沈洁 田娜
堤防工程作为人类抵御洪水的工程结构,其型式与演变映射了城市防洪发展的历史要求[1]。作为上海市最大的河流,黄浦江具有防洪、航运、生态、景观、旅游等综合功能,两岸堤防是上海防汛“四道防线”之一。当前关于黄浦江区域水利的文献研究趋向于专题研究,主要根据各水利工程的独立时间线进行记述,亦缺乏对各时期防洪堤型式与演变的纵向梳理。本研究以黄浦江堤防修筑历史进程为主线,在历史长视野下考察水情及治水方式变化对堤防型式演变过程的影响,以及不同时期黄浦江堤防型式的具体表现,从全新视角探析防洪工程与城市环境变迁关系,以期为未来滨江景观建设带来启示。
如今在上海市区交汇的黄浦江与吴淞江(又名苏州河),历史上均属于太湖流域内的河网体系,与吴淞江相比,黄浦江约至宋代始有其名,历史较短,早期地方文献没有做更多记载[2],因此本研究以太湖流域至吴淞江的历史资料作为早期黄浦江堤防工程的研究佐证。
唐代以前,由于围田无序,围田与蓄洪排涝的矛盾日益加深。为解决洪涝问题、保护耕种,必须将治水和治田结合起来,圩田系统应运而生[3]。所谓圩田,“围田,筑土作围,以绕田也……其有力之家,度视地形,筑土作堤,环而不断……复有圩田,谓叠为圩岸,扩护外水,与此相类,虽有水旱,皆可救御”[4]。由此可见,筑堤围田最初是自发出现的,修建简单,仅用土筑堤挡水。至五代,圩岸的修筑技术有了较大发展,出现了堤岸、沟渠相结合的圩田,且规模宏大,此时的圩田相当于系统布局的农业灌溉系统(图1)[5],圩堤便是圩田修筑技术提升下的产物,起到外挡洪水、内杆农田的作用,因此,圩田亦可作为一种水利工程[6]。五代时期,华亭县(今上海松江区)圩堤的形貌如是:“堤河两涯,田其中”[7],即堤岸包围中间的土地,其具体形式为“内以围田,外以围水”[8],即河堤内包围着的农田,农田内的小水渠又与河堤外的大河道相互沟通。由此可以了解该时期圩堤与农田、水道的基本布局。
1 五代吴越塘浦圩田格局[5]Pattern of Wuyue Tangpu polder in the Five Dynasties period[5]
从唐至五代,在包括吴淞江两岸的太湖东部地区,大范围的圩田建设既是一种土地利用方式,也是一种水利工程形式,堤防建设与农田系统相辅相成,但此时圩田并非为防洪专门修建。
宋代以后,太湖东部的防洪系统成为水利建设的重点。一方面加高圩田驳岸,以抬高河道水位,保护圩内土地,并对圩堤的尺寸做相应要求。另一方面,水利撩浅军①采用统一标准疏浚塘浦,修高圩岸。这使得该时期的塘浦圩田纵横有序,呈现棋盘一样的景观[9]。可见圩田工程已由单项工程建设逐步形成整体系统。由于只有区域统一的大圩管理才能达到提升水位的治水效果,因此圩田的系统性工程建设对这片流域的自然地理产生了宏观影响:治水者通过吴淞江两岸的塘浦系统抬高水位,致吴淞江故道区地势高于圩田区,形成高地;水势遂不再东注淞江,而是回避这一高地倒流入黄浦口,这成为明代以后黄浦江取代吴淞江的演变开端[10]。
至宋代,圩堤工程已形成整体系统,这种大型水利工程因涉及地域范围较广,对自然地理产生了宏观和区域性影响[11]。
元代任仁发[12](1308年)统一全省圩堤体式:以水位高度作为圩岸标准,若水与田齐高,设圩岸高七尺五寸(2.5 m),若田高于水,则圩岸高度依次递减,相应标准的制定使得泾浜圩田的防洪抗灾能力大大提高[13]。据《三吴水利录》记载:“叠石成堤,堤岸虽更坚固,石堤却不能通澈湖水,更容易造成淤塞、影响自然环境,于是设计在石堤下作小洞门出水。”[14]可见此时的圩堤工程开始考虑人工圩田系统对自然地理环境的影响。
