元552年），南康郡的郡治在贛州，一直相沿為州、府治及行署、專署所在地，歷時1465年。唐代張九齡拓展大庾嶺驛道后，贛州空前繁榮（時稱虔州）。唐僖宗光啟元年（公元885年），即黃巢起義失敗后的第二年，寧都人盧光稠擁兵自立，占據(jù)虔州，自任刺史，“效忠”吳主、“歸順”后梁，左右迎奉，委曲求全，為虔州爭取到20多年的和平穩(wěn)定發(fā)展時期。盧光稠根據(jù)三面環(huán)水、章貢合流的地理環(huán)境特點，“斥廣其東西南三偶，鑿址為隍，三面阻水”[1]，規(guī)劃和擴建了贛州城，把1km2土城擴建到3.2km2。

洪水始終是贛州城的最大威脅?！端问贰の逍兄尽酚涊d，至道元年（公元995年）五月，“虔州江水漲二丈九尺，壞城，流入深八尺，毀城門”，宋代一尺約合今31.4cm，此次城中積水高達2.5m。宋嘉祐年間（公元1056～1063年），孔宗翰出任虔州知州改建磚石城墻，《宋史》記載：“城濱章貢兩江，歲為水嚙。宗翰伐石為址，冶鐵錮之，由是屹然，詔書褒美”。孔宗瀚把土城改建為磚石城墻時，為了加強墻基的整體性和穩(wěn)固性，將鐵水澆注入石塊的縫隙中，建造堅固的城墻基礎。城門外建有甕城。甕城，又名月城，是保護城門的小城（圖 1、圖 2）。

圖1 唐代至改革開放前贛州城的變遷

圖2 古代贛州城

2 福壽溝的修建和維護

熙寧年間（公元1068～1077年）劉彝任虔州知州。劉彝以善修水利聞名天下，曾擔任過北宋都水丞，朱熹的《朱子語錄》在討論“自國初至熙寧人物”時列舉：“劉彝治水，所至興水利”。劉彝在前人成果的基礎上，科學設計、精心建造了城市防洪排澇系統(tǒng)——福壽溝。據(jù)同治《贛州府志》記載：“壽溝受北城之水，東南之水則由福溝而出”，兩溝因形似篆體的福壽二字而得名。贛州城從此免除了洪澇之憂。

為了保障福壽溝正常運行，需要進行日常維護。專職維護人員從檢查口進入排水管網(wǎng)，清理沉積的泥沙和垃圾，檢查水窗和排水管網(wǎng)損壞情況，及時進行維修。劉彝之后，福壽溝一度由于管理不善而倒塌淤塞，排水功能大為降低，溝道堵塞嚴重，“春夏之交，雨潦時降，潢污停集，疾病易生，民患苦之”。明代天啟年間（公元1621～1627年）編纂的《贛州府志》記載，當時有民眾在福壽溝上蓋房，以致水道堵塞，其排水功能無法發(fā)揮，天降大雨時，贛州城東北一帶“街衢蕩溢，廬舍且潴為沼”。有人認為疏浚福壽溝“非數(shù)萬金不可”，官府無力籌集這筆巨額資金，疏浚福壽溝之事竟因此一拖再拖。

清同治六年（公元1867年）湖南人文翼任吉南贛寧兵備道道員[2]，他對恢復福壽溝功能十分關心，贛州知府魏瀛、贛縣令黃德溥受命疏浚福壽溝，經(jīng)過與當?shù)厥考澤套h，提出了一個于民于官都十分有利的疏浚方案。魏瀛在《修福壽溝記》中寫道：“令各家自修其界內(nèi)之溝，官但予以期限而責其成，其無屋及公產(chǎn)之地，則官發(fā)公項修之”，這一方案將繁雜的疏浚工程分解到各家各戶，一來官府的維修費用大大減少，百姓可免于攤派；二來官府不必進入民眾家中施工，減少了對百姓的打擾。疏浚工程從同治六年十一月開始，第二年八月便告竣工，歷時不過九個月，據(jù)記載官府花費僅五百緡（1緡為1000銅錢）。百姓對這次維修稱贊有加：“數(shù)百年未復之事，一旦舉而行之裕如也，信乎，必待其人而后行乎！”寥寥數(shù)語透露了修溝之事，無關技術，也無關資金，主要在于主事者的決心。這次疏浚留下了較為豐富的圖文資料，主持修復工程的劉峙繪制了福壽溝圖，并附《福壽溝圖說》，這是福壽溝修建以來現(xiàn)存的唯一現(xiàn)場調(diào)查記錄資料。

