遺產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)視角下的土遺址防洪
——三關(guān)口明長城環(huán)境整治工程設(shè)計(jì)分析

劉臨安（北京建筑大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 北京 100044）

彭 亮（北京建筑大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 北京 100044）

一、遺產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)與環(huán)境整治的關(guān)系

世界遺產(chǎn)的防災(zāi)與減災(zāi)（Reducing Disasters Risks at World Heritage Properties）對于世界遺產(chǎn)的保護(hù)具有重要的意義。在傳統(tǒng)的遺產(chǎn)保護(hù)概念中，比較重視遺產(chǎn)的日常性維護(hù)、基本病害的處理等。但除此之外，在面對突發(fā)災(zāi)害時(shí)，遺產(chǎn)往往呈現(xiàn)出較高的易損性，需要迅速組織有效的手段進(jìn)行應(yīng)對。而遺產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)理念的提出，旨在降低遺產(chǎn)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，在事前提出預(yù)警，并以相關(guān)手段進(jìn)行干預(yù)，防患于未然。

2006年第30屆世界遺產(chǎn)大會(huì)在立陶宛召開，會(huì)議明確了遺產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)的戰(zhàn)略，指出遺產(chǎn)的防災(zāi)減災(zāi)要從全球布局，形成從局部地區(qū)到國家、機(jī)構(gòu)組織的多層次的整體認(rèn)識，建立起遺產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)文化，對現(xiàn)存遺產(chǎn)抵御災(zāi)害的能力進(jìn)行監(jiān)測與評估，努力減少潛在性的致災(zāi)因素。國際上對于遺產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)的工作對象，通常定義為兩類：一是突發(fā)性的自然災(zāi)害對遺產(chǎn)的破壞——洪水、暴雨颶風(fēng)、地震等；二是人為導(dǎo)致的災(zāi)害——武裝沖突、戰(zhàn)爭對文化遺產(chǎn)的破壞等。在我國，防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)對象是自然災(zāi)害。

很多文化遺產(chǎn)矗立千百年，其所依附的自然環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了巨大改變，遺產(chǎn)環(huán)境逐漸變得越來越不利于遺產(chǎn)本體的保護(hù)：植被的改變使得遺產(chǎn)所處的微氣候產(chǎn)生了變化，例如風(fēng)速、溫度、濕度等；另一方面降雨、洪水等也逐漸改變著遺產(chǎn)周邊的地形地貌，由地表徑流作用形成了深淺不一的溝壑，這些溝壑經(jīng)過多年的發(fā)育，逐漸侵蝕著遺產(chǎn)所依附的地形。通過環(huán)境整治，可以疏導(dǎo)遺產(chǎn)周邊的水流，修補(bǔ)遺產(chǎn)所處地貌，改善遺產(chǎn)微環(huán)境。

我國目前擁有較為完善的災(zāi)害預(yù)報(bào)機(jī)制，但仍是以災(zāi)后應(yīng)對為主，預(yù)防性保護(hù)不足[1]。遺產(chǎn)的環(huán)境整治也符合預(yù)防性保護(hù)的理念，通過環(huán)境整治可以達(dá)到消除遺產(chǎn)周邊潛在性致?lián)p因素的目的，使得災(zāi)害來臨時(shí)能夠避免或緩解對遺產(chǎn)本體的影響。

二、土遺址環(huán)境整治與防洪

在我國文化遺產(chǎn)的各種類型中，土遺址作為建筑材料是比較特殊的一類，其防災(zāi)減災(zāi)尤其值得重視。

按照文物保護(hù)對象分類，土遺址主要包括文物保護(hù)單位中的古遺址、古墓葬等以土為主要建造材料的部分遺址。土遺址大多建成年代久遠(yuǎn)，規(guī)模也相對較大，具有較高的歷史價(jià)值。我國現(xiàn)存的文化遺產(chǎn)中，（地表）土遺址主要分布在西北地區(qū)，而其所處的自然環(huán)境往往不利于土遺址的保護(hù)。