该时期的圩田系统除了农业价值,也逐渐具有比较完整的交通和美学价值。宋元时期众多文人和诗人描述了吴淞江流域的农田景观[15]。由于树木具有良好的固土能力和景观功能,在圩岸之上形成了植树的悠久传统[16]。此外,圩区的水稻、高地的小麦、湖区的芦苇等植物以及其他圩区边缘的树木构成了完整的植被结构,这也塑造了传统的江南景观。吴淞江流域依托水利系统形成了河渠连通农田与江边的独特区域风光。
明初由于吴淞江下游淤积,夏原吉奉命治理太湖水患,将太湖水引向黄浦江,从此黄浦江逐步代替吴淞江下游的干流[17],成为上海境内最大的河流,吴淞江则成为黄浦江支流。黄浦江水系取代了吴淞江水系,为上海的发展奠定了基础[18]。
明代的圩区规划已具一定格局[19],为了更好地发挥防洪效益,建立了岁修、监督等制度,并采用政府督导与民间自治相结合的方式:“宜令民间如往年故事,每岁农隙,各出其力以治圩岸”[20]。在技术方面进一步发展出根据地形、水势修筑圩堤,对圩区进行分区分级控制及分开排涝[21]的方法。明代筑堤标准比元代略有提高,普遍认为圩堤的高度要比历史最大洪水位高出1尺(约0.3 m)。值得一提的是,当时的堤防建设已经结合了生物护堤工程措施,通过种植桑柘、插茭芦等方式对堤岸进行保护,这不仅可以加强堤防基础,还可就地取材,用于修整堤防[22]。
至明代,圩区规划已具一定格局,修筑圩堤的技术方面呈现标准化趋势,出现了较为严格的防洪标准的雏形,同时亦关注水利工程建设对自然环境的影响。
结合堤防工程的起源、自然地理演变,以及防洪思想萌芽等多方面要素,将唐宋至元明时期的黄浦江堤防建设概括为“堤防工程的产生与发展:水利与农业同治”。具体表现在:堤防建设从与农业生产相结合,到农田水利工程出现,至唐宋发展为独具特色的圩田系统,这种将防洪措施与农业灌溉、排水相结合,而非单独设置的堤防工程,在上海大部分地区一直维持到开埠前。
清末至民国是中国社会动荡时期,在此形势下,近代防洪建设在艰难曲折中发展。据史料记载,清乾隆时期(1736—1796年),黄浦江市区段两岸虬江以下,全线筑有江堤[20];上海开埠(1843年)后,各帝国主义国家进行经济掠夺,急需发展黄浦江航运,治理黄浦江的问题也由此开始;光绪三十一年(1905年),清政府成立黄浦河道局,投入大量资金进行河道整治,在黄浦江一些主要港口、码头附近,开始修筑木桩基础的砖石、块石护岸,也有少量混凝土护岸[23]。在全段堤防工程材料升级的同时,黄浦江部分区段在交通和美学价值方面进一步提升:清同治四年(1865年),扬子江路(现中山东一路)外铺设滨江大道,并在外滩外沿堤岸之间种植了一批树苗,这成为上海最早出现的行道树[24]。
至民国,在黄浦江靠近市中心的河段两岸的工厂、仓库、码头附近,以外滩段为例,都筑有木桩基础的钢筋混凝土护岸,岸上设有护栏杆,以铁索相连。但在该时期,上海其他地区护岸的工程结构大多还比较薄弱,有的还是木结构[25],此时黄浦江市区段沿岸总体防洪能力还不到十年一遇的标准。考虑到防洪安全,民国时期太湖流域相继建立了气象站和水文站,并逐渐形成网络[26]。民国元年(1912年)国民政府成立上海浚浦局,黄浦江整治继续执行,在两岸修筑堤防工程的同时,上海浚浦局在吴淞口设立最早的吴淞自记水位站,同年建造了外滩公园自记水位站(今黄浦公园站②);民国二年(1913年)开始在浦江两岸筑围堤吹填,以适应当时的海船航行需要;民国十年(1921年)建成了第一座雨水泵站。但此后在夏秋季节,如遇热带气旋、暴雨、梅雨等灾害性天气,仍有洪水漫溢。据水情记录:民国二十年(1931年),上海遭强风袭击,黄浦公园站实测潮位4.94 m;民国二十二年(1933年),强台风来袭,黄浦公园站实测潮位4.80 m;同年第二次台风,黄浦江口吴淞站水位达到历史最高水位5.72 m,黄浦公园站达到4.86 m,上海市区和宝山川沙等地受灾严重[26-27]。