時至今日，贛州擴大了幾十倍（城區(qū)面積200km2以上），福壽溝仍然擔負著老城區(qū)的防洪排澇任務。

3 福壽溝防洪排澇的原理分析

贛州城區(qū)有效排澇必須同時滿足3個條件：第一，雨水能迅速流走；第二，雨水匯集后能及時排出；第三，章江和貢江的河水不能灌涌入城。贛州百姓說，贛州老城猶如一只浮在水上的烏龜，地勢中間高，分兩面向章江、貢江傾斜，中間的脊線與章水、貢水岸邊高差約10m左右。劉彝因地制宜、因勢利導，將城墻、排水管網(wǎng)、臨時存蓄洪水的池塘作為一個整體，全面規(guī)劃、系統(tǒng)設計組合成一個防洪排澇有機整體。具體包括四大部分（見圖3）。

圖3 贛州古城的防洪排澇系統(tǒng)

四部分各盡其責、相互配合，協(xié)同運行，構(gòu)成一個防洪與依靠水流重力自然排出內(nèi)澇和污水的系統(tǒng)，這一規(guī)劃設計體現(xiàn)了古人樸素的“系統(tǒng)科學”理念。下面詳細分析四個系統(tǒng)組成部分的結(jié)構(gòu)、功能與協(xié)同效果。

（1）城墻。城墻主要功能是防御武力入侵，保護城市安全。贛州城修建時考慮了防洪作用，鐵水注入石塊之間，堅固、穩(wěn)定，防滲漏性能好。

（2）排水管網(wǎng)。福壽溝的主要部分為排水管網(wǎng)，起到接收、輸送和臨時存儲城市內(nèi)澇和污水的作用。排水管網(wǎng)由地下暗溝組成，主溝長度約12.6km，其中壽溝主溝長約1km，福溝主溝長約11.6km。主溝橫截面上部為拱形承重設計，墻壁兩側(cè)用磚石砌筑，使用的桐油、黃泥、沙石（俗稱三合土）粘結(jié)；斷面尺寸較大，“廣二三尺，深五六尺”。兩大主溝完成后，又陸續(xù)修建了一些支溝，形成古代贛州城內(nèi)“縱橫行曲、條貫井然、主次分明、排蓄結(jié)合”的排水網(wǎng)絡。按照上述尺寸估算，主溝蓄水容積大約為1.7萬m3。福壽溝的集水面積約2.7km2，覆蓋了贛州老城面積的90%。福壽溝排水管網(wǎng)的最大特征是，順應城區(qū)中間高、兩側(cè)低的地形，下水道縱坡降較大，據(jù)估算，平均坡降大約為1/100，實測最大的溝段的縱坡降為4.25/100，如果外江沒有洪水頂托，在重力作用下，城內(nèi)雨水和污水很快地自由流出，一般不會在溝內(nèi)滯留。這是其他城市（包括贛州城新區(qū)）難以復制福壽溝排澇原理的主要原因之一。對于坡降較為平緩的溝段，通過擴大過水斷面，確保澇水順利出流。

城區(qū)的雨水和生活污水，通過屋檐下或道路旁的水溝流進排水管網(wǎng)，水溝中分布著銅錢狀的泄水孔與地下排水管連接。相隔一定距離設有檢修口，檢修口附近的排水管溝底設有沉積坑，沉淀收集污水中的泥沙或垃圾，檢修維護時通過檢修口將泥沙和垃圾清理出去。

（3）池塘。當城外河流高水位頂托，福壽溝不能排水時，城內(nèi)辟有三池（鳳凰池、金魚池和嘶馬池）以及清水塘、荷包塘、蕹菜塘、花園塘、鐵盔塘等幾十口池塘與福壽溝排水管網(wǎng)連通起來（見圖4），增加城區(qū)暴雨時的澇水調(diào)節(jié)容量，減少街道與居民的淹沒面積與時間。池塘不僅可在下雨期間暫時存蓄澇水，減少淹沒損失，還可以沉淀泥沙、美化環(huán)境，亦可用于養(yǎng)魚種藕，改善百姓生計。1919年出生的謝宗瑤老人曾編著《贛州城廂古街道》一書，在“贛州舊城區(qū)的池塘”一節(jié)中說：“計找出29處共84口水塘”。