土遺址建筑在初次建造的過程中常見就近取土，經(jīng)過處理后夯實(shí)作為建筑材料。西北地區(qū)土遺址的周邊環(huán)境多以淺草覆蓋的沙土地面為主，缺乏林木，植物根系對土地的固化作用也比較弱，在雨水的長期作用下，遺址周邊的表層土結(jié)構(gòu)容易發(fā)生侵蝕作用，進(jìn)而發(fā)育成沖溝，在突發(fā)洪水時(shí)，由于瞬時(shí)水量暴增，水流迅速侵蝕溝岸，形成流量巨大的洪水匯水溝，有的更伴有泥石流，對土遺址基底的穩(wěn)定性造成巨大威脅。

據(jù)國家文物局2012年發(fā)布，中國長城的總長度為21，196千米，分布于15個(gè)省區(qū)市。其中位于西北地區(qū)，陜西、山西、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、新疆等地的長城，相當(dāng)多段落是使用夯土建造。這些遺址已經(jīng)存在了千百年，其所在地的保存環(huán)境隨著歲月流逝也在逐漸劣化。

長城土遺址就本體而言，除人為破壞外，主要的病害包括表面風(fēng)化、基礎(chǔ)掏蝕、墻體開裂、坍塌等。且長城作為線性分布的遺址，不僅立于山脊也穿過溝壑，在低處的遺址，易沿城墻走向形成沖溝，并在局部區(qū)域內(nèi)的最低點(diǎn)匯水沖擊成為泄洪道，沖破長城的阻攔向更低處傾瀉，形成持續(xù)性對保存環(huán)境的破壞，進(jìn)而進(jìn)一步威脅到土遺址本體。所以長城土遺址的病害要主要為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性病害，這也是長城土遺址保護(hù)的重要特點(diǎn)。

從長城土遺址的保護(hù)手段來看，主要分為本體的保護(hù)加固與保存環(huán)境的整治。

在本體保護(hù)方面，針對基礎(chǔ)掏蝕常采用的手段主要是夯補(bǔ)加固，即在掏蝕區(qū)采用木板支模，再用夯土進(jìn)行補(bǔ)夯，最終達(dá)到補(bǔ)夯土層在力學(xué)上支撐被掏蝕長城墻體的目的。夯土材料的選取，以就近黃土狀粉土為主，根據(jù)長城本體的原構(gòu)筑材料不同，可以加入相應(yīng)的土石成分以保證材料接近原真性，同時(shí)還可以加入具有相近外觀特性的改性材料，以提高其抵抗自然風(fēng)蝕雨浸的能力。在夯補(bǔ)的過程中要對土層進(jìn)行分層，盡量與墻體原土層分層保持一致。在所有的補(bǔ)夯工作完成后，在基礎(chǔ)向外找坡以保證雨水的排出，減少其對墻體基礎(chǔ)的浸滲。除此之外，土坯砌筑填充掏蝕區(qū)域也是常用的加固方式，與夯補(bǔ)可在局部相互補(bǔ)充。

墻體開裂常見的修復(fù)手段是通過注漿來填充。對于開裂較大的墻體，應(yīng)首先使用與墻體土質(zhì)相同的土塊對縫隙進(jìn)行填充，而后再沿裂縫由深至淺設(shè)置橫向木條（也稱栣木）進(jìn)行錨固，而后再進(jìn)行灌漿。對于較小的裂縫，則可直接進(jìn)行灌漿。