清末至民国,中国封建社会向现代社会过渡,随着航运的开放和西方现代防洪思想和方法的引入,该时期可归纳为“堤防建设的承前启后期”。为满足航运需求进行了大规模河道整治工程,一方面以码头和港口为主体继续加培堤防和修缮治理,另一方面,由于洪灾频繁而标准较低,两岸堤防经历多次修复。防洪建设主要是在以钢筋混凝土结构为主的堤工技术的初步应用,以及雨水情观测和预报上有所进展,在其他方面未有较大提升。
20世纪50年代以来,由于城市经济的发展,地下水开采量增加,上海地面沉降加速,但黄浦江的潮位却一直在上升,汛期时潮水泛滥和河岸崩塌时有发生,经济损失严重,至此开始建设防汛墙[28]。作为市区段的核心,新中国成立后开始大规模兴造活动的外滩地区正是历史转变的缩影。
1956年,黄浦江市区段沿岸开始修筑砖石结构的直立式防汛墙,同时在黄浦江的杨树浦港一带,群众自发修筑土堤,自此开始了上海市区防汛由“不设防”到“设防”的过渡,并逐步形成“以堤束水,以墙挡潮”的防汛格局[29]。外滩防汛墙始建于1959年下半年,拆除原有石柱铁链栏杆,改建砖砌防汛墙,墙顶标高4.8 m;至20世纪60年代,在砖砌防汛墙后加钢筋混凝土L型防汛墙,墙顶标高达5.3 m(图2)[30]。1962年前的防汛墙大都为砖砌结构,至1962年起,大多开始采用钢筋混凝土L型防汛墙来代替砖砌结构。黄浦江市区段防汛墙结构此时初具标准,防御能力快速提升,但其他地区实际防御标准并不高,因此1962年台风影响上海时,黄浦公园站潮位达4.76 m,半个市区受淹[31]。自此,黄浦江进入全面大力兴修防汛墙的建设高潮。
2 外滩防汛墙历年加高断面结构[30]Heightening of the section structure of flood control walls in the Bund over the years[30]
1963年,上海第一次颁布市区防洪标准(“六三标准”),要求将黄浦公园防洪墙顶高度提高至5.2 m。此时岸墙用材不尽相同,有用砖砌、钢筋混凝土构筑的,也有利用原有围墙、房屋砖墙加固成防汛墙的。在该时期由于没有统一的防汛墙设计标准,只有少数市区的防汛墙能达到抵御百年一遇潮位[32]。
1974年,上海遭受7413号台风侵袭,黄浦公园站潮位高达4.98 m,城乡接合部地区遭到潮水漫溢,险情严重[33]。面对黄浦江严峻的防洪形势,颁布了新的设防标准,规定黄浦公园防御潮位5.3 m,墙顶标高5.8 m(百年一遇标准)[34],外滩防汛墙也在此时增高至统一高度。20世纪70年代后期,要求墙后腹地条件允许时采用复合式防汛墙,而在墙后腹地条件不足的区段,采用生态框或自嵌式挡墙、石笼、水土保护毯、生态袋等提高堤防设施的生态性;对于较难改变设施结构的,通过设置花槽美化防汛墙、造型模板预制防汛墙、迎水侧浮雕装饰等方式提高堤防设施的生态效果[35]。
在该时期,防汛墙用材逐渐从浆砌块石过渡到混凝土、钢筋混凝土。到1974年汛期前,全市防汛墙基本封闭。
城市化水平的提高带来经济社会的发展和繁荣的同时,也提高了城市水灾的敏感性和脆弱性,这导致洪水灾害所产生的社会经济损失越来越严重[36]。在这一阶段,上海的建设与黄浦江水情的重大变化有直接关系。1981年,上海遭8114号台风袭击,黄浦公园站出现5.22 m最高潮位,高出堤内地面1~2 m,防汛墙普遍出现漏水、冒水情况,黄浦江成了威胁城市防洪安全的江河。1984年,上海市批准市区按照千年一遇③的防洪标准设防,黄浦公园防御水位达5.86 m,防汛墙顶标高设置为6.9 m。
