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第9章 秦始皇陵阻排水工程若干问题探讨

张仲立

秦始皇陵考古近年取得的重大成就之一是钻探发现了秦始皇陵地宫阻排水系统。阻排水系统的发现为认识秦始皇陵工程和秦始皇陵地宫提供了非常重要的资料。应当指出,该阻排水系统虽属钻探发现,然工作细致明晰,探孔布网甚密,求证审慎扎实,资料的公布也很详细,能够作为学术研究的可靠基础。基于此,笔者在已经发表成果的基础上就该阻排水系统及相关问题作一些探索,以求教于方家,亦作为对参与工作的专家们的感谢。

一、“U”形渠坝工程与秦水文地质知识应用

始皇陵的阻排水系统基本上属渠坝系统。布局、走向和筑造非常合理,并且有许多独到的地方。系统可要分为两部分,前边部分是半绕地宫南半部分以外的渠坝工程,负责勘探的考古专家称之为“U”字形部分;后边部分即主向西北排水的渠排工程,由于以明渠暗渠相间为特征,所以也叫明暗渠排工程。

系统当然以前边的“U”形渠坝工程最重要,它是保证秦始皇陵地宫能够成为已知最深地宫的关键技术环节之一。从设计功用看,它要达到的目的显然有二:一是要将流向地宫的地下水一并拦截住,并按照引导的方向安全排去;二是设计排水任务完成以后,根据不同部位要求填以青灰泥或其它土,夯筑能够有效屏蔽地下水的暗坝,有效保障地宫的安全。

值得关注的是,面对如此高难的目标,该渠坝没有采取环绕地宫或东西南三面大多半环绕地宫外围的模式。从表面看,工程似乎只屏蔽到地宫南半部分,地宫东侧的阻排水渠坝的起始位置正当地宫东西中轴线略偏北56米的地方,西侧的阻排渠坝基本止于地宫东西中轴线附近。按照一般逻辑,地宫北半部分东西两侧数百米长范围处于阻排水系统屏蔽之外,复杂的地下水文走向如有不测,或未来水文地质情况略有不利变化,都会带来非常严重的后果。用现在的话说,这种设计似乎有相当的风险。

问题恰恰在于,阻排水工程前段“U”形渠坝工程的起点和终点本可以再向北移,甚至让渠坝整个地将地宫环包起来,设计者却并没有采用这种看似更“保险”的办法。这其实是个非常值得重视的信号,表明当时一定科学掌握了地宫周围水文地质方面的足够信息,设计者对此有足够的自信。

1.地宫阻排水系统设计者已经准确掌握了地宫周围地下来水的主要方向。容易看出,阻排系统的主要阻隔方向是南方以及可能的东南角方向,东西方向尤其是西方应该没有直接向地宫方向的地下来水。这种地下水文走向一定都经过直接的观测验证,因为毕竟地宫向下构筑过程中能够提供实地直接观察的条件,这是地宫相关数值研究的最可靠的依据。不过这并不是唯一的途径,早在地宫位置的选择设计阶段,选择设计者对于地表地下的水文情况就一定有细致的考察了解和考量权衡,从而为秦陵地宫可能的水文态势及其可行的阻排水方略的初步确定奠定了一定的基础。秦陵地宫位置是按照当时理想状态模式选定的,今天能够看到的是:地宫处在相对位置高亢、四方(南方略不同)卑下之处,是典型的鱼脊地势。按照经验角度的看法,这种地势下周围地下水的走势一定是四散开去的,它有利于降低地宫阻排水工程的难度。

2.地宫两侧水文走向很大程度决定了地宫“U”形阻排水渠模式选择和起止位置的确定。

“U”形阻排渠坝的东南西三边宽度差异很大,南渠宽84米,东渠宽40~52米,西渠宽24米。并且东渠较西渠还要长52米,无庸置疑,三边的差异显然在于赋予的阻水功能不同,这当然是由于地下水分布和水文走向不均衡带来的结果。

