基于海綿理念的傳統(tǒng)村落雨洪管理研究
——以山西省晉中市后溝村為例

黨天潔，董艷平，唐子清

(太原理工大學 建筑學院，太原 030024)

近年來，隨著科技的進步、城市化程度的加深，城市內澇現(xiàn)象頻頻產生。為此，“海綿城市”的理念被提及和運用的范圍也越來越廣。海綿城市是指城市可以像海綿一樣，具有“海綿”的特性，即在降雨時可吸水、蓄水，在需要的時候將蓄存的雨水加以利用[1]。其主要措施為“滲、滯、蓄、排、凈、用”6方面，現(xiàn)階段海綿城市的理念已在城市雨洪管理中逐步應用并發(fā)揮了重要作用。文獻[2]闡述了在海綿城市理念下,市政道路給排水設計的具體實踐方案；文獻[3]探究了在城市濱水景觀設計中引入海綿城市的概念對于緩解生態(tài)環(huán)境污染、改善城市排水壓力所帶來的積極效益。

海綿鄉(xiāng)村的理念是由海綿城市引申而來的，即通過海綿城市的6個主要措施，采取人工及自然的手法，使得鄉(xiāng)村在降雨時可以蓄積、排放、凈化雨水徑流，在需要使用時可以將存蓄的雨水釋放出來加以利用，使得鄉(xiāng)村可以更好地適應氣候及環(huán)境變化[4]。文獻[5]以福建省富竹村為研究對象，調查探究了南方地區(qū)傳統(tǒng)村落基于海綿城市理念的理水智慧；文獻[6]以陜西省王峰村為例，研究了傳統(tǒng)村落舊村在海綿城市中的治水方法，并由此提出了新村的建設意見；文獻[7]以山西省黃石村為例，研究了針對黃土高原地區(qū)所特有的雨洪管理模式；然而，現(xiàn)階段對于傳統(tǒng)村落水管理的研究往往針對單一功能或特點，缺乏對整個村落水管理系統(tǒng)的全面分析與研究。由“海綿城市”引申出的“海綿鄉(xiāng)村”概念尚處于起始階段，未獲得廣泛探究，缺乏實際的案例探索及研究。

因此，文章基于海綿城市理念，將目光聚焦于傳統(tǒng)村落中的理水智慧，以山西省后溝村為例，對其傳統(tǒng)排水系統(tǒng)從建筑、院落、街巷3個方面進行分析，總結出后溝村排水系統(tǒng)的特點及智慧，能夠運用到更多傳統(tǒng)村落的保護和建設中去，與當今鄉(xiāng)村振興的發(fā)展理念不謀而合。

1 村落概況及現(xiàn)狀分析

山西省晉中市后溝村位于黃土高原丘陵溝壑地帶，其所在地具有千溝萬壑、崎嶇不平、支離破碎的黃土高原地貌特征。這種地貌是由于水土流失的侵蝕而形成的，所以此地原本就存在山體滑坡等自然隱患。再者，由于此處屬于溫帶大陸性季風半干旱氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，降雨的時空分布差異較大，導致夏季集中降雨時洪澇嚴重，冬季卻干旱缺水，造成了山洪與干旱并存的雨洪問題。

后溝村的初始建設時間并沒有明確記載，據(jù)考證最早年代為唐代，來自山東的張春暉在此定居并設計建造了后溝村[8]。此村的居民大多也為張姓，且張氏祠堂依然保存完好可供人們參觀。據(jù)當?shù)氐睦险呒皩в谓榻B，張氏原本想在山南面的闊子頭村定居，但闊子頭村排外現(xiàn)象嚴重，于是便選擇了山后的這條山溝處建村。建村選址并非任意為之，而是因為此處有一泉眼，現(xiàn)在被稱為龍門神泉，千百年來后溝村民皆賴此泉以滋養(yǎng)，是村民心中敬仰的神物，這眼泉水至今都涓涓流淌、清澈見底，靜靜地見證著后溝村的變遷。

2 古排水系統(tǒng)

后溝古村整體依照山勢而建，坡度較大，且位于水土易流失的黃土高原地區(qū)，其雨洪主要有兩種：一是從山頂傾瀉而下的雨水徑流，匯水面積大，且流經(jīng)地表為自然黃土，因此具有流量大、來勢兇猛的特點，這樣會對村落環(huán)境造成破壞，影響村民們的生活[9]。二是村中內部由于排水不暢帶來的雨洪，如村落地勢較低處的排水口附近，若設計不當則會形成較大雨水徑流區(qū)，造成危害。因此，后溝古村的排水系統(tǒng)設計尤為重要。