黄浦江市区段少数河段的防汛墙也在结构上进行了改变。20世纪80年代末,由于改建市政设施和改造外滩景观的需要,市政设计院在改建外滩防汛墙时,将防洪墙前缘向黄浦江方向移动了6~9 m,将高桩承台式结构的防汛墙改为钢筋混凝土双层空厢式结构的防汛墙(图3)[37],空厢前沿为挡水胸墙,作为观光游览平台;后沿用混凝土板桩挡土,内部空间灵活,可作车库、商店等用房。因防汛墙外移而扩大的陆域范围内,除按交通需要布置机动车道和非机动车道外,均用于绿化[34]。在设计中,外滩绿化带由观景平台绿化(防汛墙厢屋顶)和地面绿化组成,分别布置在3个标高层面上,观景平台绿化标高为6.9 m,地面绿化标高分别为4.7 m和3.5 m,形成乔木、灌木和草本植物3层阶梯式立体绿化景观,并设计了喷灌及滴灌设施,以确保外滩四季常绿。此种新颖设计,为防汛墙综合利用首例。
3 外滩空厢式防汛墙结构[37]Empty box type flood control wall structure in the Bund[37]
为解决水陆空间关系、防汛与日常功能关系、地面与地下工程关系,外滩防汛墙的改造设计做出了有益的探索[37]。此时现代化的防汛墙工程建设与传统水利目标渐趋融合:按照城市防洪规划,合理确定堤防高程,保证防洪工程建设标准适度,从而实现防洪、生态保护、文化景观建设等多目标的协调[38-39]。
这次建设实际上是前2次建设的延伸和补充,这个阶段的建设主要完成了市区防汛墙的加高加固工程:1988年,经国家计委批准立项,上海市区防汛墙按千年一遇标准全面进行加高加固[40]。
结合外滩交通综合改造工程,外滩防汛墙的拆除重建于1993年竣工。此时外滩已成为休闲和欣赏黄浦江两岸景观的绝佳场所,在景观设置上,其空厢顶有花坛、座椅和弧形观景台等[35]。此外,黄浦江沿岸部分区段将护坡式防汛墙的上部墙身与下部护岸结构分开布置,构成前驳岸、后墙身的“两级挡墙式”,此种做法首次出现于20世纪90年代初的浦东陆家嘴滨江大道防汛墙(图4),在临河侧建造了亲水平台。随后,在苏州河等黄浦江支流河道也相继出现了“两级挡墙式”防汛墙,取得了良好的景观效果。防汛工程与景观绿地配合得越来越紧密,综合型防汛墙成为必然趋势。
4 陆家嘴防汛断面Flood control section of Lujiazui
纵观堤防建设历程,从干砌块石护坡到混凝土桩板护坡,再到浆砌块石护坡,材料不断更新升级,汛期的安全防线也在不断提高[41]。但也由此出现了新的问题:黄浦江防汛墙经几次加高,市中心区段防汛墙顶高出地面2~3 m,江边防汛墙形成的人工屏障,隔断了人与自然的亲近,直到两级挡墙式防汛墙的出现才缓解了这一矛盾。
新中国成立—20世纪末的50多年间,黄浦江的防洪建设取得了巨大成就,初步建成了堤防工程与非工程措施相结合的防洪体系,在防洪防汛、生态管理以及防洪法律法规建设等方面都开创了新的篇章。这一时期的防洪建设可以概括为“堤防工程的现代化建设”,主要体现在两方面。1)堤防工程建设规模化。在国家和地方各级政府的大力支持下,沿江堤防的规模化建设如火如荼。2)防洪方略系统化。将防洪作为一个统筹自然环境、社会经济和科学技术等领域的系统性工程予以建设。
进入21世纪后,按照“百年大计、世纪精品”的要求,上海市启动了黄浦江两岸综合开发。2002年,上海市政府在《黄浦江两岸综合开发规划》中提出“人民之江”的发展目标,初期工作为释放沿江的土地和岸线空间,为日后新功能的引入做前期准备[42]。其后,借助2010上海世界博览会(EXPO 2010)的国际性公共事件,启动了世博滨江、徐汇滨江等的转型升级。这个时期,两级挡墙式防汛墙的广泛应用,为滨江区功能转换奠定了基础。两级挡墙式防汛墙的典型结构包括三部分(图5):一级挡墙(驳岸)、二级挡墙及两墙之间的土坡。二级挡墙一般采用钢筋混凝土L型防汛墙,土坡为回填土。由此可见,堤防的筑堤用材从土料、石料到混凝土、钢筋混凝土,现在又重新采用“土堤”,这种“回归自然”的理念应是一种螺旋式上升[43]。
