400年前“净水系统”初探——永嘉古代净水设施现场调查

400年前“净水系统”初探
——永嘉古代净水设施现场调查

何寿平

前言：
　　 自从浙江永嘉县溪口乡溪二村考古发现了400多年前古代“净水系统”的信息在《中国水网》网站发布后，引起水处理专业众多人士的浓厚兴趣。为此我们决定前往现场进行实地考察。
2005年11月6日与温州市政园林局、温州市水务集团、永嘉县自来水厂的有关同志专程前往永嘉县溪口乡现场进行考察。

考察：
　　 永嘉县溪口乡位于温州市西北，约100公里的楠溪江上游。村落建于北宋年间。溪二村民风古扑，大部建筑保留了时代的风尘。我们前去考察的这套古代“净水系统”位于明朝晚期一位李姓“御医”的宅院“三退屋”东南角的一个天井院子内。

图1 三退屋门庭

图2 “三退屋”外景（“净水系统”位于围墙缺口的里面）

图3 “净水系统”现场

　　这套系统由进出水管和5个大小不一、排列有序的水池组成（按照设想的“流程”，称其为1～5号池）。2004年4月，经浙江省、市考古专家鉴定后，被认定为明代晚期该住户曾使用过的净水池。
据村民反映，该住户的用水引自距村约七、八百米远的山麓。输水管道采用陶制水管铺设。
　　我们到现场考察时，这套水池由于已经经过人工的挖掘和清理，如今看到的情况已与一年半前考古挖掘时的面貌有了不同。好多珍贵的实物，如水池里的砂、石、瓦砾、木炭都被“清理”掉了，没有得到有效的保存和保护，据说实物已不复存在，十分可惜。我们原来准备对这些“净水材料”进行鉴别、测定，看来计划已无法实现。我们只好在原有木炭的2号池底部的砖墩里取了一些污泥带回进行化验，以期获得是否曾经采用过明矾的确切信息。
　　在现场我们对整个设施进行了观察和测量。

图4 现场考察

　　整个设施系砖石混合结构。据文物考古专家初步认定，砖石之间由一种石灰、黄泥和糯米浆混合成的物质连接。

图5 净水设施平面（尺寸以毫米计）

　　该设施的总平面占地尺寸为：5000×5550mm。
　　我们根据当地考古专家所设定排列的1～5号池进行了初步测量，具体尺寸介绍如下：
　　1号池平面尺寸：1950×700mm，面积为：1.365㎡，深0.70m，呈狭长锅底；

图6 1号池构造

　　2号池平面尺寸：2210×550mm，面积为：1.2155㎡，深0.70m，呈平底。其构造最为复杂。北端有一小间格，似乎是“进水”间，但又不太像。池内有两个一高一低的空心“砖墩”和一处平放砖；

图7 2号池构造

　　3号池平面尺寸：2100×3050mm，面积为：6.405㎡，深0.90m。底部平整，容积最大；

图8 3号池构造

　　4号池平面尺寸：1280×2250mm，面积为：2.112㎡，深0.70m，池呈“凹”形。水池周边用砖镶嵌，底部下用圆形的石块铺就，颇为精致；

图9 4号池构造

图10 5号池构造

　　5号池平面尺寸：1460×1360～1460mm，面积为：2.3265㎡，深0.70m，呈锅底。池底设有排水孔，可以排放污水。
　　该设施的进出水及排水均使用了内径约100毫米的陶制水管，还配有制作良好的管件（大小头）。输水距离达七、八百米，对十分偏僻的山村来讲，可谓工程“浩大”。

图11 陶管

分析：
　　 根据当地考古专家分析：1号池用于沉淀水中的泥砂；2号池有加明矾等混凝剂的可能，与净化处理水质有关；3号池池底平坦，面积最大，储水最多，可能用于水的再沉淀，同时提供生活用水；4号池底铺设讲究，在此沉淀的水应用于饮用；5号池用于洗涤物品。
　　 我们对整个设施进行了考察和分析。感到该“系统”仍然存在许多“谜”，需要认真求索。
　　 1、首先，这套水池是 “储水”之用，还是用于“净化”水的设施？
　　 从进水管出口的导向砖的位置，可以认为从山脚来的水由此引入1号池。一般情况下，山涧水应该比较“清净”。如发生“山洪”，则有可能需要“净化”处理。
　　 如何确认这些水池就是“净水”系统？
　　 我们通过取2号池中砖墩里沉积的“污泥”、该大宅院围墙外农田里的“土”样，以及距宅院七、八百米的山脚引水处的“黄土”，分别进行了含“铝”量和其他重金属含量的分析。
测定结果：