2.1 古排水系統(tǒng)的歷史與修建

為應對上述兩種雨洪的威脅，整個村子在設計之初就考慮了完善的排水方式。首先，由于此地處于大陸性季風氣候區(qū)，年平均降雨雖僅為400 mm，但都集中于夏季，因此降雨的時空分布不均勻導致旱澇同期發(fā)生。其次，該村選址位置地勢落差極大，平均海拔900 m左右，最高處與最低處相差67 m，構成了由溝、坡、塬地和少量的灘地組成的黃土臺塬溝壑地形[10]。集中降雨時，發(fā)生水土流失及山洪的可能性較高。因此，后溝村形成了以建筑-院落-街巷這樣分級削減的雨水排放體系見圖1，使得千百年來后溝村從未因為雨洪問題引發(fā)事故。因此，本文將從建筑、院落、街巷3個方面對后溝村排水系統(tǒng)進行分析。

圖1 后溝村排水系統(tǒng)整體框架圖Fig.1 Overall framework of the drainage system of Hougou Village

2.2 建筑排水

建筑排水作為后溝古村古排水系統(tǒng)中的最小單元，主要包括建筑材質、建筑臺基及散水、建筑屋頂3種排水方式。

2.2.1建筑材質

后溝古村的建筑形式主要以靠山式窯洞和獨立式窯洞為主，材質多采用黃土、石塊、磚等，約有75%的黃土墻建筑由于雨水沖刷存在坍塌現(xiàn)象，并受到嚴重的侵蝕，如圖2(a)所示。當?shù)卮迕駮捎么u面/石面加黃土墻、磚面加石面的穩(wěn)固組合予以應對[11]，如圖2(b)所示。這種方法有利于減少雨水對墻面的沖刷，同時也可在一定程度上減緩雨水徑流的速度。

圖2 黃土墻建筑雨水沖刷坍塌現(xiàn)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建筑臺基及散水

臨街道的一側，多采用石砌高臺基，如圖3所示，并且在建造時就設計了坡度和暗渠走道，在大雨來臨時臺基上并不會存留雨水，而是會順著豎向設計沿路往下游流走。需要注意的是，臨近建筑外側與道路外側的道路通常坡度會高一些，使道路本身在下雨時形成一條明渠如圖4所示，這樣遇到降水時，雨水便不會漫進建筑內，而是會順著道路明渠排至下游。

圖3 石砌高臺基示意圖(左為實景照片)Fig.3 Stone high foundation(left is the real shot picture)

圖4 下凹路面示意圖Fig.4 Concave road surface

院內建筑底部均有磚砌臺基，建筑層與院內空間有10～40 cm的高差，防止大雨后建筑底部浸泡在水中，院內徑流也可快速從涵洞排出，如圖5所示。

圖5 院內臺基及排水示意圖Fig.5 Schematic diagram of the foundation and drainage in the courtyard

2.2.3建筑屋頂

1) 屋頂形式

后溝古村的屋頂形式主要分為兩種，一種為平屋頂，有2%～5%的坡度，通過圖6所示屋頂上的2～3個貓頭排水口進行排水，雨水口為村中特有的貓頭排水口，且如果有女兒墻，很多會使用易排水的構造形式(用瓦片堆疊的鏤空墻)[12]。還有一種為坡屋頂，即利用坡度和瓦當進行排水。其他還有平屋頂與瓦當排水的組合形式等，每家每戶各有組合變化。

圖6 貓頭排水口示意圖(左為實景照片)Fig.6 Schematic diagram of the Cat head drain (left is the real shot picture)

2) 排水方式

后溝古村的建筑排水方式有兩種，一種為有組織的排水方式，即雨水徑流的路線是被規(guī)劃設計好的，雨水沿排水口落下，順著坡度大概為2%的地面可以順勢流入種植區(qū)內，這樣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]。另一種則為無組織的排水方式，即雨水落到地面上后，或讓其下滲，或依靠重力作用流出院落參與街巷排水，最終也達到讓雨水徑流盡快排走的目的。以將軍府為例，如圖7所示，其前院為有組織的排水方式，雨水通過石板下滲以及院內最低點排水口處，經(jīng)暗渠排水。其后院則為無組織排水，雨水以下滲為主，若徑流過多，則通過院內坡度從后門流入街巷，參與街巷排水系統(tǒng)。

圖7 有組織排水與無組織排水方式示意圖，以將軍府為例Fig.7 Schematic diagram of organized drainage and unorganized drainage, taking General Mansion as an example

2.3 院落排水

院落排水作為后溝古村古排水系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，主要包括排水涵洞與外界的不同交接方式、院內排水口的不同位置以及某院落完整排水體系的案例展示。