5 二级防汛墙典型结构[43]Typical structure of secondary flood control wall[43]
随着两级挡墙式防汛墙的应用越发广泛,其结构也有了创新,为适应不同的滨江环境条件,防汛墙呈现出多种断面型式。
1)自然景观形态与防汛结合的断面型式。在沿江绿地空间纵深较大的条件下,防洪墙可以大幅后退,将千年一遇的防洪岸线与绿地结合,利用土坡或台地将高度降至百年一遇或50年一遇标高[44]。例如后滩公园利用梯地禾田构建生态化防洪体系(图6):通过在20年一遇的土坡式防洪堤和千年一遇的台地式防洪堤之间的湿地设置缓冲区,从而降低千年一遇堤防的相对高度和强度要求[45]。同时将水泥材料改为低强度泥土和天然材料,此种生态化护堤改善了滨江生态系统的完整性[46]。这一结合使防汛墙形式被进一步弱化,场地内加强了亲水植被的种植,弱化防汛工程的人工痕迹,同时营造出成熟的自然生态景观[47]。后滩公园为21世纪堤防型式提供了展示生态文明的独特示范。
6 后滩公园防汛断面Flood control section of Houtan Park
2)功能设施与防汛结合的断面型式。当沿江空间纵深较小,或城市主干道与黄浦江平行且距离较近时,将千年一遇防汛岸线靠近江岸布置,通过不同的标高过渡到台地以实现自然的空间连接。例如徐汇滨江(图7)的营建:大量滨江工业遗产的留存需要保持地坪标高不变,以此为前提,对场地整体采用路堤合一、多级亲水的应对策略。将塔吊等工业遗存保留利用,作为二层架空步行平台;高架下除为游人提供遮阴蔽雨的休息空间以外,还通过对新建的6.5 m标高的防汛墙体用木架攀岩材质进行“包裹”的方式,置入了独特的攀岩功能;高出地坪的老防汛墙结合不同高度的种植池置入座椅的功能,方便游人停歇观赏江景。徐汇滨江以多种手法对防汛墙进行景观化处理,与活动设施结合的同时植入文化、展示等功能,形成了观赏性较强、舒适宜人的滨江休闲体系。
7 徐汇滨江防汛断面Flood control section of Xuhui Riverside Park
3)建筑空间与防汛结合的断面型式。如设置江边公共建筑以创造景点和亲水机会,或为保留临江码头功能,将防汛墙与建筑结合。例如上海世博园南侧的白莲泾公园(图8),将地形与防洪墙结合,利用不同方式的曲面统一地形、防洪墙和服务建筑,将服务及商业设施巧妙地隐藏在其中,防汛墙外侧作为公共休憩的半开放空间[48]。此外,由于十六铺码头地块宽度较窄,在吸取外滩空厢防汛墙经验的基础上,提出“三墙合一”的防汛墙设计理念:将防汛墙与工程围护墙、地下空间结构外墙结合,形成具有3种功能的墙体结构[49]。十六铺码头综合改造工程有效地解决了地下综合体开发和现状防汛墙保护的问题。
8 白莲泾公园防汛断面Flood control section of Bailianjing Park
4)防汛工程技术的创新与应用。如因距离水体较近不具备改造条件时,根据防汛墙顶与地坪的高差,可采用通透式防汛墙。例如南外滩老码头防汛墙的演变:2012年以前,滨江沿岸的混凝土防汛墙采取涂鸦墙的方式,在一定程度上满足了景观美化的需求;其后将码头平台75 cm以上的混凝土墙体改换成高约1 m的透明玻璃,建成玻璃式防汛墙,其结构通透、型式创新,在无法改造防汛墙结构的情况下也能够满足城市沿江景观的要求、水上和岸上双向风景观赏要求及市民和游客的亲水要求[50]。这种新型防汛墙技术在上海是首次尝试。