然而仅此不够,水的动态性质决定了任何阻隔工程都必须同时解决它的疏导问题。被彻底阻隔的主要由南而来的地下水,下一步走向那里?地宫周围地下水未来可能发生的走向如何?是至关重要的问题,对东西阻排渠坝工程的确定会有决定性影响。设想如果被阻隔的地下水沿着阻排水坝向北漫去,地宫北边必然浸灌成殃,那么“U”形阻排水渠坝的起始和尺度就一定不会是我们今天了解的这样。显然,地宫两侧的地理水文走势,也一定与地表看到的地理走势一样,呈自然向东西两边沟壑低处散去的态势。如此一来,被阻隔的地下水向两旁寻找出路的时候,也会自然循着地势水脉,向东西或东北西北方向的低势区域流去。而东西两侧的渠坝工程则依据呵护地宫的需要,决定向北构筑到今天探测到的方位。东侧阻排渠坝的构筑显然较西阻排水渠坝不仅宽很多长很多,而且南段和北段的宽度也不一样,说明就地宫东西两侧地势水脉而言,东侧情势较西侧严峻,很可能如同地表看到的,东南角有地下来水的可能。当然当时的设计施工依据的是最直接的观测数据,不会仅凭地表的考察即如此决定的。

二、秦始皇陵地宫阻排水工程与陵墓土工程的统筹施工

秦始皇陵地宫阻排水工程亦涉及到相关的施工,其中关涉最多的是陵墓土工程。既有施工顺序安排方面的统筹避让,也有场地利用上的交错划分,反映了秦人大型工程方面统合兼顾合理安排的系统工程理念及实践水平。

秦始皇陵墓仍属大开挖式凿穴,然后复土回填的穴墓特征。它的出土和复土尽管可能会有许多复杂情形,但主要出土填土方向为东西方向是可以确定的。原因有二:1.秦人墓葬中东西墓道向来属主要墓道,这是其丧葬制度规定的。不过同时,它也向来是土功的主要通道之一;2.这种以东西作为主要出土通道的作法与秦人所在区域地理环境对工程的选择正好吻合,反映了中国文化发展与自然规律选择交互作用的复杂历程。具体到秦始皇陵地宫周围地理形势,东西两边地势相对平坦,落差小,较南北两边条件有利得多,土方向东西两个方向运出,回填时再大体按原路填回,省时省功,无疑会是当然的选择。

问题在于,土方工程需要出路,地宫阻排水工程则需要在一定时段隔断道路,因而这种大约只会在秦陵地宫工程里见到的阻排水工程与同属秦陵地宫的传统土方工程施工无可避免会产生这样那样的冲突,必须设法加以统筹。

庆幸现在的阻排水系统留有这方面的重要信息。仔细分析便不难知道,阻排水工程既需要首先满足阻排功能的实现,同时又要尽可能地为东西方向的出土提供便利。这种统合考虑兼而顾之的结果反映在当时阻排工程的形式上,就留下了以下几点特征:

1.东边阻排工程并没有从一般可能选取的与地宫北端平行的位置开始,而是从地宫东西轴线以北56米的地方开始。这样做当然可以大大减少挖方,更重要的是为土方向东运出提供最大的便利,同时也提供了最大限度的堆土便利,不但包括阻排工程未涉及的北段所直接面对的场地,也包括了南段场地。只要稍微绕一绕,阻排水工程以东的整个空间都是堆土的有效场地。

2.地宫西边预留的空间更大。西阻排水渠从地宫东西中轴线附近就折转西去,将地宫西侧北半部分整个留给了出土以及必要的堆土。同时,对应的南半部分虽然由于阻水的需要而阻隔了出土,但是同样设计了堆土的方便,即在设计筑造第一段暗渠时就有意将其设计筑造得很长(38米),为必要时利用南区堆土提供了通道。

3.东西阻排渠的起始与终点(指西排水渠北端的转折点)位置的确定是保证阻排水效用的关键,同时也是关系土方工程是否窝工和窝工程度的关键。不难看出,当时的那些“专家们”如果没有精确的水文地质知识,位于“U”形渠坝工程端点的起点与终点是很难如此“悬乎”地确定在那样的位置的;同样,如果没有挖填土方工程的需要,此两点的定位,也一定会有变化,起码比现在已知的位置偏北得多。越来越多的迹象表明,当时的专家们在确定上述两点时的把握,的确达到令今人感叹的精度。