2.3.1排水涵洞與外界的交接方式

后溝古村中的涵洞與外界交接形式多種多樣，這是為了適應不同情況下的徑流排放，本文對其主要形式及特點進行了調查分析，如表1所示。

2.3.2排水涵洞院內排水口的不同位置

后溝古村的建筑屋頂雨水不再直接排向村中道路，而是排向院落內部，這樣利于村民們對雨水的收集再利用(許多建筑排水口下面會放置瓷壇，用來收集雨水)。院內地勢有豎向設計的考慮，排水口位置多被安排在院內地勢較低處，如圖8(a)所示，或是屋檐下，如圖8(b)所示，根據(jù)徑流量大小會適當設置涵洞及其他出水口[14]。

院內的道路鋪裝皆不會阻斷雨水流向，反而會促進徑流的匯集及下滲。一般會將主要道路做抬高處理，鋪設青磚，其余路面皆為自然土路，這樣雨水可以最大限度的下滲，即使無法下滲的部分也可以很快匯入排水口排出院子[15]。

2.3.3后溝古村某院落完整排水示例

該院落保存較為完整，且豎向層次較豐富，分別為山體窯洞(最高)、獨立式窯洞(中等)、院內路面(最低)，降水先順著山體窯洞的貓頭排水口落入窯洞前的休息平臺上，之后順著坡度接著通過排水口落入獨立式窯洞前的平臺上，這些徑流有一小部分直接通過磚縫下滲，大多數(shù)則會繼續(xù)順著地勢流入建筑前的植物區(qū)進一步下滲，隨后會流經(jīng)自然土壤繼續(xù)下滲，院中兩旁的建筑屋頂徑流也會匯集于此，最終下滲不了的徑流都會通過院落的最低點排水涵洞流出院落，進入街道排水系統(tǒng)。圖9為某典型院落的排水系統(tǒng)平面圖和剖面圖。

表1 排水涵洞與外界交接方式Table 1 Drainage culvert connection methods

圖8 院內排水口位置示意圖Fig.8 Schematic diagram of the location of the drainage outlet in the courtyard

圖9 某典型院落的排水系統(tǒng)平面圖和剖面圖Fig.9 A plan and cross-sectional view of a drainage system taking a typical courtyard

2.4 街巷排水

街巷排水作為后溝古村古排水系統(tǒng)的最大單元，主要包括街巷與排水系統(tǒng)不同的交接方式、街巷鋪裝及街巷的橫縱向設計[16]。

2.4.1街巷與排水系統(tǒng)的交接方式

1) 平行交接

明溝、排水口與道路平行設置，排水口常用于匯集各方向明、暗渠徑流[17]。具體形式一般為：道路由卵石或石板鋪設，沿路旁地勢稍低處會有一條排水溝，排水溝鋪裝有的會采用粗糙卵石面，減緩水流速度延長下滲時間，有的則采用較平滑的石板，有利于徑流快速流入排水口(此種一般向較大排水口匯集時出現(xiàn))。

2) 垂直交接

排水口與道路呈垂直方向設置，通常以暗渠為主，隨地形高差層層疊疊設置排水口，使山上的徑流層層向下導出，最終流至最下游的龍門河內[18]。

2.4.2街巷鋪裝與雨洪管理

在海綿城市理念下的雨洪管理中，常用的手法為：滲、滯、蓄、凈、用、排6種方式，在后溝古村中這些方式均有涉及，具體形式如表2所示[19]。

表2 海綿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街巷橫縱向設計

1) 橫向設計

中心下凹式路面為主——以公共石磨區(qū)為例。石磨區(qū)位于道路旁，位于半山腰處[20]。這里以暗渠排水口為中心，四周地勢都比它高，這顯然是精心設計過的，如此一來，不僅石磨區(qū)域的雨水徑流可以迅速被排走，道路上多余的雨水徑流也可由此分擔一部分[21]。后溝古村中的街巷大多都采用這樣的設計，如圖10所示。

圖10 橫向設計排水示意圖—以石磨區(qū)為例Fig.10 Schematic diagram of horizontal drainage design-taking the stone mill area as an example

2) 縱向設計

坡度大小與道路材質并沒有非常直接的關系，但是坡度稍緩的地方，大多采用大石板加少量卵石的組合；而坡度較大的地方，多采用石板插入地下，使地面摩擦力更大，不僅讓人走起來更加安全，也可以使雨水徑流速度降低，減小對地面的沖刷[22]。

3 后溝村古排水系統(tǒng)特點歸納

經(jīng)過歷代村民們的不斷實踐與完善，后溝古村的雨洪系統(tǒng)呈現(xiàn)出了低技術、高可持續(xù)性的發(fā)展特點，沿用至今仍可以達到雨后不濕鞋、路上無積水的分級雨洪削減效果。后溝村總體排水系統(tǒng)如圖11所示，主要特點總結為以下3方面。