墻體的坍塌對于暴露在野外的長城土遺址是最嚴(yán)重的病害。如果城墻已經(jīng)整段坍塌，形成了較長的斷裂，從真實(shí)性原則出發(fā)，不建議對大段坍塌的長城進(jìn)行復(fù)原。如果城墻存在局部坍塌，則針對其相應(yīng)的失穩(wěn)模式進(jìn)行處理。其失穩(wěn)模式大致分為拉裂式坍塌、傾倒式坍塌與滑移式坍塌[2]。拉裂式坍塌是指墻體底部被掏蝕后，其掏蝕區(qū)頂部的夯土層以整層斷裂坍落的方式垮塌，修復(fù)方式主要是在掏蝕區(qū)重新使用夯土進(jìn)行補(bǔ)夯，夯土分層與原墻體保持一致，并在夯筑的同時(shí)采用垂直支護(hù)加固；傾倒式坍塌是指墻體由于掏蝕，其整體結(jié)構(gòu)重心偏移墻體中軸，墻體下部在水平方向應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂隙將墻體的承重面割裂，最終導(dǎo)致墻體向重心一側(cè)直接傾倒；滑移式坍塌與傾倒式坍塌的不同在于，其掏蝕凹進(jìn)區(qū)域并未嚴(yán)重地影響墻體的結(jié)構(gòu)重心，但掏蝕區(qū)上方的墻體由于由裂隙或沖溝的豎向影響，使墻體可能發(fā)生整體滑落。針對后兩種坍塌形式，主要采用結(jié)構(gòu)支護(hù)后夯筑支頂?shù)姆绞竭M(jìn)行修復(fù)，并配合對開裂部分進(jìn)行灌漿等。

長城土遺址保護(hù)中較具代表性的實(shí)例是甘肅嘉峪關(guān)長城遺址保護(hù)。自1985年起，嘉峪關(guān)長城文物保護(hù)工程開始大規(guī)模持續(xù)推進(jìn)，2012年新一輪的大規(guī)模保護(hù)修復(fù)中，使用了新的改性料礓石夯筑方法[3]，在不同的修復(fù)部位采用不同質(zhì)量配比的改性料礓石，在獲得良好強(qiáng)度和耐久性的基礎(chǔ)上，兼顧了觀感。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)也表明修復(fù)后的長城遺址對自然侵蝕的抵抗力顯著加強(qiáng)。

除了本體加固外，有些長城土遺址所處環(huán)境的劣化已經(jīng)威脅到遺址的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，必須對其進(jìn)行有針對性的整治設(shè)計(jì)，寧夏三關(guān)口長城的整治工程是當(dāng)中較有代表性的，其工程的難度與復(fù)雜程度也充分體現(xiàn)出土遺址保護(hù)中，本體保護(hù)加固與環(huán)境整治之間的有機(jī)聯(lián)系。

三、三關(guān)口明長城的歷史與價(jià)值

三關(guān)口明長城位于寧夏回族自治區(qū)銀川市閩寧鎮(zhèn)，是寧夏境內(nèi)現(xiàn)存1507千米長城中城墻保存最為完整的一段。寧蒙兩自治區(qū)以長城為地理標(biāo)志線，長城遺址東側(cè)為寧夏銀川——賀蘭山洪積扇堆積而成的荒原；西側(cè)為內(nèi)蒙古阿拉善左旗，越過賀蘭山脈即為騰格里大沙漠（圖1）。

圖1 三關(guān)口長城全貌（西-東攝）（作者自攝）

三關(guān)口舊稱赤木口。明代銀川屬于邊塞重鎮(zhèn)，為了抵御韃靼軍隊(duì)越過賀蘭山踏入寧夏平原而大修城防。據(jù)《嘉靖寧夏新志》載：“指揮呂仲良督軍夫四千往役，游擊將軍傅君，統(tǒng)千軍以防之”[4]。三關(guān)口以賀蘭山北山口為起始，由南向北，自東而西，排列了三座城關(guān)，地勢險(xiǎn)要，易守難攻，史上被稱為三道關(guān)。

