水城威尼斯的工程学

威尼斯气势恢宏的圣马可广场。

位于意大利东北部的水城威尼斯由118个小岛组成,小岛与小岛之间被大小运河分割,并被横跨运河的一座座桥相连。威尼斯被誉为亚得里亚海的明珠,是世界上最浪漫的城市之一,法国军事家拿破仑曾赞美威尼斯的圣马克广场是世界上最美丽的广场。

威尼斯的大部分城区位于沼泽或澙湖(海湾因沙洲封闭而形成的湖泊)之上,仅有8%的城区是小岛。作为一座有上千年历史的古城,今天的威尼斯依然保存着许多罗马时期的古老建筑,它们堪称建筑史上的奇迹。古罗马人是如何建成这座水城的?今天的工程师和施工者又怎样维护它?

用木材抬高地基

威尼斯的故事始于公元5世纪。西罗马帝国陨落后,北方的游牧部落入侵罗马。不堪游牧部落侵扰的内陆罗马人迁入沿海渔村(如今的威尼斯所在地)生活,并在露出地面的岛上建立居所。作为罗马人抵御游牧部落掠夺的天然屏障,沼泽和澙湖在阻挡游牧铁蹄的同时,也奠定了威尼斯在以后走向繁荣的基础。

虽然那些用于藏身的居所一开始只是临时搭建的,条件十分简陋,但是罗马人还是逐渐适应了这种居所。在潮汐影响下,这片沼泽地经常洪水泛滥。罗马人因地制宜,对建筑做了一些改进。例如,他们把地基抬高,让房屋的修建平面高出水面许多,这样即便在涨潮时海水也不会淹没房屋地面。

为了抬高建筑物的地基,他们从远处森林里运来结实的原木制作成长木桩,在这些木桩的顶部建造木质和大理石平台,并在平台上修建房屋。高高的地基木桩通常是由结实的桤木(也称赤杨)制作。威尼斯的建筑工人用大锤或其他重物将木桩打进水底的黏土层中。

要形成有足够承载力的建筑平台,需要耗费大量木材。据文<em 献记载,建造威尼斯的安康圣母教堂用了超过100万根木桩,每根长4米。这些木桩密密麻麻排列在一起,深深扎在黏土层中。安康圣母教堂的建造过程共用时26个月,其中大部分时间被用于修建地基。

围堰可以帮助工人干运河中的水,并对建筑地基进行修缮,或疏浚运河。

木材为何不腐?

木材远不如石材和金属材料耐用,因此使用木材作为建筑物的支撑结构听起来不可思议。更让人不解的是,长时间浸泡在海水中的木材为何不会腐烂?威尼斯的建筑经久不腐的秘密其实就藏在水中。导致木材腐烂的主要原因是真菌等微生物。微生物活动需要氧气,而威尼斯城的木质地基深埋在淤泥中,其中的缺氧环境可以有效抑制微生物活动,从而阻止木桩被微生物腐蚀。同时,随着时间推移,淤泥和海水中的矿物质不断渗入木桩的细胞中,使木桩逐渐变成一种如岩石般坚硬的材料。今天威尼斯的不少建筑仍然使用木桩作为建筑地基,其可靠性可见一斑。

然而,将建筑物抬升到海面上只是威尼斯建设工程的—部分。另外—部分则是引导澙湖的水,使之合理分流,成为贯穿威尼斯的运河,让威尼斯的水上交通可以运转起来。威尼斯的大小运河总长42千米,其间设有多个围堰。每个围堰都是一个可活动的“路障”,可以阻挡并引导澙湖的水流。在抽水泵等现代疏浚设备的帮助下,今天的施工者可以轻易地排空某段河道,开展加固、修复或改造运河等工作。

面临海平面升高的危机

时至今日,曾经保护威尼斯不受外敌侵袭的澙湖成了这座城市存在下去的最大威胁。今天威尼斯城的街道每年大约有200天泡在水里,而在17世纪初这一数字只有7天。每年11月到次年2月,持续降雨使澙湖地区的海水在涨潮时发生倒灌,漫入城市街道,游客只能踮起脚尖参观那些著名的景点。

2019年11月,威尼斯遭遇了53年来最严重的被淹事件,市中心的圣马克广场和圣马克大教堂被淹没深度超过1米。在1200多年中,如此严重的被淹事件在威尼斯总共只发生过6次,其中4次发生于近20年。海水严重破坏了博物馆、纪念碑和居民住宅,也让底层商户蒙受巨大损失。

对威尼斯当地人来说,城市被水淹变得越来越频繁。一般来说,强风、风暴潮以及强降雨是引起水位异常高的主要原因。虽然威尼斯政府建立了多套预警系统来减少损失,但气候变化引起的海平面上升导致高水位现象越来越频发,给整座城市的未来敲响了警钟。

为了避免美丽的威尼斯城被水淹没而遭到破坏,人们提出了不少解决方案。其中最著名的便是2(303年启动的“摩西”工程,包括新建79道可移动水闸。当潮水超过高水位线1米时,这些闸门就会启动,将澙湖与亚得里亚海隔开,从而避免潮水入侵。

2020年7月。威尼斯人对摩西工程进行了首次测试,防潮水效果令人满意。但是,也有很多人对水闸带来的负面影响(比如城内污水难以排出,藻类在河道中滋生,影响水质)提出抗议。这些水闸的利弊,或许只有在几十年后才能知晓。

统计数据显示,威尼斯自1727年至今共下沉67厘米。下沉原因不是上述建筑方案的问题——硬化的木桩依然牢牢扎在淤泥中。下沉的真正原因是海平面升高和一些人为因素。例如,企業过度开采地下水资源,造成地下岩层塌陷。

鉴于以上原因和未来的气候问题,一些悲观者认为。威尼斯注定有沉入海底的一天。或许,这座迷人的城市终将如传说中的亚特兰蒂斯一样,成为一片海中遗迹。

阳止潮水入侵威尼斯的“摩西”工程(示意图)。近年来,威尼斯每年被淹的次数逐年增加。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午9:05。
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