圖11 融合海綿城市理念的后溝村總體雨洪管理系統(tǒng)Fig.11 Overall flood control system of Hougou Village incorporating the concept of sponge city

3.1 “因地制宜、階梯分布”的選址布局方式

后溝村選址布局依據(jù)現(xiàn)有地勢，建筑沿等高線階梯狀分布，可有效削減山洪的影響，如圖12所示。

首先，村落整體高差較大，而建筑布局正巧妙利用了這一點，依照地形地勢，院落層層疊疊地緊密排布在黃土坡上。其次，各院落間關聯(lián)緊密，上層建筑的地面是下層建筑的屋頂，這樣不僅可以有效地利用空間，更可以使排水系統(tǒng)經(jīng)過每家每戶。通過這種布局，可以自上而下順勢將整村的雨水徑流有條不紊地排入下游的龍門河中。

圖12 后溝村排水系統(tǒng)選址布局方式示意圖Fig.12 Schematic diagram of site selection and layout of the drainage system of Hougou Village

3.2 “明走暗泄、分級排洪”的雨洪管理系統(tǒng)

后溝村的分級排洪的具體形式為：降水從最高的山頂處流入暗渠中，逐層匯入下一級排水道，最終排入村前的龍門河，如圖13所示。首先，建筑通過不同形式的屋頂排水方式，將雨水匯入到院落中。然后，通過院落排水口將雨水匯入到暗渠總排水溝中。最后，多余的雨水徑流則可通過街巷明溝一部分被收集到暗渠中，一部分則可直接流入龍門河中。建筑、院落、街巷排水分別構成了后溝村排水系統(tǒng)的3個層級，這三者相輔相成，缺一不可。

圖13 “明走暗泄、分級排洪”的雨洪管理系統(tǒng)示意圖Fig.13 Schematic diagram of the flood control system of “open and dark drainage, hierarchical flood drainage”

3.3 “就地取材，物盡其用”的排洪蓄存方法

通過在后溝村為期一個月的調查分析發(fā)現(xiàn)，這里所有的道路以及排水溝渠都使用了當?shù)氐穆咽⑹宓炔牧?，將這些材料深深嵌入地表，不僅可以增加摩擦力，使人們沿著帶坡的山路可以安全地通行，又可以讓雨水徑流的速度變緩，充當水簸箕的作用，增加其下滲的時間。除此之外，這種方法的另一個作用則是可以過濾掉一些雜質，防止排水通道堵塞。在資源較匱乏的黃土高原地區(qū)，這樣就地取材、因地制宜的方式充分發(fā)揮了材料的特性及其價值[23]。

4 結論

傳統(tǒng)村落中對于自然環(huán)境的尊重、雨洪管理的智慧都值得我們探討與學習。后溝古村的古排水系統(tǒng)歷經(jīng)了千年的考驗，它所傳遞的生態(tài)觀、務實觀至今仍發(fā)揮著重要作用。本研究基于海綿城市理念，分析了后溝村排水形式的分布狀況及排水情況，對建筑疏水性、院落滲水性、街巷排水性進行了研究，最后得出該村落排水形式集成度特征，主要有以下結論。

1) 后溝村建筑選址布局依據(jù)自身地勢特點，建筑沿等高線呈階梯狀分布，體現(xiàn)出了一種“因地制宜、階梯分布”的選址布局方式；

2) 后溝村排水系統(tǒng)由高到低分級而建，各級排水系統(tǒng)之間分工明確、逐層匯入，明暗排水互為補充、相輔相成，形成“明走暗泄、分級排洪”的雨洪管理系統(tǒng)；

3) 后溝村的道路及排水渠中多鋪設有當?shù)靥赜械穆咽c石板材料，起到了減緩徑流速度，過濾雨洪雜質的作用，體現(xiàn)了其“就地取材，物盡其用”的排洪蓄存方法。

后溝村的排水形式不僅對傳統(tǒng)村落建設有指導作用，還能為現(xiàn)代水環(huán)境管理提供寶貴的經(jīng)驗和智慧，對現(xiàn)代城市的發(fā)展有重要的借鑒意義：1) 現(xiàn)代城市建設可以借鑒傳統(tǒng)村落建設經(jīng)驗，依據(jù)原有地形地貌做出相應的豎向排水設計，有利于徑流的排放與匯集。 2) 現(xiàn)代城市建設在徑流收集方面要做好雨污分流，且在流入管道之前應設置較多下凹綠地、雨水花園等海綿設施，削減部分徑流，以及種植吸附性強的植物等，起到過濾雜質的作用，這樣被收集的雨水徑流可以在過濾凈化后再加以利用。

在未來，將加大對傳統(tǒng)村落理水智慧的研究，為實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興人與自然和諧共生，走鄉(xiāng)村綠色發(fā)展之路而努力！