明嘉靖年間，長城由僉事齊之鸞開始主持修建，總長共計(jì)80余千米，北起三關(guān)口，占據(jù)制高點(diǎn)以利觀測，向南沿韃靼鐵騎難以逾越的賀蘭山腳修建，在山谷處設(shè)置關(guān)卡，最南至大壩堡。后長城因沙暴被埋，在巡撫楊守禮主持下，進(jìn)行了重修。楊守禮也因此留下詩作一首，名為《赤木口》[5]，詩中云：“昔年荒落無人跡，此日從容有客來。為道邊城堪保障，不妨尊酒共徘徊。夕陽撾鼓明金戟，寒霧沖風(fēng)拂草來。寄語長安諸俊彥，平胡還待濟(jì)時(shí)才?！痹谛拗L城時(shí)，因周邊土地多為沙礫土，楊守禮命人在沿線找到幾處適合筑墻的土壤，并往返20余千米取水將土壤與沙礫相拌，最終得以筑成堅(jiān)固的三關(guān)口城墻。

三關(guān)口明長城遺址作為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位明長城的重要組成部分，是研究明長城和明代邊疆軍事防御體系的重要研究實(shí)例，也是中華民族融合、團(tuán)結(jié)與發(fā)展的歷史產(chǎn)物，反映了明代西北地區(qū)的政治、軍事、文化諸方面的社會(huì)發(fā)展特征。在建造上，因地制宜，方式多樣，城墻有的部分在峭壁上筑墻形成居高臨下的懸崖，有采用干壘干砌的技術(shù)，有的利用黃土夯筑，復(fù)雜程度堪稱奇跡。

四、三關(guān)口明長城的地理氣候與水文特征

1.地理與氣候條件

三關(guān)口明長城位于賀蘭山東麓南段山前洪積扇上。賀蘭山總體山勢較緩，呈現(xiàn)出西高東低、南高北低的態(tài)勢，山區(qū)海拔在1620～1970米，多為干燥剝蝕山地，土層薄，林木極少。氣候上屬于干旱與半干旱氣候，春旱多風(fēng)，升溫快，蒸發(fā)量大；夏季炎熱，雨量集中；秋季短暫，降溫快；冬季干冷少雪[6]；年平均氣溫9.83℃，1月平均氣溫-7.2℃，7月平均氣溫24.16℃。多年平均相對濕度58.0%，全年平均風(fēng)速2.4米/秒。春季多發(fā)沙塵暴，土壤風(fēng)蝕較重。

根據(jù)多年平均降水量等值線圖，三關(guān)口明長城區(qū)域多年平均降水量約為170毫米，降水量分配非常不均，主要集中在5—9月，占全年總降水量的82%，降水強(qiáng)度大，暴雨經(jīng)常發(fā)生在7—8月（見表1）。根據(jù)榆樹溝雨量站資料，最大年降水量達(dá)到377毫米，最小年降水量為82毫米。三關(guān)口區(qū)域徑流特點(diǎn)是年內(nèi)分配不均，與降水量呈正相關(guān)，主要集中在在6—9月，徑流的年際變化較大，區(qū)域內(nèi)多年平均徑流量逐月分配見表2。

表1 三關(guān)口區(qū)域多年平均降水量月分配

表2 三關(guān)口區(qū)域多年平均徑流量逐月分配

區(qū)域內(nèi)的輸沙模數(shù)相對較小，主要以汛期洪水挾帶泥沙為主。輸沙量也與降水量、區(qū)域徑流量呈正相關(guān)，6—8月的輸沙量占全年輸沙總量的98%左右。

2.區(qū)域內(nèi)洪水特性

三關(guān)口區(qū)域內(nèi)洪水具有明顯的季節(jié)性與區(qū)域性，時(shí)間主要集中在6—9月，主要誘因?yàn)楸┯?，類型以地形雨為主。洪峰流量大?00立方米/秒，洪水九成以上發(fā)生在7—8月[7]。由于單次暴雨強(qiáng)度大，降水量集中，洪水的峰值一般呈現(xiàn)單峰的形態(tài)且峰值較高、持續(xù)時(shí)間較短，但破壞力巨大。由此形成的洪水產(chǎn)流為超滲產(chǎn)流，因地表長期干旱，對降水吸收不易飽和，降雨強(qiáng)度短時(shí)間內(nèi)暴增時(shí)，地表徑流極易匯集成洪水，加之山溝土層較薄，暴雨時(shí)土壤易飽和，滲入明顯減少，徑流量增加很快，極易匯流形成洪峰。