铝

铜

锌

铅

镉

银

池泥

1.42

0.0025

0.012

0.0065

6×10^-5

6×10^-5

田泥

1.22

<0.0025

0.0065

0.00195

2.45×10^-5

<1×10^-5

山泥

0.93

<0.0025

1.95×10^-5

2.15×10^-3

<2.5×10^-6

<1×10^-5

注：1、泥样中金属含量单位为：m/m%
　　2、池中污泥简称为“池泥”；大院外田里“土样”，简称为“田泥”；山脚“黄土” 简称为“山泥”。

　　池内污泥的铝含量超过池外的“土”样。分别超出了“0.20%”和“0.49%”。
　　将超出部分的铝含量折算成明矾，相当于超出大院外农田“土样”约1.91%；相当于超出引水山脚处“黄土”约4.68%。由此证明2号池底的污泥不是当地的泥土，也不纯粹是远处山涧水中带来的“山土”，从铝含量高出这么多，可以推断：该池确实使用过“铝盐”。而我国400多年前已经有了关于“明矾”用于净水的记载，因此，这个“铝盐”必是天然的“明矾”无疑。可见，该套水池是一个用于“净水”的设施。
　　 2、在这偏僻的山村，为什么会出现如此使我们着迷的“净水系统”？利用这么“复杂”的设施处理从山脚下引过来的天然山涧水，起什么作用？这仅仅是为了获得优质“生活用水”？还是，另有什么用途？
　　 我们在当地了解到该大宅院“三退屋”主人是明朝晚期一位李姓御医。据说《永嘉志》有过记载。我们从宅院的名称分析，该宅主人应为见过大世面的人士，似乎曾多次进退官场。
　　 明代京城北京紫金城宫中的饮用水取之于北京西郊玉泉山。宫内的井水仅作生活之用。“三退屋”主人曾在皇宫任职，加上身为“御医”，应是有相当医学造诣的高级知识分子，肯定对“水”的认识不同于一般“平民百姓”。该主人又多次“隐退”在家居住，对“水”的要求甚高也就不作为怪了。
　　 另外，据说“三退屋”主人在家乡还采药、制药。取“好水”用于制药，似乎也有一定的道理。
　　 3、据记载“三退屋”建于400年前，以此推断这套水池也出现在这个年代。但这套净水设是否同时建在这个年代，仅从“三退屋”建造的时间推算，似乎还有一点勉强。于是，我们在原有“陶管”及4号池底陶板上取样，送北京大学文博学院利用热释光测定法进行了测定。测定结果：送检的样品均为300～400年前。由此证明这套设施确是与“三退屋”同时代的产物。
　　 4、当地考古专家在现场挖掘时，1号池内原存有1/3～2/5的石块、瓦砾、砂子和黄泥。粗砂在底层，其上为黄泥、砂和小瓦砾，再上面为黄泥、砂和石块，最上面为黄泥。这些泥砂是后人填进去的？还是原有的？几百年下来原貌遭到破坏的程度有多大？至今还是个谜。我们到现场时，这些原物已被清除，不知去向，所以砂、石、瓦砾以及黄泥的形态、级配都不得而知，还需前往现场深入挖掘和考察。
　　 5、据当地考古专家对系统的考证分析，认为整个“流程”，都是采用溢流方式运行。对此，我们从水处理专业的角度来看，存有疑问。
　　 我们在现场发现2号池与3号池之间的隔墙下部的砖有一段采用齐缝砌筑，而它的下层和再上面的砖则为错缝，那齐缝的部位有什么作用？是否就是2号池的出水部位呢？但从2号池内观察这堵隔墙，却又全是“错缝”，不得其解。
　　 从3号池的“出水侧”照片可以看到3个“门洞”，据说现在看到里面填塞了许多石头、砖块，据说这是后来填进去的。这3个“门洞”里面的结构如何，通向何处？从4号池、5号池池壁观察，尚无法看清有关的情况。
　　 这套“系统”5个池是否是按当地考古专家设想的1～5号 的顺序排列，还是1号——2号——5号——3号——4号排列呢？按这第二个假设，1号池应该是预沉池；2号池应该是絮凝池（池内污泥中有明矾痕迹）；5号为沉淀池（底部设有排泥孔）；3号池为储存池；4号池为洗涤之用，或用来存放饮用水。这些均还需继续小心求证。
　　 为弄清这套水池的“流程”，应专门进行“灌水”试验，仔细观察，设法摸清各个池子之间的相互关系及进出水的状况，以取得符合科学实际的“系统流程”。