4.阻排水渠的挖筑时机选择在即将碰到地下水的时段,它的位置的准确选择说明了这一点。按照已经掌握的秦代水文资料,约当地表以下17米左右是第一层地下水。也就是说,在地宫17米左右深度以前挖凿出土,尚无需顾及阻排水工程问题。同样,地宫工程完结,地宫排水亦结束,排水渠始筑成暗坝,即不再跟陵墓复土冲突。

三、始皇陵“目”字形排水干网架构及陵墓选址地理因素分析阻排水系统的明暗渠排工程,主要是作为排水而筑造的。排水渠较长,目前探清楚前边一段,计明渠8处,暗渠7处,全长525米。由陵墓西边中轴线位置始,向西延伸108米,穿过内城西门后,沿内城垣西侧向北走220米,再折而向西走197米,至外城垣后继续向下走去。

明暗渠自有其特点,其中最值得注意的是排水走向,由走向不难看出,水是排向始皇陵西侧的沟壑里去的。这与以往发现的始皇陵园地下主排水管道的排水方向一致。

几十年来先后发现了许多秦始皇陵排水管道,其中能够大致判断为骨干管道的发现就有10宗,都是有多行五角形陶管道并列的较大排水管道系统。按照袁仲一先生的统计,这些发现计“外城垣西墙基下3处,外城东墙基下2处,内城垣西墙基下2处,内城东墙基下2处,另一处位于陵园内城北半部西区乙组四号建筑遗址东廊房的房基下”。

发现的10处管道,除1处位于四号建筑廊房基下的管道为南北方向外,其余9处都是位于陵园内外城墙基下方向呈东西或大致呈东西的管道。也就是说,已发现的骨干排水管道,排向基本上都指向了陵园两侧的沟壑。从中不难看出一个重要的事实:即秦始皇陵主要区域的排水,是以两翼自然沟壑做主框架,以东西向管道为主干的排水网实现的。需要排放的水流通过东西管道排向两侧的自然沟壑,再沿着沟壑自流而下,直到下面的河谷。这种防护区域内以横向排水管道为主干排向两侧的排水网或可称为“目”字形排水主干网架构。

排水一般都是利用“水性就下”的规律安排的。始皇陵地形南北落差很大,自流排放的能力即已很强。然而始皇陵并没有选用北向管道为主干的管网系统,基本原因在于,它必须同时兼顾及各种城建因素,做出最合理的统筹安排,因而最终还是选择了以向两侧排放为主干的目字形干网结构。具体说有以下几方面因素:

1.始皇陵城区两百多万平方米范围内,不仅有地宫,还有许许多多相关的陪葬和大量的殿屋建筑,能够及时向两侧排走足量的水,无疑减小了以后向下排放时一旦出现问题时的风险;

2.对长达两千多米的窄长形城区而言,多层次多段落的排水及时消减和分散了排水的总量,也就可以避免出现管排系统下端过于庞大带来的设计施工甚至包括材料难题,从总体上减小或分散了排水工程设计施工的难度;

3.它的排放效能也显然优越得多,省时省功;

4.也有利于整个陵园工程的统筹施工。这种设计无疑可以看成古代城建工程技术在陵园建造中的绝佳实践。

秦始皇陵这种排水选择也不是偶然的,从某种意义上说,它在选址时,这种排水的选择,即已然包括其中了,起码两侧能够畅通排流泄洪的沟壑,一定是回避不过的选择要素之一,作过认真的考虑。现在我们可以看到,始皇陵园所处地域,不仅有相对宽阔比较平坦的福地以供各种建造的安排,而且有非常有利的排水防洪条件。这种选择理念也许是秦人城址选择非常看重的地理要素之一,有重要认识价值。

四、结论

阻排水工程资料为我们提供了许多认识秦始皇陵工程设计施工的全新信息。其中秦人应用水文地质知识恰到好处的设计解决深穴筑造工程所面临的地下水浸入,恰到好处的统筹解决阻排水工程与土工程施工的交错矛盾以及聪明地选择陵园排水模式等等,都给人留下深刻思考。这些信息不限于阻排水工程本身,它其实综合反映了秦代城建设计施工技术的不凡水准。此外,秦人聚居环境设计中对四围沟壑的关注,也许还包括了围沟墓围沟的某些原始含义,值得进一步探索。

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