五、三關(guān)口明長城遺址的環(huán)境現(xiàn)狀

2015年，相關(guān)部門對三關(guān)口長城進(jìn)行了大規(guī)?？辈炫c保護(hù)方案設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場調(diào)研顯示，長城土遺址存在墻體裂縫、坍塌、基礎(chǔ)掏蝕、墻體缺失、雨水沖溝、表面酥堿、植被破環(huán)、坍塌流失等病害。針對這些病害，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出保護(hù)方案并逐步實(shí)施了本體加固、修復(fù)工程，本體修復(fù)效果良好，也再現(xiàn)了三關(guān)口長城作為銀川古代城防“四險(xiǎn)”之一的雄姿。但由于三關(guān)口長城土遺址所處位置特殊，受到季節(jié)性暴雨及山洪災(zāi)害的巨大影響，遺址本體的保存環(huán)境逐漸被山洪侵蝕，遺址周邊沖溝發(fā)育迅速，僅對遺址進(jìn)行本體加固已經(jīng)無法滿足保護(hù)需求，必須通過相關(guān)的水文研究和環(huán)境整治，才能進(jìn)一步鞏固現(xiàn)有的遺址本體保護(hù)的成果，滿足長城保護(hù)的要求。

三關(guān)口明長城遺址長期遭受洪水侵襲，歷經(jīng)數(shù)百年山洪切割，已經(jīng)成為一段段長短不等的墻垣，橫亙在賀蘭山麓的荒野之中。從由北到南的空間分布來看，目前受到洪水影響最深的分別為以下幾個(gè)標(biāo)段：

1.三關(guān)口南段處（G0313-G0314）

此段長城遺址地勢較低，山洪匯集在長城遺址的底部部位，然后順著底部流向泄洪槽，致使長城遺址基底已經(jīng)處于泄洪槽之中，長期的水流沖蝕將墻體截出大小不等的數(shù)個(gè)豁口，目測寬度在10米至20米不等。逐次的山洪也一步步拓寬了泄洪槽，深切了槽底，嚴(yán)重侵蝕了城墻底部，遺址本體也出現(xiàn)嚴(yán)重的傾斜，岌岌可危（圖2）。

圖2 三關(guān)口南段豁口現(xiàn)狀（作者自攝）

2.磨石溝前段（G0324-G0327）

此段長城遺址也是一個(gè)大尺度的豁口，遺址底部的迎水坡面上是一個(gè)S形的泄洪槽，長度約30米，寬度約15米，在遺址底部前方形成一個(gè)約90°的轉(zhuǎn)彎。沖泄下來的山洪在S形的泄洪槽中形成了旋流，帶動(dòng)山洪夾雜著石片、石渣、石屑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，受到長城遺址底部的阻擋以后，帶有勢能的石片對于遺址基礎(chǔ)的切削力度很大，加速了侵蝕破壞作用。受到影響的遺址長度在20米左右，現(xiàn)場可見大量邊角尖銳的石片、石渣、石屑沉積在泄洪槽中（圖3）。

圖3 磨石溝前段長城病害情況（作者自攝）

3.磨石溝三段（G0393-G0396）

此段長城遺址中約100米長的本體完全處于泄洪槽當(dāng)中（圖4），受影響較大的部分長約60米，寬5～8米不等。每當(dāng)雨季來臨，山洪流經(jīng)泄洪槽時(shí)都會(huì)對長城遺址的底部產(chǎn)生沖蝕性破壞。2018年“7.23特大暴雨”的一個(gè)月后，仍然可以清楚看到長城遺址底部的水漬高達(dá)60厘米，痕跡明顯（圖5）。目前，此段長城遺址底部受到山洪及石渣、石屑的沖擊切割，已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的沖蝕切入破壞，沖蝕深度普遍達(dá)20厘米以上，個(gè)別地方的深度達(dá)50厘米之多，這種沖蝕破壞對長城遺址的整體穩(wěn)定性形成巨大威脅，現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)此段長城遺址已經(jīng)出現(xiàn)兩處重力坍塌（圖6）。甚至出現(xiàn)一處1.6米見方的破壞性洞穿（圖7）。