图12 3号池进水侧

图13 3号池出水侧

　　6、当地挖掘考古时2号池内局部有3块20毫米厚的木炭层，木炭粒径约10毫米，应该不会是随意放进去的，因为在考古挖掘时，其他的池子里就没有发现木炭的存在。
　　 在这构造较为“复杂”的2号池内放置木炭有何用处？“炭”在中医药中具有收敛的作用，可以止血、止泻。在净水过程中，放入“木炭”是否想通过“炭”的收敛（吸附），达到“去性”的目的（即去掉水中的有机物）？以期净化过的水更适合于饮用，或用来保持药物的性能。
　　 这个池子里面曾经放有多少“木炭”？现在已很难追寻查找了。清理出来的木炭去向何处？据说，被当地文物部门带走了。可温州市文物保护考古所蔡所长说：没有保存下来。
　　 据介绍，在当地考古时，已将池内一些砂、石子、黄泥等物料填在了3号池池底。这些木炭是否也一并埋进去了？
　　7、2号池内两个“空心”的砖墩是做什么用的？有分析是放置“明矾”慢慢扩散投加混凝剂用的，这种解释不容易说得通。目前，还没有更清楚的解释，依然是个“谜”，有待进一步破解。

图14 2号池内“空心”砖墩布置状况

　　这里面的迷团很多，需要我们“大胆设想，小心求证”。我们专门走访了温州市文物保护考古所的蔡所长，他是当年现场考古的专家。可惜，当地文物部门的考古资料还在整理之中，不能提供给我们。
　　 为了能进一步对这套“净水系统”深入的了解，我们认为在现有的条件下还可以进行有计划地考察和研究：
　　 1、对现场泥样的分析，可以初步确认这套“系统”是用来净化水的设施。我们还应继续进行污泥与周围泥样的详细分析，取得更多的数据，以确认这套设施的真实“功用”。
　　 2、通过对陶管及池内陶片的测定，确认了样品的年代为300～400年前。为了获取更精确的年代，还应用更科学的测定方法（如碳14）对这些样品进行进一步的测定。
　　 3、查阅《永嘉志》，确定“三退屋”主人的身份及活动经历（包括后人）。
　　 4、调查周围居民过去用水的方式，村子里排水状况。探索远距离取水的必要性。
　　 5、查阅明朝中医经典著作和请教中医学专家，找出有关“水”、“炭”在中医学理论和实践中的地位和应用，以推论这套设施是否用来“强化”水质，与提供“优质”水用于饮用和“制药”有关。
　　 6、对设施进行全面的测绘，并对池底进行相对标高的测量。清理3号池出水侧的“门洞”，弄清里面的结构状况。进行灌水试验，以确定净水“工艺流程”的真实状况和实用性。
　　 7、向文物部门申请，继续对这套设施进行详细的挖掘和考察。寻找已填埋的砂、石、木炭等物料，进行观察鉴别。如能取到池中“木炭”的实物样品，则可送有关部门测定它的年份，并对其进行必要的物理和化学分析，推定木炭在“净水系统”中的作用。

　　现在我们只是在考察中，看到我国古代在净水技术方面闪光的苗头，但仍然存在好多“谜”。下一步的工作更为艰难、细致。我们相信，通过我们脚踏实地的工作和方方面面的支持，一定会能够求得一个较为接近历史实际的结论。

参加考察的有：
　　 温州市市政园林局处长公用事业处处长 陈宏强
　　 温州市水务集团办公室主任 林明慧
　　 温州市水务集团水质管理处处长 王晓冬
　　 永嘉县自来水厂厂长 潘佰仓
　　 中国水网总编 给水技术博物馆顾问 何寿平