多级、多样的防汛墙在实际应用中,根据滨江空间的尺度以及道路、建筑、绿化与防汛墙的关系[49],形成了多种类型的滨水断面型式[51],使得黄浦江滨江景观空间焕然一新,推动了黄浦江滨江区向多元复合功能转变,滨江建设也不断发展出更为成熟的防洪景观营造的模式与方法(表1)。
表1 黄浦江堤防工程与型式演变Tab.1 Huangpu river embankment projects and type evolution thereof
本研究以黄浦江堤防修筑历史进程为主线,总结了不同时期黄浦江堤防型式的具体表现与发展过程,揭示了防洪工程与城市环境变迁的关系,黄浦江作为城市防洪建设的典范,可以为其他地区的滨江建设提供有益参考。本研究将黄浦江的堤防建设历史划分为4个阶段:第一阶段,唐宋—元明是堤防工程的产生与发展时期,以圩堤的形式依附农田水利发挥防洪功能;第二阶段,清末—民国是堤防建设的承前启后期,这一时期防洪的薄弱反映出传统结构型式无法适应新的水情灾情,对城市防洪建设提出了更高要求;第三阶段,新中国成立—20世纪末是现代防洪科学全面形成时期,这一时期的堤防工程建设呈现标准化的特点,人水和谐的防洪新理念在该时期得到全面推广;第四阶段,21世纪初至今是堤防建设的景观化发展时期,滨水公共空间综合提升的策略与措施取得了显著成果。黄浦江的堤防工程在历史演进中呈现出两大趋势。1)综合化趋势:早期防洪方略一直停留在单纯的“筑堤”,明清时期开始在滨江置入交通或商业等功能,新中国成立后对防汛墙在空间与日常功能上做出进一步扩展,21世纪更是以“公共开放空间”为主体开展滨江综合开发建设,为黄浦江堤防置入了生态、文化、艺术等功能,未来作为上海建设“国际大都市”的重要功能依托,黄浦江沿岸功能将更加多元、复合。2)景观化趋势:新中国成立初期进行还景于民的外滩综合改造,20世纪末两级式防汛墙的出现为植入景观功能提供基础,21世纪在此基础上探索了各种类型的防汛型式,如今已将堤防系统打造成能够统筹防汛、景观和活动等领域的综合工程。
随着防洪建设实践的不断深入,城市水利工程不再单纯满足于防洪需求,而是力求将其与生态保护、环境营造、经济社会发展进行有机融合。黄浦江的防洪建设在3个方面卓有成效:1)系统考虑城市要素,充分发挥水利工程的多重功能;2)采用先进的技术和理念,扩大水域治理的范围;3)创造丰富的滨水休闲空间,满足城市居民的文化娱乐和休闲需求。本研究侧重于对黄浦江堤防发展的史料分析,未来可通过模型模拟的方式,进一步展现黄浦江堤防工程与型式的时空演变历程;此外,堤防工程景观化发展已是必然趋势,其产生的生态、美学、社会效益等也值得未来进行深入评估。
注释(Notes):
① 水利撩浅军:指专门大兴圩田的工程养护队伍,撩浅军由招募兵卒组成,常为农事、治湖筑堤、防涝防旱,号为撩浅军,又称撩清。
② 黄浦公园站:位于苏州河口黄浦公园内,距离黄浦江下游河口25.4 km处,毗邻外滩景区及陆家嘴金融贸易区,为上海市区重要的防汛预报指标站。本研究主要以黄浦公园站潮位数据为基础分析黄浦江中心段水文特征。
③ 千年一遇标高:防汛墙设计高水位采用1984年《黄浦江潮位分析》成果千年一遇高潮位与历史高潮位的大值。防汛墙顶标高、设计水位按照《上海市防汛指挥部关于修订调整黄浦江防汛墙墙顶标高分界及补充完善黄浦江、苏州河非汛期临时防汛墙设计规定的通知》分段确定的千年一遇高潮位设计,各区段有所差异。
图表来源(Sources of Figures and Table):
图1引自参考文献[5];图2改绘自参考文献[30];图3改绘自参考文献[37];图4、6~8由作者绘制;图5改绘自参考文献[43];表1由作者绘制。