圖4 磨石溝三段泄洪槽中的遺址（作者自攝）

圖5 高達(dá)60厘米的水漬痕跡（作者自攝）

圖6 遺址底部受到浸泡后的坍塌（作者自攝）

圖7 遺址上的洞穿（作者自攝）

六、重點(diǎn)地段環(huán)境整治設(shè)計(jì)分析

（一）長城豁口的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取

三關(guān)口明長城遺址處于賀蘭山腳，環(huán)境多變，地形復(fù)雜，傳統(tǒng)測繪方式難以開展，如何精確地獲取地形數(shù)據(jù)，成為做好環(huán)境整治工作的第一步。在此次設(shè)計(jì)中，通過傾斜攝影航測，建立起三維的GIS模型，以模型數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，開展設(shè)計(jì)工作。

GIS模型搭建的第一步是劃定航測的范圍，范圍涵蓋這次設(shè)計(jì)的所有標(biāo)段。選取參照點(diǎn)后設(shè)置相關(guān)參數(shù)，無人機(jī)依據(jù)航線自動(dòng)完成了拍攝任務(wù)。采集的數(shù)據(jù)包括多角度的影像信息及其相關(guān)的坐標(biāo)pos信息。通過Context Capture軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的二次處理，進(jìn)行pos數(shù)據(jù)整合、空間三角測量計(jì)算、三維重建計(jì)算、數(shù)據(jù)集群處理、模型精修等步驟進(jìn)行自動(dòng)三維模型構(gòu)建，生成長城豁口的精準(zhǔn)三維模型（圖8、9），模型精度可以達(dá)到厘米級別。而后將導(dǎo)出的模型文件通過Geomagic Studio軟件進(jìn)行工作位置的平面、立面、剖面的截取與導(dǎo)出（圖10），形成能夠供Autocad軟件繪圖使用的、帶有比例等數(shù)據(jù)信息的jpeg現(xiàn)狀影像圖，在Autocad軟件中進(jìn)行現(xiàn)狀影像圖與cad現(xiàn)狀圖的轉(zhuǎn)制，并在cad現(xiàn)狀圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖8 磨石溝前段激光掃描地形圖

圖9 三關(guān)口南段激光掃描地形圖

圖10 磨石溝前段三維掃描立面圖（作者自繪）

（二）整治方案的確定

三關(guān)口長城遺址的保護(hù)主要是防治山洪，防治山洪的指導(dǎo)思想應(yīng)當(dāng)是“因地制形，因流疏導(dǎo)”?；痉椒ǜ爬ㄆ饋碛幸韵氯N：第一，在可能的部位局部改變地形，讓泄洪槽盡量遠(yuǎn)離長城遺址底部，減少雨洪沖擊。第二，強(qiáng)化長城遺址底部的石砌防洪護(hù)坡和夯土護(hù)肩的做法，加強(qiáng)防洪護(hù)坡和夯土護(hù)肩抗擊山洪的能力。第三，使用石渣混凝土加強(qiáng)泄洪溝道的底部強(qiáng)度，防治山洪帶來的切削作用。三關(guān)口長城遺址環(huán)境在整治過程中不宜大量采用截洪溝渠和涵管來防洪泄洪，因?yàn)橘R蘭山山洪實(shí)際上是石渣石屑形成的泥石流，流速快，沖力大，沉積快，截洪溝渠難以抵擋，排洪涵管容易淤塞。

（三）設(shè)計(jì)分析

明長城三關(guān)口段環(huán)境整治工程的實(shí)施原則是：嚴(yán)格遵守《文物保護(hù)法》中“不改變文物原狀的原則”以及《長城保護(hù)維修工作指導(dǎo)意見》中“嚴(yán)格控制各類干預(yù)措施的實(shí)施范圍和工程量，妥善保護(hù)長城遺存的真實(shí)性、完整性和滄桑古樸的歷史風(fēng)貌，使長城的突出普遍價(jià)值得以延續(xù)和傳承”。在此基礎(chǔ)上，各個(gè)段按照其不同的實(shí)際情況進(jìn)行環(huán)境整治的設(shè)計(jì)。本文具體選取三段典型豁口形態(tài)進(jìn)行分析。