圖4 池、塘與福壽溝的關系

（4）水窗。劉彝根據(jù)水力學原理，在排水管網(wǎng)出水口處“造水窗十二，視水消漲而后閉之，水患頓息”（同治《贛州府志》）。當城外河流水位較高時，利用靜水壓力自動關閉閘門，防止洪水進城；外河水位較低時，福壽溝中水壓力較大，自動開啟閘門排水。外河水流狀態(tài)簡單的江段，如章江或貢江中水流從上游流向下游，水窗結(jié)構(gòu)簡單些，僅一塊懸掛在排水管出口的木閘門（圖 5、圖 6）。

圖5 水窗實物

圖6 水窗啟閉原理

章貢交匯處外河水流狀態(tài)復雜，如果章江流域降水比貢江多，流量也大，章江的水可能流向貢江，產(chǎn)生橫向水流；反之亦然。這種情況下，除了靜水壓力外，橫向水流的水動力可能會將木閘板掀開，江水灌倒入城，在這樣的河段，水窗結(jié)構(gòu)要復雜一些，在甕城上“月壩”中間建設廊道，安裝平移式閘門，利用水的虹吸作用，排除水動力的干擾，使水窗啟閉運行完全處于靜水環(huán)境之中，然后通過靜水壓力開啟或關閉閘門（見圖 7、圖 8）。

圖7 甕城的“月壩”

圖8 “月壩”中水窗的啟閉原理

兩種結(jié)構(gòu)的水窗均可以根據(jù)城外河流水位高低利用靜水壓力自動開啟或關閉閘門，協(xié)調(diào)防洪與排澇的關系。

（5）福壽溝防洪排澇（污）功能集成。贛州老城區(qū)的城墻、排水管網(wǎng)、池塘和水窗各負其責、共同作用、協(xié)同運行，有效完成防洪排澇排污任務。非汛期，福壽溝接收地表的降水產(chǎn)流和生產(chǎn)生活排污，通過排澇管網(wǎng)匯集與輸送，管網(wǎng)中水壓力大，打開水窗，順利地將內(nèi)澇和污水排放到城外章貢二江，如果暴雨強度較大，福壽溝的排水管網(wǎng)自身和池塘可以臨時存蓄部分澇水，避免澇災發(fā)生。洪水來臨后，外河水位較高，水窗自動關閉，內(nèi)澇和污水由排水管網(wǎng)和池塘暫時存蓄，洪水后，水窗自動開啟，福壽溝縱坡降較大，能夠很快將存蓄的內(nèi)澇和污水排出（見圖9）。由于贛州城處于贛江上游，屬于山區(qū)洪水，洪峰來得快，去得也快，一次洪水過程僅有幾天，贛州城區(qū)基本不會發(fā)生洪水和內(nèi)澇災害。1961年5月16日贛州日降水量達到200.8mm，沒有發(fā)現(xiàn)老城區(qū)遭受洪澇災害的記錄。

圖9 福壽溝防洪與排澇功能的協(xié)同

4 福壽溝的歷史啟示

法國大文豪雨果在《悲慘世界》中說過，“下水道是城市的良心”。城市建設與發(fā)展，不僅要關注城市地表景觀，更要關心城市地下工程的功能；營造城市絢麗時，更要滿足民生需求；在關注眼前利益時，更要堅持“功在當下，利在千秋”的情操，追求人與自然和諧共生，可持續(xù)發(fā)展，這是歷經(jīng)九百多年風雨的福壽溝給今人的重要啟示之一。

水利工程建設與管理牽涉到氣象、水文、地形、地貌、地質(zhì)……等許多因素，要適應不斷變化的各種外部環(huán)境，同時滿足多重目標需求，因此必須深入調(diào)查研究，了解實際情況，盡可能掌握自然規(guī)律，順應自然，大膽創(chuàng)新；運用系統(tǒng)治理科學思想，對工程全面考慮、整體規(guī)劃、系統(tǒng)設計，使工程取得最好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境效益。

福壽溝作為古代城市雨污水收集、輸送管網(wǎng)，對現(xiàn)代城市澇水污水收集管網(wǎng)建設具有直接的借鑒作用。雨污收集管網(wǎng)必須覆蓋城市絕大部分區(qū)域，必須有較大的過水斷面，才能保障城市不受澇災。

福壽溝是“海綿城市”的先驅(qū)，對于現(xiàn)代“海綿城市”建設具有一定的啟發(fā)意義。第一，建設海綿城市要高度重視豐水季節(jié)城市土壤不飽和帶可蓄水量多少的勘測和計算；第二，盡量減少城市地表的硬化面積，使雨水能夠下滲到土壤中；第三，保持一定的天然水域面積，臨時存蓄澇水。