1.三關(guān)口南段G0313-G0314段

此段長城遺址共分為北中南三部分（圖9、12），其中南北兩部分在遺址西側(cè)均存在沖刷形成的泄洪槽，擬對這兩部分泄洪槽進(jìn)行填埋，提升其標(biāo)高。填埋在西側(cè)取土后，形成新開的泄洪槽，使其遠(yuǎn)離長城遺址底部，避免對長城遺址底部的沖蝕。采用石渣混凝土填補(bǔ)平行于長城遺址底部的老泄洪槽，高度至地表相平。修復(fù)墻體兩端的毛石防水護(hù)坡和泄洪槽兩側(cè)邊坡，制止泄洪槽的進(jìn)一步縱向深切。

圖11 三關(guān)口南段立面設(shè)計(jì)圖（作者自繪）

圖12 三關(guān)口南段激光三維掃描平面圖

視迎水面截面大小不同，沿泄洪槽在遺址本體外1.5米處砌筑上寬2米、高2.5米至3米不等的防水墻。抵抗山洪沖擊，減緩山洪對遺址基礎(chǔ)的破環(huán)。在遺址本體和毛石防水墻之間填入素土，依據(jù)各處具體標(biāo)高，高于毛石防水墻0.85米至1.5米不等，并采用3米竹制錨桿俯角重力貫入，在防水墻與本體之間形成素土緩沖，同時(shí)也起到本體底部的加固作用。在防水墻底部向下設(shè)置石渣混凝土墊層（寬4.2米、厚1.5米），以承托防水墻基礎(chǔ)，隔絕洪水與遺址本體（圖11）。

2.磨石溝前段G0324-G0327段

此段最為顯著的特征為一個(gè)巨大的S型泄洪槽（圖8、13），此泄洪槽方向自山體而下垂直于城墻遺址，延伸至墻底部后沿城墻向北流去，城墻遺址完全成為了泄洪槽的導(dǎo)流墻。為了改變這種狀況，設(shè)計(jì)提出以下方案：

圖13 磨石溝前段平面圖（左）與磨石溝三段—南平面圖（右）

短期以修建防水墻為主，沿泄洪槽在遺址本體外1.5米處砌筑寬2米、高2.5米至3米不等的連續(xù)防水墻。在遺址本體和毛石防水墻之間填入素土，高于毛石防水墻0.3米至3米，并使用錨桿貫入加固。在毛石防水墻下方墊石渣混凝土，寬2.3米至4.2米、厚1.5米，以鞏固防水墻基礎(chǔ)（圖14）。

圖14 磨石溝前段整治方案立面設(shè)計(jì)圖（作者自繪）

中長期擬對S形泄洪槽進(jìn)行改道，使其遠(yuǎn)離長城遺址底部。方法一，打通S形泄洪槽經(jīng)過的小山坳，使其改道遠(yuǎn)離長城遺址底部，直接對準(zhǔn)過水長城豁口，徹底消除威脅，但此方法土方工程量較大。第二，部分改造S形泄洪槽經(jīng)過的小山坳的前臉，并適度堆高長城遺址底部的迎水坡面標(biāo)高，將泄洪槽導(dǎo)離遺址本體，形成緩沖地形，工程量相對較小。

3.磨石溝三段G0394段

此段長城遺址位于賀蘭山一條主要泄洪道西側(cè)，洪水在雨季順山而下，在城墻遺址處分流為兩股，其中一股沿遺址自北向南流淌，對總長近450米的遺址本體基底造成沖刷掏蝕（圖13）。

由于此段長城所處的泄洪槽水量巨大，槽寬達(dá)到數(shù)十米，很難通過地形改造的方式一勞永逸解決洪水的威脅。且此段長城的本體已經(jīng)在洪水中受到損壞，防水墻的修建是當(dāng)務(wù)之急。

此段遺址地勢相對較低，泄洪槽內(nèi)的洪水面大而淺，因此防水墻高度相對低，但目前泄洪槽已直接接觸到遺址本體，所以擬在遺址本體外1.5米處砌筑寬1米、高2米的毛石防水墻。防水墻與本體之間填入素土并高于防水墻0.6米，徹底穩(wěn)固住遺址的基礎(chǔ)。于毛石防水墻下設(shè)置寬2.4米、厚1米的石渣混凝土墊層，進(jìn)一步鞏固防水墻基礎(chǔ)（圖15）。

圖15 磨石溝三段—南段整治方案立面設(shè)計(jì)圖（作者自繪）

（四）設(shè)計(jì)中的思考

三關(guān)口明長城土遺址所處的環(huán)境在長城中極具代表性。作為線性遺產(chǎn)，其遺址具有分布廣、線路長、遺址多的特點(diǎn)；同時(shí)長城作為曾經(jīng)的邊塞軍事設(shè)施，其所處的位置往往又十分偏遠(yuǎn)、地理環(huán)境復(fù)雜，穿插于山脈與荒原，水流順坡勢而下，使其在防洪上具有天然的劣勢；遺址所處地區(qū)的氣候特點(diǎn)使其面臨著長期干旱風(fēng)化與短期暴雨匯集的雙重挑戰(zhàn)；遺址位于兩省區(qū)行政區(qū)域交界，保護(hù)工程需要跨地域協(xié)調(diào)。這些都是在遺址保護(hù)工作中需要著重注意的。

三關(guān)口長城土遺址所處的氣候環(huán)境、地理環(huán)境，決定了其土遺址的防洪問題很難得以根治，山洪爆發(fā)的時(shí)間、山體植被缺失帶來的土石流動(dòng)、洪水的走向等因素都很難通過人工進(jìn)行干預(yù)。因此其保護(hù)方式在傳統(tǒng)本體加固的基礎(chǔ)上，更應(yīng)注重其保護(hù)環(huán)境的整治，以加強(qiáng)土遺址本體的抗災(zāi)能力。防水墻作為一種成本相對較低、施工也相對簡單的保護(hù)手段，可以在短時(shí)間內(nèi)迅速構(gòu)建起土遺址的防洪基礎(chǔ)，再配以對遺址區(qū)域內(nèi)排水流線的干預(yù)以及對本體的加固，將會(huì)搭建起土遺址完整的防洪體系。

七、結(jié)語

遺產(chǎn)所處的環(huán)境通常意義上被視為遺產(chǎn)的重要組成部分。一方面，這種環(huán)境體現(xiàn)了遺產(chǎn)的真實(shí)性與完整性，是遺產(chǎn)價(jià)值的重要載體；另一方面，環(huán)境也是遺產(chǎn)本體存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其是當(dāng)遺產(chǎn)處于復(fù)雜多變的地形與氣候特征之下時(shí)。土遺址由于其建造材料的特殊性，相較木結(jié)構(gòu)與磚石結(jié)構(gòu)的古建筑來說，更容易受到雨水、洪水的影響。三關(guān)口明長城遺址作為長城土遺址的代表，其遺產(chǎn)保存環(huán)境所面臨的問題只是西部眾多長城遺址的縮影。從遺產(chǎn)防災(zāi)的角度來看，遺產(chǎn)水文資料相對豐富，降雨、洪水的規(guī)律也逐漸被人們所認(rèn)知，在此基礎(chǔ)上，對長城土遺址進(jìn)行環(huán)境整治與防洪建設(shè)，做到防患于未然，是一種高效的遺產(chǎn)保護(hù)方式，如果能夠在對長城遺址保存狀態(tài)普查的基礎(chǔ)上推廣，將大大改善我國長城土遺址的保護(hù)狀況。